SABER
Início | Saber

07/06/2011
Cogeração – A produção combinada e descentralizada
Por André F. R. Sá, especialista em Gestão de Energia
A cogeração é um processo de produção combinada de energia térmica e de energia eléctrica, num sistema integrado, a partir de uma única fonte de combustível (fuelóleo, gás natural, biomassa, gás propano, resíduos industriais, etc.). O calor produzido pode ser utilizado directamente no processo industrial, bem como recuperado e convertido para utilização em aquecimento de espaços, aquecimento de água e em chillers de absorção para produção de frio (trigeração).
SABER, o canal de ligação entre os especialistas e os leitores do Planetazul.
O que é a Cogeração?
A cogeração é um processo de produção combinada de energia térmica e de energia eléctrica, num sistema integrado, a partir de uma única fonte de combustível (fuelóleo, gás natural, biomassa, gás propano, resíduos industriais, etc.). O calor produzido pode ser utilizado directamente no processo industrial, bem como recuperado e convertido para utilização em aquecimento de espaços, aquecimento de água e em chillers de absorção para produção de frio (trigeração).






























Fig. 1 –
Exemplo de comparação entre produção convencional vs cogeração (fonte: Castro, R.M.G., adaptado)

Pelo exemplo anterior, pode observar-se que, para obtenção do mesmo produto final, os sistemas de cogeração requerem apenas cerca de 65% da energia primária necessária num sistema tradicional.
Outro dos factores que privilegia a cogeração é minimizar as perdas eléctricas na rede de transporte e distribuição de electricidade. A produção, geralmente é consumida localmente, minimizando perdas. A figura seguinte ilustra um exemplo de perdas.




























Fig. 2 –
Comparação de eficiência de cogeração em comparação com centrais convencionais (fonte: Fernandes, E.O.)


Tecnologias mais utilizadas

Tab. 1 – Vantagens e desvantagens dos diferentes tipos de sistemas de cogeração (Fonte: Castro, R.M.G., 2006)

Tecnologia

Vantagens

Desvantagens

Características operacionais e custos

Turbinas a gás

Fiabilidade elevada;

Emissões poluentes baixas;

Calor a temperaturas elevadas (500 – 600 ºC);

Não necessita de refrigeração.

Operação com gás a alta pressão;

Rendimento reduzido a carga parcial;

Potência de saída diminui com o aumento da temperatura ambiente;

Ineficiente em processos com poucas necessidades térmicas.

(ver tabela)

Motores Alternativos

Rendimento eléctrico elevado;

Bom desempenho com carga parcial;

Arranque rápido;

Energia térmica a dois níveis de temperatura – gases de escape e arrefecimento do motor;

Manutenção no local com pessoal não especializado;

Operação com gás a baixa pressão.

Custos de manutenção elevados;

Calor de baixa temperatura;

Emissões poluentes relativamente elevadas;

Necessita de refrigeração;

Ruído de baixa frequência.

(ver tabela)

Turbinas a Vapor

Rendimento eléctrico elevado;

Bom desempenho com carga parcial;

Arranque rápido;

Energia térmica a dois níveis de temperatura – gases de escape e arrefecimento do motor;

Manutenção no local com pessoal não especializado;

Operação com gás a baixa pressão.

Custos de manutenção elevados;

Calor de baixa temperatura;

Emissões poluentes relativamente elevadas;

Necessita de refrigeração;

Ruído de baixa frequência.

(ver tabela)

Microturbinas

Dimensões compactas;

Peso reduzido;

Emissões poluentes baixas;

Não necessita de refrigeração.

Custos elevados;

Calor de baixa temperatura;

Tecnologia em maturação.

(ver tabela)

Pilhas de Combustível

Emissões poluentes baixas;

Ruído baixo;

Não tem peças rotativas;

Modularidade.

Custos elevados;

Fiabilidade incerta;

Tecnologia em maturação;

Necessita de pré-processamento do combustível, excepto H puro.

(ver tabela)


Trigeração

Trigeração implica a produção simultânea de energia mecânica (electricidade), calor e frio a partir de um único combustível. É um esquema de produção de energia em que se recupera calor "desperdiçado" para obter frio. Compreende sistemas CHP combinados com chillers de absorção.
No sector terciário dos países do Sul, as necessidades de aquecimento são limitadas a alguns meses de Inverno. Há, contudo, necessidades de arrefecimento (ar condicionado) significativas durante os meses de Verão. Energia térmica proveniente de uma instalação de cogeração pode, neste caso, ser utilizada para produzir frio, através de um ciclo de absorção. Este processo “alargado” de cogeração é conhecido por trigeração ou produção combinada de electricidade, calor e frio (CHCP, combined heat, cooling and power production).
Pelo exemplo anterior, pode observar-se que, para obtenção do mesmo produto final, os sistemas de cogeração requerem apenas cerca de 65% da energia primária necessária num sistema tradicional.































Fig. 3 –
Esquema de trigeração (fonte: STET, 2008)


Microturbinas

O princípio de operação das microturbinas é muito semelhante ao das turbinas a gás, recorrendo ao ciclo de Brayton para caracterizar o seu funcionamento.
A dimensão é a principal marca distintiva das duas tecnologias: as microturbinas situam-se na gama 30 – 300 kW, enquanto as turbinas a gás ocupam uma gama desde 500 a 250.000 kW.
O compressor comprime ar, o qual é pré - aquecido usando um permutador de calor que recupera o calor dos gases de exaustão da turbina. O ar aquecido é, então, misturado com o combustível na câmara de combustão e os gases quentes resultante da combustão são expandidos na turbina. O calor remanescente dos gases de exaustão pode ser aproveitado para outros fins úteis.
As microturbinas podem operar com uma grande variedade de combustíveis: principalmente gás natural, mas também combustíveis líquidos como gasolina, querosene e óleo diesel.
A velocidade de rotação do veio é muito elevada (da ordem das 50.000 a 60.000 rpm), pelo que é necessária uma montagem do tipo rectificador – inversor para injectar energia na rede.





























Fig. 4 –
Componentes típicos de uma microturbina


Pilhas de Combustível

O processo de decomposição da água, mediante absorção de electricidade, é uma reacção electroquímica conhecida por Electrólise. Esta reacção pode-se estabelecer no sentido inverso, Hidrólise, gerando electricidade.
A reacção electrólise em sentido inverso é o que se dá nas denominadas Pilhas de Combustível, que são uma tradução literal directa da sua denominação inglesa "Fuel Cells". As pilhas de combustível são um conjunto empilhado (“stack”) de células elementares nas quais se produz a reacção.

Fig. 5 –Esquema elementar de uma célula electroquímica de combustível

As pilhas de combustível admitem o hidrogénio como combustível com o oxigénio do ar. No entanto, a disponibilidade do H2 é muito escassa. Uma das formas mais eficientes de se obter H2 poderá ser por um processo denominado Reformação. Este processo químico permite obter o hidrogénio através de outro combustível e de vapor de água.


Breve reflexão

Um sistema de cogeração, bem explorado e optimizado, é um sistema mais sustentável: Ambientalmente mais limpo, com menores emissões de gases e consumos de combustíveis; Economicamente mais eficiente, com menor custo de combustível; e Socialmente mais equilibrado, pela promoção da descentralização da produção, fomentando o emprego, a partilha de informação e a segurança de aprovisionamento, através da diversificação de fontes de produção de energia térmica e eléctrica.




















Fig. 6 –
Triângulo da Sustentabilidade


CURRICULUM
André Fernando Ribeiro de Sá, é Engenheiro Electrotécnico e de Computadores, ramo de sistemas de energia, pela FEUP. Nascido em Espinho em 1977, é especialista em gestão de energia e exploração de instalações eléctricas. Técnico reconhecido SGCIE. Docente da ESTGA da Universidade de Aveiro no curso de Engenharia Electrotécnica. Técnico responsável de várias instalações eléctricas. Autor do livro “Guia de aplicações de gestão de energia e eficiência energética” (2010, 2.ª ed.) e de vários artigos em diversas revistas na vertente Energia e Electricidade. Tem realizado várias formações na vertente de gestão de energia e de electricidade. Colaborou, entre outros, com o Grupo Têxtil Riopele, INESC Porto, Edifícios Saudáveis Consultores e Schneider Electric Portugal.

• Água
• Ambiente
• Biodiversidade e paisagem
• Construção e arquitectura
• Energia
• Resíduos
• Sustentabilidade
• Ciência
SABER
Pela Eurodeputada Maria da Graça Carvalho
AGENDA

9 a 10 Abril de 2014.
 
BLUE LIFESTYLE
• Ambiente
• Decoração - tendências
• Hotel
• Moda - shopping
• Moda - tendências
• Noite&Dia
• Restaurantes
• Spa
• Viagem
Vintage
Móveis de outros tempos
 
SONDAGENS
SUGESTÃO

Livro
Guide to Natural Housekeeping
 
Canais
Directórios
Apoios
My Portal
Quem Somos