Cogeração - Instalações Elétricas, Notas de estudo de Engenharia de Petróleo

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Centro de Ciências Tecnológicas

Tecnologia em Petróleo e Gás

Cogeração

Equipe: Arthur Pinheiro

Damião Fonseca

Rami Rogério

Sherida Amanda

Fernando Montenegro

Cogeração

A cogeração de energia é um processo onde são geradas duas formas de energia ao

mesmo tempo. O tipo mais comum é a cogeração de energia elétrica (tanto para calor quanto

para frio).

problemas de transporte, a cogeração, como geração distribuída, se apresenta com grande

atratividade tanto para os consumidores quanto para a sociedade em geral.

Tabela de Vantagens e Desvantagens dos tipos de sistemas de cogeração

2. Tecnologias de sistemas de cogeração

• Tecnologias convencionais

Turbinas de gás

■ Composto de turbina a gás, caldeira de recuperação, com ou sem turbina a vapor. ■

Oper a com ou sem pós- quei ma. ■ Relação de 1,5 a 6 t/h de vapor produzido para cada MW gerado. ■ Rendimento elétrico de 28 a 37% ■ Rendimento global do ciclo = 87%

Motores alternativos (explosão e de ignição por compressão)

■ Operam com motores de combustão interna. ■ Recuperação de calor na forma de vapor e de água quente. ■ Rendimento elétrico alto 40 a 43% ■ Rendimento global do ciclo dependente da recuperação de calor de baixa temperatura.

Turbinas de vapor de contrapressão ■ Relação entre consumo de vapor e demanda elétrica. ■ Custo atual do vapor e eletricidade. ■ Necessidade ou não de frio. ■ Combustível disponível e seu preço. ■ Possibilidade de venda de excedente.

3. Ciclos de Cogeração
   • Ciclo a vapor - vapor a alta pressão é gerado a partir de um combustível (p.ex. bagaço ou palha), vapor este que aciona uma turbina produzindo energia mecânica, e o vapor de escape da turbina é utilizado como fonte de calor para o processo. Vale salientar que o ciclo de condensação puro, a rigor, não pode ser considerado como um ciclo de cogeração, pois se aproveita apenas a energia mecânica e a energia térmica é totalmente dissipada nas torres de resfriamento. A eficiência deste ciclo é em torno de 30%, chegando ao máximo a 35%. Cerca de 70% da energia contida na fonte primária não é aproveitada. Ao contrário, se gasta muita energia mecânica em bombas e em torres de resfriamento, que é parte da assim chamada “energia parasita”.
   • Ciclo a gás - utiliza, por exemplo, gás natural para acionar uma turbina a gás, produzindo energia mecânica. Os gases de combustão, ainda muito quentes, são enviados para uma caldeira de recuperação de calor, que produz vapor a baixa pressão para o processo.
   • Ciclo combinado - o ciclo combinado é uma variante otimizada dos ciclos anteriores. Os gases de combustão da turbina a gás são usados para gerar vapor de pressão mais elevada, o qual é enviado para uma turbina de contrapressão, e tendo assim um ciclo a vapor na sequência do primeiro ciclo. Tem-se assim “combinado” dois ciclos de cogeração, que poderiam ser usados individualmente.
   • Ciclo a diesel - usa, por exemplo, óleo diesel (ou gás natural ou óleo combustível) em um motor de combustão interna, produzindo energia mecânica, e os gases de combustão podem ser enviados para uma caldeira de recuperação ou para um chiller por absorção.
4. Escolha do ciclo mais adequado:

A escolha do ciclo mais adequado é basicamente função da relação entre a energia

mecânica (M) e a energia térmica (T) requeridas na planta. O ciclo a vapor é recomendado

quando esta relação M/T está entre 0,10 e 0,30, ou seja, quando na planta é usado muito mais

energia térmica do que energia mecânica (este é o caso das usinas que processam cana de

açúcar). O ciclo a gás entre 0,30 e 0,80. O ciclo combinado entre 0,60 e 1,50. O ciclo a diesel é

mais indicado quando esta relação M/T está entre 0,80 e 2,40. O ciclo de condensação, que

utiliza turbinas a vapor de condensação em conjunto com turbinas a vapor de contrapressão, é

indicado para a relação M/T entre 0,4 e 1,5. Nos ciclos de cogeração a turbina de condensação

e de contrapressão podem ambas ser usadas na produção de eletricidade, sendo que a

primeira apresenta maior eficiência. Para um vapor a uma dada pressão, a turbina de

condensação é capaz de gerar mais energia elétrica. Ocorre que a turbina de contrapressão

devolve para a caldeira condensados com temperatura de 125ºC, aproximadamente, mas a

turbina de condensação produz condensados a 50ºC mais ou menos. A energia necessária

para aquecer este condensado mais frio nem sempre é contabilizada, mas trata-se de um valor

considerável.

5. Diagrama de cogeração ciclo simples e combinado.

A figura apresenta o diagrama de cogeração dos dois ciclos. O ciclo combinado é uma

extensão do ciclo simples. Na cogeração em ciclo simples, o gás de escape da turbina é

aproveitado em uma caldeira de recuperação para produção de vapor d’água superaquecido

para diferentes aplicações como: produção de frio através de chillers e aquecimento de fluidos

de interesse como água e óleo, através de trocadores de calor. A caldeira de recuperação é um

trocador de calor capaz de transferir o calor existente nos gases de escape ou de exaustão da

turbina a gás para um circuito de água-vapor. Ao processo de produção conjunto de eletricidade

e utilitário (vapor ou água/óleo quente) denomina-se cogeração. O processo “alargado” de