Energia da Madeira Energia Extraída da Madeira de Pequeno Diâmetro Modulo Euris 12 Tuomo Pesola1, Janne Alahuhta1, Raffaele Spinelli2, Anabela Rodrigues3,

Apresentação em tema: "Energia da Madeira Energia Extraída da Madeira de Pequeno Diâmetro Modulo Euris 12 Tuomo Pesola1, Janne Alahuhta1, Raffaele Spinelli2, Anabela Rodrigues3,"— Transcrição da apresentação:

1 Energia da Madeira Energia Extraída da Madeira de Pequeno Diâmetro Modulo Euris 12
Tuomo Pesola1, Janne Alahuhta1, Raffaele Spinelli2, Anabela Rodrigues3, José Vicente Ferreira3 & Tom Kent4 1Oulu Polytechnic, School of Renewable Natural Resources – Finland; 2CNR Ivalsa – Italy; 3Instituto Politécnico de Viseu; 4Waterford Institute of Technology EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

2 Objectivos da Aula Abordagem genérica das políticas internacionais que apoiam a energia da madeira Entendimento básico da madeira enquanto combustível Entendimento básico das possibilidades e significado da utilização da energia da madeira da floresta Conhecer os mais relevantes métodos de corte da floresta e utensílios utilizados no domínio da produção de energia da madeira Conhecer o processo de combustão da madeira e as características de queima Conhecer as soluções básicas dos sistemas de aquecimento. EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

3 Política Internacional das Alterações Cilmáticas
Compromisso internacional “…to achieve stabilisation of greenhouse gas concentrations in the atmosphere at a level that would prevent dangerous anthropogenic interference with the climate system…” Cimeira da Terra, Rio de Janeiro, 1992 Acordo de Kyoto, 1997 Objectivos legalmente vinculativos 5% de redução nos GEE, em 1990 níveis para os países do anexo 1, 8% de redução na UE Os meios incluem: Protecção dos depósitos naturais de carbono (florestas) Desenvolviemnto das energias renováveis (coombustível da madeira) Fonte: International Energy Agency, World Energy Outlook, 2000 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

4 Política Europeia para a Energia Renovável
Livro Branco sobre as Energias Renováveis (ER) COM(97)599 Objectivo: duplicar as energias renováveis na UE até 2010 (de 6% para 12%) Os objectivos específicos para 2010 incluem: Outras políticas de apoio às ER e ao combustível da madeira: Livro Verde sobre a Segurança no Abastecimento de Energia COM (2002) 321 Directiva 2001/77/EC sobre a promoção de electricidade produzida a partir de ER Directiva 2003/30/EC sobre a promoção de biocombustíveis Programa de Apoio “Energie Intellegente – Europe” ( ) EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

5 Actual Posição do Combustível da Madeira na Europa
6% of EU energy came from RE in 1998 Biomass made up 63% of EU RE supply Biomass accounted for 97% of RE heat production Only 9% of EU electricity was produced from biomass Fonte: Eurostat, 2001 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

6 Potencial Futuro do Combustível da Madeira na Europa
Share of Primary Energy Produced from Wood in 1998 Source: Eurostat, 2001 90 4% in 1998 % Total Energy 80 Requirement 70 % Renewables 13% in 2020 60 50 40 30 20 10 EU15 FIN IRL I NL P SK UK 20% in 2020 8% in 2020 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

7 Benefícios do Combustível da Madeira
A energia da Madeira responde às seguintes necessidades europeias: limita as emissões de gases com efeito de estufa combustível “limpo”, ambientalmente benigno energia sustentável, renovável, produzida localmente modos alternativos de utilização da terra & empresas rurais silvicultura para uma gestão florestal sustentável. EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

8 Energia da Madeira: Conteúdo de Humidade e Valor Calorífico
Valor calorífico (V.C.) = GJ/t Potência (output) = MWh/t (petróleo bruto = 40GJ/t, 11MWh/t) Conteúdo de Humidade (C.H.) A madeira verde contém 50% de água A vaporização da água utiliza energia O V.C. aumenta à medida que o C.H. diminui Valor Calorifico Variação pouco significativa entre espécies A densidade da energia (GJ/m3) varia em função da densidade básica das espécies Heating value Moisture (%) Source: Wood fuels information pack 2002 Valores caloríficos das componentes da árvore MJ/kg Espécies Madeira Casca Folhagem Fraxinus spp. 19.96 19.30 21.43 Quercus spp. 20.00 19.35 21.21 Pinus sylvestris 19.31 19.53 20.23 Picea abies 19.05 18.80 19.77 Fonte: Wood fuels Basic Information Pack, 2000 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

9 Quantificação do Combustível da Madeira
Unidades de Medida para a produção de combustível da madeira, abastecimento, transporte e armazenamento Rolaria 1m3 volume sólido = Lenha 1.49m3 volume empilhado = Estilha 2.5m3 volume da massa Fonte: Wood Fuel Basic Information Pack, 2000 Unidades de Medida para o conteúdo energético Valor calorífico da madeira = 18-21GJ/t (matéria seca ou odt - oven dry tonne) 1 odt = 1 / [densidade básica (kg/m3) / 1000] m3 volume sólido EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

10 Fontes de Combustível da Madeira
Gestão da Floresta Espécies/tamanhos (madeira) não vendáveis Primeiro desbaste / pequenas dimensões Ramos e material do topo das árvores provenientes do corte Resíduos da Indústria das Madeiras Processamento primário: serradura húmida, cascas e estilha Carpintaria: serradura seca, aparas e pedaços de madeira Pasta e papel: casca de árvore e licor preto Energia das Colheitas Pequenas matas de salgueiros, álamo, eucalipto Crescimento rápido, rotação curta Cortadas como estilha ou comprimentos de árvores inteiras EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

11 Tipos de Combustível da Madeira
Lenha Densidade da massa kg/m3 50% de conteúdo de humidade (verde), 25% (seca) Valor calorífico GJ/m3 Estilha de Madeira Densidade da massa 300 kg/m3 45-60% de conteúdo de humidade (verde) 10-30% (seca) Valor calorífico GJ/m3 Madeira densificada (pellets e briquetes) Densidade da massa kg/m3 10% conteúdo de humidade Valor calorífico 17GJ/t EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

12 Recurso de Combustível de Madeira EURIS
O quê? Desbaste pré-commercial Espécies/tamanhos de madeira não vendáveis Ramos e topos de árvores provenientes do abate Porquê? Energia renovável e sustentável, produzida e utilizada localmente Facilita uma boa prática de gestão da floresta Desenvolvimento rural e manutenção de empregos Indústrias locais desenvolvendo recursos locais Fornecedores de energia locais e comunitários Afastamento do desenvolvimento económico da lógica da degradação ambiental EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

13 Cadeia da Madeira para Fins Energéticos
Colheita - Desbaste (ou derrubamento final) / corte dos ramos /(limpeza) /formação de molhos / arrasto Secagem Transporte - da berma da estrada até ao utilizador primário Processamento da madeira para fins energéticos - em lenha - em estilha EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

14 A Escolha dos Locais para a Colheita
Condições do local - Equilíbrio ao nível dos nutrientes / espécies de árvores / condições para o transporte / vegetação rasteira / natureza pedregosa do terreno Acesso Condições económicas Disponibilidade de máquinas e mão-de-obra Ter sempre em vista uma abordagem global da cadeia! EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

15 Sistemas de Colheita da Madeira para Fins Energéticos
Colheita Não-Associada Madeira para fins energéticos (corte, desbaste) Organização simples Limites económicos O resultado da colheita depende do estádio do desbaste (1º/2º), grau do desbaste e das espécies das árvores Possibilidades não exploradas EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

16 Integração económica, optimização exequível, organização complexa
Colheita Associada Madeira para fins energéticos (resíduos dos derrubamentos) + classificações tradicionais Integração económica, optimização exequível, organização complexa A disponibilidade de madeira para fins energéticos e/ou classificações tradicionais tem de ser adequada 1. Não-integrada Duas operações independentes 2. Integrada Duas operações interdependentes Spruce Pine Birch VTT Energy EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

17 Secagem da Madeira Aproximadamente metade de uma árvore em verde, acabada de derrubar, é água A necessidade da secagem depende dos fins de utilização da lenha O processo de secagem varia em função do clima, altura do ano, espécies das árvores, da parte do tronco em questão, e da fase do armazenamento. A madeira pode ser empilhada em pilhas (durante o Verão), de forma a permitir a secagem EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

18 Transporte A mobilidade, velocidade e capacidade de carga do veículo depende da distância e da qualidade das vias Veículos de transporte - Tractor e reboque agrícolas - Camião - Camião contentor - Camião e trem de reboque - Semi-reboque O transporte é planeado de forma a integrar toda a cadeia da madeira, para minimizar as despesas VTT Energy A madeira para fins energéticos pode também ser agrupada em molhos na floresta e transportada para o utilizador primário EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

19 Estilha de Madeira Madeira “fluidizada” Processo simples
Pode utilizar madeira de pequenas dimensões Ferramentas especiais - Estilhador (disco / cilindro / broca) - Britadores e martelos - A configuração do estilhador ∗Movido pelo tractor / motor independente / auto-propulsionado / aplicado ao camião / o estilhador no local EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

20 Cadeia da Estilha de Madeira
Desbaste/ corte de ramos / limpeza / agrupamento Agrupamento em molhos da madeira para fins energéticos Secagem Cadeia da Estilha de Madeira Transporte da madeira para fins energéticos Estilhagem e transporte As necessidades do utilizador primário definem a escolha do modo de trabalho na cadeia da estilha de madeira -Diferentes necessidades para a caldeira agrícola e instalação de produção de calor Transporte de molhos de madeira para fins enrgéticos Secagem (se necessário Secagem (se necessário) Estilhagem no local de armazenamento temporário Transporte de fardos e de madeira para fins energéticos, da floresta para o utilizador primário Transporte da estilha de madeira da floresta para o utilizador primário Estilhagem ou trituração no utilizador primário Instalações de pequena dimensão Instalações de grande dimensão EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

21 Produção de Lenha Tradicional –> bem conhecida
Mercado amplo e dinâmico Comércio internacional Colheita no terreno - Motossera / tractor + atrelado / mulas ou cavalos Processamento no local de depósito - classificação / seccionamento / rachamento EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

22 Técnicas de Processamento de Lenha
Todas as técnicas alimentam-se de energia P.T.O. ou de electricidade 1. Seccionamento com serras (disco / (banda) / corrente) 2. Rachamento Mecânico / hidráulico Corrida da cunha (horizontal / vertical / multi-direccional) Tipo sem-fim 3. Processadores de Lenha Combinado “seccionamento, rachamento e carregamento” Diferentes níveis de sofisticação EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

23 Combustão Passos da combustão (dependentes da temperatura):
1) Secagem; 2) Aquecimento, gasificação e combustão das substãncias gasificadas; 3) Combustão de carbono sólido (fim da combustão) 3 parâmetros afectam um bom resultado da combustão tempo; temperatura; turbulência EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably VTT Energy

24 Reacção da Queima: C + O2 → CO2 + 32,8 KJ/kg Carbono
Diversas características afectam o processo de combustão : humidade, composição química, densidade, composição da cinza, dimensão das partículas, distribuição, a espécie das árvores… Reacção da Queima: C + O2 → CO ,8 KJ/kg Carbono 2H2 + O2 → 2H2O + 142,2 MJ/kg Hidrogénio VTT Energy EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

25 Dispositivos de Queima de pequena dimensão
Caldeiras 1. Sobre-combustão (somente lenha) O combustível é alimentado e queimado simultaneamente + + ar natural através de uma porta de chama controlável Fraco controlo da eficiência Sobre-combustão (VTT Energy) Sub-combustão (VTT Energy) EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

26 2. Sub-combustão (lenha e estilha de madeira)
O combustível gasifica-se e a combustão ocorre na parte mais baixa da madeira Gases formados e chamas são levados para a câmara de combustão por gás, para a queima final Ar através de uma porta de chama controlável, sob a lareira ou com ventoinhas que se encontram fora da caldeira Bom controlo da eficiência 3. Combustão-Inversa Melhoria básica da lareira de sub-combustão A combustão dos gases na câmara de combustão é melhor controlada do que na sub-combustão Temperatura elevada EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

27 Instrumentos de alimentação e de queima
Hot water Burner Fuel storage of stocker Ashes Stockers Instrumentos de alimentação e de queima Usa-se fundamentalmente estilha de madeira O queimador está ligado à caldeira, dentro da qual ocorre a recuperação de calor 1. Tipo 1 A quantidade necessária de estilha, que é equivalente ao consumo de calor, é introduzida na unidade de combustão Combustão na grelha (temperatura >1000°C), com fornecedores de ar controlados automaticamente 2. Tipo 2 A combustão tem início num espaço muito isolado, no qual constantemente se introduz combustível Adequado também para estilha de madeira húmida, serradura e lenha (VTT Energy) EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

28 Ampla perda de calor devido ao excesso de ar Para efeitos atmosféricos
Lareiras Utilização de lenha 1. Lareira aberta Ampla perda de calor devido ao excesso de ar Para efeitos atmosféricos 2. Lareira de acumulação A quantidade de ar é controlada através de portas de chama Ciclo de gases nas estruturas acumulando calor Para efeitos atmosféricos e de aquecimento Recuperadores Combina forno com lareira Storage fire place EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

29 Sistema de Aquecimento
O sistema de aquecimento de uma casa inclui caldeira, sistema de tubagem, bomba, válvulas, reservatório de expansão, reservatório acumulador e um sistema radiador O reservatório acumulador é benéfico, mas não obrigatório desde que a combustão seja bem controlada Sempre que se verifique a combustão de lenha (ou estilha de grande dimensão), exige-se um reservatório acumulador A água fria que retorna à caldeira deve estar pelo menos a +70°C O princípio do sistema de aquecimento (Wood fuels basic information pack 2002/VedTek 1996) EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

30 Princípios no Dimensionamento do Sistema de Aquecimento
Depende dos objectivos de aquecimento - caldeira agrícola / instalação de aquecimento A seguinte informação sobre os edifícios influencia o dimensionamento : - Áreas e volumes - Tempo de utilização (a não ser que seja utilizado 24h/dia) - Tempo de utilização do ar condicionado - Tempos de utilização especiais e necessidades de água quente - Sistemas de aquecimento actuais, possíveis sistemas de aquecimento adiconais, e condição dos aparelhos de aquecimento O dimensionamento pode basear-se nos níveis de consumo dos últimos dois anos ou em cálculos. EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

31 Caldeiras de Grande Dimensão
Caldeiras de grelha - Grelha sólida inclinada/ grelha movível/grelha de prato Estratos fluidizados - Velocidade - Estrato fluidizado convencional / estrato fluidizado circulatório/ combustão multi-estratos Limpeza de gases de escape - Colector mecânico/ escova / precipitador electroestático / Filtros de supressão Limpeza do SOx e NOx Wood energy information pack 2002 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

32 CCE – Instalação Combinada de Calor e Electricidade
Planta que produz simultaneamente calor e electricidade A eficiência da CCE é bastante melhor do que a das instalações separadas de condensação e de aquecimento. A mesma quantidade de energia é produzida de duas maneiras: - CCE: com 100 unidades de combustível, a eficiência é de 85% - Condensação separada e plantas de aquecimento: com 152 unidades de combustível, a eficiência é de 56% O número de CCEs está a aumentar e o tamanho dos CCEs lucrativos a diminuir, devido à melhoria tecnológica Princípio do CHP (wood fuels basic information pack 2002) EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably

33 Conclusão A produção de energia da madeira combina sivicultura, produção de madeira, produção de energia e aspectos ambientais Conformidade com o desenvolvimento sustentável (ecológico, económico e social) Apoia o emprego local Cobre a cadeia da madeira para fins energéticos, desde o uso doméstico à produção industrial de energia O desenvolvimento da tecnologia promove o aumento da utilização de energia da madeira Significativas diferenças entre os países, ao nível das possibilidades e formas de utilização EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably