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EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably Energia da Madeira Energia Extraída da Madeira de Pequeno Diâmetro Modulo Euris 12 Tuomo Pesola.

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

2 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 Objectivos da Aula

3 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably 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) Política Internacional das Alterações Cilmáticas Fonte: International Energy Agency, World Energy Outlook, 2000

4 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 Política Europeia para a Energia Renovável

5 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably 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 Only 9% of EU electricity was produced from biomass Biomass accounted for 97% of RE heat production Fonte: Eurostat, 2001

6 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably Potencial Futuro do Combustível da Madeira na Europa Share of Primary Energy Produced from Wood in 1998 Source: Eurostat, EU15FINIRLINLPSKUK % Total Energy Requirement % Renewables 4% in % in % in % in 2020

7 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably 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. Benefícios do Combustível da Madeira

8 Madeira 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/m 3 ) varia em função da densidade básica das espécies EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably Energia da Madeira: Conteúdo de Humidade e Valor Calorífico Heating value Moisture (%) Source: Wood fuels information pack 2002 EspéciesMadeiraCascaFolhagem Fraxinus spp Quercus spp Pinus sylvestris Picea abies Valores caloríficos das componentes da árvore MJ/kg Fonte: Wood fuels Basic Information Pack, 2000

9 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably 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/m 3 ) / 1000] m 3 volume sólido Quantificação do Combustível da Madeira Unidades de Medida para a produção de combustível da madeira, abastecimento, transporte e armazenamento Rolaria 1m 3 volume sólido = Lenha 1.49m 3 volume empilhado = Estilha 2.5m 3 volume da massa Fonte: Wood Fuel Basic Information Pack, 2000

10 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 Fontes de Combustível da Madeira

11 Lenha Densidade da massa kg/m 3 50% de conteúdo de humidade (verde), 25% (seca) Valor calorífico GJ/m3 Estilha de Madeira Densidade da massa 300 kg/m % 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 Tipos de Combustível da Madeira

12 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably 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 Recurso de Combustível de Madeira EURIS

13 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably 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

14 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably 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!

15 Sistemas de Colheita da Madeira para Fins Energéticos EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably 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

16 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 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably Colheita Associada SprucePineBirch VTT Energy

17 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 Secagem da Madeira

18 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 Transporte EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably VTT Energy A mobilidade, velocidade e capacidade de carga do veículo depende da distância e da qualidade das vias A madeira para fins energéticos pode também ser agrupada em molhos na floresta e transportada para o utilizador primário

19 Estilha de Madeira EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably 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

20 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably Desbaste/ corte de ramos / limpeza / agrupamento Agrupamento em molhos da madeira para fins energéticos Transporte da madeira para fins energéticos Estilhagem e transporte Transporte de molhos de madeira para fins enrgéticos Estilhagem no local de armazenamento temporário Transporte de fardos e de madeira para fins energéticos, da floresta para o utilizador primário Estilhagem ou trituração no utilizador primário Instalações de pequena dimensão Instalações de grande dimensão Transporte da estilha de madeira da floresta para o utilizador primário Cadeia da Estilha de Madeira 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 Secagem (se necessário Secagem (se necessário) Secagem

21 Produção de Lenha EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably 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

22 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 Técnicas de Processamento de Lenha

23 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably 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) VTT Energy 3 parâmetros afectam um bom resultado da combustão a)tempo; b)temperatura; c)turbulência

24 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably VTT Energy 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 + O 2 CO ,8 KJ/kg Carbono 2H 2 + O 2 2H 2 O + 142,2 MJ/kg Hidrogénio

25 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 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably Dispositivos de Queima de pequena dimensão Sobre-combustão (VTT Energy)Sub-combustão (VTT Energy)

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 Hot water Burner Fuel storage of stocker Ashes 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 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably (VTT Energy) Stockers

28 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably 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

29 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably O princípio do sistema de aquecimento (Wood fuels basic information pack 2002/VedTek 1996) 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

30 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably 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.

31 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably 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 SO x e NO x Wood energy information pack 2002

32 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably 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: Princípio do CHP (wood fuels basic information pack 2002) - 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

33 EURIS – Europeans Using Roundwood Innovatively & Sustainably 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


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