Novos Instrumentos de Planejamento Energético
Regional visando o Desenvolvimento Sustentável
Planejamento Integrado de Recursos
Energéticos no Oeste do Estado de São Paulo
Treinamento Técnico- Dimensão Ambiental
Módulos 2 : Meio Ambiente e a
Produção de Energia
Pesquisadores:
Mário Fernandes Biague
Bruno Keiti
Novos Instrumentos de Planejamento Energético Regional visando o Desenvolvimento Sustentável
Produção de Energia
Geração de Energia
Tipos de geração de energia elétrica
Tecnologias
Impactos ambientais
Aspectos econômicos de se produzir energia
através de diferentes fontes
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Novos Instrumentos de Planejamento Energético Regional visando o Desenvolvimento Sustentável
Tipos de Geração de Energia Elétrica
Geração Térmica:
- Usinas Termelétricas a Vapor;
- Usinas Nucleares;
- Usinas à gás
Geração Hidráulica:
- Usinas de Grandes Portes;
- Usinas Hidrelétricas de Médio Portes;
- Usinas Hidrelétricas de Pequeno Porte;
- Micro- Usinas Hidrelétricas;
- Pico - Geração Hidráulica;
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Novos Instrumentos de Planejamento Energético Regional visando o Desenvolvimento Sustentável
Tipos de Geração de Energia Elétrica
• Geração Eólica;
• Geração de energia através de Sistemas Fotovoltaicas;
• Geração de Energia através de Células Combustíveis;
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Novos Instrumentos de Planejamento Energético Regional visando o Desenvolvimento Sustentável
Recursos Naturais Utilizados Para Geração
de Energia Elétrica
Geração Térmica:
- Recursos fósseis: diesel, óleo combustível, biodiesel,
gás, Biomassa (carvão, resíduos florestais, lixo urbano,
etc.), urano (nuclear);
Geração Hidráulica: Recursos Hídricos (Água);
Geração Eólica: Vento;
Geração Solar (Sistemas Fotovoltaicos): Radiação
Solar;
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Novos Instrumentos de Planejamento Energético Regional visando o Desenvolvimento Sustentável
Tipos de Geração de Energia
Usinas Termelétricas
O funcionamento das termelétricas se dá pela conversão
de energia térmica em mecânica, e desta em energia
elétrica.
Dois tipos de combustão utilizados: o de combustão
externa, (Ex.: termelétricas a vapor), e o de combustão
interna, (Ex.: turbinas a gás, e máquinas térmicas a
pistão). Cogeração
Os combustíveis mais utilizados nas centrais a vapor são:
óleo, carvão, biomassa e derivados do petróleo, já nas
centrais a gás são:o gás natural e o óleo diesel. Nesta
sessão trataremos apenas das centrais que utilizam
combustíveis fosseis.
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Centrais Termelétricas
Cogeração
Situação em Outros Países
EUA 1999 - 50 GW. Metas governamentais:
2010 - 95 GW.
Dinamarca - 27,5% da EE
Holanda - 20% da EE
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Centrais Termelétricas
Unidade de Médio Porte
Unidade de Grande Porte
50 MW
150 MW
651 US$/kW
441 US$/kW
16,8 US$/kW.ano
10,71 US$/kW.ano
Custos de O&M variável
0,11 US$/MWh
0,11 US$/MWh
Heat Rate (à plena carga)
12550 kJ/kWh
11710 kJ/kWh
Potência
Custos de Investimento
Custos de O&M fixo
Mais "adequadas" à operação na ponta.
Faixa típica de Potências:
Chega-se até: 334 MW, Heat Rate = 8360 BTU/kWh
(Mitsubishi)
Potências na faixa de 22 MW (a 380 US$/kW) a 271 MW
(a 183 US$/kW)
Os custos ficam na faixa de 180 a 404 US$/kW
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Centrais Termelétricas
Quadro Comparativo
Fixando Energia Térmica (vapor)
Equipamento
Energia
Energia
Perdas
INPUT
Elétrica kW
Térmica kW
kW
kW
Turbina a vapor
12,5
100
12,5
125
Turbina a gás
62
100
38
200
Motor a gás
93
100
40
233
Fixando Energia Elétrica
Equipamento
Energia
Energia
Perdas
INPUT
Elétrica kW
Térmica kW
kW
kW
Turbina a vapor
100
800
100
1000
Turbina a gás
100
161
61
323
Motor a gás
100
102,5
42,5
250
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Petróleo e seus Derivados
Primeiro na matriz energética mundial, baixo custo e
uma ampla utilização. Oriente Médio possui mais
de 60% da produção mundial, já no mercado
importador se destaca os EUA – 50% do petróleo
mundial.
•Consumo mundial: 42,6% (2003)
•Produção de energia elétrica: 6,9% do consumo
de petróleo mundial
Fonte: Key World Energy Statistics; IEA, 2005
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Petróleo e seus Derivados
Produção de combustíveis
querosene e óleo diesel
para
o
transporte:
gasolina,
O principal meio de produção destes combustíveis são as
refinarias de petróleo, que sintetizam os diversos derivados,
produzindo, assim, uma grande variedade de produtos, dentre
eles a gasolina (além de querosene, óleo diesel, dentre muitos
outros). No Brasil, a produção petrolífera vem crescendo muito
nos últimos anos, existem estimativas da possibilidade do país
se tornar auto suficiente na produção de petróleo por volta de
2007.
O processo de refino de petróleo no Brasil é realizado em sua
maior parte pela Petrobrás, sendo que ela possui quatorze
grandes refinarias (11 integrais no Brasil, 2 na Bolívia e 1 na
Argentina). O rendimento médio das refinarias de petróleo
brasileiras é de 1. 680 milhão de barris de petróleo bruto por
dia.
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Petróleo e seus Derivados
CADEIA PRODUTIVA DO SETOR PETROLÍFERO
Prospecção
Refinarias
Transporte: oleodutos ou
petroleiros
Insumos p/
petroquímica
Perfuração






GLP
Gasolina
Querosene
Óleo diesel
Óleo Combustível
Resíduos: asfalto, coque
Petroquímica
Óleo
Produção
Insumos p/
petroquímica
Óleo + Gás
Injeção para recuperação
secundária
Gás
(via gasodutos)
Plantas de Gás
Natural









Plásticos
Fibras
Borracha Sintética
Fertilizantes
Detergentes
GLP
Gasolina Natural
Solventes
Combustível Industrial
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Petróleo e seus Derivados
CADEIA PRODUTIVA DO SETOR PETRÓLEO
OLEODUTOS
GASODUTOS
IMPORTAÇÃO
PETROLEIROS
PERFURAÇÃO



Terminal
Exploração
Desenvolvimento
Produção
Terminal
REFINO
UPSTREAM




Gaseificação de GNL
Formulação
Blending
IMPORTAÇÃO
MIDDLESTREAM
POSTOS DE VENDA
INDÚSTRIAS
PETROQUÍMICAS
Terminal
REFINO





Transporte
Unidade de Processo
Import/ Export
Qualidade produtos
EXPORTAÇÃO
DOWNSTREAM
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Petróleo e seus Derivados
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Carvão Mineral
Segundo lugar na matriz energética mundial, devido
principalmente ao seu baixo custo. Os principais mercados
exportadores são os USA (21%), a Austrália (37%) e a África do
Sul (15%). Suas reservas são suficientes para suprir as
necessidades atuais por centenas de anos.
A metade da produção mundial de carvão tem como
finalidade a produção de energia elétrica. No Brasil a
participação do carvão na geração de energia elétrica é
reduzida; isso se deve à pouca ocorrência desse insumo no
território nacional e a “pobreza” do carvão disponível (baixo teor
calórico). As usinas mais significativas encontram-se no Rio
Grande do Sul e em Santa Catarina.
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Gás Natural
É o terceiro lugar na matriz energética mundial.
Aproximadamente 13% das termelétricas mundiais são
abastecidas com gás natural, e essas são responsáveis por
3% da produção de energia primaria do mundo. Os USA, o
Canadá e a ex-URSS são os maiores produtores de gás
natural, sendo que os maiores mercados importadores são
novamente os USA e a Europa Ocidental.
No Brasil, o crescimento do uso do gás natural parece
limitado a investimentos que aumentem a rede de
distribuição pelo país, sua aplicação mais imediata se dá pelo
uso do gasoduto Brasil-Bolívia, além do uso do gás da
Argentina através de interconexão elétrica.
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Novos Instrumentos de Planejamento Energético Regional visando o Desenvolvimento Sustentável
Gás Natural
Pode estar ou não associado ao petróleo. É predominantemente
formado por metano; apresenta baixos teores de contaminantes,
como o nitrogênio, o dióxido de carbono, a água e compostos de
enxofre.
A exploração, primeiro elo da indústria de petróleo e gás natural,
está dividida basicamente em pesquisa e perfuração. Depois de
confirmada a existência de petróleo e gás natural, inicia-se a
fase de desenvolvimento e produção.
Até este ponto as indústrias de petróleo e gás natural caminham
juntas. Nas unidades de produção, parte do gás é utilizada como
gás lift para reduzir a densidade do petróleo facilitando sua
extração e parte é reinjetada com duas finalidades:
recuperação secundária (que aumenta a pressão interna do
reservatório) ou armazenamento em poços de gás não
associado.
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Gás Natural
O restante pode ser: consumido internamente na geração
de eletricidade e vapor; queimado em flares, caso não haja
infra-estrutura suficiente que permita seu aproveitamento
e; escoada para Unidades de Processamento de Gás
Natural (UPGN) ou diretamente consumidas.
Nas UPGN's, ocorre a separação das frações mais leves do
gás natural e obtêm-se o gás natural seco (metano e
etano), o Gás Liqüefeito de Petróleo - GLP (propano e
butano) e a gasolina natural (pentano e superiores).
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Novos Instrumentos de Planejamento Energético Regional visando o Desenvolvimento Sustentável
Centrais Hidrelétricas
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Novos Instrumentos de Planejamento Energético Regional visando o Desenvolvimento Sustentável
Centrais Hidrelétricas
As
centrais
hidrelétricas
classificadas em:
podem
ser
•Centrais a fio d’água: capacidade de
armazenamento pequena e, em geral, dispõem
somente da vazão natural do curso de água
para gerarem energia;
•Centrais de acumulação: reservatórios de água
são plurianuais;
•Centrais
com
armazenamento
bombeamento ou com reversão.
por
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Centrais Hidrelétricas
Além disso se dividem em três grupos: as Grandes Centrais
Hidrelétricas, as Médias Centrais e as Pequenas
Centrais Hidrelétricas (PCH’s).
As centrais hidrelétricas correspondem a cerca de 82% da
produção de energia elétrica brasileira. Somente Itaipu, que
tem capacidade para gerar 12,6 GW, perfaz 17% da
capacidade nacional.
Essa dependência das usinas hidrelétricas causou grandes
problemas no ano de 2001 no setor elétrico brasileiro, devido
a um período com menos chuvas e face ao aumento do
consumo (além de outros fatores).
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CARACTERIZAÇÃO DA BIOMASSA
Classificação de Combustíveis gerados a partir de
biomassa:
Combustíveis
Produtos e
Subprodutos
Energéticos
Derivados
Produtos Primários:
- Madeira e outros
-Matérias ligno-celuloses
Subprodutos
(Resíduos):
-Resíduos da Agricultura
-Resíduos da Silvicultura
-Resíduos Atividades urbanas
Combustíveis Líquidos
Fermentação
Pirólise
Liquefação
Etanol
Metanol
Etc.
Combustíveis Gasosos
Processo Biológico
Anaeróbio-biogás
Gaseificação
Digestão
Biogás
Combustíveis Sólidos
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Processo de Combustão ou Queima Direta
Oxidante (ar)
Queima Direta
(Combustão)
- Gases Quentes
- Vapor
Q
Oxidante (ar ou O2)
Vapor de
Água
Metano
(CH4)
Gaseificação com
ou sem catalizador
Gás combustível
(CO, H2, ...)
Transformação
Catalítica
Metanol
(CH3OH)
Vapor de
Água
Biomassa
Pirólise
Gases: H2, CO,CO2,CH4,C3H4
Liquidos (alcatrão, acido pirolenhoso,
etc)
Calor
Carvão
CO2
CO
Liquefação
(Catalitica)
Combustivel Liquido
CO2
Fermentação
Etanol
Levedura
CO2
Digestão
Anaeróbica
Metano
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Processo de Combustão ou Queima Direta
Combustão ou Queima Direta: Transformação da
energia química do combustível em calor por meio das reações
dos elementos constituintes do combustível com oxigênio do ar
fornecido além da quantidade estequiométrica (quantidade
mínima teórica para a combustão);
Gaseificação:
Aquecimento da biomassa em presença de
oxidante (ar ou O2) em quantidade menores do que
estequiométrica, obtendo-se um gás combustível composto de
CO, H2, CH4 e outros. Deste gás, utilizando-se catalisadores,
pode-se obter adicionalmente metano, hidrogênio e amônia;
Pirólise:Aquecimento da biomassa em ausência de oxidante
(oxigênio). Obtem-se, como resultado, um gás combustível,
produtos líquidos (alcatrão e ácido piro-lenhoso) e uma
substância carbonosa que pode ser convertida em carvão ativado.
É o processo usado na fabricação do carvão vegetal;
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Processo de Combustão ou Queima Direta
Liquefação:Processo de produção de combustíveis líquidos por
meio da reação da biomassa triturada em um meio liquido com
monóxido de carbono (CO), em presença de um catalisador
alcalino (em condições de P = 150 – 250 atm
, T = 300 -350 C, t = 10-30 minutos), obtem-se um liquido viscoso
que pode ser utilizado como combustível em fornos;
Fermentação: Conversão anaeróbica de compostos orgânicos
pela ação de microorganismos, em grande dos casos da levedura
Saccharomyces cerevisiae. No caso da fermentação alcoólica o
substrato orgânico é a sacarose e os produtos são
fundamentalmente o etanol e o gás carbônico;
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Processo de Combustão ou Queima Direta
Biodigestão- Biogás: Conversão anaeróbica de
compostos orgânicos pela ação de microorganismos.
Para a produção de biogás (metano e gás carbônico)
utiliza-se de microorganismos acidogênicos e
metanogênicos.
Tecnologia Utilizada:
Biodigestor Anaeróbico: Equipamento usado para
produção de biogás (metano);
Matéria utilizada: resíduos de produção (vegetal),
esterco, lixo domestico, etc.
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ESQUEMA DO BIODIGESTOR TIPO CHINÊS
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Centrais de Biomassa
Participação pequena na matriz energética mundial. Pode ser
produzida a partir do uso do etanol, do bagaço de cana, do
carvão vegetal, do óleo vegetal, da lenha, da beterraba, do
arroz, entre outros.
Nos USA a biomassa representa 4% da energia primaria usada
no país, enquanto no Zimbabue é de 40% . No Brasil o uso de
biomassa é principalmente dado pelo álcool veicular.
Atualmente, existem pouco mais de 300 centrais elétricas de
biomassa no território brasileiro, a grande maioria pequenas. O
bagaço de cana é o que apresenta maior potencial para
geração de energia elétrica: o período de safra coincide com o
período seco das centrais hidrelétricas.
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Centrais de Biomassa
Briquetes de madeira
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Centrais de Biomassa
Grande safra agrícola permite o uso de
resíduos para a geração distribuída.
A tecnologia já é matura, sendo boa
parte nacionalizada.
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Centrais de Biomassa
Área de plantio necessária p/ uma central térmica baseada em biomassa
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Centrais de Biomassa
Biodiesel
Vegetable oils
Recycled Greases
Dilute Acid
Esterification
Sulfuric Acid
+
methanol
Methanol + KOH
Methanol
recovery
Transesterification
Crude Glycerin
Glycerin
refining
Glycerin
Crude biodiesel
Refining
Biodiesel
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Centrais a Energia Solar
A produção de energia elétrica a partir da energia solar pode ser
dividida em dois tipos principais:
•Sistemas fotovoltaicos autônomos;
•Sistemas termo-solares: utilizada para produzir convecção
(vapor ou ar).
O Brasil possui um ótimo índice de radiação solar, principalmente
no Nordeste.
Alguns países têm programas para aumentar a produção de
energia solar, tais como Japão, USA, Alemanha, Itália, Indonésia,
Índia, África do Sul, entre outros
No Brasil, o aproveitamento da energia solar é pequeno. O
principal motivo é o alto custo inicial para a implantação, além
do alto custo da manutenção.
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Centrais a Energia Solar
Exemplos de Utilização da Energia Solar Fotovoltaica
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Novos Instrumentos de Planejamento Energético Regional visando o Desenvolvimento Sustentável
Geração Termo - Solar
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Novos Instrumentos de Planejamento Energético Regional visando o Desenvolvimento Sustentável
Centrais Eólicas
O conhecimento da velocidade média do vento é de
fundamental importância para a estimativa de energia
a ser gerada em uma região (potência é função do
cubo da velocidade)
A eletricidade gerada pela força dos ventos pode ser
estimada em 24 Terawatts-hora em 1999.
Maior obstáculo é conjugar a inconstância dos ventos
com a necessidade de produção energética.
No Brasil a produção de energia eólica é pequena, a
produção total de energia eólica no país é de 20,3 MW.
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Novos Instrumentos de Planejamento Energético Regional visando o Desenvolvimento Sustentável
Centrais Eólicas
Exemplos de Utilização da Energia Eólica
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Novos Instrumentos de Planejamento Energético Regional visando o Desenvolvimento Sustentável
Centrais Nucleares
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Novos Instrumentos de Planejamento Energético Regional visando o Desenvolvimento Sustentável
Centrais Nucleares
Corresponde a cerca de 16% da energia elétrica mundial sendo
os principais produtores: USA, ex-URSS e os países Europeus.
No Brasil Angra I (1982) - 657 MW, e Angra II (2000)-1300 MW,
possibilidade de Angra III
A contribuição total da energia nuclear no sistema energético
brasileiro totaliza 1,3% do total, pouco se se observado o fato de
que o Brasil possui a sexta maior reserva de urânio do mundo.
Impactos dificílimos de serem mitigados (resíduos radioativos),
mas possíveis de evitar.
Alguns especialistas preconizam que é a única fonte capaz de
substituir os combustíveis fósseis nas próximas décadas.
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Centrais Geotérmicas
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Novos Instrumentos de Planejamento Energético Regional visando o Desenvolvimento Sustentável
Utilização da Energia dos Oceanos
Energia das Marés
A energia das marés tem como origem o enchimento e
esvaziamento alternados das baias e estuários, podendo ser
utilizada para geração de energia elétrica, tendo que existir para
isso condições que façam com que o nível da água suba
consideravelmente durante a maré cheia.
Usinas reversíveis podem ser usadas para bombear a água do
mar para a baia ou vice e versa dependendo do tipo de usina.
Energia das Ondas
As ondas apresentam energia cinética, o aumento da altura e do
período das ondas e, conseqüentemente, dos níveis de energia,
depende da faixa da superfície do mar sobre o qual o vento
sopra, e de sua duração e intensidade. Também influem sobre a
formação das ondas os fenômenos de marés, as diferenças de
pressão atmosférica, abalos sísmicos, salinidade e temperatura da
água.
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Novos Instrumentos de Planejamento Energético Regional visando o Desenvolvimento Sustentável
Layout de uma central a ondas
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