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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 nĂşmero apreciĂĄvel de instalaçþes, nomeadamente de pequena/ mĂŠdia dimensĂŁo, que poderiam obter benefĂcios 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 paĂs, 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, ĂŠ de extraordinĂĄria importância para qualquer empresa da ĂĄrea dos serviços alvo para o desenvolvimento deste tipo de projetos, atravĂŠs da caraterização do potencial de aplicação de sistemas de Cogeração, Micro-cogeração ou Trigeração, em diferentes consumidores intensivos de energia, no nosso paĂs. Atualmente, este potencial compreende diferentes tipologias de edifĂcios do setor www.oelectricista.pt o electricista 40
TerciĂĄrio (centros comerciais, instalaçþes desportivas, hotĂŠis, hospitais, hipermercados, grandes edifĂcios de escritĂłrios, entre outros), da indĂşstria, condomĂnios residenciais, algumas instalaçþes agrĂcolas e Estaçþes de Tratamento de Ă guas Residuais (ETARs) [1]. rĂĄvel do potencial ainda por explorar se encontra em consumidores intensivos de menor dimensĂŁo, uma vez que a maior parte das grandes unidades industriais do nosso paĂs jĂĄ possui sistemas de produção de energia em Cogeração. Estima-se que exista ainda uma margem para a aplicação de sistemas de pequena dimensĂŁo, 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 frequĂŞncia ĂŠ o motor de combustĂŁo interna (ciclo Otto), geralmente, com potĂŞncias elĂŠtrica e tĂŠrmica 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 potĂŞncia elĂŠtrica inferior a 150 kW. Se todo este potencial fosse concretizado, conseguiria obter-se uma redução de emissĂľes de diĂłxido de carbono de cerca de 287.000 t/ano [1] [2]. Calcula-se que o po
paĂs, mais de 6.000 unidades de Cogeração de pequena dimensĂŁo, distribuĂdas pelos diversos setores de atividade econĂłmica (Tabela 1) [2]. Pensa-se que a nova regulamentação do setor da Cogeração possa contribuir para os progressos esperados. Ainda que nĂŁo seja possĂvel, pela conjuntura econĂłmica atual, das com sistemas de Cogeração de pequena dimensĂŁo, espera-se que tal aconteça numa parte apreciĂĄvel 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 mĂŠdia dimensĂŁo sĂŁo as que possuem maior potencial, enquanto as indĂşstrias de dimensĂŁo familiar e as grandes unidades industriais nĂŁo se mostram tĂŁo apelativas para a abordagem para a aplicação de sistemas prĂłprios de produção de eletricidade e calor. As primeiras geralmente nĂŁo possuem potĂŞncia instalada nem sistema. As segundas sĂŁo, regra geral, jĂĄ possuidoras de sistemas de Cogeração de grande dimensĂŁo ou conseguem tarifas de eletricidade preferenciais, nĂŁo estando deste modo interessadas nestes sistemas [3]. Os setores da indĂşstria que apresentam maior potencial, dadas as suas caraterĂsticas e as suas necessidades elĂŠtricas e tĂŠrmicas, abrangem diversas ĂĄreas do tecido produtivo [4] [5]. SĂŁo elas as seguintes: Papel e Celulose; TĂŞxtil; QuĂmica; PetroquĂmica; FarmacĂŞutica; MetalĂşrgica; Cerâmica; Vidro; Cimenteira; PlĂĄsticos; Processamento Alimentar; Produção de açúcar; LaticĂnios; Bebidas (nomeadamente, cervejeira); AutomĂłvel e fabrico de componentes para automĂłveis; Componentes elĂŠtricos/eletrĂłnicos; Madeira e Aglomerados de Madeira;
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artigo tĂŠcnico de Cogeração tem uma potĂŞncia elĂŠtrica de 65 kWe e uma potĂŞncia tĂŠrmica de 122 kWt, ! "#$& ' funciona de acordo com a carga tĂŠrmica (controlo – calor), produzindo uma quantidade de calor que satisfaz as necessidades tĂŠrmicas da instalação, em cada perĂodo de tempo considerado. Nos perĂodos fora de ponta, o sistema armazena eletricidade e calor. O equipamento implicou um investimento de cerca de 50.000â‚Ź com um tempo de retorno previsto de aproximadamente 2 anos. Permite obter poupanças de cerca de 26.000â‚Ź/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 contribuirĂĄ para responder, de forma mais adequada, Ă s necessidades de eletricidade, calor e frio desta ĂŞncia e otimização de custos energĂŠticos no paĂs [8].
que existe venda de produtos perecĂveis e, assim, uma forte componente de equipamento frigo < >! ?& '
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elevadas exigĂŞncias em termos de climatização ambiente. Assim, a introdução de sistemas de produção autĂłnoma de eletricidade, em combinação com calor e frio, ĂŠ 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 ! 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 superfĂcies comerciais * merciais e os hipermercados como as instalaçþes com maior potencial de aplicação de Cogeração. Os centros comerciais de dimensĂŁo reduzida, ou galerias comerciais, nĂŁo possuem muito interesse para a introdução de sistemas de Cogeração, dadas as reduzidas necessidades energĂŠticas. Os centros comerciais de mĂŠdia e grande dimensĂŁo tĂŞm um maior interesse. Existe, em simultâneo, grandes necessidades tĂŠrmicas e elĂŠtricas, o que torna estas instalaçþes apetecĂveis para soluçþes de Cogeração. A potĂŞncia contratada, num centro comercial ou num hipermercado, varia bastante. Encontram-se valores desde poucas dezenas de kW atĂŠ valores da ordem de alguns MW, no caso de grandes centros comerciais. A situação mais comum ĂŠ a de potĂŞncias instaladas da ordem de poucas centenas de kW. Geralmente, nestes casos, em que a potĂŞncia contratada ĂŠ mĂŠdia ou elevada, a alimentação elĂŠtrica ĂŠ efetuada em MĂŠdia TensĂŁo, o que pode ser um obstĂĄculo Ă execução de um projeto de Cogeração de pequenas dimensĂľes. 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 + < & '
= + < 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,
!@ ! & 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 carbĂłnica 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] ! [5] " " " " bility of small-scale cogeneration; [6] Cogen Challenge. Best Practice Factsheets; [7] Portal PainÊis 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)