Produção Autónoma de Produção Autónoma de EnergiaEnergia

Humberto Jorge

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

222003/042003/04 GEEIGEEI

Fonte: EDP, Tejo Energia, TURBOGÁS, DGE

Eólica (PRE)0,08 TWh(0,21%)

Mini-Hídrica (PRE) 0,53 TWh

(1,39%)

Cogeração (PRE)4,17 TWh(10,97%)

Hídrica (SENV)0,74 TWh(1,95%)

Hídrica (SEP)11,68 TWh(30,74%)

Térmica (SEP)20,81 TWh(54,75%)

PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉCTRICA NO SEN EM 1998

332003/042003/04 GEEIGEEI

Fonte: EDP, DGE

Mini-hídrica528 GWh(11,06%)

Eólica78 GWh(1,63%)

Cogeração4170 GWh(87,31%)

Auto consumo

Injecção na rede

Produção de Energia Eléctrica Produção de Energia Eléctrica Associada à PREAssociada à PRE

442003/042003/04 GEEIGEEI

Produção de duas formas de energia final a Produção de duas formas de energia final a partir de uma única fonte primáriapartir de uma única fonte primária

Cogeração:Cogeração:

Maior grau de diversificação das fontes de energia final Potencial melhoria da qualidade do abastecimento Menores custos de energia

Benefício para oconsumidor

Maior eficiência do uso da energia primária Melhor ambiente Diversificação das fontes primárias de energia

Benefício social

Descentralização da produção de energia eléctrica Redução de pontas

Benefício para oSistema Eléctrico

552003/042003/04 GEEIGEEI

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%

662003/042003/04 GEEIGEEI

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

772003/042003/04 GEEIGEEI

DimensionamentoDimensionamento

Depende de questões técnicas e económicas.Depende de questões técnicas e económicas.Deve ser definido tendo por base a curva Deve ser definido tendo por base a curva térmica anual para evitar desperdiçar calor.térmica anual para evitar desperdiçar calor.A cogeração em regra deve cobrir 20 a 50% do A cogeração em regra deve cobrir 20 a 50% do pico de consumo anual de calor, 60 a 90% das pico de consumo anual de calor, 60 a 90% das necessidades de calor anuais.necessidades de calor anuais.Deve ser testado com base numa análise de Deve ser testado com base numa análise de sensibilidadesensibilidadeDeve pressupor uma auditoria prévia detalhada.Deve pressupor uma auditoria prévia detalhada.

882003/042003/04 GEEIGEEI

Exemplo de Exemplo de dimensionamentodimensionamento

992003/042003/04 GEEIGEEI

Esquema de FuncionamentoEsquema de Funcionamento

Com turbinaCom turbinaCom motor explosãoCom motor explosão

10102003/042003/04 GEEIGEEI

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, atendo 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

11112003/042003/04 GEEIGEEI

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Pontuação [0-10]

Qualidade Técnica 9 4 8 8

Preço 7 8 3 2

Prazo de Execução 8 8 8 7

Eficiência Energética 7 7 7 7

Custos de O&M 7 8 7 8

Pontuação 7,65 6,60 6,35 6,25

Prop. 1 Prop. 2 Prop. 3 Prop. 4

AVALIAÇÃO DAS PROPOSTAS

AVALIAÇÃO DAS PROPOSTAS

Projecto de Co-geração

12122003/042003/04 GEEIGEEI

Alguns exemplosAlguns exemplos

13132003/042003/04 GEEIGEEI

Produção de frio por Produção de frio por absorçãoabsorção

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 químico funcionam segundo um princípio químico – não têm partes móveis);– não têm partes móveis);

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

14142003/042003/04 GEEIGEEI

Princípio de funcionamento geralPrincípio de funcionamento geral

15152003/042003/04 GEEIGEEI

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).

16162003/042003/04 GEEIGEEI

ComparaçãoComparação

17172003/042003/04 GEEIGEEI

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

18182003/042003/04 GEEIGEEI

ExemploExemplo

TRIGERAÇÃOTRIGERAÇÃO

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

20202003/042003/04 GEEIGEEI

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

21212003/042003/04 GEEIGEEI

Porquê trigeração?Porquê trigeração?

Permite compensar diferenças entre necessida-Permite compensar diferenças entre necessida-des térmicas de Inverno e de Verão maximizando des térmicas de Inverno e de Verão maximizando o aproveitamento da unidade de cogeraçãoo aproveitamento da unidade de cogeração

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.

22222003/042003/04 GEEIGEEI

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

23232003/042003/04 GEEIGEEI

Princípio de funcionamentoPrincípio de funcionamento

24242003/042003/04 GEEIGEEI

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%;

25252003/042003/04 GEEIGEEI

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;

26262003/042003/04 GEEIGEEI

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.

Projecto CHOSEProjecto CHOSE

ResultadosResultados

28282003/042003/04 GEEIGEEI

Selecção dos casos de estudoSelecção dos casos de estudo11 casos11 casos

2 hotéis de 5 estrelas2 hotéis de 5 estrelas 1 hotel de 4 Estrelas1 hotel de 4 Estrelas 4 hotéis-apartamento 4 hotéis-apartamento

de 4 estrelasde 4 estrelas 3 hotéis de 3 estrelas3 hotéis de 3 estrelas 1 Pousada1 Pousada

6 Regiões6 Regiões PortoPorto Trás-os-montesTrás-os-montes CentroCentro LisboaLisboa AlentejoAlentejo AlgarveAlgarve

Diversidade35 a 400 quartosCom e sem piscina

29292003/042003/04 GEEIGEEI

Auditorias - Auditorias - ORCs nos casos em estudoORCs nos casos em estudo

Ajustar contratos de electricidade;Ajustar contratos de electricidade; Manutenção periódica às caldeiras, e Manutenção periódica às caldeiras, e

permutadores de calor;permutadores de calor; Desviar a utilização de alguns Desviar a utilização de alguns

equipamentos equipamentos Eliminar infiltrações de ar nas portas;Eliminar infiltrações de ar nas portas; Compensar energia reactiva Compensar energia reactiva Substituir lâmpadas incandescentes Substituir lâmpadas incandescentes

por fluorescentes compactas (CFL);por fluorescentes compactas (CFL); Isolar convenientemente alguns Isolar convenientemente alguns

troços da rede de distribuição de troços da rede de distribuição de águaságuas

Efectuar tratamento químico da águaEfectuar tratamento químico da água

Chuveiros economizadores;Chuveiros economizadores; Sensores de presença para Sensores de presença para

controlo da iluminação controlo da iluminação Instalar e/ou realizar manutenção Instalar e/ou realizar manutenção

periódica de painéis solares;periódica de painéis solares; Substituir vidro simples por duplo;Substituir vidro simples por duplo; Chaves “corta-corrente” para Chaves “corta-corrente” para

quartos e/ou apartamentos;quartos e/ou apartamentos; Interruptores de janela para Interruptores de janela para

limitar climatização;limitar climatização; Instalar sistemas de gestão de Instalar sistemas de gestão de

energia (SGE).energia (SGE).

30302003/042003/04 GEEIGEEI

Análise económicaAnálise económica

PressupostosPressupostos Funcionamento a gás naturalFuncionamento a gás natural Mínimo desperdício de calorMínimo desperdício de calor Sistema convencional já instaladoSistema convencional já instalado Custos de instalação e manutenção obtidos Custos de instalação e manutenção obtidos

em referências bibliográficas: CADDET, CECem referências bibliográficas: CADDET, CEC

31312003/042003/04 GEEIGEEI

Resultados (Portugal)Resultados (Portugal)Apenas um caso apresenta viabilidade Apenas um caso apresenta viabilidade (15kWe), por estar ligado em BTE, sem (15kWe), por estar ligado em BTE, sem possibilidade de instalação de transformador.possibilidade de instalação de transformador.

O uso de O uso de chillerschillers de absorção não parece de absorção não parece viável dados os actuais preços de electricidade viável dados os actuais preços de electricidade e gás, os COP e o valor dos investimentose gás, os COP e o valor dos investimentos

Os diagramas de carga térmica dos hotéis Os diagramas de carga térmica dos hotéis indiciam que apenas unidades pequenas indiciam que apenas unidades pequenas poderão ser viabilizadas em determinadas poderão ser viabilizadas em determinadas circunstânciascircunstâncias

32322003/042003/04 GEEIGEEI

Conclusões do projecto ChoseConclusões do projecto Chose

A cogeração é benéfica: A cogeração é benéfica: até 20% de redução em energia primária eaté 20% de redução em energia primária e 11% de redução na emissão de poluentes 11% de redução na emissão de poluentes

(para o conjunto dos casos viabilizados)(para o conjunto dos casos viabilizados)

São necessários incentivos:São necessários incentivos: No preço do gásNo preço do gás Apoios directos ao investimentoApoios directos ao investimento

A trigeração necessita de avanços tecnológicosA trigeração necessita de avanços tecnológicosO dimensionamento tem de ser feito de forma O dimensionamento tem de ser feito de forma cuidadosa, caso a caso.cuidadosa, caso a caso.