GERAÇÃO DE ELETRICIDADE COM BIOMASSA · varios balões Convectivas de dois balões Radiantes...
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GERAÇÃO DISTRIBUÍDA
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DEFINIÇÃO
A geração distribuída de eletricidade consiste na
produção da eletricidade no local de seu consumo,
ou próximo a ele;
Eventuais excedentes desta geração podem ser
vendidos à rede local, ou a instalações vizinhas;
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Os proprietários no Brasil podem ser:
Empresas concessionárias de serviço público
de geração;
Produtores independentes de energia, ou
autoprodutores;
É comum os últimos complementarem suas
necessidades de consumo deste energético
através de aquisições da rede local.
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Por não utilizar, ou utilizar pouco as redes de transmissão e distribuição, a geração distribuída propicia economias nos investimentos e nas perdas elétricas nestas redes.
Os impactos ambientais oriundos da construção e
operação de instalações de geração distribuída de eletricidade são, em geral, muito menores do que os ocasionados por centrais de grande porte.
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As principais tecnologias de geração
distribuída atualmente em uso no País
são:
As pequenas centrais hidrelétricas (PCH’s);
Pequenas centrais termelétricas, em
geral utilizando motores de combustão
interna e consumindo óleo diesel;
Unidades de co-geração consumindo gás
natural, óleo combustível, resíduos da
biomassa, ou resíduos urbanos;
Geradores eólicos e painéis fotovoltaicos (MPX
4 MW).
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A lei 9074, de 07/07/1995, determina em seu artigo 8º
que:
‘O aproveitamento de potenciais hidráulicos,
iguais ou inferiores a 1000 kW, e a implantação de
usinas termelétricas de potência igual ou inferior
a 5000 kW, estão dispensadas de concessão, permissão
ou autorização, devendo apenas ser comunicadas a
ANEEL.
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A Resolução Normativa Nº 482, de 17 de Abril de 2012: Estabelece as condições gerais para o acesso de microgeração e minigeração distribuída aos sistemas de distribuição de energia elétrica.
Microgeração distribuída: potência instalada menor ou igual a 100 kW e que utilize fontes com base em energia hidráulica, solar, eólica, biomassa ou cogeração qualificada, conforme regulamentação da ANEEL, conectada na rede de distribuição por meio de instalações de unidades consumidoras;
Minigeração distribuída: potência instalada superior a 100 kW e menor ou igual a 1 MW para mesmas fontes fontes
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Estabelece o sistema de compensação de energia elétrica:
No qual a energia ativa injetada por unidade consumidora com microgeração distribuída ou minigeração distribuída é cedida, por meio de empréstimo gratuito, à distribuidora local e posteriormente compensada com o consumo de energia elétrica ativa dessa mesma unidade consumidora ou de outra unidade consumidora de mesma titularidade da unidade consumidora onde os créditos foram gerados, desde que possua o mesmo Cadastro de Pessoa Física (CPF) ou Cadastro de Pessoa Jurídica (CNPJ) junto ao Ministério da Fazenda. (Redação dada pela REN ANEEL 517, de 11.12.2012.)
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PROINFA – PROGRAMA DE INCENTIVO ÀS
FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA
ELÉTRICA
“Por intermédio da lei 10.438/2002 foi instituído o
PROINFA, com o objetivo de aumentar a
participação da energia elétrica por
empreendimentos de produtores independentes
autônomos que empreguem geradores eólicos,
pequenas centrais hidrelétricas e usinas
termoelétricas consumindo produtos da
biomassa, no SIN”.
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O objetivo do PROINFA era que o conjunto das fontes renováveis alternativas atendessem 10% do consumo anual de energia em 20 anos.
A lei 10.438/2002 criou a Conta de Desenvolvimento Energético (CDE), onde um dos objetivos era financiar o PROINFA.
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GERAÇÃO DISTRIBUÍDA COM BIOMASSA
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RESÍDUOS COMBUSTÍVEIS –
GERAÇÃO TERMELÉTRICA
Resíduos do processamento da cana de açúcar;
Resíduos animais;
Resíduos vegetais (casca de arroz);
Resíduos da indústria de papel e celulose (Lixívia
e madeira);
Carvão vegetal.
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CONVERSÃO TERMOQUÍMICA DA
BIOMASSA EM ELETRICIDADE
Combustão direta da biomassa para produção de
vapor e eletricidade em turbinas a vapor;
Gaseificação da biomassa em gaseificadores e
produção de eletricidade em turbinas a gás ou de ciclo
combinado;
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COMBUSTÃO DIRETA DA BIOMASSA
A biomassa sólida pode ser transformada em
eletricidade por meio da combustão em caldeiras, nos
chamados ciclos de vapor.
Produção de eletricidade com bagaço de cana
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CICLOS DE POTÊNCIA
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CICLO DE POTÊNCIA A VAPOR
Condensador
Turbina a Vapor
Bomba
3
4
1
2
combustível
TVWbW
HQ
LQ
Caldeira
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CALDEIRA
A caldeira é o equipamento utilizado para produção
de vapor a alta pressão.
Caldeiras aquotubulares.
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CALDEIRA
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Dados e
parâmetros
Tipos de caldeiras
De tubos
retos
De tubos
curvos com
varios balões
Convectivas
de dois
balões
Radiantes
Figuras
4.2- a)
4.2- b)
4.2- c)
4.2- d)
Tipo de
fornalha
Ferradu
ra.
De
grelha
inclinada.
Grelha
basculante
Grelha
basculante.
Grelha
rotativa.
Queima
em
suspensão.
Eficiência
50-60
50-70
70-80
80-87
Temperatura
de vapor, oC
300
320
320-510
400-549
Pressão do
vapor, MPa
1.8
1.8-3.0
1.8-14.0
7.0-13.0
Geração
máxima de
vapor, t/h
35
60
80
até 550
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TURBINAS A VAPOR
Turbina Vapor é a MáquinaTérmica que utiliza a energia do vapor.
Transforma em energia mecânica a energia contida no vapor (energia térmica e de pressão).
As turbinas a vapor são partes de um sistema gerador de potência .
Sistemas de potência com turbina a vapor visam energia elétrica ou mecânica e vapor para processo industrial.
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GASEIFICAÇÃO DA BIOMASSA
Conversão da biomassa sólida num gás
Composição: CO (10-15%); H2 (15-20%) e CH4 (3-
4%).
O gás pode ser utilizado diretamente num motor
CI acoplado a gerador.
Caldeiras ou fornalhas.
Ciclos combinados (BIG/GT).
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GASEIFICAÇÃO DA BIOMASSA -
GASEIFICADORES
Secagem, pirólise, redução
e combustão (oxidação);
Os gases quentes da zona
de combustão passam em
seguida para o zona de
redução, sempre acima ou
abaixo da zona de
combustão, onde na
ausência de oxigênio
ocorrem as reações típicas
que originam o gás
combustível.
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Poder calorífico do gás: 5 MJ/m3
Casca de arroz: 3,5 kg gera 1 kWh
Madeira: 1,4 kg gera 1 kWh
Carvão: 0,9 kg gera 1 kWh
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TURBINAS A GÁS
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TURBINAS A GÁS
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TURBINA A GÁS
As turbinas de gás operam em ciclo aberto, como
se ilustra na Figura.
O ar atmosférico é conduzido ao compressor, onde
a temperatura e a pressão são elevadas.
Na câmara de combustão, o ar entra em contato
com o combustível (normalmente, gás natural)
que está a pressão constante.
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TURBINA A GÁS
Os gases resultantes desta mistura, a alta temperatura, entram na turbina, onde são expandidos, produzindo trabalho.
O trabalho útil é a diferença entre o trabalho entregue pela turbina e o trabalho entregue ao compressor.
Os gases exauridos são rejeitados,sendo possível aproveitar, de forma útil, o calor associado.
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TURBINA A GÁS
O rendimento global de uma usina a gás é de 35-
40 %.
Vantagens: Combustível, sistema compacto, sem
água de resfriamento, localização próximo ao
consumo.
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CICLO COMBINADO DE VAPOR E
GÁS
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BIG-GT – CICLO DE BIOMASSA COM
INTEGRAÇÃO DE TURBINA A GÁS E
VAPOR
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CICLO BIG - STIG
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MICROTURBINAS A GÁS
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MICROTURBINAS
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MICROTURBINAS
Tem uma faixa de capacidade de 25 a 1000 kW;
Combustíveis empregados: Gás natural, biogás,
hidrogênio, diesel, biodiesel, etc.
Eficiência: 20 a 30%
Cogeração: água entre 50 e 80oC com recuperador
de calor.
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MICROTURBINA A BIOGÁS – 30 KW
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MOTORES DE COMBUSTÃO
INTERNA
Faixas de capacidade: 5 kW a 30 MW ou maiores;
Combustíveis: gás natural, óleo diesel, biogás,
biodiesel, etc.
Eficiência: 25 a 45%
Adequação a sistemas de cogeração: a eficiência
pode chegar a 80%.
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MOTORES DE COMBUSTÃO
INTERNA
Unidade de alta rotação: 1200 a 3600 RPM.
Motores de automóveis;
Unidades de média velocidade: 275 a 1200 RPM,
de locomotivas e navios de médio porte;
Unidades de baixa rotação: 58 a 275 RPM,
motores de grandes navios.
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MOTORES DE COMBUSTÃO
INTERNA
Existem dois tipos de motores alternativos:
ignição por faísca, que usam normalmente o
metano (gás natural) como combustível, embora
também possam recorrer ao propano ou à
gasolina,
e de ignição por compressão que operam com
diesel ou biodiesel.
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MOTOR CICLO OTTO
Admite uma mistura (ar+gás, ar+álcool,
ar+gasolina).
Comprime a mistura (taxa de 10:1).
Ignição por meio da vela.
Expansão dos gases.
Expulsão dos gases.
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MOTOR CICLO DIESEL
Admite somente ar.
Comprime somente ar (taxa entre 15 e 25:1).
No final da compressão injeção de combustível e
Combustão.
Expansão dos gases.
Expulsão dos gases.
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MOTOR CICLO DIESEL
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VANTAGENS DO MOTOR CICLO
DIESEL
Rendimento térmico melhor devido a maior taxa de compressão (58% Diesel e 45% Otto).
Consumo específico pequeno = 160 a 180 g/cvh, enquanto que o Otto 225 – 250 g/cvh.
A baixa carga o consumo de combustível é metade do Otto.
Mais durável que o Otto.
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DESVANTAGENS DO MOTOR CICLO
DIESEL
Peso.
Fabricação mais cara.
Resfriamento mais crítico.
Ruído.
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COGERAÇÃO
Produção de eletricidade e calor a partir de uma única fonte de energia primária.
As quantidades de trabalho mecânico, energia elétrica e calor ou frio requeridos pelo processo produtivo são o ponto de partida para o dimensionamento dos sistemas de cogeração.
Relação: W/Q
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COGERAÇÃO DE VAPOR E
ELETRICIDADE
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GERAÇÃO/COGERAÇÃO
Usinas de Açúcar e Álcool: bagaço da cana.
Indústrias de papel e celulose: Licor negro e
resíduos de madeira.
Madeireiras: Resíduos de madeira.
Beneficiamento de arroz: Casca de Arroz.
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USINA DE AÇÚCAR E ÁLCOOL
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USINAS DE AÇÚCAR E ÁLCOOL
São auto suficientes, no mínimo.
De toda a energia gerada, cerca de 8% é
excedente.
O qual pode ser vendido para a distribuídora
local ou leilões do governo.
Ampliação.
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INDÚSTRIA DE PAPEL E CELULOSE
Processo kraft – Solução de hidróxido de sódio/sulfito
de sódio (licor branco).
Separa a lignina da celulose em digestores.
A lignina é o licor negro (60% de sólidos) – queimado
em caldeiras de recuperação.
O resultado são sais inorgânicos -misturados com
água – licor verde – caustificado – licor branco – fecha
o ciclo.
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INDÚSTRIA DE PAPEL E CELULOSE
A lixívia ou licor negro é produzido a uma relação
1 a 1,4 kg/kg de celulose.
Poder calorífico de 12 a 13 MJ/kg de lixívia seca.
Somada aos resíduos de madeira, pode gerar
energia para atender a planta.
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INDÚSTRIA DE PAPEL E CELULOSE
850-900 kWh por tonelada de celulose.
Geração de vapor a 6,5 MPa e 400oC.
No Brasil a cogeração nas indústrias de papel e
celulose respondem por 80 a 85% da demanda de
eletricidade.
Futuro – Gaseificação da lixívia.
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RESÍDUOS DE MADEIRA E ARROZ
Geração de eletricidade com os resíduos de
processo de beneficiamento.
Poucas indústrias tem condições de viabilizar em
função da baixa capacidade (economia de escala).
A casca de arroz por ser abrasiva, reduz a vida
útil das caldeiras.