Concepção dos Sistemas de Cogeração

Edison Tito Guimarães

28 Junho de 2008

Principais Atividades:33 anos operando nas seguintes áreas:

• Ar Condicionado Central

• Ventilação / Aquecimento

• Salas limpas e CPD’s

• Cogeração

• Geração de Energia Elétrica

• Refrigeração Industrial

• Sistemas de Vapor / Calor

• Eficiência Energética

700 cientistas afirmam: “ESTAMOS DESTRUINDO O PLANETA”

Energia, sem duvida, é o maior poluidor

O que podemos fazer ?

LIXO EMEIO

AMBIENTE

ÁGUAENERGIA

O CICLO DOS RECURSOS

NO PLANETA

ENERGIA = MAIOR

POLUIDOR AMBIENTAL

DO PLANETA

COGERAÇÃO

Geração de energia elétrica/mecânica e térmica,

em série, a partir de um

combustível

Componentes Básicos:

- Motor ou Turbina a gás - Gerador elétrico (ou maquina acionada) - Caldeira de recuperação (ou outro elemento de recuperação de calor)- Sistema de queima suplementar- Chaminé de by-pass (ou outro elemento

de controle)- Chaminé - Sistemas de controle paralelismo- Compressor de gás natural (se necessário)

Produtos energéticos da Cogeração - Energia elétrica / mecânica - Vapor de baixa / media / alta pressão - Água quente para processo- Água quente para controle de umidade relativa do ar- Calor direto para secagem- Água gelada para ar condicionado refrigeração industrial- Amônia a baixa temperatura para sistemas frigoríficos- CO2 (dos gases de descarga) para sistemas

industriais e industrias de bebidas

A escolha da configuração do

Sistema de Cogeração

1 - Analise Técnica

2 - Analise Econômica

O estudo técnico

Aspectos físicos do local: espaço para equipamentos, vizinhança, ruído, visual, fontes de energia, etc

Turbina ou motor a gás ? Analisar a relação de cargas elétricas e

térmicas Verificação do verdadeiro perfil eletro-

térmico do processo (e possibilidade da conversão do perfil atual em outro mais apropriado – exemplo Coca-cola Jundiaí)

TURBINAS A GÁS

Cogeração Fluxo de energia na turbina

MOTORES A GÁS

Cogeração Fluxo de energia no motor

Comparacao dos fluxos de energia para Cogeração

Turbina

Eletr.30%

Vapor55%

Rejeito15%

Motor

Vapor18%

Ag.q.28%

Rejeito14%

Eletr.40%

O estudo técnico

A relação elétro-térmica É de fundamental importância pois

afeta o desempenho financeiro do projeto

Para turbinas a gás situa-se ao redor de kWe/kWt = 0,6

Para motores a gás, deve ser ao redor de kWe/kWt = 1,0

A importância do desempenho em carga

parcial

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

KW

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HORA

Curva de carga elétrica

O perfil de carga diário (eletricidade / calor)

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Ca

rga

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Mes

Curva de carga anual

O perfil de carga anual (eletricidade / calor)

Exemplo de eficiência de uma turbina a gás em carga parcial

A maioria dos equipamentos apresenta redução de eficiência quando operam em carga parcial, conseqüentemente consumindo mais energia (aumento do consumo especifico)

Muitos equipamentos tem dificuldade ou impossibilidade de operação em baixas cargas (muitos não operam abaixo de 40%)

Não considerar os dois itens acima pode comprometer seriamente o resultado econômico / financeiro do empreendimento

Torna-se necessário uma simulação detalhada da operação para obter fluxos de energia o mais próximos possível da realidade

Desempenho em carga parcial

A simulação energética

Importantes variáveis da simulação Curvas de carga diária, semanal, mensal e

anual. Clima - diversos equipamentos são

fortemente afetados pela meteorologia da região (turbinas a gás principalmente).

Desempenho em carga parcial - modelos matemáticos permitem simular tais condições, que afetam o consumo de combustível e das utilidades de apoio

AEROPORTO DE SALVADOR DIA 01 DE JANEIRO

Hora 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1701/Jan Tbs(C) 23.2 22.6 22.1 21.7 21.6 21.8 22.4 23.5 25.1 26.9 29 30.9 32.4 33.3 33.7 33.3 32.501/Jan Tbs-Turb. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 001/Jan TR Geral 706 636 549 514 557 648 761 883 989 1152 1318 1487 1602 1590 1624 1607 163601/Jan Carga-TR 706 636 549 514 557 648 761 883 989 1152 1318 1487 1602 1590 1624 1607 163601/Jan Carga Cag 706 636 549 514 557 648 761 883 989 1152 1318 1487 1602 1590 1624 1607 163601/Jan KWe-Cag 643 613 570 552 575 618 666 747 935 1004 1152 1387 1470 1483 1525 1494 149301/Jan KWe-Tot. 2840 2713 2475 2457 2577 2846 3216 3297 3328 3396 3447 3682 3765 3778 3723 3691 391601/Jan KWe-Motor 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 001/Jan KWe-Turb. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 001/Jan KWe-Prod. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 001/Jan KWe-Paras 643 613 570 552 575 618 666 747 935 1004 1152 1387 1470 1483 1525 1494 149301/Jan KWe-Liq. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 001/Jan KWe-Rede 2840 2713 2475 2457 2577 2846 3216 3297 3328 3396 3447 3682 3765 3778 3723 3691 391601/Jan Vapor-Abs2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 001/Jan Vapor-Abs1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 001/Jan Vapor-Tot 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 001/Jan Vap-Turb. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 001/Jan Vap-Motor 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 001/Jan Vap-Hrsg 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 001/Jan Vap-Cald 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 001/Jan Gn-Turb. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 001/Jan Gn-Motor 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 001/Jan Gn-S.Fire 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 001/Jan Gn-Cald 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Hora 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1701/Jan Tbs(C) 23.2 22.6 22.1 21.7 21.6 21.8 22.4 23.5 25.1 26.9 29 30.9 32.4 33.3 33.7 33.3 32.501/Jan Tbs-Turb. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 001/Jan Carga-TR 706 636 549 514 557 648 761 883 989 1152 1318 1487 1602 1590 1624 1607 163601/Jan Carga Cag 706 636 549 514 557 648 761 883 989 1152 1318 1487 1602 1590 1624 1607 163601/Jan KWe-Cag 258 258 258 258 258 258 313 345 388 441 473 770 789 792 801 794 79401/Jan KWe-Tot. 2554 2457 2262 2262 2359 2584 2961 2993 2879 2932 2865 3161 3180 3182 3094 3087 331201/Jan KWe-Motor 2554 2457 2262 2262 2359 2584 2961 2993 2879 2932 2865 3161 3148 3135 3094 3087 314601/Jan KWe-Turb. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 001/Jan KWe-Prod. 2554 2457 2262 2262 2359 2584 2961 2993 2879 2932 2865 3161 3148 3135 3094 3087 314601/Jan KWe-Paras 357 357 357 357 357 357 411 443 487 539 570 866 885 887 897 890 89001/Jan KWe-Liq. 2198 2100 1905 1905 2003 2228 2550 2550 2393 2393 2295 2295 2263 2248 2198 2198 225601/Jan KWe-Rede 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 32 47 0 0 16601/Jan Vapor-Abs2 1.64 1.48 1.26 1.17 1.28 1.51 2.19 2.58 2.92 2.65 3.16 2.8 3.09 3.11 3.23 3.14 3.1701/Jan Vapor-Abs1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.22 0 0 0 0 0 001/Jan Vapor-Tot 1.64 1.48 1.26 1.17 1.28 1.51 2.19 2.58 2.92 2.65 3.38 2.8 3.09 3.11 3.23 3.14 3.1701/Jan Vap-Turb. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 001/Jan Vap-Motor 1.74 1.68 1.55 1.55 1.61 1.76 2.01 2.03 1.96 2 1.97 2.19 2.19 2.19 2.17 2.16 2.1901/Jan Vap-Hrsg 1.64 1.48 1.26 1.17 1.28 1.51 2.01 2.03 1.96 2 1.97 2.19 2.19 2.19 2.17 2.16 2.1901/Jan Vap-Cald 0 0 0 0 0 0 0.18 0.55 0.97 0.65 1.41 0.61 0.9 0.91 1.06 0.99 0.9701/Jan Gn-Turb. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 001/Jan Gn-Motor 758 737 693 693 715 764 840 847 824 833 818 872 868 864 856 856 86701/Jan Gn-S.Fire 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 001/Jan Gn-Cald 0 0 0 0 0 0 12 36 64 43 94 40 60 61 70 65 65

AEROPORTO DE SALVADOR

SISTEMA ELETRICO TERMICO CONVENCIONAL

MOTOR A GAS Nenhum

NUMERO DE MOTORES A GAS 0

16 de Marco de 2000

Dem.Pt Cons.Pt Dem.F.Pt Cons.F.Pt Turbina Parasitas Kw LiquidoVapor Gas Nat. Refrig. Absorcao Horas(Kw) (Kw.h) (Kw) (Kw.h) (Kw.h) (Kw.h) (Kw.h) (Kg) (m3) (TR.h) (TR.h)

Janeiro 3,973 238,640 3,886 2,236,810 0 756,112 0 0 0 838,996 0 744Fevereiro 3,914 239,717 3,890 2,104,417 0 735,721 0 0 0 816,414 0 696Marco 3,975 261,255 3,950 2,226,835 0 768,752 0 0 0 848,900 0 744Abril 3,909 231,160 3,882 2,108,693 0 675,978 0 0 0 750,168 0 720Maio 3,846 238,561 3,685 2,143,010 0 662,234 0 0 0 737,645 0 744Junho 3,752 233,635 3,632 2,040,473 0 610,233 0 0 0 676,733 0 720Julho 3,587 219,128 3,559 2,079,188 0 578,978 0 0 0 635,034 0 744Agosto 3,575 238,656 3,547 2,057,190 0 576,509 0 0 0 628,703 0 744Setembro 3,640 232,927 3,570 2,043,210 0 612,262 0 0 0 680,129 0 720Outubro 3,854 228,654 3,717 2,178,351 0 687,668 0 0 0 773,014 0 744Novembro 3,897 240,600 3,715 2,102,783 0 679,508 0 0 0 762,234 0 720Dezembro 3,892 243,946 3,874 2,189,868 0 714,477 0 0 0 801,857 0 744

TOTAIS 0 2,846,878 0 25,510,828 0 8,058,432 0 0 0 8,949,825 0 8,784

Consumo Maximo de vapor 0 Kg/h

Capacidade Maxima Requerida do Hrsg 0 Kg/h

Capacidade Maxima requerida da caldeira comum 0 Kg/h

Capacidade do Tanque de Agua Gelada 0 m3

AEROPORTO DE SALVADOR

SISTEMA DE COGERACAO

MOTOR A GAS Caterpillar Tamdem 3516 High Temp de 1600 kWe

NUMERO DE MOTORES A GAS 2

16 de Marco de 2000

Dem.Pt Cons.Pt Dem.F.Pt Cons.F.Pt Turbina Parasitas Kw Liquido Vapor Gas Nat. Refrig. Absorcao Horas(Kw) (Kw.h) (Kw) (Kw.h) (Kw.h) (Kw.h) (Kw.h) (Kg) (m3) (TR.h) (TR.h)

Janeiro 261 3,622 230 535 2,115,184 400,003 1,715,181 2,170,305 652,835 838,996 823,664 744Fevereiro 238 5,160 232 458 1,988,820 386,026 1,602,794 2,101,586 616,343 816,414 799,659 696Marco 263 8,076 259 1,937 2,127,943 418,618 1,709,324 2,133,388 651,966 848,900 810,820 744Abril 234 1,975 226 229 2,023,066 361,395 1,661,671 1,992,140 621,837 750,168 742,693 720Maio 98 291 0 0 2,076,456 357,410 1,719,046 1,944,711 634,387 737,645 736,634 744Junho 0 0 0 0 1,997,071 333,196 1,663,875 1,809,662 608,369 676,733 676,631 720Julho 0 0 0 0 2,043,661 324,324 1,719,338 1,743,013 618,938 635,034 634,913 744Agosto 0 0 0 0 2,042,892 323,554 1,719,338 1,718,486 617,837 628,703 628,586 744Setembro 0 0 0 0 1,998,290 334,415 1,663,875 1,817,927 608,953 680,129 680,003 720Outubro 99 196 0 0 2,087,353 368,211 1,719,142 2,033,795 640,620 773,014 772,322 744Novembro 226 531 0 0 2,025,510 362,165 1,663,344 2,002,315 622,995 762,234 760,598 720Dezembro 222 609 0 0 2,096,667 377,939 1,718,728 2,113,632 646,888 801,857 800,152 744

TOTAIS 0 20,461 0 3,159 24,622,912 4,347,257 20,275,654 23,580,958 7,541,966 8,949,825 8,866,675 8,784

Consumo Maximo de vapor 4,236 Kg/h

Capacidade Maxima Requerida do Hrsg 2,191 Kg/h

Capacidade Maxima requerida da caldeira comum 2,271 Kg/h

Capacidade do Tanque de Agua Gelada 0 m3

O estudo econômico

Importantes elementos Custo total de implantação (ordem de

grandeza de US$1500 a 2000 / kWe) Consumo de combustíveis (gás ou óleo,

etc.), energia auxiliar e outros (água, óleo lubrificante, filtros, etc.)

Custo total de operação e manutenção Custo da energia de back-up Custo do “overhaul” Custos evitados com a Cogeração

Unidades de Absorção para produção de água gelada

As unidades de Absorção

Norteshopping

A Cogeração pode ser combinada com a

Termoacumulação de Água Gelada

Sistema de

Cogeração da

Coca-Cola Jundiaí

COCA-COLA JUNDIAÍ

Atende a todo complexo industrial produzindo 7 utilidades:8 MW = 5 Motores a gás de 1.6 MW cada10 Tons/h de vapor3.0 MW de água quente para processoÁgua Gelada para processo - 1.700 TR 90 Tons/dia de CO2300 m3/h de ar comprimido500 Nm3/h de NitrogênioParalelismo com a rede

OS GASES DE DESCARGA DOS MOTORES A GÁS,

APÓS PRODUZIREM VAPOR, SÃO UTILIZADOS

COMO MATÉRIA PRIMA NA PRODUÇÃO DE CO2

UNIDADES DE ABSORÇÃO PARA ÁGUA GELADA NA CENTRAL DE COGERAÇÃO

Em resumo: um sistema de Cogeração deve ser altamente

“customizado” para obter o desempenho mínimo e modo à

garantir a rentabilidade

OBRIGADO !