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2004/2005 Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 1 Produção Autónoma de Energia Álvaro Gomes Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores.

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1 2004/2005 Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 1 Produção Autónoma de Energia Álvaro Gomes Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria

2 22004/2005 Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria

3 32004/2005 Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Evolução da Potência no SEN (GW)

4 42004/2005 Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Vantagens da co-geração A produção centralizada em grande escala pode ser pouco eficiente devido ao não aproveitamento da energia térmica. Os sistemas de co-geração são, usualmente, localizados e permitem o aproveitamento de parte da térmica, aumentando a eficiência do processo de conversão Benefícios consumidor consumidor redução da factura com a EE potencial melhoria da qualidade de abastecimento maior grau de diversificação das fontes de energia sociedade sociedade diversificação das fontes primárias de energia maior eficiência no uso da energia primária (redução da taxa consumo das reservas de combustíveis) redução do impacte ambiental sistema eléctrico sistema eléctrico redução de pontas descentralização da produção de energia eléctrica

5 52004/2005 Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Produção combinada de calor e electricidade centrais 48%52% Energia final 56% Perdas 44% caldeira Electricidade 18% Tecnologia convencional combustível 100% Sistema de cogeração Perdas 16% En. Térmica 60% Electricidade 24% Cogeração combustível 100% Energia final 84%

6 62004/2005 Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Tecnologias … Evolução da tecnologia dos motores, das turbinas e dos recuperadores de calor originou uma grande diversidade de alternativas para co- geração turbinas/caldeiras turbinas/caldeirasvapor,gás motores de combustão interna motores de combustão internaDiesel Gás natural (usualmente ciclo Otto – 4 tempos) Dual - fuel Outros (alguns ainda em fase de desenvolvimento e experimentação) Outros (alguns ainda em fase de desenvolvimento e experimentação) Células de combustível Micro-turbinas (~30 – 300 kW) …

7 72004/2005 Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Tecnologias – turbina a gás

8 82004/2005 Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Balanço de energia numa turbina a gás Fácil manutenção Arranque rápido (relativamente) Grande fiabilidade Disponibiliza ET a elevadas temperaturas (500 – 600ºC) Compactas e com poucas vibrações Menos atractivas em processos com poucas necessidades térmicas Tempo de vida útil curto Só combustíveis líquidos e gasosos

9 92004/2005 Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Tecnologias – turbina a vapor

10 102004/2005 Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Balanço de energia numa turbina a vapor Disponibiliza vapor à pressão atmosférica ou alta pressão Trabalham longos períodos de tempo sem necessidade de paragem Eficiência global elevada Tempo de vida elevado Investimento inicial elevado Emissão de poluentes Baixo rendimento em EE Arranque lento Reduzido número de aplicações Dependência de um tipo de combustível no dimensionamento

11 112004/2005 Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Ciclo combinado

12 122004/2005 Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Motores de combustão

13 132004/2005 Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Campos de aplicação: Indústria transformadora Indústria transformadora Hospitais Hospitais Hotéis Hotéis Estabelecimentos de ensino; Estabelecimentos de ensino; Piscinas; Piscinas; Edifícios de escritórios Edifícios de escritórios Centros comerciais Centros comerciais Distribuição domiciliária de calor Distribuição domiciliária de calor

14 142004/2005 Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Dimensionamento optimizado para: Obtenção de calor resposta às necessidades térmicas importando/exportando EE resposta às necessidades térmicas importando/exportando EE Obtenção da EE utilizando caldeiras independentes para produzir o calor adicional, se necessário utilizando caldeiras independentes para produzir o calor adicional, se necessário Minimização de custos (total anual: investimento+manutenção+operação) resposta às necessidades mínimas de calor e EE utilizando caldeiras independentes e importando / exportando EE, se necessário resposta às necessidades mínimas de calor e EE utilizando caldeiras independentes e importando / exportando EE, se necessário

15 152004/2005 Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Parâmetros a considerar: Quantidade Vapor (ton/h) Vapor (ton/h) Calor (kWh) Calor (kWh) EE (kWhe) EE (kWhe)Qualidade Pressão Pressão Temperatura Temperatura Tensão Tensão Perfil do consumo Perfil anual Perfil anual Perfil diário (verão / inverno) Perfil diário (verão / inverno) Perfil diário de paragem Perfil diário de paragem

16 162004/2005 Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Projecto … Com os parâmetros identificados e quantificados e a opção tomada relativamente à opção de dimensionamento, identificam-se as tecnologias mais adequadas, seguindo- se a avaliação técnico-económica

17 172004/2005 Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Execução do Projecto Desenvolvimento do Caderno de Encargos Consulta ao Mercado, Selecção de Fornecedor e Elaboração de Contratos. Execução do Projecto Concepção da Central de Cogeração; Solicitação de Condições de Interligação ao SEP; Instrução do Processo de Licenciamento junto da DGE. Desenvolvimento de um documento de consulta para o fornecimento e montagem da central de cogeração, atendendo aos requisitos da instalação, processos envolvidos e exigências de performance da instalação. Consulta a fornecedores existentes no mercado; Relatório de comparação das propostas e Selecção; Contratos de Fornecimento e de Disponibilidade / Manutenção. Gestão da Obra; Realização de Testes; Aceitação da Obra; Vistoria [DRME e EDIS] Concepção e Licenciamento Projecto de Co-geração

18 182004/2005 Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Alguns exemplos

19 192004/2005 Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Produção de frio por absorção Aproveitamento do calor remanescente do cogerador através de chillers de absorção – isentos de CFCs; Menores custos de manutenção (pois estes chillers funcionam segundo um princípio químico – não têm partes móveis); O seu elevado preço ainda é um entrave à sua utilização, tal como o seu baixo COP (tipicamente entre 0.6 e 1.4).

20 202004/2005 Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Princípio de funcionamento geral

21 212004/2005 Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Princípio de funcionamento geral Semelhante ao ciclo de compressão (compressor - condensador - válvula de expansão - evaporador - compressor); O compressor mecânico é substituído por um compressor químico (composto por uma solução química, uma bomba e um permutador de calor).

22 222004/2005 Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Classificação Apenas turbinas conseguem gerar temperaturas aceitáveis para os chillers de duplo e triplo efeito Apenas turbinas conseguem gerar temperaturas aceitáveis para os chillers de duplo e triplo efeito Os de meio efeito são demasiado caros e ineficientes para serem viáveis Os de meio efeito são demasiado caros e ineficientes para serem viáveis

23 232004/2005 Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Exemplo

24 2004/ TRIGERAÇÃO Conversão realizada a partir de um único combustível em três formas de energia diferentes: electricidade, vapor ou água quente e água fria

25 252004/2005 Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Componentes do sistema Máquina primária: Motores alternativos: ciclo OTTO ou ciclo Diesel; Motores alternativos: ciclo OTTO ou ciclo Diesel; Turbinas a gás ou a vapor; Turbinas a gás ou a vapor; Recuperador de calor; Chillers de absorção de efeito simples ou de efeito duplo. Gerador de energia eléctrica

26 262004/2005 Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Porquê trigeração? Permite compensar diferenças entre necessidades térmicas de Inverno e de Verão maximizando o aproveitamento da unidade de cogeração Objectivo: produzir electricidade e AQS durante todo o ano, calor no Inverno e frio no Verão para climatização.

27 272004/2005 Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Resumo das vantagens Eficiência global superior Eficiência global superior Diminuição de perdas de transporte de energia devido à produção local Diminuição de perdas de transporte de energia devido à produção local Emissões mais reduzidas de poluentes Emissões mais reduzidas de poluentes Podem em alguns casos ser aproveitados resíduos industriais, domésticos e biomassa Podem em alguns casos ser aproveitados resíduos industriais, domésticos e biomassa Redução da potência em horas de ponta à rede, reduzindo a necessidade do recurso a centrais menos eficientes ou à importação em períodos de ponta Redução da potência em horas de ponta à rede, reduzindo a necessidade do recurso a centrais menos eficientes ou à importação em períodos de ponta

28 282004/2005 Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Princípio de funcionamento

29 292004/2005 Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Vantagens Eficiência global do sistema muito superior à produção independente de cada uma das formas de energia (conseguem-se economias de 60% de energia primária; Eficiência global do sistema muito superior à produção independente de cada uma das formas de energia (conseguem-se economias de 60% de energia primária; Diminuição das perdas de transporte de energia devido à produção local; Diminuição das perdas de transporte de energia devido à produção local; Emissões de NOx reduzidas em 25% em comparação com a produção de electricidade nas centrais térmicas e calor nas caldeiras tradicionais. Emissões de NOx reduzidas em 25% em comparação com a produção de electricidade nas centrais térmicas e calor nas caldeiras tradicionais. Emissões de CO2 reduzidas em 30 a 60%; Emissões de CO2 reduzidas em 30 a 60%;

30 302004/2005 Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Vantagens – continuação Redução da potência em horas de ponta à rede, reduzindo a necessidade do recurso a centrais menos eficientes ou à importação em períodos de ponta); Redução da potência em horas de ponta à rede, reduzindo a necessidade do recurso a centrais menos eficientes ou à importação em períodos de ponta); Podem ser usados gases (Ex: metano) resultantes de outros processos que de outra forma seriam desaproveitados e lançados na atmosfera, destruindo a camada de ozono; Podem ser usados gases (Ex: metano) resultantes de outros processos que de outra forma seriam desaproveitados e lançados na atmosfera, destruindo a camada de ozono; Investimentos facilmente recuperáveis no horizonte de 5 anos; Investimentos facilmente recuperáveis no horizonte de 5 anos;

31 312004/2005 Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria A co/trigeração em Portugal: Existem instalações de cogeração a funcionar desde há várias dezenas de anos em algumas indústrias, tendo aumentado significativamente o seu número a partir da publicação do DL 189/88. No total, representam 9 % da produção nacional de energia. Existem alguns exemplos de instalações de trigeração em funcionamento.


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