PRODUÇÃO E TRANSPORTE DA ENERGIA Ricardo Junqueira Fujii [email protected] PEA-5765...

PRODUÇÃO E TRANSPORTE DA ENERGIA

Ricardo Junqueira Fujii

[email protected]

PEA-5765Tópicos Avançados em

Sistemas Energéticos para um Desenvolvimento Limpo

05 de Outubro de 2005

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PEA-5765

Produção de Energia

Geração de Energia

Tipos de geração de energia elétrica Tecnologias Impactos ambientaisAspectos econômicos de se produzir energia através de diferentes fontes

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Tipos de Geração de Energia

Centrais Termelétricas

O funcionamento das termelétricas se dá pela conversão de energia térmica em mecânica, e desta em energia elétrica. Dois tipos de combustão utilizados: o de combustão externa, (Ex.: termelétricas a vapor), e o de combustão interna, (Ex.: turbinas a gás, e máquinas térmicas a pistão). Cogeração

Os combustíveis mais utilizados nas centrais a vapor são: óleo, carvão, biomassa e derivados do petróleo, já nas centrais a gás são:o gás natural e o óleo diesel. Nesta sessão trataremos apenas das centrais que utilizam combustíveis fosseis.

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Cogeração

Situação em Outros PaísesEUA 1999 - 50 GW. Metas governamentais: 2010 - 95 GW.Dinamarca - 27,5% da EE Holanda - 20% da EE


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Sistemas de Cogeração Topping Cycle System

Nos sistemas tipo "topping cycle" o energético, gás natural por exemplo, é utilizado inicialmente na produção de energia elétrica ou mecânica em turbinas ou motores à gás e o calor rejeitado é recuperado para o sistema térmico.


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Sistemas de Cogeração Bottoming Cycle SystemNos sistemas com "bottoming cycle" o energético produz primeiramente vapor, que utilizado para produção de energia mecânica e/ou elétrica em turbinas a vapor, é depois repassado ao processo.


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Motores a CombustãoCentrais Termelétricas

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Motores a CombustãoOs motores são altamente duráveis e confiáveis, mas apresentam altos custos de combustível e manutenção, especialmente o Diesel.Possuem uma ampla faixa de potências podendo ir de dezenas de kW à motores da ordem de 6 MWAlguns motores são bi-combustível, podendo operar com GN e Diesel


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Turbinas a VaporCentrais Termelétricas

As turbinas a vapor já possuem, ao contrário de turbinas a gás, grande disponibilidade de fabricantes nacionais.

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Turbinas a Vapor

As chamadas Heavy-Duty

Operam em

faixas mais

altas > 200MW


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Turbinas a Gás

•Câmara de Combustão

•Gerador

•Combustível

•Compressor •Turbina a Gás

•Exaustão


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Turbinas a Gás


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Turbinas a Gás


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Microturbinas a GásAlta versatilidade e rápida implantação (quase imediata)Alta confiabilidadeBaixas emissões e ruídoAmpla faixa de potências: de 10 kVA a 1MVAAprox. US$ 1500,00 / kW


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Microturbinas a Gás


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Mais "adequadas" à operação na ponta.Faixa típica de Potências:

Chega-se até: 334 MW, Heat Rate = 8360 BTU/kWh (Mitsubishi)Potências na faixa de 22 MW (a 380 US$/kW) a 271 MW (a 183 US$/kW)

Os custos ficam na faixa de 180 a 404 US$/kW

Unidade de Médio Porte Unidade de Grande PortePotência 50 MW 150 MW

Custos de Investimento 651 US$/kW 441 US$/kWCustos de O&M fixo 16,8 US$/kW.ano 10,71 US$/kW.ano

Custos de O&M variável 0,11 US$/MWh 0,11 US$/MWh

Heat Rate (à plena carga) 12550 kJ/kWh 11710 kJ/kWh


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Quadro ComparativoFixando Energia Térmica (vapor)

Equipamento EnergiaElétrica kW

EnergiaTérmica kW

PerdaskW

INPUTkW

Turbina a vapor 12,5 100 12,5 125

Turbina a gás 62 100 38 200

Motor a gás 93 100 40 233

Fixando Energia ElétricaEquipamento Energia

Elétrica kWEnergia

Térmica kWPerdas

kWINPUT

kW

Turbina a vapor 100 800 100 1000Turbina a gás 100 161 61 323

Motor a gás 100 102,5 42,5 250


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Ciclo Combinado


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Cogeração


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Primeiro na matriz energética mundial, baixo custo e uma ampla utilização. Oriente Médio possui mais de 60% da produção mundial, já no mercado importador se destaca os EUA – 50% do petróleo mundial.•Consumo mundial: 42,6% (2003)

•Produção de energia elétrica: 6,9% do consumo de petróleo mundial

Petróleo e seus Derivados

Fonte: Key World Energy Statistics; IEA, 2005

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Produção de combustíveis para o transporte: gasolina, querosene e óleo diesel

O principal meio de produção destes combustíveis são as refinarias de petróleo, que sintetizam os diversos derivados, produzindo, assim, uma grande variedade de produtos, dentre eles a gasolina (além de querosene, óleo diesel, dentre muitos outros). No Brasil, a produção petrolífera vem crescendo muito nos últimos anos, existem estimativas da possibilidade do país se tornar auto suficiente na produção de petróleo por volta de 2007.

O processo de refino de petróleo no Brasil é realizado em sua maior parte pela Petrobrás, sendo que ela possui quatorze grandes refinarias (11 integrais no Brasil, 2 na Bolívia e 1 na Argentina). O rendimento médio das refinarias de petróleo brasileiras é de 1. 680 milhão de barris de petróleo bruto por dia.


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Plantas de GásNatural

Petroquímica

RefinariasProspecção

Produção

Perfuração

GLP Gasolina Natural Solventes Combustível Industrial

Gás(via gasodutos)

Injeção para recuperaçãosecundária

Óleo

Óleo + Gás

Transporte: oleodutos oupetroleiros

Insumos p/petroquímica

Insumos p/petroquímica

GLP Gasolina Querosene Óleo diesel Óleo Combustível Resíduos: asfalto, coque

Plásticos Fibras Borracha Sintética Fertilizantes Detergentes

CADEIA PRODUTIVA DO SETOR PETRÓLEO


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UPSTREAM MIDDLESTREAM DOWNSTREAM

IMPORTAÇÃO

IMPORTAÇÃO EXPORTAÇÃO

Gaseificação de GNL Formulação Blending

REFINO

REFINO

PERFURAÇÃO Terminal

Terminal

Terminal

POSTOS DE VENDA INDÚSTRIAS

PETROQUÍMICAS

OLEODUTOSGASODUTOS

PETROLEIROS

Transporte Unidade de Processo Import/ Export Qualidade produtos

Exploração Desenvolvimento Produção

CADEIA PRODUTIVA DO SETOR PETRÓLEO


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REFINO DO PETRÓLEO


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Segundo lugar na matriz energética mundial, devido principalmente ao seu baixo custo. Os principais mercados exportadores são os USA (21%), a Austrália (37%) e a África do Sul (15%). Suas reservas são suficientes para suprir as necessidades atuais por centenas de anos.

A metade da produção mundial de carvão tem como finalidade a produção de energia elétrica. No Brasil a participação do carvão na geração de energia elétrica é reduzida; isso se deve à pouca ocorrência desse insumo no território nacional e a “pobreza” do carvão disponível (baixo teor calórico). As usinas mais significativas encontram-se no Rio Grande do Sul e em Santa Catarina.

Carvão Mineral

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É o terceiro lugar na matriz energética mundial.

Aproximadamente 13% das termelétricas mundiais são abastecidas com gás natural, e essas são responsáveis por 3% da produção de energia primaria do mundo. Os USA, o Canadá e a ex-URSS são os maiores produtores de gás natural, sendo que os maiores mercados importadores são novamente os USA e a Europa Ocidental.

No Brasil, o crescimento do uso do gás natural parece limitado a investimentos que aumentem a rede de distribuição pelo país, sua aplicação mais imediata se dá pelo uso do gasoduto Brasil-Bolívia, além do uso do gás da Argentina através de interconexão elétrica.

Gás Natural

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Pode estar ou não associado ao petróleo. É predominantemente formado por metano; apresenta baixos teores de contaminantes, como o nitrogênio, o dióxido de carbono, a água e compostos de enxofre.

A exploração, primeiro elo da indústria de petróleo e gás natural, está dividida basicamente em pesquisa e perfuração. Depois de confirmada a existência de petróleo e gás natural, inicia-se a fase de desenvolvimento e produção.

Até este ponto as indústrias de petróleo e gás natural caminham juntas. Nas unidades de produção, parte do gás é utilizada como gás lift para reduzir a densidade do petróleo facilitando sua extração e parte é reinjetada com duas finalidades: recuperação secundária (que aumenta a pressão interna do reservatório) ou armazenamento em poços de gás não associado.

Gás Natural

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Gás Natural

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Gás Natural

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O restante pode ser: consumido internamente na geração de eletricidade e vapor; queimado em flares, caso não haja infra-estrutura suficiente que permita seu aproveitamento e; escoada para Unidades de Processamento de Gás Natural (UPGN) ou diretamente consumidas.

Nas UPGN's, ocorre a separação das frações mais leves do gás natural e obtêm-se o gás natural seco (metano e etano), o Gás Liqüefeito de Petróleo - GLP (propano e butano) e a gasolina natural (pentano e superiores).

Gás Natural

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Gás Natural

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Distribuição

Geração deEletricidade

Downstream

Consumidores

Gas NaturalVeicular

EnergéticoIndustrial

UsoResidencial

InsumoIndustrial

Transporte

Middlestream

Importação eExportação

Produção eExploração

Desenvolvimento

Pesquisa ouProspecção

Perfuração/Recuperação

Upstream

CADEIA PRODUTIVA DO SETOR DE GÁS NATURAL

Gás Natural

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Centrais Hidrelétricas

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As centrais hidrelétricas podem ser classificadas em:

•Centrais a fio d’água: capacidade de armazenamento pequena e, em geral, dispõem somente da vazão natural do curso de água para gerarem energia;

•Centrais de acumulação: reservatórios de água são plurianuais;

•Centrais com armazenamento por bombeamento ou com reversão.


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Além disso se dividem em três grupos: as Grandes Centrais Hidrelétricas, as Médias Centrais e as Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCH’s).

As centrais hidrelétricas correspondem a cerca de 82% da produção de energia elétrica brasileira. Somente Itaipu, que tem capacidade para gerar 12,6 GW, perfaz 17% da capacidade nacional.

Essa dependência das usinas hidrelétricas causou grandes problemas no ano de 2001 no setor elétrico brasileiro, devido a um período com menos chuvas e face ao aumento do consumo (além de outros fatores).


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Produção, capacidade instalada e capacidade em instalação de usinas hidrelétricas no mundo

Região Capacidade Produção Capacidade instalada (GW) (TW-h) em instalação (GW)América do Norte 141 697 882América Latina e Caribe 114 519 18 331Europa Ocidental 16 48 2 464Europa Oriental 9 27 7 749Ex URSS 147 498 6 707Oriente Médio e Norte da África 21 66 1 211África Sub-Saariana 66 225 16 613Ásia do Pacífico 14 41 4 688Sul da Ásia 28 105 13 003Ásia Central 64 226 51 672OECD do Pacífico 34 129 841Total 655 2 582 124 161


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Principais hidrelétricas brasileiras e a produção total do país. Usina Rio Capacidade Instalada

Itaipu Paraná 12,66GWIlha Solteira Paraná 3,444GWPorto Primavera Paraná 1,086 GWJupiá São Francisco 1,554 GWItaparica São Francisco 1,56 GWPaulo Afonso IV São Francisco 2,466 GWPaulo Afonso I,II e III São Francisco 1,417 GWSobradinho São Francisco 1,056 GWTrês Marias São Francisco 396 MWXingó São Francisco 3,06 GWTrês Irmãos Tietê 1,292 GWBarra Bonita Tietê 140,76 MWFurnas Grande 1,312 GWVolta Grande Grande 380 MWMachadinho Pelotas 1,14 GWSalto Grande Santo Antônio 102 MWTucuruí Tocantins 4,24 GWProdução brasileira to-tal de hidreletricidade ______

61,556 GW


19 Bi US$ em dívidas!

Atraso de anos para início de

operação!

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Participação pequena na matriz energética mundial. Pode ser produzida a partir do uso do etanol, do bagaço de cana, do carvão vegetal, do óleo vegetal, da lenha, da beterraba, do arroz, entre outros.

Nos USA a biomassa representa 4% da energia primaria usada no país, enquanto no Zimbabue é de 40% . No Brasil o uso de biomassa é principalmente dado pelo álcool veicular.

Atualmente, existem pouco mais de 300 centrais elétricas de biomassa no território brasileiro, a grande maioria pequenas. O bagaço de cana é o que apresenta maior potencial para geração de energia elétrica: o período de safra coincide com o período seco das centrais hidrelétricas.

Centrais de Biomassa

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Recurso Transformação Mercado

Co-firing

&

Bioprocess

AdvancedTurbine

Fuel Cells

SNGDMEH2

Fischer TropschLiquids

Mixed Alcohols

Methanol

MTG

Ethanol

Fermentation

Chemicals

Direct Combustion

LignocellulosicCrops orResidues

Electricity

Gasification

HydrolysisDedicatedCrops

Centrais de Biomassa - cadeia

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Briquetes de madeira


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Grande safra agrícola permite o uso de resíduos para a geração distribuída.A tecnologia já é matura, sendo boa parte nacionalizada.


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Área de plantio necessária p/ uma central térmica baseada em biomassa


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BiodieselVegetable oils Recycled Greases

Dilute AcidEsterification

Transesterification

Crude Glycerin

Refining

Crude biodiesel

Biodiesel

Sulfuric Acid +methanol

Methanol + KOH

Glycerinrefining

Glycerin

Methanolrecovery


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SetorNúmero

de empregos

Álcool

EnergiaElétrica

Carvão

Petróleo

Produção de

petróleo(Bep/dia)

funcionários/

Bep/dia

Relação com o

petróleo

707289

55000

180500

12500

103200

1206000

1198000

65000

6.854

0.045

0.150

0.192

152

1

3

4

Número de empregos no setor de energia no Brasil

Fonte: Coelho, S. T., 1999


Entre os trabalhadores

mais bem pagos do Brasil

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A produção de energia elétrica a partir da energia solar pode ser dividida em dois tipos principais:

•Sistemas fotovoltaicos autônomos;

•Sistemas termo-solares: utilizada para produzir convecção (vapor ou ar).

O Brasil possui um ótimo índice de radiação solar, principalmente no Nordeste.

Alguns países têm programas para aumentar a produção de energia solar, tais como Japão, USA, Alemanha, Itália, Indonésia, Índia, África do Sul, entre outros

No Brasil, o aproveitamento da energia solar é pequeno. O principal motivo é o alto custo inicial para a implantação, além do alto custo da manutenção.

Centrais a Energia Solar

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Exemplos de Utilização da Energia Solar Fotovoltaica


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Geração Termo - SolarRadiação

solar

coletor

receptor

transporte e

backupcombustível

fóssil

conversãode

potência

EnergiaElétrica

EnergiaTérmica

EnergiaTérmicaArmazenada

Radiação Solar Concentrada

Energia Solar Térmica

armazenagem

Componentes do processo de conversão de energia solar em elétrica

Fonte: Renewable Energy, Burnham / Johanson / Kelly / Reddy / Williams – Ed. Island Press,Washington, USA, 1992.


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Geração Termo - Solar

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Sistemas Hélio-convectivos Protótipo espanhol

Operação entre 82 – 89 Potência 50 kW

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Sistemas Hélio-convectivos Projeto

Situada no Deserto Austrália

Torre de 1000 m altura e 130 m diâmetro;

Mais alta construção do mundo;

Painel solar de 20 km quadrados;

Pronta em 2009 32 Turbinas no

interiorda torre; Geração de 200 MW.

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O conhecimento da velocidade média do vento é de fundamental importância para a estimativa de energia a ser gerada em uma região (potência é função do cubo da velocidade)

A eletricidade gerada pela força dos ventos pode ser estimada em 24 Terawatts-hora em 1999.

Maior obstáculo é conjugar a inconstância dos ventos com a necessidade de produção energética.

No Brasil a produção de energia eólica é pequena, a produção total de energia eólica no país é de 20,3 MW.

Centrais Eólicas

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Centrais Eólicas

Fonte: Global Wind Energy Market Report – American Wind Energy Association, 2004

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Exemplos de Utilização da Energia Eólica

Centrais Eólicas

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Centrais Nucleares

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Corresponde a cerca de 16% da energia elétrica mundial sendo os principais produtores: USA, ex-URSS e os países Europeus.

No Brasil Angra I (1982) - 657 MW, e Angra II (2000)-1300 MW, possibilidade de Angra III

A contribuição total da energia nuclear no sistema energético brasileiro totaliza 1,3% do total, pouco se se observado o fato de que o Brasil possui a sexta maior reserva de urânio do mundo.

Impactos dificílimos de serem mitigados (resíduos radioativos), mas possíveis de evitar.

Alguns especialistas preconizam que é a única fonte capaz de substituir os combustíveis fósseis nas próximas décadas.

Centrais Nucleares

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Reatores a água leve: mais de 75% das usinas nucleares (inclusive Angra I), econômico seguro e confiável, até 900 MWe;Reatores a água pesada: 8% das usinas nucleares, econômicos, seguros e confiáveis, até 900 MWe; Reatores a gás: Esses reatores tem sido abandonados nos últimos anos em favor dos PWR’s (Pressurized Water Reactor) devido a fatores econômicos dentre outros;Reatores refrigerados a metal liquido/Reatores super regenerados rápidos: esse tipo de reator não obteve o sucesso esperado devido aos recursos de urânio se mostrarem econômicos a curto e médio prazo. No entanto devido ao maior rendimento dessa tecnologia, ela tem grandes chances de ser mais aproveitada no futuro quando os recursos de urânio não forem tão grandes..

Centrais Nucleares

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Pode ser feita de quatro maneiras:Energia hidrotérmica: reservatórios de água quente e/ou vapor aprisionados entre rochas e sedimentos da crosta terrestre são utilizados para produção de calor;

Rocha quente e seca: um poço profundo é perfurado e a água é injetada retirando-a aquecida de um outro poço de retorno;Reservatórios geopressurizados: contém uma mistura de água e metano completamente saturada e sob uma pressão elevada;Magma: em certas regiões pode-se extrair calor do magma injetando-se água nesse magma criando uma espécie de buraco trocador de calor.Os principais produtores são os USA (2 850 MW), as Filipinas (1848 MW), a Itália (769 MW), o México (743 MW), a Indonésia (590 MW) e o Japão (530 MW).

Centrais Geotérmicas

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Energia das MarésA energia das marés tem como origem o enchimento e esvaziamento alternados das baias e estuários, podendo ser utilizada para geração de energia elétrica, tendo que existir para isso condições que façam com que o nível da água suba consideravelmente durante a maré cheia.Usinas reversíveis podem ser usadas para bombear a água do mar para a baia ou vice e versa dependendo do tipo de usina.

Energia das OndasAs ondas apresentam energia cinética, o aumento da altura e do período das ondas e, conseqüentemente, dos níveis de energia, depende da faixa da superfície do mar sobre o qual o vento sopra, e de sua duração e intensidade. Também influem sobre a formação das ondas os fenômenos de marés, as diferenças de pressão atmosférica, abalos sísmicos, salinidade e temperatura da água.

Utilização da Energia dos Oceanos

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Energia do Gradiente TérmicoOs oceanos apresentam diferenças de temperatura em profundidades diferentes, isso pode ser aproveitado para geração de energia elétrica. Como a eficiência dessa operação é baixa é necessário que haja gradientes de no mínimo 200°C. Os custos para esse tipo de operação são altos, pois a planta requer uma grande tubulação para trazer a água fria das profundezas do oceano para a superfície, isso torna a implantação desse tipo de central menos atraente.


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Layout de uma central maremotriz

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Usina La Rance - França

740 m de comprimento, 24 turbinas reversíveis perfazendo 240MW; concluída em 1967; 480GWh/ano (FC=25%)

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PEA-5765Esquema da usina de La Rance

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Layout de uma central a ondas

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Usina de Islay (150 kW) - 1985

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OTEC- Ocean Thermal Energy conversion


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Petróleo: emissão de gases do efeito estufa, chuva ácida. Dentre os poluentes emitidos pela utilização do petróleo estão: o CO2, o CO, e o SO2, MP;

Carvão: grandes emissões de NOx, SOx, e CO2, efeito estufa, chuvas ácidas, além de outros;Gás natural: menores emissões de gases poluentes, principalmente o CO2. Alto custo inicial para a construção de uma malha de transporte do gás (gasodutos), o que encarece o produto final em frente ao petróleo e ao carvão mineral;• Hidroeletricidade: variam muito com o tamanho e o tipo. As PCH’s = impactos muito pequenos. Grandes centrais = impactos maiores: destruição da fauna e da flora pelo alagamento, assoreamento em reservatórios, perdas de recursos minerais. Também não está livre das emissões de gases do efeito estufa;

Impactos Ambientais

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Vista aérea de Três Gargantas – China

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Biomassa: é uma fonte renovável (quando manejada adequadamente), e apresenta balanço zero de emissões, não são emitidos NOx, SOx, CO2 é absorvido na fotossíntese Problemas: monocultura (diminui a fertilidade do solo), agrotóxicos, fertilizantes, o transporte requer veículos e infra-estrutura que causam emissões para a atmosfera;

Energia eólica: quase total ausência de impactos ambientais. Dentre os possíveis: o ruído, colisão de pássaros (o problema é bem maior em linhas de alta tensão), impacto visual e limitação do uso do espaço ocupado;

Energia solar: não apresenta impactos diretos. A produção de painéis solares possui impactos ao ambiente. Há a possibilidade de a energia requerida para se confeccionar um sistema completo ser maior do que a energia produzida por esse sistema em sua vida útil.

Impactos Ambientais

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Energia nuclear: não apresenta emissões para atmosfera, mas o processo de enriquecimento do urânio apresenta impactos ambientais. Apesar disso, e excluindo-se os acidentes, a energia nuclear pode ser considerada pouco impactante para a natureza, e por isso deve ser analisada sempre como uma boa alternativa de fonte de energia;

Energia geotérmica: temporários, relacionados a perfuração e a exploração, e permanentes, resultantes da manutenção da fonte e operação da fonte de geração: ocupação do solo e impacto estético da mesma, incluindo em alguns casos “Plumas”, torres de refrigeração, ruídos, liberação de gases poluentes (como H2S e CO2) e elementos tóxicos (mercúrio e arsênico) na atmosfera, lixo sólido e deposição de água residual, pequenos tremores de terra e rebaixamento do solo;

Impactos Ambientais

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Chernobyl

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Energia das ondas: o ambiente costeiro pode ser afetado pela modificação do clima das ondas locais, ou seja, a redução de energia das ondas pelos equipamentos podem, em teoria, afetar a densidade e a composição das espécies dos organismos residentes. Mesmo assim a utilização da energia das ondas apresenta bem mais aspectos ambientais positivos do que negativos;

• OTEC: A operação de uma OTEC ocasiona diversos efeitos ambientais, alguns de difícil análise, o grande fluxo de água quente e fria, poderia modificar os padrões locais ou mesmo globais do tempo, embora as evidencias desse fato sejam poucas. Outro problema é o dióxido de carbono contido nas águas profundas do oceano que poderia ser liberado quando bombeado e aquecido no condensador. Uma planta OTEC pode também afetar o ecossistema local devido a mudanças provocadas na temperatura e salinidade da água.

Impactos Ambientais

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Energia das marés: O aproveitamento da energia das marés não causa a emissão de poluentes na atmosfera, além do fato de a barragem poder proteger a costa na ocorrência de tempestades marítimas; por outro lado, a construção de estruturas a beira-mar pode afetar o regime de sedimentação e erosão do local.

Impactos Ambientais

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Questão para Avaliação:

Até que ponto os impactos ambientais e sociais devem prevalecer sobre os custos

econômicos num investimento para produção de energia?

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Custos de Produção com BiomassaCom preços de biomassa girando em torno de 2 US$ o gigajoule, que atualmente podem produzir algo em torno de 40 a 60 megawatts de eletricidade, os custos de produção de energia elétrica utilizando a biomassa como fonte resultam em valores entre 50 a 60 US$ o MWh. Se esse tipo de produção passar a ser produzido de forma comercial em maiores escalas, seus custos de produção podem cair para algo em torno de 40 US$ o MWh, principalmente com tecnologias de eficiência energética maior. Em escalas maiores, mais de 100 megawatts de eletricidade, espera-se que a biomassa compita com combustíveis fósseis em muitas situações no futuro.No caso de usinas de açúcar e álcool, onde a produção de energia vale-se de um subproduto, esses custos podem ser bem menores.

Custos de Produção de Energia

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Custo Total do Empreendimento

(US$/kW) 1000-2000

Custo da Energia gerada (US$/MWh) 45-105

Fator de Capacidade (%) 45-85

Fonte: Plano decenal 2001-2010, Eletrobrás


Custos de Produção com Biomassa - Brasil

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Custos de Produção com Energia Eólica investimento inicial, preparação do projeto e infra-estrutura;quantidade de energia gerada: E = b.V3 kWh por metro quadrado;média da velocidade do vento local: deve exceder 5 m/s;eficiência do sistema: ultrapassa os 96%;vida útil do sistema: entre 15 e 20 anos de vida útil com grande confiabilidade.


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Na Europa, são utilizados os seguintes valores como referencia para esses fatores que compõem os custos em uma usina eólica:investimento inicial, projeto e infraestrutura: 600 US$/m2;lucro: 5%;vida útil econômica: 15 anos;eficiência técnica: 95%;energia gerada anualmente: 3,15 V3 kWh/m2;O & M: 0,005 US$/kWh.Se a velocidade média do vento for de 5,6-7,5 m/s, os custos correspondentes de geração serão de 0,12 a 0,05 US$ o kWh. Como a geração de energia é proporcional a velocidade média do vento no local ao cubo, os custos podem variar drasticamente de região para região.


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Desenvolvimento de custos de geração de eletricidade a partir de energia eólica na Dinamarca, entre 1981 e 1997 (US$/kWh) e Reduções potenciais de custos para energia eólica, entre 1997 e 2020 (centavos de dólar por kWh).

0123456

1997 2001 2005 2009 2013 2017 2021

0

0,05

0,1

0,15

0,2


82

PEA-5765


(US$/kW) 900-1400




Custos de Produção com Energia Eólica - Brasil


83

PEA-5765

Custos de Produção com Sistemas Fotovoltaicos

Curva de aprendizado:


84

PEA-5765


(US$/kW) 6000-10000




Custos de Produção com Energia Fotovoltaica - Brasil


85

PEA-5765

Custos de Produção com Sistemas Termo-SolaresOs custos por kW de plantas termo-solares devem cair de 3000-3500 US$ o kW a curto prazo (para uma planta de 30 MW) para 2000-2500 US$ a longo prazo (para uma planta de 200 MW).

Se os custos de eletricidade permanecerem constantes para as fontes tradicionais de energia nos próximos 20 anos, os custos de energia de origem termo-solar podem cair para menos do que a metade dos valores atuais, de 140 a 180 US$ por MWh, para 40 a 60 US$ por MWh.

Com esses valores existe a possibilidade da energia termo-solar se tornar competitiva com fontes tradicionais, como carvão e gás natural, num horizonte de 10 a 30 anos.


86

PEA-5765

Custos de Produção de Hidreletricidade Os projetos de usinas hidrelétricas têm demonstrado a tendência de exceder as estimativas de custos iniciais. Uma revisão de 80 hidrelétricas feita pelo Banco Mundial indicou que três quartos dessas usinas demonstravam custos finais superiores aos avaliados inicialmente. Os custos eram pelo menos 25% maiores na metade dos projetos e 50% maiores em mais de 30% dos projetos. As maiores razões para esse fenômeno são os custos adicionais com situações geológicas inesperadas e atrasos no emprego de recursos públicos (as hidrelétricas foram basicamente financiadas por dinheiro publico).

No Brasil, essa tendência se confirma, com valores bem variados de custos de produção de energia hidroelétrica nas diversas usinas brasileiras.


87

PEA-5765


(US$/kW) 700-1300




Custos de Produção com PCH’s - Brasil


88

PEA-5765

Custos de Produção da Energia dos Oceanos

Devido a pequena experiência com a energia dos oceanos, é difícil saber atualmente o quanto econômica seria a produção desse tipo de energia em um estagio maduro. Existe experiência com energia das marés, mas ainda não são suficientes para darem dados mais consistentes. Na tabela a seguir é dada uma visão geral e aproximada da custos com os diversos usos de energia dos oceanos.


89

PEA-5765

Estagio do uso de energia dos oceanos e seus custos.

Tecnologia MaturidadeFator de carga

(%)Custos

(US$/kWh)Marés (barragem) Virtualmente Abandonada 20 a 30 0,08 a 0,15Ondas (costa-OWC) Experimental 20 a 30 0,10 a 0,20

Ondas (próximo a costa)Comercial a partir de 2002 a

2005 25 a 35 0,08 a 0,15

Ondas (longe da costa)Comercial a partir de 2010 ou

mais 30 a 60 0,06 a 0,15

Marés (turbina)Comercial a partir de 2005 a

2010 25 a 35 0,08 a 0,15

OTECComercial a partir de 2005 a

2010 70 a 80 Incerto


90

PEA-5765

Potencial Energético na região de Araçatuba

RecursoPotencial Teórico

(MWh/ano)

Potencial Realizável (MWh/ano)

Custo da Energia Gerada

(US$/MWh)Bagaço de Cana 1200 mil 73 mil 45 – 105Álcool 3600 mil 1800 mil 150Cascas de Arroz 900 500 90 - 150Biodiesel 154 mil 15 mil 200Fotovoltaica 37000 mil 657 mil 500 – 1160Coletores Solares 72 mil 7 mil 30 – 60Eólica de Pequeno Porte

9000 mil 730 mil100 – 200

Eólica de Grande Porte 50 – 95Pico Centrais Hidrelétricas

1300 mil 130 mil60 – 250

Micro centrais hidrelétricas 45 – 200Pequenas centrais hidrelétricas 35 – 145Resíduos Rurais Animais 60 mil 6 mil 60 – 120Aterros Sanitários 37 mil 7,4 mil 160 – 400Esgoto 18 mil 4,8 mil 250Gás Natural (termelétricas) --- 17 mil 100 – 180Gás Natural (veicular) --- 13 mil 200 – 300Gas Natural (industrial) --- 100 mil 80 – 150

91

PEA-5765

Questão para Avaliação: Se perguntado(a) sobre

quais alternativas energéticas serão mais

convenientes para o Brasil nos próximos 50 anos, o que você diria?

Justifique.

92

PEA-5765

Introdução

A necessidade do transporte da energia ocorre por razoes técnicas e econômicas ligadas à localização da fonte de energia primária e ao custo da energia nos locais de consumo.

93

PEA-5765

Transporte de Petróleo

TerrestreOleodutos, com estações de recalque

intermediárias, às vezes com aquecimento no trajeto

No Brasil, diâmetros de 0,10 a 1,50 mMarítimoPetroleiros : Navios especiais para transporte a granel de petróleo e derivados líquidos GLP, produtos químicos e petroquímicos

A conexão petroleiros / oleodutos é efetuada nos terminais marítimos.Conexões em terra são efetuadas nos terminais terrestres.

94

PEA-5765

GLPGasolinaQueroseneÓleo dieselÓleo CombustívelResíduos: asfalto, coque

Petroleiros

Oleodutos

REFINARIA

Petróleo:Trânsito feito por oleodutos e petroleiros

Produçãode óleo

95

PEA-5765

Middle EastNorth AmericaLatin AmericaAfricaWestern EuropeFormer Soviet UnionPacific Asia

15

10

3

1

Million barrelsper day

Hormuz

MalaccaBab el-Mandab

Suez

Bosphorus

Panama

Transporte Marítimo Cerca de 1,9 bilhões de toneladas de petróleo (62% do

petróleo produzido) são transportadas por navios petroleiros

Rotas marítimas entre as regiões de consumo e produção

96

PEA-5765

Transporte Marítimo

Existem aproximadamente 3500 navios petroleiros disponíveis para frete no mundo

Navios maiores são preferidos pela economia de escala que eles proporcionam

O transporte entre o Oriente Médio e a Europa custa cerca de US$ 1,5 por barril

Alguns petroleiros são usados como tanques de armazenagem temporários.

97

PEA-5765

PetroleirosClasse Descrição Capacidade

mínima (DWT)

Peso máximo

(ton)Handymax 10.000 55.000Panamax Tamanho máximo para

o canal do Panamá60.000 75.000

Aframax Tamanho American Freight Rate Assoc.

75.000 120.000

Suezmax Tamanho máximo para o canal de Suez

120.000 200.000

Capesize Grande demais para Suez e Panamá

80.000 Sem limites

VLCC Very Large Crude Carrier

200.000 319.000

ULCC Ultra Large Crude Carrier

320.000 Sem limites

98

PEA-5765

Petroleiros

•Jahre Viking:

•564 mil DWT

•647 mil ton

•458,5 m comprimento

•70 m largura

•29,8 m calado

•4,1 milhões de barris

99

PEA-5765

Cadeia do Gás Natural

NaturalGás

Production

Impurities

Purification

NGLGTL

Liquefaction

Compression

NGCC TransmissionLine

Pipeline

LNG / LNG Tankers /LNG terminal/Regasification

Liquid Fuels /Oil Tankers /Oil Terminal /Refinery /Ultra - clean Liquid Transportation Fuels

F i n a l U s e r s

100

PEA-5765Gás Natural

Gasodutos

- Tubulação Tipicamente, a tubulação tem diâmetros na faixa de 24 a 47 polegadas (0,6 a 1,12 m) operando a altas pressões (de 40 a 100 bar).

- Estações de CompressãoEstas estações consomem altos percentuais de energia, que provém do próprio gasoduto, podendo chegar a 10% do gás transportado.

- City GatesOs city-gates são os pontos onde o gás é medido e tem sua pressão abaixada, de forma que possa ser entregue nas cidades, através de ramais menores, de distribuição, para atendimento de concessionárias de distribuição e para o uso no transporte veicular, na indústria, na geração de energia elétrica, etc.

101

PEA-5765

Gás Natural Liqüefeito

A opção pelo transporte no estado líquido é feita quando os centros de produção e consumo são separados por oceanos, ou quando as distâncias e consumos, por terra, não justificam economicamente a construção de um gasoduto.

-Cadeia do Gás Natural Liqüefeito

A capacidade atual instalada de produção de GNL é de 89 bilhões de metros cúbicos de gás natural por ano, equivalentes a um fluxo de 243,8 milhões de metros cúbicos por dia. As unidades de liquefação são capital intensivas, com projetos variando entre US$ 2,5 bilhões e US$ 4,5 bilhões, para a capacidade de produção de 20 milhões de metros cúbicos por dia, o que significa um investimento médio de US$ 175 por metro cúbico de gás natural produzido.

102

PEA-5765

Mercado de GNL Os projetos de GNL compõem uma cadeia de

investimentos interligados que tradicionalmente são estabelecidos com contratos de longo prazo Os contratos de curto prazo (atualmente na ordem de

10% do total) são cada vez mais comuns, mas nenhuma estação de GNL foi construída sem um contrato de longo prazo como âncora

Os contratos tradicionais ligam uma planta de liqüefação a consumidores específicos, geralmente com navios metaneiros dedicados

O GNL responde por 28% do comércio de GN no mundo, 5,8% da demanda e 1,5% de toda a energia.

103

PEA-5765

Oferta e Demanda de GNL

104

PEA-5765

Custo de Capital para sistema de GNL

105

PEA-5765

Terminais receptores de GNL

48 terminais operando em 13 países

25 no Japão, 4 na Espanha, 5 nos EUA, 3 na Coréia, 2 na França, 1 Bélgica, República Dominicana, Grécia, Índia, Itália, Portugal, Turquia e Taiwan

Vários terminais em expansão e em estudo

106

PEA-5765

Crescimento das importações de GNL

107

PEA-5765

Liquefação do gás

•Plantas em 17 locais em 13 países

•Capacidade de produção anual: 145 milhões de toneladas – 23% no Oriente Médio, 29% na bacia Atlântica e 49% na Ásia-Pacífico

•Utilização média na casa de 85%: sobra de capacidade estimula o comércio spot

108

PEA-5765

Evolução das exportações

109

PEA-5765

Processo de Liquefação

O GN é submetido a um processo que consome grande quantidade de energia, no qual seu volume se reduz em aproximadamente 600 vezes. Neste processo, por razões de segurança e economia, o gás é mantido levemente acima da pressão atmosférica e sua temperatura reduzida para 162 °C negativos.O vapor do GNL só é inflamável em concentrações de 5% a 15% no ar.

110

PEA-5765

-Navios MetaneirosAtualmente cerca de 65 navios metaneiros navegam nos oceanos transportando o GNL, sendo mais da metade desta frota destinada ao consumo japonês. Os metaneiros são navios especialmente concebidos para o transporte do GNL com segurança máxima, de acordo com normas estabelecidas pela INCO (InterGovernmental Maritime Consultative Organization).

111

PEA-5765

As esferas são capazes de armazenar mais de 25.000 metros cúbicos de GNL que representam 11.125 toneladas. Os maiores navios contém cinco esferas e têm capacidade para transportar mais de 125.000 metros cúbicos ou 55.625 toneladas.O custo de um navio metaneiro com capacidade para 125.000 metros cúbicos de GN varia entre US$ 200 milhões e US$ 220 milhões, representando um custo unitário médio de US$ 1.680 por metro cúbico de capacidade.

112

PEA-5765Terminais de recebimento de GNL

Os navios metaneiros descarregam o GNL em terminais munidos de equipamentos de manuseio, armazenagem, bombeamento, regaseificação e odorização .

A energia consumida nas centrais de liquefação pode ser recuperada nos terminais de recebimento na forma de "energia fria", em processos industriais tais como câmaras frigoríficas, fabricação de oxigênio, de dióxido de carbono e de gelo seco, como também na produção de alimentos congelados. Para possibilitar esta recuperação, os terminais de recebimento são grandes complexos industriais, envolvendo investimentos muito elevados.

Um terminal de regaseificação com 15 milhões de metros cúbicos por dia, pode alimentar uma central termelétrica de 107,8 MW de capacidade, com custo energético praticamente igual a zero, pela recuperação da "energia fria" do processo de regaseificação do GNL, para a produção de eletricidade. A carga de um navio metaneiro que transporta 125.000 metros cúbicos, se utilizada totalmente na geração termelétrica no processo de regaseificação, pode produzir 176 MW em processo contínuo, durante cinco dias.

113

PEA-5765

Custos da cadeia do GNL

114

PEA-5765

Principais desafios GNL deve competir com gasodutos

Necessidade de contratos mais curtos e flexíveis, muito embora o capital envolvido seja grande

Competição crescente com fornecedores

Poucos fornecedores da tecnologia necessária

115

PEA-5765

Usos Finais

Produção deEnergia Elétrica

O Trânsito de EnergiaEnergia Elétrica:Trânsito feito através de cabos e equipamentos elétricos

116

PEA-5765

O Papel da TransmissãoPermitir o trânsito de energia da geração para os usuários.

Transmissão DistribuiçãoGeração Consumidor

T D

G

CCC

117

PEA-5765

Funções da Transmissão

Assegurar a otimização dos recursos eletro-energéticos existentes em operação no País e do Planejamento da expansão futura

Permitir a transferência de grandes blocos de energia elétrica produzidos por usinas geradoras para os grandes centros consumidores;

118

PEA-5765

• Altos níveis de tensão• Manejo de grandes blocos de energia• Distância de transporte razoável• Sistemas com várias malhas

Características da Transmissão

119

PEA-5765

Interconexões Brasileiras Internas e Externas

Linhas de TransmissãoGasodutos

Argentina

Itaipu

Venezuela

SistemasIsolados

120

PEA-5765

Instalações Componentes da Rede Básica• Troncos de transmissão cuja operação/expansão

repercutam na otimização de recursos para atendimento a mais de uma concessão de distribuição;

Instalações associadas à qualidade, confiabilidade e segurança da operação interligada;

Linhas de transmissão em tensão de 230 kV e acima; Subestações com equipamentos de 230 kV e acima; Exceção: instalações de uso exclusivo; Instalações de transmissão < 230 kV que são relevantes

para a operação do sistema, poderão integrar a rede básica, por proposição do ONS e aprovação da ANEEL.

121

PEA-5765

G

G G

GG

Rede Básica

Conexões

Uso exclusivo Geração

Rede Dedicada440kV

138kV

88kV

230kV

500kV

138kV

230kV

Rede Básica de Transmissão

122

PEA-5765

Comercializadores e outras entidades que vierem a ser regulamentadas, firmando contratos de compra e venda de energia elétrica

Concessionários Consumidores Livres Geradores

A quem atende a Transmissão ?

GeradoresGeradores TRANSMISSORATRANSMISSORA

DISTRIBUIDORAS

Consumidores Consumidores LivresLivres

ComercializadorComercializador

123

PEA-5765

DisponibilidadePara que cumpra seu papel, a empresa de Transmissão precisa estar disponível a maior parte do tempo, permitindo o livre trânsito de energia da geração aos Consumidores Livres e a Distribuição.

A Disponibilidade depende:

Do Patrimônio Físico: Instalações da Rede Básica

Do Patrimônio Pessoal: Capacidade dos seus Colaboradores

Uma rede básica eficiente e bem operada aumenta a disponibilidade do sistema.

124

PEA-5765

Remuneração• A Transmissão não é remunerada com base na

energia transmitida, mas sim como aluguel das instalações, que são construídas, operadas e mantidas pela concessionária.

• Esta remuneração é determinada pela ANEEL com base na Capacidade Instalada e na Disponibilidade

• Somente são permitidas paradas previstas para manutenção.

• Outras paradas não previstas são punidas com perda de receita

125

PEA-5765

Redes Interligadas

A operação interligada traz grandes vantagens ao dimensionamento de sistemas de transmissão:· Permite uso otimizado das fontes de geração;· Aumenta a flexibilidade operativa e a confiabilidade de suprimento;· Reduz o porte do sistema.

A operação interligada permite o uso otimizado dos reservatórios, o que no caso do SI permite um ganho de cerca de 30% no volume de energia garantidaHoje em dia apenas 3,4% da capacidade de geração de energia elétrica encontra-se fora do Sistema Interligado Nacional, em pequenos sistemas isolados, a maioria na região Amazônica.Estimativa de conclusão de linhas de transmissão de energia elétrica entre 2001 e 2004 no Brasil: 9250kmLinhas de transmissão brasileiras ao final de 2000: 70.033 km

126

PEA-5765

Fonte: ANP, 2002

127

PEA-5765

TecnologiasCorrente Alternada: 1050/1200kV, 800kV, 500kV, 440kV, 345kV, 230kVCorrente Contínua: (800kV), 600kV, 500kV, 400kVFlexibilidade:Equipamento para uso mais intensivo do sistema existente:

-FACTS (Flexible AC Transmission Systems)-Linhas de Potência Natural Elevada – LPNE-Operação em Tensão Variável ( OTVLTCA )

Outras:-Sistemas Multifásicos-Sistemas de meio comprimento de onda

128

PEA-5765

Primeira Geração: Controle de Transmissão - Mecânico

129

PEA-5765

. FACTS Flexible AC Transmission SystemsSegunda Geração de FACTS: Tiristores

130

PEA-5765

. FACTS Flexible AC Transmission SystemsTerceira Geração de FACTS: Conversores

131

PEA-5765

Transmissão - Níveis de TensãoCusto

Potência (MW)1500 3500

500 kV

750 kV

1000 kV

132

PEA-5765

Transmissão - Custos•Torres

•Condutores

•Compensação Reativa: Fixa Comutável Controlável - FACTS

•Perdas: Joule, Corona

•Terreno: Faixa de Passagem

•Questões Ambientais, Políticas

133

PEA-5765

Transmissão - Custos

C1 (C bitola)

Custo

ACusto do Condutor

Custo Total

Custo de Perdas

134

PEA-5765

Custos CC X CACusto

Comprimentoda linha (km)

CorrenteAlternada

CorrenteContínua

Linha emCAmais econômica

Linha em CCmaiseconômica

135

PEA-5765

Custos ambientais da energia

Tipo USD/MMBtu

USD/kWh

gerado

USD/kWh

entregue

Carvão – leito fluidizado 2.8 0.028 0.033Carvão – IGCC 2.46 0.025 0.028Carvão – caldeira conv. 5.76 0.058 0.068Óleo (1%S) – caldeira conv. 3.68 0.038 0.045GN – caldeira convencional 0.95 0.010 0.012GN – CC 1.10 0.010 0.011Solar - - 0.004Eólica - - 0.001Biomassa - - 0.007

Fonte: Ottinger. R. L.; Environmental costs of eletricity, 1991

136

PEA-5765

Transporte de Carvão e Outros Insumos Energéticos

O carvão é basicamente transportado em caminhões ou trens, como material granulado, na forma em que é extraído da mina. Para ser produzir energia elétrica deve ser queimado e convertido em vapor em usinas termoelétricas.

A biomassa também é transportada das mesmas formas que o carvão.

137

PEA-5765

Outros Insumos Energéticos

As outras principais fontes energéticas utilizadas pelo homem são a energia solar, a energia eólica, e a energia dos oceanos (marés, ondas e gradiente térmico). Nestes casos é mais interessante construir as instalações de conversão nos locais onde esses recursos são disponíveis e transportar a energia elétrica gerada até os centros de consumo.

138

PEA-5765

IMPACTOS AMBIENTAISLinhas de Transmissão

As linhas de transmissão causam impactos socioambientais durante sua construção e fase de operação. Também são necessárias construções de subestações, que disputam espaço com os indivíduos e o meio ambiente local. Os problemas principais são:· Desobstrução da faixa e desmatamento para

inicio das obras;· Escavação para as fundações;· Montagem das estruturas (movimentação local);· Implantação de um canteiro de obras;· Abertura de estradas de acesso.

139

PEA-5765

Linhas de Transmissão

Populações Desatendidas; Restrições em Áreas Agrícolas

Todas essas atividades influem na vida da população local que nem sempre é beneficiada pela energia transportada. O traçado da linha visa o caminho mais curto e não respeita necessariamente populações e meio ambiente. Outro fator importante no contexto da preservação ambiental é a construção de acessos para as obras e as manutenções constantes na linha. Dessa maneira, fica facilitada a penetração populacional, que é um tipo de impacto indireto significativo.

Efeitos de Campos Elétricos e Magnéticos; Efeito Corona; Transferências de Potencial;

IMPACTOS AMBIENTAIS

140

PEA-5765

IMPACTOS AMBIENTAIS

Impactos Devidos ao Transporte de Petróleo

Os principais impactos causados devido ao transporte do petróleo são devidos a vazamentos de petroleiros nos mares e oceanos afetando a fauna e flora marítimaOs oleodutos, além de passarem por inspeções freqüentes, devem ser dotados de dispositivos de segurança, como válvulas de bloqueio, que impedem a passagem de produtos em caso de anormalidade.

141

PEA-5765

IMPACTOS AMBIENTAISImpactos Devidos ao Transporte de Gás Natural

Os impactos devidos à construção dos gasodutos: escavações, desmatamentos para se abrirem áreas necessárias à construção dos dutos, além do impacto causado pela criação do acesso das pessoas e materiais necessárias ao processo.

Impactos Devidos ao Transporte de Biomassa e de Carvão

Devem-se à necessidade de redes rodoviárias e ferroviárias para o escoamento dos insumos, além da poluição causada pelo uso de caminhões no transporte desses materiais.

142

PEA-5765

Custos de Transmissão de Energia Elétrica

Os custos envolvidos com transmissão de energia elétrica são altos. As linhas de transmissão no Brasil costumam ser extensas, pois as grandes usinas hidrelétricas geralmente estão situadas a distâncias consideráveis dos centros consumidores de energia.

Hoje o País está quase que totalmente interligado, de norte a sul.

143

PEA-5765

Custos de Transmissão de Energia Elétrica

Os recursos empregados na expansão do sistema de transmissão são da iniciativa privada, desde 1999, quando a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) realizou o primeiro leilão para construção de 765 quilômetros de extensão de três novas linhas de transmissão e dezenas de subestações. Os empreendedores que venceram a disputa precisarão aplicar R$ 411,28 milhões na construção das redes.

No ano 2000, foram licitados mais 3,6 mil quilômetros de interligação, em três diferentes linhas, interligando trechos das regiões Norte, Sul e Sudeste. O custo estimado de investimento é de R$ 1,7 bilhão.

PRODUÇÃO E TRANSPORTE DA ENERGIA Ricardo Junqueira Fujii [email protected] PEA-5765...

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