geraÇÃo de eletricidade com biomassa · varios balões convectivas de dois balões radiantes...
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GERAÇÃO DISTRIBUÍDA
DEFINIÇÃO
A geração distribuída de eletricidade consiste na
produção da eletricidade no local de seu consumo,
ou próximo a ele;
Eventuais excedentes desta geração podem ser
vendidos à rede local, ou a instalações vizinhas;
Os proprietários no Brasil podem ser:
Empresas concessionárias de serviço público
de geração;
Produtores independentes de energia, ou
autoprodutores;
É comum os últimos complementarem suas
necessidades de consumo deste energético
através de aquisições da rede local.
Por não utilizar, ou utilizar pouco as redes de transmissão e distribuição, a geração distribuída propicia economias nos investimentos e nas perdas elétricas nestas redes.
Os impactos ambientais oriundos da construção e
operação de instalações de geração distribuída de eletricidade são, em geral, muito menores do que os ocasionados por centrais de grande porte.
As principais tecnologias de geração
distribuída atualmente em uso no País
são:
As pequenas centrais hidrelétricas (PCH’s);
Pequenas centrais termelétricas, em
geral utilizando motores de combustão
interna e consumindo óleo diesel;
Unidades de co-geração consumindo gás
natural, óleo combustível, resíduos da
biomassa, ou resíduos urbanos;
Geradores eólicos e painéis fotovoltaicos (MPX
4 MW).
A lei 9074, de 07/07/1995, determina em seu artigo 8º
que:
‘O aproveitamento de potenciais hidráulicos,
iguais ou inferiores a 1000 kW, e a implantação de
usinas termelétricas de potência igual ou inferior
a 5000 kW, estão dispensadas de concessão, permissão
ou autorização, devendo apenas ser comunicadas a
ANEEL.
A Resolução Normativa Nº 482, de 17 de Abril de 2012: Estabelece as condições gerais para o acesso de microgeração e minigeração distribuída aos sistemas de distribuição de energia elétrica.
Microgeração distribuída: potência instalada menor ou igual a 100 kW e que utilize fontes com base em energia hidráulica, solar, eólica, biomassa ou cogeração qualificada, conforme regulamentação da ANEEL, conectada na rede de distribuição por meio de instalações de unidades consumidoras;
Minigeração distribuída: potência instalada superior a 100 kW e menor ou igual a 1 MW para mesmas fontes fontes
Estabelece o sistema de compensação de energia elétrica:
No qual a energia ativa injetada por unidade consumidora com microgeração distribuída ou minigeração distribuída é cedida, por meio de empréstimo gratuito, à distribuidora local e posteriormente compensada com o consumo de energia elétrica ativa dessa mesma unidade consumidora ou de outra unidade consumidora de mesma titularidade da unidade consumidora onde os créditos foram gerados, desde que possua o mesmo Cadastro de Pessoa Física (CPF) ou Cadastro de Pessoa Jurídica (CNPJ) junto ao Ministério da Fazenda. (Redação dada pela REN ANEEL 517, de 11.12.2012.)
PROINFA – PROGRAMA DE INCENTIVO ÀS
FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA
ELÉTRICA
“Por intermédio da lei 10.438/2002 foi instituído o
PROINFA, com o objetivo de aumentar a
participação da energia elétrica por
empreendimentos de produtores independentes
autônomos que empreguem geradores eólicos,
pequenas centrais hidrelétricas e usinas
termoelétricas consumindo produtos da
biomassa, no SIN”.
O objetivo do PROINFA era que o conjunto das fontes renováveis alternativas atendessem 10% do consumo anual de energia em 20 anos.
A lei 10.438/2002 criou a Conta de Desenvolvimento Energético (CDE), onde um dos objetivos era financiar o PROINFA.
GERAÇÃO DISTRIBUÍDA COM BIOMASSA
RESÍDUOS COMBUSTÍVEIS –
GERAÇÃO TERMELÉTRICA
Resíduos do processamento da cana de açúcar;
Resíduos animais;
Resíduos vegetais (casca de arroz);
Resíduos da indústria de papel e celulose (Lixívia
e madeira);
Carvão vegetal.
CONVERSÃO TERMOQUÍMICA DA
BIOMASSA EM ELETRICIDADE
Combustão direta da biomassa para produção de
vapor e eletricidade em turbinas a vapor;
Gaseificação da biomassa em gaseificadores e
produção de eletricidade em turbinas a gás ou de ciclo
combinado;
COMBUSTÃO DIRETA DA BIOMASSA
A biomassa sólida pode ser transformada em
eletricidade por meio da combustão em caldeiras, nos
chamados ciclos de vapor.
Produção de eletricidade com bagaço de cana
CICLOS DE POTÊNCIA
CICLO DE POTÊNCIA A VAPOR
Condensador
Turbina a Vapor
Bomba
3
4
1
2
combustível
TVWbW
HQ
LQ
Caldeira
CALDEIRA
A caldeira é o equipamento utilizado para produção
de vapor a alta pressão.
Caldeiras aquotubulares.
CALDEIRA
Dados e
parâmetros
Tipos de caldeiras
De tubos
retos
De tubos
curvos com
varios balões
Convectivas
de dois
balões
Radiantes
Figuras
4.2- a)
4.2- b)
4.2- c)
4.2- d)
Tipo de
fornalha
Ferradu
ra.
De
grelha
inclinada.
Grelha
basculante
Grelha
basculante.
Grelha
rotativa.
Queima
em
suspensão.
Eficiência
50-60
50-70
70-80
80-87
Temperatura
de vapor, oC
300
320
320-510
400-549
Pressão do
vapor, MPa
1.8
1.8-3.0
1.8-14.0
7.0-13.0
Geração
máxima de
vapor, t/h
35
60
80
até 550
TURBINAS A VAPOR
Turbina Vapor é a MáquinaTérmica que utiliza a energia do vapor.
Transforma em energia mecânica a energia contida no vapor (energia térmica e de pressão).
As turbinas a vapor são partes de um sistema gerador de potência .
Sistemas de potência com turbina a vapor visam energia elétrica ou mecânica e vapor para processo industrial.
GASEIFICAÇÃO DA BIOMASSA
Conversão da biomassa sólida num gás
Composição: CO (10-15%); H2 (15-20%) e CH4 (3-
4%).
O gás pode ser utilizado diretamente num motor
CI acoplado a gerador.
Caldeiras ou fornalhas.
Ciclos combinados (BIG/GT).
GASEIFICAÇÃO DA BIOMASSA -
GASEIFICADORES
Secagem, pirólise, redução
e combustão (oxidação);
Os gases quentes da zona
de combustão passam em
seguida para o zona de
redução, sempre acima ou
abaixo da zona de
combustão, onde na
ausência de oxigênio
ocorrem as reações típicas
que originam o gás
combustível.
Poder calorífico do gás: 5 MJ/m3
Casca de arroz: 3,5 kg gera 1 kWh
Madeira: 1,4 kg gera 1 kWh
Carvão: 0,9 kg gera 1 kWh
TURBINAS A GÁS
TURBINAS A GÁS
TURBINA A GÁS
As turbinas de gás operam em ciclo aberto, como
se ilustra na Figura.
O ar atmosférico é conduzido ao compressor, onde
a temperatura e a pressão são elevadas.
Na câmara de combustão, o ar entra em contato
com o combustível (normalmente, gás natural)
que está a pressão constante.
TURBINA A GÁS
Os gases resultantes desta mistura, a alta temperatura, entram na turbina, onde são expandidos, produzindo trabalho.
O trabalho útil é a diferença entre o trabalho entregue pela turbina e o trabalho entregue ao compressor.
Os gases exauridos são rejeitados,sendo possível aproveitar, de forma útil, o calor associado.
TURBINA A GÁS
O rendimento global de uma usina a gás é de 35-
40 %.
Vantagens: Combustível, sistema compacto, sem
água de resfriamento, localização próximo ao
consumo.
CICLO COMBINADO DE VAPOR E
GÁS
BIG-GT – CICLO DE BIOMASSA COM
INTEGRAÇÃO DE TURBINA A GÁS E
VAPOR
CICLO BIG - STIG
MICROTURBINAS A GÁS
MICROTURBINAS
MICROTURBINAS
Tem uma faixa de capacidade de 25 a 1000 kW;
Combustíveis empregados: Gás natural, biogás,
hidrogênio, diesel, biodiesel, etc.
Eficiência: 20 a 30%
Cogeração: água entre 50 e 80oC com recuperador
de calor.
MICROTURBINA A BIOGÁS – 30 KW
MOTORES DE COMBUSTÃO
INTERNA
Faixas de capacidade: 5 kW a 30 MW ou maiores;
Combustíveis: gás natural, óleo diesel, biogás,
biodiesel, etc.
Eficiência: 25 a 45%
Adequação a sistemas de cogeração: a eficiência
pode chegar a 80%.
MOTORES DE COMBUSTÃO
INTERNA
Unidade de alta rotação: 1200 a 3600 RPM.
Motores de automóveis;
Unidades de média velocidade: 275 a 1200 RPM,
de locomotivas e navios de médio porte;
Unidades de baixa rotação: 58 a 275 RPM,
motores de grandes navios.
MOTORES DE COMBUSTÃO
INTERNA
Existem dois tipos de motores alternativos:
ignição por faísca, que usam normalmente o
metano (gás natural) como combustível, embora
também possam recorrer ao propano ou à
gasolina,
e de ignição por compressão que operam com
diesel ou biodiesel.
MOTOR CICLO OTTO
Admite uma mistura (ar+gás, ar+álcool,
ar+gasolina).
Comprime a mistura (taxa de 10:1).
Ignição por meio da vela.
Expansão dos gases.
Expulsão dos gases.
MOTOR CICLO DIESEL
Admite somente ar.
Comprime somente ar (taxa entre 15 e 25:1).
No final da compressão injeção de combustível e
Combustão.
Expansão dos gases.
Expulsão dos gases.
MOTOR CICLO DIESEL
VANTAGENS DO MOTOR CICLO
DIESEL
Rendimento térmico melhor devido a maior taxa de compressão (58% Diesel e 45% Otto).
Consumo específico pequeno = 160 a 180 g/cvh, enquanto que o Otto 225 – 250 g/cvh.
A baixa carga o consumo de combustível é metade do Otto.
Mais durável que o Otto.
DESVANTAGENS DO MOTOR CICLO
DIESEL
Peso.
Fabricação mais cara.
Resfriamento mais crítico.
Ruído.
COGERAÇÃO
Produção de eletricidade e calor a partir de uma única fonte de energia primária.
As quantidades de trabalho mecânico, energia elétrica e calor ou frio requeridos pelo processo produtivo são o ponto de partida para o dimensionamento dos sistemas de cogeração.
Relação: W/Q
COGERAÇÃO DE VAPOR E
ELETRICIDADE
GERAÇÃO/COGERAÇÃO
Usinas de Açúcar e Álcool: bagaço da cana.
Indústrias de papel e celulose: Licor negro e
resíduos de madeira.
Madeireiras: Resíduos de madeira.
Beneficiamento de arroz: Casca de Arroz.
USINA DE AÇÚCAR E ÁLCOOL
USINAS DE AÇÚCAR E ÁLCOOL
São auto suficientes, no mínimo.
De toda a energia gerada, cerca de 8% é
excedente.
O qual pode ser vendido para a distribuídora
local ou leilões do governo.
Ampliação.
INDÚSTRIA DE PAPEL E CELULOSE
Processo kraft – Solução de hidróxido de sódio/sulfito
de sódio (licor branco).
Separa a lignina da celulose em digestores.
A lignina é o licor negro (60% de sólidos) – queimado
em caldeiras de recuperação.
O resultado são sais inorgânicos -misturados com
água – licor verde – caustificado – licor branco – fecha
o ciclo.
INDÚSTRIA DE PAPEL E CELULOSE
A lixívia ou licor negro é produzido a uma relação
1 a 1,4 kg/kg de celulose.
Poder calorífico de 12 a 13 MJ/kg de lixívia seca.
Somada aos resíduos de madeira, pode gerar
energia para atender a planta.
INDÚSTRIA DE PAPEL E CELULOSE
850-900 kWh por tonelada de celulose.
Geração de vapor a 6,5 MPa e 400oC.
No Brasil a cogeração nas indústrias de papel e
celulose respondem por 80 a 85% da demanda de
eletricidade.
Futuro – Gaseificação da lixívia.
RESÍDUOS DE MADEIRA E ARROZ
Geração de eletricidade com os resíduos de
processo de beneficiamento.
Poucas indústrias tem condições de viabilizar em
função da baixa capacidade (economia de escala).
A casca de arroz por ser abrasiva, reduz a vida
útil das caldeiras.