GERAÇÃO TERMÉLETRICA

Prof. Clodomiro Unsihuay Vila

INTRODUÇÃO

• Apesar da incerteza das afluências, o SIN caracteriza-sepela presença de usinas hidrelétricas com grandesreservatórios de regularização, que o transformam,juntamente com o parque termelétrico instalado, em umsistema predominantemente composto por fontescontroláveis, despachadas centralizadamente peloOperador Nacional do Sistema Elétrico (ONS).

• No entanto, a diminuição da capacidade de regularizaçãodo SIN, em virtude da notória dificuldade para construirgrandes reservatórios, sobretudo na região da baciaamazônica, e a expansão significativa das fontes nãocontroláveis, com destaque para aquelas intermitentes(eólica e solar fotovoltaica), traz um grande desafio àoperação futura do SIN.

INTRODUÇÃO• Conforme apresentado no relatório do PDE 2024, a Figura a seguir

compara o crescimento da energia armazenável máxima do SIN e ocrescimento do mercado de energia.

• A maioria das usinas viabilizadas recentemente é enquadrada nacategoria “fio d’água”, ou seja, com reservatórios capazes dearmazenar água por apenas algumas horas ou dias, Assim, partedos incrementos de energia armazenável ocorre pelo fato dessasusinas a fio d’água agregarem produtibilidade à cascata onde sesituam, quando possuem reservatórios de regularização àmontante.

• Entretanto, a maioria das usinas viáveis no horizonte decenal estálocalizada em bacias inexploradas, para as quais não há previsão deinstalação de usinas com reservatórios de regularização nesseperíodo e, portanto, ainda não contribuirão com o incremento deenergia armazenável.

INTRODUÇÃO

• Neste sentido, torna-se necessário acomplementação com outras fontes de energia paraatenuar o efeito dos cenários de afluências ruins egarantir o nível de segurança adequado.

• Outras fontes renováveis, que possuem perfil degeração superior no período seco, como eólicas etermelétricas a biomassa, contribuem para essacomplementação.

• Além dessas fontes, as usinas termelétricas serão desuma importância para prover a garantia necessáriaao atendimento do mercado e, nessas condições,cresce a importância das interligações regionais.

INTRODUÇÃO

• A forte participação de fontes intermitentes na matriz energética brasileira traz ainda outro questionamento: como garantir o atendimento à demanda a qualquer hora do dia?

• À medida que as fontes não controláveis passam a responder por parcela significativa da carga, os momentos em que as usinas com geração controlável serão mais exigidas podem não mais ocorrer nos instantes de demanda máxima.

INTRODUÇÃO

• Além disso, a grande variação na geração de fontesintermitentes, que poderá ocorrer em poucas horas ou atémesmo minutos, exigirá da matriz uma maior participação defontes controláveis com flexibilidade operativa, para“acompanhar” a curva de carga horária líquida do sistema(curva de carga total descontada da expectativa de geraçãohorária das usinas não controláveis).

• Essas fontes flexíveis, por outro lado, tendem a apresentarmaiores custos operativos, exigindo do planejamento aadequada definição do montante necessário de modo a nãoonerar em demasia o sistema.

INTRODUÇÃO

• Atualmente, o ONS já enfrenta desafios associados aos conflitospelo uso da água, especialmente em situações de escassez dorecurso hídrico, como a que o Brasil enfrentou no triênio 2013-2015; e também desafios diversos associados à manutenção daconfiabilidade do sistema frente à baixa geração hidrelétricaassociada, recorrendo ao combustível fóssil das usinas termelétricaspara atendimento da carga.

• Esta operação muitas vezes é questionada por ser muito cara,porém é o recurso disponível que deve ser utilizado paramanutenção da segurança no atendimento.

• Adicionalmente, conforme mencionado nos desafios da operaçãoenergética futura, há um grande estímulo para que o planejamentopasse a enfrentar a questão da operação futura do SIN, frente àforte inserção de fontes não controláveis, especialmente as eólicase fotovoltaicas, tanto para atendimento energético quanto nasegurança da operação da rede elétrica.

Vídeos Interessantes

• https://www.youtube.com/watch?v=Apg_aEwvzGM

• Jorge Lacerda:

• https://www.youtube.com/watch?v=_i1eA3SAerc

I) INTRODUÇÃO

● O processo fundamental de funcionamento das centrais

termelétricas baseia-se na conversão de energia

térmica em energia mecânica e esta em energia

elétrica.

● A conversão da energia térmica em mecânica se dá

através do uso de um fluido que produzirá, em seu

processo de expansão, trabalho em máquinas térmicas.

● O acionamento mecânico de um gerador elétrico

acoplado ao eixo da máquina permite a conversão de

energia mecânica em elétrica.

I) INTRODUÇÃO

● A produção da energia térmica pode se dar pela

transformação da energia química dos combustíveis,

através do processo da combustão, ou da energia

nuclear dos combustíveis radioativos, com a fissão

nuclear.

● Centrais cuja geração é baseada na combustão são

conhecidas como termelétricas; as centrais

termelétricas baseadas na fissão nuclear são

chamadas de centrais nucleares.

I) INTRODUÇÃO

● Esquemas, principais tipos e configurações:● Centrais a Diesel

● Centrais a Vapor (não-nucleares)

● Centrais Nucleares

● Centrais a Gás

● Termelétrica com Sistema Combinado

● Central Termo-solar

● Central Geotérmica

● Central Oceânica – gradiente térmico

● Central de Cogeração

II) SUPRIMENTO ENERGETICO PARA TERMELETRICAS

• Classificação dos combustíveis segundo o estado físico

Estado Físico Combustíveis

Sólido Carvão mineral, carvão vegetal, xisto, turfa, lenha resíduos agroindustriais. etc

Líquido Gasolina, querosene, Diesel, óleos combustíveis, etc

Gasoso Gas natural, GLP, biogás, etc

II) SUPRIMENTO ENERGETICO PARA TERMELETRICAS

• Classificação dos combustíveis segundo a origem

Origem Combustível natural Combustível derivados

Não Renovável -Fóssil

Petróleo

Carvão mineralGás NaturalXistoTurfa

Gás liquefeito de petróleo (GLP), óleo diesel, óleo combustível.

Gases manufaturados, coque.Gás Natural Liquefeito (GNL)

Renovável Resíduos sólidos agroindustriaisLenha

Resíduos animaisResíduos urbanos (lixo)Etanol (Alcool)Óleos vegetais

Carvão vegetal, gases manufaturados, metanol, serragem, cavacos, resíduos florestais.Biogas;

Não Renovável -Nuclear

Uranio Tório

U-235, U-238Th-232

III) Fundamentos da Geração TermelétricaPrimeira Lei da Termodinâmica

● Refere-se a energia não pode ser criada nem pode desaparecer.

Pode ser apenas transformada em outra modalidade

● Calor (Q): é definido como sendo a energia em trânsito através

da fronteira de um sistema, numa dada temperatura, a um

outro sistema (ou meio) numa temperatura inferior, em virtude

da diferença de temperatura dos dois sistemas.

● Trabalho (W): é a energia em trânsito (que não está

armazenada em uma substância em movimento) que passa

através das fronteiras de um sistema e que pode, em princípio,

provocar a elevação de um peso.

● – A primeira lei da termodinâmica é uma declaração da

conservação da energia para um ciclo.

● Enunciado de Clausius: Impossibilidade de transferência

espontânea de calor de um sistema de baixa temperatura para um

sistema de temperatura mais elevada;

● Enunciado de Kelvin-Planck: impossibilidade de um sistema realizar

um ciclo termodinâmico retirando calor de uma única fonte e

converte-lo integralmente em trabalho .

III) Fundamentos da Geração TermelétricaSegunda Lei da Termodinâmica

• Exemplo da Segunda lei: Se for colocada uma máquina entreum reservatório de calor quente e outro frio, o fluido iráespontaneamente do corpo quente para o corpo frio,conforme o enunciado de Clausius. Parte da energiatransmitida do fluido pode ser aproveitada pela máquina,produzindo trabalho

III) Fundamentos da Geração TermelétricaSegunda Lei da Termodinâmica

III) Fundamentos da Geração TermelétricaSegunda Lei da Termodinâmica

IV) Geração Termoelétrica a Vapor

https://www.youtube.com/watch?v=VbFFxtdLdxk

IV) Geração Termoelétrica a Vapor

IV) Geração Termoelétrica a VaporCiclos a vapor – Ciclo Carnot e Rankine

• https://www.youtube.com/watch?v=vEje9prROTU

• https://www.youtube.com/watch?v=IcSTo-kTtxM

Fissão e Fusão Nuclear

https://www.youtube.com/watch?v=bYzrxp-h8Pw

https://www.youtube.com/watch?v=JXiGB__Ov7w

Energia Nuclear

Vídeos para assistir

• https://www.youtube.com/watch?v=NAjkmJbdazo

• https://www.youtube.com/watch?v=nCmxLRUaR4w

• https://www.youtube.com/watch?v=65Nr8A_xt98

• https://www.youtube.com/watch?v=89TWNTtJNI4

Cogeração

Sistemas de cogeração são aqueles em que se faz simultaneamente e de forma sequencial a geração de energia elétrica e térmica a partir de um único combustível, tais como gás natural, carvão, biomassa ou derivados de petróleo.

Um sistema de cogeração bem dimensionado e balanceado, do ponto de vista da porcentagem final de cada uma das duas formas de energia, aumenta o rendimento global da utilização do combustível empregado, atuando, assim, no sentido do aumento da eficiência energética.

A Cogeração

• https://www.youtube.com/watch?v=KPiUg94DZB4

• https://www.youtube.com/watch?v=JzbhRB6mfNI

• https://www.youtube.com/watch?v=FCjYlTo61DM

Turbinas a Gás e o Ciclo de Brayton

• Turbinas a gás passo a passo:

• https://www.youtube.com/watch?v=GF-70yncAVY

• https://www.youtube.com/watch?v=rC1efGWBrcQ

• https://www.youtube.com/watch?v=dTOuoIXqQwc

Geração Termoelétrica – CicloCombinado

• Nas décadas de 1950 e 1960 a eficiência dos ciclos a vapor e a gás para geração de energia (ciclo combinado) estava sendo questionada;

• Somente em 1971 é que instalações a ciclo combinado foram viabilizadas (GE nos EUA e ABB(BBC) na Europa).

• Próximo a 1990 é que as usinas térmicas a ciclo

• Combinado passaram a ser empregadas em maior escala.

Geração Termoelétrica – CicloCombinado

Geração Termoelétrica – CicloCombinado

Geração Termoelétrica – CicloCombinado

Alguns Números

• Com os avanços tecnológicos a eficiência já ultrapassa a barreira dos 60% na geração de eletricidade.

• O rendimento médio da geração térmica brasileira está ao redor de 38%.

• As termelétricas no Japão e Dinamarca, possuem uma eficiência média de 40,4% com algumas unidades chegando a 52%

Vídeos

• https://www.youtube.com/watch?v=TuL3nI_3X6g

• https://www.youtube.com/watch?v=yzH0-raXqx8

• https://www.youtube.com/watch?v=6xrp5Xn-UXo