Base Sólida Energia

Conversão de Energia Térmica em
Elétrica a partir da Biomassa
TECNOLOGIAS DISPONÍVEIS
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+55 41 3667 9014 – Curitiba PR
Objetivo
 O Objetivo desta apresentação é informar quais
os tipos usuais de geração de calor e energia
elétrica, suas respectivas características e
vantagens;
 Descrever a geração termoelétrica;
 Identificar o potencial de geração e cogeração
das plantas industriais;
 Mostrar viabilidade e retorno de investimento
nesta área;
Energia Em Foco
 Os tipos de energia mais comuns encontrados na
indústria são:
 Energia
Térmica
 Vapor / água quente / gelada / fluido térmico
 Utilizada para aquecer ou resfriar componentes / fluidos do
processo
 Energia
Mecânica
 Movimento transferido entre engrenagens, correias, correntes,
etc
 Movimento gerador por bombas, turbinas, etc
 Energia
Elétrica
 Energia impulsionadora de motores
 Iluminação e funcionamento de equipamentos elétricos e
Energia Elétrica no Brasil
 No Brasil, a matriz de geração de Energia
Elétrica é baseada na confiável e extensa
fonte pluvial do nosso território;
 A energia elétrica gerada, na sua maioria, por
hidroelétricas é transmitida pelo SIN (Sistema
Interligado Nacional) e distribuída à
população em geral.
 O Brasil tem um problema estrutural a
resolver: falta de volume nos reservatórios
para a regularização plurianual de vazões.
Energia Elétrica no Brasil
 A expansão do parque de geração está sendo
baseada em usinas hidrelétricas na região
Norte. As características topográficas e
problemas ambientais nesta área inviabilizam a
construção de reservatórios com capacidade de
reservação.
 Outra fonte em instalação, a eólica, também não
tem reservatório e produz principalmente nas
épocas secas do ano.
 Isso mostra a necessidade de expansão da
capacidade de geração termoelétrica,
principalmente de fontes renováveis.
Matriz Energética - Brasil
 Fonte Aneel
Sistema Interligado Nacional
 Permite que a
energia gerada
em qualquer lugar
(interligado ao
SIN) possa ser
direcionada à
qualquer
consumidor,
Interligado ao SIN.
 Qualquer outro
ponto é
considerado
sistema isolado.
Sistema Isolado
 As áreas desconectadas do SIN necessitam de





seus próprios meios de geração.
Grupos Geradores;
PCH’s;
Termoelétricas;
Usinas Eólicas;
Sistemas de Cogeração
Mercado de Energia Livre
 Um novo produto é criado: a Energia.
 Neste mercado o consumidor pode escolher o
seu fornecedor de energia, negociar preços e
prazos contratuais, em uma livre
comercialização.
 O mercado livre, com sua capacidade de
reconhecer a individualidade de cada consumidor
em lidar com os riscos e oportunidades da
comercialização de energia promove a inovação
e o equilíbrio entre oferta e demanda com
decisões descentralizadas sobre o consumo e a
produção de energia.
 Atualmente os preços variam de R$ 100,00 o
Perspectivas promissoras para o
setor florestal no Brasil
 Disponibilidade de áreas de para plantio –
pastagens subutilizadas – Aproximadamente 150
milhões de há (Fonte CONAB)
 Condições favoráveis de solo e clima
 Tecnologia
 Experiência empresarial
Produção Florestal no Brasil
 Teve grande crescimento nos últimos 15 anos em
função de níveis elevados de ganhos de
produtividade, decorrentes de programas de
pesquisa e desenvolvimento nas áreas de:
 Genética;
 Plantio e manejo florestal:
 Capacitação empresarial.
Florestas Plantadas
 Fonte:
Bracelpa
Panorama de Plantios Florestais no
Mundo
Panorama Florestal no Brasil
Posição dos plantios florestais no Brasil em 2011
1º
2º
3º
5º
Minas Gerais
São Paulo
Paraná
Santa Catarina
Eucalipto
hectare
1.401.787
1.031.700
188.153
104.686
Pinus
hectare
75.408
156.726
658.707
538.254
Total
hectare
1.477.195
1.188.426
846.860
642.940
Brasil
4.873.952
1.641.892
6.515.844
Fonte : ABRAF(2012)
Comparativo entre Produtividade
Uso da Madeira no Brasil
 Celulose, Carvão e Placas – Setores
estruturados e modernos
 Energia – Setor ainda pouco desenvolvido,
devido ao desconhecimento de oportunidades
no setor de geração por parte dos
empresários florestais (mercado livre,
autoprodução, leilões de energia do governo,
etc.)
Ciclos de Transformação de
Energia
 A geração termoelétrica permite a aplicação
dos ciclos de transformação de energia e
como resultado obter trabalho.
 Energia Química  Energia Térmica
Energia Mecânica (Trabalho)  Energia
Elétrica
Ciclo Brayton
 Turbina a Gas
Ciclo Diesel
Ciclo Otto
Ciclo Rankine
 Ciclo Rankine
 Cliclos Combinados
APLICAÇÃO PRÁTICA DOS
‘
CICLOS
Grupo Geradores
 Os grupos geradores são equipamentos
compostos por um motor, movido à diesel,
biodiesel, gás natural, biogás, etanol / gasolina,
conectado à um gerador (alternador).
 Possibilita que a queima do combustível gere
potência elétrica a ser consumida em qualquer
tipo de instalação, comercial, doméstica,
industrial, etc.
Grupos Geradores
 Os moto geradores podem ser montados
isolados ou em conjunto, centrais de geração,
permitindo a mais variada potência de geração.
 Podem ser utilizados como fonte de energia em:
 Emergência (quedas de energia da
concessionária);
 Sistemas isolados ou desconectados da rede de
transmissão;
 Horário de ponta / pico, quando a energia possui
preço elevado;
 O custo de geração com moto geradores à diesel
está em torno de R$ 600,00 o MWh.
Grupos Geradores - Cogeração
Perdas
Calor utilizável
Combustível
Energia elétrica
 Os moto geradores geram energia elétrica e calor
(gases quentes).
 Os gases quentes da combustão podem ser
aproveitados para aquecer substâncias, fluidos,
máquinas, ou seja, pode ser utilizado em
diversos processos em geral.
Geração de Vapor - Caldeira
 A caldeira permite a queima de combustível:
 Biomassa (cavaco, toras de madeira, capim
elefante, resíduos de floresta, galhada, cascas de
frutas, bagasso de cana, etc ...
 Gás / Óleo / Diesel
 Recupera calor dos gases da combustão no
aquecimento da água até sua ebulição (fervura).
 O vapor produzido pode ser:
 Saturado – húmido
 Superaquecido – seco
Apropriado para Geração
Caldeira
 A Caldeira pode ser definida por sua forma
construtiva como:
 Flamotubular – o “fogo” e os gases da combustão
fluem por dentro dos tubos.
 Aquatubular – a água flui por dentro dos tubos da
caldeira.
 Mista – a água flui pelos tubos da parede da
fornalha, e o gás escoa por dentro do tubulão de
geração de vapor
Caldeira - Flamotubular
 Características:
 Normalmente utilizada para geração de vapor
saturado;
 Baixa geração de vapor - até 30 t/h;
 Pressão de vapor de até 30 bar
Caldeira Aquatubular
 Características:
 Produzir grande quantidade
de vapor;
 Vapor Superaquecido até
550°C com pressões de até
100 bar;
 Alta eficiência térmica e
estabilidade de geração de
vapor;
 Aceita combustíveis úmidos
e de variadas
granulometrias;
Caldeira Mista
 Fornalha Aquatubular com tubolão flamotubular
 Apropriada para geração de energia, proposta
pela Base Sólida
Turbinas a Vapor - Condensação
Condensação Pura
Condensação com Simples Extração
Condensação com Dupla Extração
Turbinas a Vapor - Contrapressão
Contrapressão Pura
Contrapressão com Simples Extração
Turbo-Gerador – Potência ≤ 3MW
Layout em camada
única
Turbo
Gerador
Condensador
Sistema de
Óleo
Sistema de
Vácuo
Turbina – Múltiplos Estágios
Princípio de Funcionamento
 Transforma a Energia do Vapor (entalpia) em
Energia Cinética
 O objetivo interno de uma turbina é transformar
todo salto entalpico em energia cinética
(movimento) em um ambiente o máximo possível
isentrópico e produzir trabalho.
Estágio Curtis – Ação
(velocidade)
Estágio Rateau – Ação (pressão)
Estágio de Reação
Turbina– Diagrama TS
Turbina de 300 kW
Termoeletrica - Componentes
Caldeira +
Desaerador
Turbo-Gerador +
Condensador
Sistema de
Resfriamento
Sistema Elétrico
Geração Pura
 Ciclo Rankine
Cogeração
 Produção de Energia Elétrica e Vapor
simultaneamente
Fluxograma
Modelo de Negócio de Geração
 O uso de lenha como energia no Brasil é baseado no
suprimento das unidades industriais por resíduos
florestais.
 Resíduos são enfocados como tal enquanto não há
uso comercial, e quando há, viram sub-produtos . O
que leva a majoração dos preços de venda,
consequente aumento dos riscos de suprimento.
 A proposta é, estruturar para a lenha, um modelo
semelhante ao adotado na produção do etanol no
Brasil. A implantação de uma destilaria está sempre
associada ao plantio da cana. A cada termoelétrica de
biomassa estará associado uma área florestal
plantada, específica, de propriedade da usina ou sob
arrendamento ou outra forma que garanta o
suprimento.
Pré-Requisitos
 Os pré-requisitos que possibilitam a instalação de
um sistema de geração ou cogeração
termoelétrico na indústria podem ser divididos em
três subitens:
 Combustível / Resíduos
 Energia Elétrica
 Vapor
Pré-Requisitos – Combustível
 Todo e qualquer resíduo que possa ser queimado
na caldeira e que tenha custo atrativo para a
indústria.
 Ex.
 Lenha / Cavacos / Galhos / Madeira
 Bagaço / Palha de Cana
 Casca de Arroz
 Braquiária / Capim Elefante
 Gases em (Natural / Biogás / de Síntese, etc)
 Óleos em geral
 Resíduos do Campo, da Floresta e da Indústria em
geral
Pré-Requisitos – Energia Elétrica
 A questão da Energia Elétrica pode ser avaliada sob
três aspectos:
 O consumo elevado de energia elétrica
 A fatura de energia torna-se um custo elevado
 A falta de energia na região
 Tanto para início como para expansão ou ampliação
das atividades
 A venda de energia elétrica
Pré-Requisitos - Vapor
 A necessidade de vapor na planta, aliado aos
outros dois fatores (combustível e energia
elétrica), possibilita a implantação de um sistema
de cogeração.
 Esse sistema, bem dimensionado, permite um
rápido retorno de investimento.
 Em grande parte dos casos, com o acréscimo de
15% no consumo de combustível, pela caldeira, é
possível gerar grande parte da energia elétrica
consumida.
Números Interessantes
 Apresentamos agora alguns números que podem
fazer uma sistema de geração / cogeração
termoelétrico viável.
 Combustível
 Considerando um combustível com 2.500 kcal/kg
de pci (o cavaco, por exemplo, com 40% de
umidade.
 O preço atrativo pode variar até R$ 60,00 por
tonelada para geração e venda de energia elétrica.
 E pode chegar até R$ 120,00 por tonelada para
geração de energia elétrica para o consumo
próprio.
Números Interessantes (2)
 Energia Elétrica
 Comprada da Concessionária pode chegar até:
 Horário fora de ponta: R$ 240,00/MWh
 Horário de ponta: R$ 1.300,00/MWh
R$ 350,00
 Em geração Pura, com o combustível a R$
60,00/ton, custa R$ 120,00 / MWh
 Em cogeração, com o combustível a R$ 60,00/ton,
custa até R$ 85,00 / MWh
 Para a venda no mercado livre pode chegar em até
R$ 220,00 /MWh
 Médio (considerando demanda e impostos):
Investimentos (1)
 A Base Sólida Energia desenvolve, projeta,
fabrica e instala equipamentos e sistemas de
geração e cogeração de energia elétrica que
possibilitam resultados e retorno de
investimentos rápidos e seguros para a indústria
e produtores em geral.
 Os investimentos podem variar segundo a
potência de geração e o tipo (geração pura e
cogeração).
Investimentos (2)
 Geração Pura
 Termoelétrica de 300 kW
900.000,00
 Termoelétrica de 1 MW
3.000.000,00
 Termoelétrica de 2,5 MW
7.000.000,00
~R$
~R$
~R$
 Cogeração (sem caldeira)
 Termoelétrica de 300 kW
~R$
450.000,00
 Termoelétrica de 1 MW
1.200.000,00
~R$
Avaliações e Considerações
 Quanto mais barato é o custo do combustível a
ser queimado, mais barato será o custo da
energia gerada.
 Quando há a necessidade de consumo de vapor,
por parte da planta ou indústria, a cogeração
sempre é viável. Neste caso deve-se sempre
escolher por uma caldeira de vapor
superaquecido.
 O vapor superaquecido (24 bar e 380°C) permite
um melhor aproveitamento na turbina e efetiva
geração elétrica.
 A geração de energia elétrica para o consumo
próprio, em substituição à comprada da
MUITO OBRIGADO