Análise de
Projeto de Cogeração
Curso de Análise de Projeto de Energia Limpa
Planta de Cogeração
Foto cedida por: Warren Gretz, DOE/NREL PIX
© Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.
Objetivos
• Revisar conceitos básicos de Sistemas de
Cogeração
• Ilustrar considerações básicas sobre a
análise de projetos de Cogeração
• Introdução ao Modelo de Projeto de
Cogeração do RETScreen®
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O que fornece um sistema de
Cogeração ?
• Eletricidade
• Calor

Edifícios

Comunidades

Processos Industriais
Usina alimentada à Biomassa, USA
…porém também…
• Aumento da eficiência
energética
• Redução de resíduos e
emissões
• Redução de perdas por T&D
• Uma oportunidade para utilizar
Foto cedida por: Andrew Carlin, Tracy Operators/NREL PIX
sistemas de energia distritais
• Refrigeração
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Motivação para Sistema de
Cogeração
• Sistema de energia central traditional, é ineficiente

Metade a dois terços da energia é perdida em calor

Esse calor, de outra forma perdido, pode ser utilizado em processos
industriais, aquecimento de água ou ambiente, refrigeração, etc.
• Normalmente,
eletricidade tem
mais valor do
que o calor
Biomassa renovável
geotérmica 1.024
Carvão 17.075
Óleo 3.215
Gás 8.384
Nuclear 7.777
Hidro 2.705
Planta de
Energia para
uso próprio
963
Perdas de conversão da
produção térmica 24.726
Fornecimento
total de energia
primária para
produção de
eletricidade
40.180
Perdas na
transmissão e
distribuição
1.338
Produção
bruta de
eletricidade
15.454
Produção líquida
de eletricidade
14.491
Adaptado de: World Alliance for Decentralized Energy
Eletricidade
fornecida a
clientes
13.153
Indústria 5.683
Não indústria 7.470
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O Conceito da Cogeração
• Produção simultânea de dois ou mais tipos de energia, a partir de
•
uma única fonte de energia.
Uso do calor de exaustão de um equipamento de geração de
eletricidade.
Gas de Exaustão
Eficiência da recuperação de calor (55/70) = 78,6%
15 unidades
Calor
Eficiência Total ((30+55)/100) = 85,0%
55 unidades
Caldeira de
Recuperação
Carga
térmica
Calor + Exaustão
Combustível
70 unidades
100 unidades
Eletricidade
30 unid.
Sistema de Energia
Gerador
Carga
Elétrica
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Descrição da Cogeração
Equipamentos & Tecnologias
• Equipamento de Refrigeração



Compressor
Chiller de Absorção
Bomba de calor, etc.
• Equipamento de Calor
Caldeira/Forno/Aquecedor
 Recuperação de calor residual
 Bomba de calor, etc.

Turbina à Gas
Foto cedida por: Rolls-Royce plc
• Equipamento de Eletricidade





Turbina a Gas
Turbina à Gas de ciclo combinado
Turbina à vapor
Máquina alternativa
Célula de combustível, etc.
Equipamento de Refrigeração
Foto cedida por: Urban Ziegler, NRCan
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Descrição da Cogeração (cont.)
Tipos de Combustível
• Combustíveis fósseis
Gas natural
 Diesel (óleo tipo #2)
 Carvão, etc.

• Combustíveis Renováveis






Resíduos de madeira
Gas de Lixo (LFG)
Biogás
Subprodutos agrícolas
Bagaço
Reflorestamentos, etc.
• Energia Geotérmica
• Hidrogênio, etc.
Biomassa para Cogeração
Foto cedida por: Warren Gretz, DOE/NREL
Geiser Geotérmico
Foto cedida por: Joel Renner, DOE/ NREL PIX
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Descrição da Cogeração (cont.)
Aplicações
•
•
•
•
Edifícios individuais
Cogeração Prefeitura de Kitchener
Comércio e Indústria
Condomínios
Sistemas de energia distritais
(ex. comunidades)
• Processos industriais
Foto cedida por: Urban Ziegler, NRCan
Cogeração de GFL para sistema de calefação distrital, Suécia
Micro turbina em estufa
Foto cedida por: Urban Ziegler, NRCan
Foto cedida por: Urban Ziegler, NRCan
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Sistemas de Energia Distritais
• O calor de uma planta de Cogeração pode ser distribuido para
vários prédios vizinhos, para aquecimento e refrigeração

Tubos de aço isolados são enterrados entre 0,6 e 0,8 m
• Vantagens na comparação com sistemas independentes para
cada prédio:

Maior eficiência

Controle de emissões em
uma única planta

Segurança

Conforto

Conveniência operacional
Planta de Energia distrital
Foto cedida por: SweHeat
Rede de distrib. de água quente
Foto cedida por: SweHeat
• Custos iniciais normalmente mais altos
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Custos do Sistema de Cogeração
• Grande variação de custos
• Custos iniciais
RETScreen tipo de equipamento de energia
Equipamento para
geração de eletricidade
 Equipamento de calefação
 Equipamento de refrigeração
 Interconexão elétrica
 Vias de acesso
 Rede de energia distrital

Custo típico instalado ($/kW)
Máquina à pistão
700 a 2.000
Turbina à gas
550 a 2.500
Turbina à gas – ciclo combinado
700 a 1.500
Turbina à vapor
500 a 1.500
Sistema geotérmico
1.800 a 2.100
Célula de combustível
4.000 a 7.700
Turbina eólica
1.000 a 3.000
Turbina hidráulica
550 a 4.500
Módulo fotovoltáico
8.000 a 12.000
Nota: Custo tipico instalado em dólares Canadenses $, base 1 de janeiro 2005. Taxa de
câmbio aproximada à época: 1 CAD = 0,81 USD e 1 CAD = 0,62 EUR
• Custos incidentes
Combustível
 Operação e manutenção
 Reparo e reposição de
equipamentos

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Considerações sobre projetos de
Cogeração
• Fornecimento de combustível por longo prazo e confiável
• Investimentos devem ser mantidos sob contrôle
• Necessita de “clientes” para calor e eletricidade

Deve-se negociar a venda da eletricidade para a rede, caso não utilizada
integralmente na planta
• Normalmente a planta é dimensionada para a carga térmica de base
(p.ex. Carga térmica mínima sob condiçoes normais de operação)

Demanda térmica normalmente equivale a algo entre 100% e 200% da demanda
elétrica.

O calor pode ser utilizado para geração de frio através de chillers de absorção)
• Risco associado à incerteza de custos futuros da eletricidade/gas
natural
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Exemplo: Canadá
Prédios Individuais
• Prédios que necessitam de
aquecimento, refrigeração e uma fonte
confiável de eletricidade

Hospitais, escolas, edifícios comerciais, prédios
agrícolas, etc.
Hospital, Ontario, Canada
Foto cedida por: GE Jenbacher
Máquina de pistão
Foto cedida por: GE Jenbacher
Caldeira de Recuperação de calor
Foto cedida por: GE Jenbacher
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Exemplo: Suécia e EEUU
Condomínios
• Condomínios atendidos por uma central de calor e
eletricidade
Universidades, complexos comerciais, comunidades, hospitais,
complexos industriais, etc.
 Sistema energético distrital

Planta de energia distrital
Turbina utilizada em MIT, Cambridge, Mass. EEUU
Foto cedida por: SweHeat
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Exemplo: Brasil
Processos Industriais
Bagaço para calor de processo em Usina, Brasill
• Indústrias com demandas altas e
constantes de calor e refrigeração, são
bons candidatos à Cogeração
Combustível
Combustor
Turbina à
gás
Compressor
Carga
elétrica
Gerador
Foto cedida por: Ralph Overend/ NREL Pix
Gás de exaustão
Ar
Combustível –
duto de
alimentação
Caldeira de
recuperação
• Também é o caso de
vapor
Turbina à vapor
Porta de
extração
Água de
alimentação
Gerador
Porta de contrapressão
Carga
térmica
Carga
térmica
Carga
elétrica
empresas que
produzem resíduos que
podem ser utilizados
para gerar calor e
eletricidade
Condensador
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Examplo: Canadá e Suécia
Gás de aterro sanitário
•
•
Aterros sanitários produzem
metano à medida em que ocorre
a decomposição da matéria
orgânica
Que pode ser usado como
combustível para refrigeração,
calor ou projetos de eletricidade
Ciclo de Coleta do
Gás do Aterro
Sanitário
Produção de Vapor
Processo
Sistema de tubos para
coleta do Gás
Compressor
Resfriador
/secador
Filtro
Produção de Energia
Tocha
Foto cedida por: Gaz Metropolitan
Cogeração com GFL para sistema de calefação distrital, Suécia
Foto cedida por: Urban Ziegler, NRCan
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Modelo de Projeto de Cogeração
RETScreen
®
• Análise global de produção de energia, custo do ciclo de vida e redução
das emissões de gases de efeito estufa






Refrigeração, calor, eletricidade e
todas as suas possíveis combinações
Turbinas à Gás ou à vapor, máquinas
à pistão , células de combustível,
caldeiras, compressores, etc…
Vasta gama de combustíveis, desde
combustíveis fósseis até biomassa e
geotérmica
Variedade de estratégias de operação
Ferramenta de gás de aterro sanitário
Sistemas de energia distritais
• Também incluem:

Múltiplos idiomas, seletor de
unidades, e ferramentas do usuário
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Modelo de Projeto de ®
Cogeração RETScreen
• Aplicável para vários
tipos de projetos

Apenas Calor

Apenas eletricidade

Apenas refrigeração

Combinação de calor e
eletricidade

Combinação de refrigeração e
eletricidade

Combinação de calor e
refrigeração

Combinação de refrigeração,
calor e eletricidade
Combustível
Sistema
de calor
Calor
Calor
Carga
calor
Calor
Recuperado
Sistema de
resfriamento
Frio
Carga
resfriamento
Eletricidade
Combustível
Sistema
de
Energia
Eletricidade
Carga
elétrica
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Modelo de Projeto de Cogeração
RETScreen - Sistemas de Calor
®
Carga (kW)
Carga de
ponta de
calor
Carga intermediária
de calor
Carga de base de
calor
jan
fev
mar
abr
mai
jun
jul
ago
set
out
nov
dez
Meses
calor
eletricidade
resfriamento
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Modelo de Projeto de Cogeração
RETScreen - Sistema Refrigeração
Carga (kW)
®
Pico de carga
resfriamento
Carga de base
resfriamento
jan
fev
mar
abr
mai
jun
jul
ago
set
out
nov
dez
Meses
calor
eletricidade
resfriamento
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Modelo de Projeto de Cogeração
RETScreen - Sistemas Elétricos
Carga (kW)
®
Carga de pico
eletricidade
Carga intermediária
eletricidade
Carga de base
eletricidade
jan
fev
mar
abr
mai
jun
jul
ago
set
out
nov
dez
Meses
calor
eletricidade
resfriamento
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RETScreen
®
Cálculo de Energia Cogeração
Estimar carga e demanda:
• Projeto de calor
• Projeto de resfriamento
• Projeto de eletricidade
Definir características dos
equipamentos
Calcular a energia utilizada e o
consumo de combustível
correspondente
Ver e-Livrotexto
Análise de Projeto Energia Limpa:
RETScreen® Engenharia e Casos
Capítulo de Análise de Projeto de Calor e Eletricidade
Fluxograma simplificado do Modelo de
Cogeração de energia
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Exemplo Validação do Modelo de
Projeto de Cogeração RETScreen®
• Validação geral por consultor independente (FVB Energy Inc.) e
diversos testadores beta de indústrias, distribuidoras, governos e
acadêmicos
• Comparado com diversos outros modelos e/ou dados medidos,
com resultados excelentes (p.ex. Cálculos da eficiência de
turbinas comparados com software de simulação de processo da
GE chamado GateCycle)
Comparação do Cálculo da Eficiência da Turbina à Vapor
Teste
1
Vazão de
Entrada,
P, T
Kpph/psia/F
50/1000/750
2
50/1000/545
50/60/293
0
80%
2.396
2.404
3
50/450/457
50/60/293
0
80%
1.805
1.827
4
50/450/457
50/14,7/212
0
81%
2.913
2.915
Kpph = 1.000 lbs/hr
Vazão de Saída Vazão de Eficiência
GateCycle
P, T
Extração,
Pot. Saída (MW)
Kpph/psia/F
P, T
Kpph/psia/
40/14/210
10/60/293
80%
3.896
RETScreen
Cogeração
Pot. Saída (MW)
3.883
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Conclusões
• Sistemas de Cogeração usam de forma eficiente o calor
que seria perdido
• RETScreen calcula as curvas de demanda e consumo,
energia fornecida e consumo de combustível para várias
combinações de calor, refrigeração e/ou eletricidade,
utilizando dados mínimos de entrada
• RETScreen fornece valores representativos de economia
para estudos de viabilidade preliminares
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Perguntas?
Módulo de Análise de Projeto de Cogeração
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RETScreen International Curso de Análise de Projeto de Energia Limpa
Para informações adicionais, favor visitar o Website do RETScreen em
www.retscreen.net
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