cogeração na produção de etanol
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Coogeração de energia na produção de etanol.TRANSCRIPT
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA - UFSM PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE PROCESSOS
DISCIPLINA: TECNOLOGIAS DE PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTÍVEIS
COGERAÇÃO DE ENERGIA A PARTIR DA
BIOMASSA RESIDUAL DAS USINAS DE
PRODUÇÃO DE ETANOL
Santa Maria, setembro de 2015.
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1. INTRODUÇÃO
61,6%
18,1%
4,5%
8,9%
5,6% 1,3%
MATRIZ DE ENERGIA ELÉTRICA BRASILEIRA
Fonte: Aneel, 2015
3
Fontes de Energia
Fonte: Aneel, 2015
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Biomassa
Fonte: Aneel, 2015
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Produção de Cana de Açúcar – Safra 2015/2016
Fonte: Conab, 2015
O Brasil deverá produzir 655,16 milhões de toneladas de cana-de-açúcar nesta safra em cerca de 8,95 milhões de hectares.
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Cogeração – Aspectos Históricos
• Crise de petróleo Anos 70;
• Regulamentação do Decreto Lei nº. 1.872, 21/05/1981, permitia aos concessionários públicos de eletricidade adquirir energia elétrica excedente gerada por autoprodutores, a partir de combustíveis preferencialmente renováveis, sendo explorada pelo setor industrial, focado na auto-suficiência energética;
• Crise energética 2001;
• PROINFA, 2002.
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2. COGERAÇÃO
Cogeração é a produção simultânea e de forma sequenciada, de duas ou mais formas de energia a partir de um único combustível. O processo mais comum é a produção de eletricidade e energia térmica (COGEN, 2015).
VANTAGENS DA COGERAÇÃO
• Maior eficiência
• Aspectos ambientais – Menos emissões atmosféricas
– Menor consumo de combustível
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Os sistemas de cogeração são separados em dois grandes grupos de acordo com a sequência de utilização da energia nos sistemas termodinâmicos (Clemente, 2003):
• Configuração Topping: O combustível é queimado para a produção de energia elétrica ou mecânica, onde o calor rejeitado é recuperado para ser utilizado no sistema térmico, como aquecimento por exemplo. Esse modelo termodinâmico é mais difundido e possui um emprego mais amplo.
• Configuração Bottoming: A energia térmica presente nos gases proveniente de fornos, caldeiras e máquinas térmicas é aproveitada em caldeiras recuperadoras para gerar vapor. Esse vapor é utilizado para acionar turbo geradores para produzir energia mecânica.
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Configuração Topping
Fonte: Guimarães, 1998
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Configuração Bottoming
Fonte: Guimarães, 1998
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Os sistemas de potência operam em ciclos, podendo ser ciclos a gás ou a vapor.
No setor sucroalcooleiro utilizam-se principalmente os ciclos a vapor, em que o fluido de trabalho existe em uma parte do processo na fase
de vapor e em outra etapa na fase líquida.
Eficiência da cogeração está ligada diretamente ao rendimento das turbinas.
CICLO DE CARNOT
𝜂 = 1 −𝑇2𝑇1
2ª LEI DA TERMODINÂMICA Nenhuma máquina real é capaz de operar
com 100% de rendimento.
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CICLO RANKINE
Na turbina a vapor os combustíveis são consumidos em uma caldeira, usada para aquecer a água por combustão externa.
Fonte: Lobo (2013)
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Existem duas configurações fundamentais das turbinas a vapor (Prieto, 2003):
• Sistemas de Cogeração com Turbinas de Contrapressão
• Sistemas de Cogeração com Turbinas de Extração-Condensação
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PARÂMETROS DE PROJETO Fonte: Nova Cana (2015)
CONFIGURAÇÃO OTIMIZADA
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PARÂMETROS DE PROJETO Fonte: Nova Cana (2015)
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DADOS INTERESSANTES
1000 kg de cana de açúcar
• 170 kg Resíduos Colheita
• 430 kg Caldo
• 110 kg Açúcar
• 26 kg Mel Final
• 13 L ou 80 L Álcool
• 220 kg Bagaço
• 35 kg Torta de Filtro
• 156 L ou 1040 L Vinhaça
• 10 kg Cinzas
• 1.718 x 103 kcal
Fonte: Adaptado de Nova Cana (2015)
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EXEMPLO – CANABRAVA ENERGÉTICA Campos dos Goytacazes/RJ
CALDEIRA
• Tipo: Aquatubular Fuzi-Tec
• Produção de Vapor: 220 tvh
• Pressão vapor: 65 kgf/cm2
• Temperatura vapor: 480°C
• Consumo Específico: 2,21 kg vapor/kg bagaço
TURBINAS A VAPOR
Turbina 1
• Tipo: Contrapressão TEXAS TXM0406
• Potência Nominal: 6 MW
• Consumo Específico: 7,0 kg vapor/KWh
Turbina 2
• Tipo: Condensação/Extração SIEMENS
• Potência Nominal: 38 MW
• Consumo Específico: 4,5 kg vapor/KWh
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EXEMPLO – CANABRAVA ENERGÉTICA Campos dos Goytacazes/RJ
GERADORES ELÉTRICOS
Gerador 1
• Tipo: Síncrono ATB - GE Gevisa
• Frequência: 60 Hz
• Potência Nominal: 6 MW
• Voltagem: 13,8 (kV)
Gerador 2
• Tipo: Síncrono ATB - GE Gevisa
• Frequência: 60 Hz
• Potência Nominal: 38 MW
• Voltagem: 13,8 (kV)
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EXEMPLO – CANABRAVA ENERGÉTICA Campos dos Goytacazes/RJ
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CENÁRIOS FUTUROS
• Grande potencial de crescimento
• As usinas aguardam remunerações mais atraentes
• Alguns entraves ainda dificultam a comercialização de energia proveniente de biomassa.
• PESQUISAS
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REFERÊNCIAS AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA - ANEEL. Banco de Informações de Geração. Disponível em: www.aneel.gov.br. Acessado em: 09 de setembro de 2015.
ASSOCIAÇÃO DA INDÚSTRIA DE COGERAÇÃO DE ENERGIA – COGEN. Conceito e Tecnologias. Disponível em: http://www.cogen.com.br/cog_conceito.asp Acessado em 09 de setembro de 2015.
CANABRAVA ENERGÉTICA. Mecanismo de Desenvolvimento Limpo – Documento de Concepção de Projeto. Disponível em: http://www.usinacanabrava.com.br/ Acessado em 09 de setembro de 2015.
CLEMENTE, Leonardo. Avaliação dos resultados financeiros e riscos associados de uma típica usina de co-geração sucro-alcooleira. Trabalho de Conclusão do Curso de Especialização em Planejamento, Operação e Comercialização na Indústria de Energia Elétrica, da Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2003.
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COMPANHIA NACIONAL DE ABASTECIMENTO - CONAB. Acompanhamento da Safra Brasileira: Cana de Açúcar. Brasília: CONAB, 2015.
GUIMARÃES, Edison Tito. Sistemas de Cogeração. In: SEMINÁRIO INTERNACIONAL DE CO-GERAÇÃO E GERAÇÃO DISTRIBUÍDA, 1998. Anais... Rio de Janeiro: INEE, 1998. CD-ROM.
LOBO, Camila da Silva. A importância da cogeração utilizando bagaço de cana-de-açúcar como forma de diversificação da matriz elétrica. Monografia do Curso de Engenharia Elétrica, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2013.
NOVA CANA. Cogeração: como funciona a produção de energia elétrica numa usina sucroalcooleira. Disponível em: http://www.novacana.com/usina/cogeracao-como-funciona-producao-energia-eletrica/ Acessado em 10 de setembro de 2015.
PRIETO, Mario Gabriel Sánchez. Alternativas de Cogeração na Industria Sucro-Alcooleira, Estudo de Caso. Tese apresentada para o título de Doutor em Engenharia Mecânica, da Universidade Estadual de Campinas, 2003.
AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA - ANEEL. Banco de Informações de Geração. Disponível em: www.aneel.gov.br. Acessado em: 09 de setembro de 2015.
ASSOCIAÇÃO DA INDÚSTRIA DE COGERAÇÃO DE ENERGIA – COGEN. Conceito e Tecnologias. Disponível em: http://www.cogen.com.br/cog_conceito.asp Acessado em 09 de setembro de 2015.
CANABRAVA ENERGÉTICA. Mecanismo de Desenvolvimento Limpo – Documento de Concepção de Projeto. Disponível em: http://www.usinacanabrava.com.br/ Acessado em 09 de setembro de 2015.
CLEMENTE, Leonardo. Avaliação dos resultados financeiros e riscos associados de uma típica usina de co-geração sucro-alcooleira. Trabalho de Conclusão do Curso de Especialização em Planejamento, Operação e Comercialização na Indústria de Energia Elétrica, da Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2003.
COMPANHIA NACIONAL DE ABASTECIMENTO - CONAB. Acompanhamento da Safra Brasileira: Cana de Açúcar. Brasília: CONAB, 2015.
GUIMARÃES, Edison Tito. Sistemas de Cogeração. In: SEMINÁRIO INTERNACIONAL DE CO-GERAÇÃO E GERAÇÃO DISTRIBUÍDA, 1998. Anais... Rio de Janeiro: INEE, 1998. CD-ROM.
LOBO, Camila da Silva. A importância da cogeração utilizando bagaço de cana-de-açúcar como forma de diversificação da matriz elétrica. Monografia do Curso de Engenharia Elétrica, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2013.
NOVA CANA. Cogeração: como funciona a produção de energia elétrica numa usina sucroalcooleira. Disponível em: http://www.novacana.com/usina/cogeracao-como-funciona-producao-energia-eletrica/ Acessado em 10 de setembro de 2015.
PRIETO, Mario Gabriel Sánchez. Alternativas de Cogeração na Industria Sucro-Alcooleira, Estudo de Caso. Tese apresentada para o título de Doutor em Engenharia Mecânica, da Universidade Estadual de Campinas, 2003.