SISTEMAS DE COGERAÇÃO DISTRITAL COM GÁS NATURAL

M.A.M. Silva (1), L.A. Menezes (1), e E. Bazzo (1)

(1) Departamento de Engenharia Mecânica, CTC, Universidade Federal de Santa Catarina, Caixa Postal 476 - Campus Universitário CEP: 88040-900 - Florianópolis - SC - Brasil.

Palavras-chave:Gás Natural, Cogeração, Cogeração Distrital.

Resumo

Com o iminente colapso do sistema de geração de energia elétrica no país, diversas formas de geração de energia vêm sendo estudadas e desenvolvidas com o propósito de solucionar o problema da escassez de energia elétrica.

O governo federal tem estimulado a implantação de sistemas de cogeração por entender que estes se caracterizam por serem processos de conservação de energia. Com a crescente participação do gás natural na matriz energética brasileira, espera-se a construção de usinas termelétricas que utilizem cogeração, empregando racionalmente o combustível.

Os principais ciclos praticados na cogeração são o ciclo Rankine, característico de turbinas a vapor, ciclo Brayton, característico de turbinas a gás, ciclo combinado, que emprega turbinas a gás e a vapor e ciclo Diesel, característico de motores de combustão de ignição por compressão.

A estratégia de operação estabelece a filosofia de uma central de cogeração para o atendimento das demandas energéticas e remuneração do capital investido. As mais comuns são paridade térmica, paridade eletromecânica e despacho econômico. Na paridade térmica, o atendimento da demanda térmica define a prioridade da central. Caso a capacidade da instalação não seja suficiente, meios complementares deverão estar disponíveis para garantir o fornecimento da energia térmica. Nesta estratégia de operação, a geração de energia elétrica pode ou não ser suficiente. Havendo déficit, a diferença deverá ser importada da concessionária. Havendo excedente, a diferença poderá ser vendida à concessionária ou outras unidades industriais, podendo se tornar uma nova fonte de receita para o produtor. Em ambos os casos, devem existir contratos com a concessionária local para garantir o fornecimento de energia elétrica nos períodos em que a central de cogeração estiver fora de funcionamento (manutenção, sinistros, etc.). Isso contribui para o aumento da confiabilidade da central, mas também contribui para o aumento dos custos envolvidos. No Brasil a paridade térmica é dominante uma vez que o vapor não é visto como um insumo energético a ser comercializado.

Na cogeração distrital as variáveis mudam. Unidades de diferentes setores industriais possuem diferentes perfis de demanda térmica e eletromecânica. Se bem planejado, isso pode permitir uma planificação da demanda possibilitando a operação da central num maior número de horas próximo da carga nominal, aumentando sua eficiência. O maior número de unidades também possibilita centrais de maior capacidade favorecendo a economia de escala. A possibilidade de venda do excesso de energia elétrica à concessionária pode ser o fator determinante para a viabilidade econômica da cogeração. A interligação com a rede pública dispensa a instalação de equipamentos redundantes, diminuindo custos com investimentos iniciais. O custo dessa interligação depende de negociação com a concessionária e pode ser vital para a viabilidade da cogeração.

A simulação numérica é uma ferramenta importante para a análise do funcionamento de todo o sistema, sendo, portanto fundamental para estudos de viabilidade técnica e econômica.

Neste trabalho são apresentados diferentes cenários de cogeração operando com três empresas cada um. As demandas das empresas são fictícias. Foram testados dois softwares comercialmente disponíveis, IPSE-PRO e EES. Em ambos os casos, os dados relativos às turbinas a gás analisadas são obtidos de modelos comerciais, disponíveis de diferentes fabricantes.

A Figura 1 mostra a configuração de um dos sistemas de cogeração propostos, funcionando com duas turbinas a gás, câmara de pós queima, caldeira de recuperação, turbina de contrapressão e de condensação.

Outras configurações foram analisadas, com diferentes modelos de turbinas e demandas elétrica e térmica das fábricas.

O código computacional EES se mostra mais completo, pois possibilita ao próprio usuário a edição das equações que governam o sistema. O código computacional IPSE-PRO trata cada componente como uma caixa preta, sem que o usuário tenha acesso à edição das mesmas. A maior vantagem do IPSE-PRO em relação ao EES é a rapidez de montagem do problema, uma vez que a programação em Visual Basic se dá de forma simples e rápida.

Diversos aspectos na turbina a gás podem viabilizar ou não o projeto de cogeração. Eficiência elétrica e modo de operação são fatores importantes a serem avaliados e que variam de modelo a modelo.

Para a viabilização da cogeração distrital, é necessária a adoção de uma política clara de compra e venda de energia elétrica por parte das concessionárias, já que as reservas provadas de gás natural são da ordem de 60 anos, bem como a proximidade com os consumidores de energia térmica, possibilitando assim o transporte de vapor sem grandes perdas de carga.

Agradecimentos: Os autores agradecem à REDEGÁS (GASPETRO/TBG/SCGÁS) pelo imprescindível apoio financeiro ao Laboratório de Combustão e Engenharia de Sistemas Térmicos do Departamento de Engenharia Mecânica da UFSC.

Referências:

Matelli, J. A., 2001, Sistemas de Cogeração Baseados em Células-Combustível Aplicados em Hospitais. Dissertação de mestrado, UFSC, Florianópolis, SC.