Sistemas de cogeração e trigeração: 7.ª parte - potencial de aplicação de cogeração

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artigo tĂŠcnico

sistemas de cogeração e trigeração 7.ÂŞ PARTE – POTENCIAL DE APLICAĂ‡ĂƒO DA COGERAĂ‡ĂƒO Telmo Rocha Engenheiro ElectrotĂŠcnico, Major em Energia (FEUP)

(continuação da edição anterior)

A solução de Cogeração encontra-se manifestamente sub-aproveitada em Portugal. Existe um número apreciåvel de instalaçþes, nomeadamente de pequena/ mÊdia dimensão, que poderiam obter benefícios importantes da instalação de um sistema de produção combinada de eletricidade, calor e/ou frio. Para concluir este trabalho, efetua-se uma avaliação do potencial de aplicabilidade da Cogeração, no nosso país, em diversos consumidores intensivos de energia, sendo esta complementada com um exemplo de sucesso para cada caso exposto.

7. Potencial de aplicação da Cogeração As tecnologias de Cogeração, Micro-cogeração

do capazes de promover a produção simultânea de eletricidade, calor e/ou frio de forma altamente sustentåvel. Contudo, estas são tambÊm bastante onerosas, existindo uma grande

destes projetos, diretamente relacionada com a necessidade de investimentos avultados.

Assim, Ê de extraordinåria importância para qualquer empresa da årea dos serviços

alvo para o desenvolvimento deste tipo de projetos, atravÊs da caraterização do potencial de aplicação de sistemas de Cogeração, Micro-cogeração ou Trigeração, em diferentes consumidores intensivos de energia, no nosso país.

Atualmente, este potencial compreende diferentes tipologias de edifĂ­cios do setor www.oelectricista.pt o electricista 40

Terciårio (centros comerciais, instalaçþes desportivas, hotÊis, hospitais, hipermercados, grandes edifícios de escritórios, entre outros), da indústria, condomínios residenciais, algumas instalaçþes agrícolas e Estaçþes de Tratamento de à guas Residuais (ETARs) [1].

råvel do potencial ainda por explorar se encontra em consumidores intensivos de menor dimensão, uma vez que a maior parte das grandes unidades industriais do nosso país jå possui sistemas de produção de energia em Cogeração. Estima-se que exista ainda uma margem para a aplicação de sistemas de pequena dimensão, nomeadamente de Micro-cogeração, da ordem de algumas centenas de MWe [2]. Nesta altura contabilizam-se apenas cerca de duas dezenas de instalaçþes de Micro-cogeração, em Portugal. Estas podem ser encontradas sobretudo no setor dos Serviços, principalmente em Hospitais, Piscinas e ETARs. A tecnologia que tem sido utilizada com mais frequência Ê o motor de combustão interna (ciclo Otto), geralmente, com potências elÊtrica e tÊrmica da ordem de algumas dezenas de kW e um rendimento global ligeiramente acima dos 90% [1].

De acordo com dados provenientes de um estudo da COGEN Europe, Portugal possui ainda um mercado de cerca de 500 MWe para sistemas de Cogeração com potência elÊtrica inferior a 150 kW. Se todo este potencial fosse concretizado, conseguiria obter-se uma redução de emissþes de dióxido de carbono de cerca de 287.000 t/ano [1] [2]. Calcula-se que o po

país, mais de 6.000 unidades de Cogeração de pequena dimensão, distribuídas pelos diversos setores de atividade económica (Tabela 1) [2].

Pensa-se que a nova regulamentação do setor da Cogeração possa contribuir para os progressos esperados. Ainda que não seja possível, pela conjuntura económica atual,

das com sistemas de Cogeração de pequena dimensão, espera-se que tal aconteça numa parte apreciåvel das mesmas.

De seguida, efetua-se a caraterização de diversos tipos de consumidores intensivos de energia, no sentido de avaliar a viabilidade da aplicação de soluçþes de Cogeração em cada um.

7.1. Caraterização do potencial de aplicação de Cogeração em instalaçþes industriais

mÊdia dimensão são as que possuem maior potencial, enquanto as indústrias de dimensão familiar e as grandes unidades industriais não se mostram tão apelativas para a abordagem para a aplicação de sistemas próprios de produção de eletricidade e calor. As primeiras geralmente não possuem potência instalada nem

sistema. As segundas são, regra geral, jå possuidoras de sistemas de Cogeração de grande dimensão ou conseguem tarifas de eletricidade preferenciais, não estando deste modo interessadas nestes sistemas [3].

Os setores da indústria que apresentam maior potencial, dadas as suas caraterísticas e as suas necessidades elÊtricas e tÊrmicas, abrangem diversas åreas do tecido produtivo [4] [5]. São elas as seguintes: Papel e Celulose; Têxtil; Química; Petroquímica; Farmacêutica; Metalúrgica; Cerâmica; Vidro; Cimenteira; Plåsticos; Processamento Alimentar; Produção de açúcar; Laticínios; Bebidas (nomeadamente, cervejeira); Automóvel e fabrico de componentes para automóveis; Componentes elÊtricos/eletrónicos; Madeira e Aglomerados de Madeira;

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artigo tÊcnico de Cogeração tem uma potência elÊtrica de 65 kWe e uma potência tÊrmica de 122 kWt, ! "#$& ' funciona de acordo com a carga tÊrmica (controlo – calor), produzindo uma quantidade de calor que satisfaz as necessidades tÊrmicas da instalação, em cada período de tempo considerado. Nos períodos fora de ponta, o sistema armazena eletricidade e calor.

O equipamento implicou um investimento de cerca de 50.000₏ com um tempo de retorno previsto de aproximadamente 2 anos. Permite obter poupanças de cerca de 26.000₏/ano para o hospital.

Atualmente, a administração do hospital planeia instalar uma segunda unidade de Cogeração, acoplada a um chiller de absorção.

Este sistema de Trigeração contribuirå para responder, de forma mais adequada, às necessidades de eletricidade, calor e frio desta

ência e otimização de custos energÊticos no país [8].

que existe venda de produtos perecĂ­veis e, assim, uma forte componente de equipamento frigo < >!

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elevadas exigências em termos de climatização ambiente. Assim, a introdução de sistemas de produção autónoma de eletricidade, em combinação com calor e frio, Ê deveras apelativa.

Diversos estudos apontam para um elevado interesse econĂłmico de projetos de Cogeração nas grandes superfĂ­cies comerciais, principalmente quando as necessidades de calor das instalaçþes conduzem a um aproveitamento de pelo menos 50% da potĂŞncia tĂŠrmica disponĂ­vel, o que normalmente sucede neste tipo de consumidores. Das grandes superfĂ­cies comerciais, os hipermercados demonstram maior viabilidade econĂłmica nos projetos, precisamente pelas elevadas necessidades de frio referidas [3] [4]. â&#x20AC;ş Exemplo O hipermercado da cadeia â&#x20AC;&#x153;A&P Fresh Marketâ&#x20AC;? situa-se em Mount Kisco, no estado de Nova Iorque, nos EUA. Esta instalação foi a primeira a receber o sistema de Trigeração Pure Comfort 240M, da UTC Power, com o objetivo principal de reduzir a sua dependĂŞncia da rede elĂŠtrica [9]. Este sistema ĂŠ composto por 4 micro-turbinas a gĂĄs de 60 kWe e um equipamento de duplo efeito (aquecimento/ chiller) por absorção, com uma potĂŞncia elĂŠtrica de 240 kWe e uma potĂŞncia tĂŠrmica de 264 kWt. X

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efetua a produção combinada de eletricidade, calor e frio, permitindo obter um rendimento global de mais de 80% [10].

7.4. Caraterização do potencial de aplicação de Cogeração em grandes superfícies comerciais *

merciais e os hipermercados como as instalaçþes com maior potencial de aplicação de Cogeração. Os centros comerciais de dimensão reduzida, ou galerias comerciais, não possuem muito interesse para a introdução de sistemas de Cogeração, dadas as reduzidas necessidades energÊticas. Os centros comerciais de mÊdia e grande dimensão têm um maior interesse.

Existe, em simultâneo, grandes necessidades tÊrmicas e elÊtricas, o que torna estas instalaçþes apetecíveis para soluçþes de Cogeração.

A potĂŞncia contratada, num centro comercial ou num hipermercado, varia bastante.

Encontram-se valores desde poucas dezenas de kW atÊ valores da ordem de alguns MW, no caso de grandes centros comerciais. A situação mais comum Ê a de potências instaladas da ordem de poucas centenas de kW. Geralmente, nestes casos, em que a potência contratada Ê mÊdia ou elevada, a alimentação elÊtrica Ê efetuada em MÊdia Tensão, o que pode ser um obståculo à execução de um projeto de Cogeração de pequenas dimensþes.

Existe uma forte componente de consumo de eletricidade em vazio no diagrama de cargas deste tipo de instalaçþes, devido ao consumo dos compressores das instalaçþes + < & '

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+ < existir, menor serĂĄ o peso do perĂ­odo de horas de vazio e maior serĂĄ o peso das horas de ponta.

O grande interesse dos centros comerciais e dos hipermercados reside, de facto, na existĂŞncia frequente de superfĂ­cies comerciais em

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Figura 4 Sistema de Trigeração Pure Comfort 240M, da UTC Power, num hipermercado, em Mount Kisco, Nova Iorque, EUA [9].

A eletricidade produzida Ê consumida na própria instalação, o calor serve as necessidades de climatização de inverno e o frio Ê utilizado para os sistemas de refrigeração de produtos alimentares, bem como para a climatização de verão.

Esta unidade de Trigeração estå preparada para funcionar ligada ou desligada da rede elÊtrica,

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& Este equipamento correspondeu a um investimento de quase 500.000â&#x201A;Ź, com um tempo de retorno previsto de aproximadamente 4 anos.

Por outro lado, a adoção desta solução permite reduzir a pegada carbónica desta instalação em cerca de 460 t/ano [9].

ReferĂŞncias [1]

ADENE â&#x20AC;&#x201C; AgĂŞncia para a energia. RelatĂłrio de resultados de contactos efetuados com entidades holandesas sobre micro-cogeração baseada na tecnologia de motores Stirling;

[2] Seminårio COGEN Portugal: Micro-cogeração em Portugal. 10 de dezembro de 2009. Fundação Dr. António Cupertino Miranda. Porto; [3] Centro de Estudos em Economia da Energia, dos Transportes e do Ambiente. Estudo do Mercado Potencial para a Aplicação das Tecnologias de Micro-geração em Portugal; [4]

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[5]

"

" " " bility of small-scale cogeneration; [6] Cogen Challenge. Best Practice Factsheets; [7] Portal PainĂŠis Solares. Consulta online em www.paineissolares.gov.pt/inst_faq.html; [8] Capstone Turbine Corporation. Global Case Studies. Consulta online em www.capstoneturbine.com/prodsol/ global/index.asp; [9] UTC Power. Pure Comfort Solution - A&P Fresh Market. Consulta online em www.utcpower.com/fs/com/Atta #" $ %" # '*'*% + " !

[10] Carrier. Pure Comfort - Cooling, Heating, Power Solution. Consulta online em www.commercial.carrier.com/ commercial/hvac/general/0,3055,CLI1_DIV12_ETI10810,00.html. (continua na próxima edição)