2004/2005 gestão de energia em edifícios e na indústria 1 produção autónoma de energia Álvaro...

2004/20052004/2005 Gestão de Energia em Edifícios e na InGestão de Energia em Edifícios e na Indústriadústria

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Produção Autónoma de Produção Autónoma de EnergiaEnergia

Álvaro Gomes

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de ComputadoresGestão de Energia em Edifícios e na Indústria


Produção de EE em 2000 (SEN)

GN (SEP); 14.06%

Carvão (SEP); 34.18%

Fuelóleo (SEP); 11.67%

Albufeira (SEP); 13.45%

Mini-hídrica (PRE); 1.36%

Eólica (PRE); 0.35% Hídrica

(SENV); 1.47%

Fio de água (SEP); 10.78%

RSU; 1.22%

Co-geração (PRE);

11.37%

Gasóleo (SEP); 0.09%


Evolução da Potência no SEN (GW)Evolução da Potência no SEN (GW)Evolução da Potência no SEN (GW)Evolução da Potência no SEN (GW)

Fio de água

Albufeira

Fuelóleo

Carvão Gasóleo

Hídrica (SENV)

Gás natural

Co-geração (PRE)

Mini-hídrica (PRE)

Eólica (PRE)


Vantagens da co-geraçãoVantagens da co-geraçãoA produção centralizada em grande escala pode ser A produção centralizada em grande escala pode ser pouco eficiente devido ao não aproveitamento da pouco eficiente devido ao não aproveitamento da energia térmica. Os sistemas de co-geração são, energia térmica. Os sistemas de co-geração são, usualmente, localizados e permitem o aproveitamento usualmente, localizados e permitem o aproveitamento de parte da térmica, aumentando a eficiência do de parte da térmica, aumentando a eficiência do processo de conversãoprocesso de conversãoBenefícios Benefícios

consumidor consumidor redução da factura com a EEredução da factura com a EEpotencial melhoria da qualidade de abastecimentopotencial melhoria da qualidade de abastecimentomaior grau de diversificação das fontes de energia maior grau de diversificação das fontes de energia

sociedade sociedade diversificação das fontes primárias de energiadiversificação das fontes primárias de energiamaior eficiência no uso da energia primária (redução da taxa maior eficiência no uso da energia primária (redução da taxa consumo das reservas de combustíveis) consumo das reservas de combustíveis) redução do impacte ambientalredução do impacte ambiental

sistema eléctricosistema eléctricoredução de pontasredução de pontasdescentralização da produção de energia eléctricadescentralização da produção de energia eléctrica


Produção combinada de calor e Produção combinada de calor e electricidadeelectricidade

centrais

48% 52%

Energia final56%

Perdas 44%

caldeira

Electricidade18%

Tecnologiaconvencional

combustível 100%

Sistema de cogeração

Perdas 16%En. Térmica

60%Electricidade

24%

Cogeração

combustível 100%

Energia final84%


Tecnologias …Tecnologias …Evolução da tecnologia dos motores, das turbinas Evolução da tecnologia dos motores, das turbinas e dos recuperadores de calor originou uma grande e dos recuperadores de calor originou uma grande diversidade de alternativas para co-geração diversidade de alternativas para co-geração turbinas/caldeirasturbinas/caldeiras

vapor, vapor, gásgás

motores de combustão internamotores de combustão internaDieselDieselGás natural (usualmente ciclo Otto – 4 tempos)Gás natural (usualmente ciclo Otto – 4 tempos)Dual - fuelDual - fuel

Outros Outros (alguns ainda em fase de desenvolvimento e (alguns ainda em fase de desenvolvimento e experimentação)experimentação)

Células de combustívelCélulas de combustívelMicro-turbinas (~30 – 300 kW)Micro-turbinas (~30 – 300 kW)……


Tecnologias – turbina a gásTecnologias – turbina a gás


Balanço de Balanço de energia numa energia numa turbina a gásturbina a gás

•Fácil manutenção

•Arranque rápido (relativamente)

•Grande fiabilidade

•Disponibiliza ET a elevadas temperaturas (500 – 600ºC)

•Compactas e com poucas vibrações

•Menos atractivas em processos com poucas necessidades térmicas

•Tempo de vida útil curto

•Só combustíveis líquidos e gasosos


Tecnologias – turbina a vaporTecnologias – turbina a vapor


Balanço de Balanço de energia numa energia numa

turbina a vaporturbina a vapor

•Disponibiliza vapor à pressão atmosférica ou alta pressão

•Trabalham longos períodos de tempo sem necessidade de paragem

•Eficiência global elevada

•Tempo de vida elevado

•Investimento inicial elevado

•Emissão de poluentes

•Baixo rendimento em EE

•Arranque lento

•Reduzido número de aplicações

•Dependência de um tipo de combustível no dimensionamento


Ciclo combinadoCiclo combinado


Motores de combustãoMotores de combustão


Campos de aplicação:Campos de aplicação:

Indústria transformadoraIndústria transformadora HospitaisHospitais HotéisHotéis Estabelecimentos de ensino;Estabelecimentos de ensino; Piscinas;Piscinas; Edifícios de escritóriosEdifícios de escritórios Centros comerciaisCentros comerciais Distribuição domiciliária de calorDistribuição domiciliária de calor


Dimensionamento optimizado Dimensionamento optimizado para:para:

Obtenção de calor Obtenção de calor resposta às necessidades térmicas resposta às necessidades térmicas

importando/exportando EEimportando/exportando EE

Obtenção da EE Obtenção da EE utilizando caldeiras independentes para utilizando caldeiras independentes para

produzir o calor adicional, se necessárioproduzir o calor adicional, se necessário

Minimização de custos Minimização de custos (total anual: (total anual: investimento+manutenção+operação)investimento+manutenção+operação) resposta às necessidades mínimas de calor e resposta às necessidades mínimas de calor e

EE utilizando caldeiras independentes e EE utilizando caldeiras independentes e importando / exportando EE, se necessárioimportando / exportando EE, se necessário


Parâmetros a considerar:Parâmetros a considerar:

QuantidadeQuantidade Vapor (ton/h)Vapor (ton/h) Calor (kWh)Calor (kWh) EE (kWhe)EE (kWhe)

QualidadeQualidade PressãoPressão TemperaturaTemperatura TensãoTensão

Perfil do consumoPerfil do consumo Perfil anualPerfil anual Perfil diário (verão / inverno)Perfil diário (verão / inverno) Perfil diário de paragemPerfil diário de paragem


Projecto …Projecto …

Com os parâmetros identificados e Com os parâmetros identificados e quantificados e a opção tomada quantificados e a opção tomada relativamente à opção de relativamente à opção de dimensionamento, identificam-se as dimensionamento, identificam-se as tecnologias mais adequadas, seguindo-tecnologias mais adequadas, seguindo-se a avaliação técnico-económicase a avaliação técnico-económica


Execução do Projecto

Desenvolvimento do Caderno de EncargosDesenvolvimento do Caderno de Encargos

Consulta ao Mercado, Selecção de Fornecedor e Elaboração de Contratos.

Consulta ao Mercado, Selecção de Fornecedor e Elaboração de Contratos.

Execução do ProjectoExecução do Projecto

• Concepção da Central de Cogeração;

• Solicitação de Condições de Interligação ao SEP;

• Instrução do Processo de Licenciamento junto da DGE.

• Desenvolvimento de um documento de consulta para o fornecimento e montagem da central de cogeração, atendendo aos requisitos da instalação, processos envolvidos e exigências de performance da instalação.

• Consulta a fornecedores existentes no mercado;

• Relatório de comparação das propostas e Selecção;

• Contratos de Fornecimento e de Disponibilidade / Manutenção.

• Gestão da Obra;• Realização de Testes;• Aceitação da Obra;• Vistoria [DRME e EDIS]

Concepção e LicenciamentoConcepção e Licenciamento

Projecto de Co-geração


Alguns exemplosAlguns exemplos


Produção de frio por absorçãoProdução de frio por absorção

Aproveitamento do calor remanescente do Aproveitamento do calor remanescente do cogerador através de cogerador através de chillerschillers de absorção de absorção – isentos de CFC’s;– isentos de CFC’s;

Menores custos de manutenção (pois estes Menores custos de manutenção (pois estes chillerschillers funcionam segundo um princípio funcionam segundo um princípio químico – não têm partes móveis);químico – não têm partes móveis);

O seu elevado preço ainda é um entrave à O seu elevado preço ainda é um entrave à sua utilização, tal como o seu baixo COP sua utilização, tal como o seu baixo COP (tipicamente entre 0.6 e 1.4).(tipicamente entre 0.6 e 1.4).


Princípio de funcionamento geralPrincípio de funcionamento geral


Princípio de funcionamento geralPrincípio de funcionamento geral

Semelhante ao ciclo de compressão Semelhante ao ciclo de compressão (compressor - condensador - válvula de (compressor - condensador - válvula de expansão - evaporador - compressor);expansão - evaporador - compressor);

O compressor mecânico é substituído por um O compressor mecânico é substituído por um “compressor químico” (composto por uma “compressor químico” (composto por uma solução química, uma bomba e um permutador solução química, uma bomba e um permutador de calor).de calor).


ClassificaçãoClassificação

Apenas turbinas conseguem gerar temperaturas Apenas turbinas conseguem gerar temperaturas aceitáveis para os aceitáveis para os chillerschillers de duplo e triplo efeito de duplo e triplo efeito

Os de meio efeito são demasiado caros e Os de meio efeito são demasiado caros e ineficientes para serem viáveisineficientes para serem viáveis

Tipo COP Temperaturas dealimentação °C

Meio-efeito 0.35 80 – 100

Efeito simples 0.70 120 – 132

Efeito duplo 1.1 150 – 170

Efeito triplo >1.6 170 – 200


ExemploExemplo


2424

TRIGERAÇÃOTRIGERAÇÃO

Conversão realizada a partir de um único combustível em três “formas de energia” diferentes: electricidade, vapor ou água quente e água fria


Componentes do sistemaComponentes do sistema

Máquina primária: Máquina primária: Motores alternativos: ciclo “OTTO” ou ciclo Diesel;Motores alternativos: ciclo “OTTO” ou ciclo Diesel; Turbinas a gás ou a vapor;Turbinas a gás ou a vapor;

Recuperador de calor;Recuperador de calor;

ChillersChillers de absorção de efeito simples ou de de absorção de efeito simples ou de efeito duplo.efeito duplo.

Gerador de energia eléctricaGerador de energia eléctrica


Porquê trigeração?Porquê trigeração?

Permite compensar diferenças entre Permite compensar diferenças entre necessidades térmicas de Inverno e de Verão necessidades térmicas de Inverno e de Verão maximizando o aproveitamento da unidade de maximizando o aproveitamento da unidade de cogeraçãocogeração

Objectivo: produzir electricidade e AQS durante Objectivo: produzir electricidade e AQS durante todo o ano, calor no Inverno e frio no Verão para todo o ano, calor no Inverno e frio no Verão para climatização. climatização.


Resumo das vantagensResumo das vantagens

Eficiência global superior Eficiência global superior Diminuição de perdas de transporte de Diminuição de perdas de transporte de

energia devido à produção localenergia devido à produção local Emissões mais reduzidas de poluentesEmissões mais reduzidas de poluentes Podem em alguns casos ser aproveitados Podem em alguns casos ser aproveitados

resíduos industriais, domésticos e biomassaresíduos industriais, domésticos e biomassa Redução da potência em horas de ponta à Redução da potência em horas de ponta à

rede, reduzindo a necessidade do recurso a rede, reduzindo a necessidade do recurso a centrais menos eficientes ou à importação centrais menos eficientes ou à importação em períodos de pontaem períodos de ponta


Princípio de funcionamentoPrincípio de funcionamento


VantagensVantagens Eficiência global do sistema muito superior à Eficiência global do sistema muito superior à

produção independente de cada uma das formas produção independente de cada uma das formas de energia (conseguem-se economias de 60% de de energia (conseguem-se economias de 60% de energia primária;energia primária;

Diminuição das perdas de transporte de energia Diminuição das perdas de transporte de energia devido à produção local;devido à produção local;

Emissões de NOx reduzidas em 25% em Emissões de NOx reduzidas em 25% em comparação com a produção de electricidade nas comparação com a produção de electricidade nas centrais térmicas e calor nas caldeiras tradicionais.centrais térmicas e calor nas caldeiras tradicionais.

Emissões de CO2 reduzidas em 30 a 60%;Emissões de CO2 reduzidas em 30 a 60%;


Vantagens – continuaçãoVantagens – continuação

Redução da potência em horas de ponta à rede, Redução da potência em horas de ponta à rede, reduzindo a necessidade do recurso a centrais reduzindo a necessidade do recurso a centrais menos eficientes ou à importação em períodos menos eficientes ou à importação em períodos de ponta);de ponta);

Podem ser usados gases (Ex: metano) Podem ser usados gases (Ex: metano) resultantes de outros processos que de outra resultantes de outros processos que de outra forma seriam desaproveitados e lançados na forma seriam desaproveitados e lançados na atmosfera, destruindo a camada de ozono;atmosfera, destruindo a camada de ozono;

Investimentos facilmente recuperáveis no Investimentos facilmente recuperáveis no horizonte de 5 anos;horizonte de 5 anos;


A co/trigeração em Portugal:A co/trigeração em Portugal:

Existem instalações de cogeração a funcionar Existem instalações de cogeração a funcionar desde há várias dezenas de anos em algumas desde há várias dezenas de anos em algumas indústrias, tendo aumentado significativamente indústrias, tendo aumentado significativamente o seu número a partir da publicação do DL o seu número a partir da publicação do DL 189/88.189/88.

No total, representam 9 % da produção nacional No total, representam 9 % da produção nacional de energia.de energia.

Existem alguns exemplos de instalações de Existem alguns exemplos de instalações de trigeração em funcionamento.trigeração em funcionamento.

2004/2005 gestão de energia em edifícios e na indústria 1 produção autónoma de energia Álvaro...

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