O presente trabalho visa realizar uma análise histórica da cogeração e do estado de arte e, por conseguinte, apresentar as prospectivas desta tecnologia no Brasil. Por fim, no caso de estudo apresentado, se avalia a integração de uma maquina de cogeração num sistema existente, abordando as problemáticas técnicas e analisando do ponto de vista econômico o investimento a ser realizado.

1. Giuseppe Alessandro Signoriello
https://br.linkedin.com/in/signoale
COGERAÇÃO: ESTADO DE ARTE E PROSPECTIVAS NA MATRIZ
ENERGÉTICA BRASILEIRA
20/11/2013

2. COGERAÇÃO: HISTORIA, ESTADO DE ARTE E
PROSPECTIVAS NA MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA
Sumario
1. Introdução
2. Histórico
3. A cogeração no Brasil
4. Estado de Arte
5. Estudo de Caso
6. Conclusões

3. Cogeração: produção simultânea de duas ou mais formas de
energia a partir da mesma fonte de energia primária
1. INTRODUÇÃO

4. Vantagens da cogeração
1. INTRODUÇÃO
Pode-se verificar que as vantagens do usuário não são
coincidentes com os do sistema
para usuario para sistema
Redução da despesa de energia
Aumenta a confiabilidade e
estabilidade do sistema
Geração de receita com venda de
excedente de energia elétrica
Reduz a necessidade de
investimentos em redes de
transmissão
Aumento de confiabilidade no
aprovisionamento de energia
Contribui positivamente a oferecer
energia nos horários de ponta
Maior concorrência no setor
elétrico criando oportunidades
para comercialização de energia
Vantagens ambientais associados
ao aumento de eficiência do
sistema

5. • Cerca de 1725, a maquina de
Newcomen era usada em muitas
minas para sugar a água para fora
das galerias.
2. HISTORICO
O principal defeito
deste aparelho era o
arrefecimento
contínuo do cilindro
que provoca um
consumo enorme de
carvão.
fonte: http://www.vittorininet.it

6. •1763 James Watt, apos recebrer uma
maquina a vapor de Newcomen para ser
consertada, teve a grande intuiçao de
adicionar uma camara de condençaçao
separada.
•A versão final da nova máquina
de Watt, em uso em 1788,
consumiu menos de 1/3 do que
de Newcomen, o cilindro foi
fechado e mantido quente por
uma camisa de vapor.
O condensador é o principal
ponto onde a cogeração é
agregada, no momento em que
há a necessidade da rejeição
de energia térmica do ciclo, que
pode então ser encaminhada
para utilização posterior.
fonte: http://www.vittorininet.it
2. HISTORICO

7. •1880 foram construídas as primeiras plantas de
geração elétrica. Nesta época a baixa tensão de
geração limitava a cobertura de ação da rede de
distribuição a uma pequena distância em torno do ponto
de produção, isto facilitou a difusão da cogeraçao.
•1920-30 Europa: desenvolvimento de tipo residencial.
EUA: desenvolvimento de tipo industrial, 58% da
energia produzida era cogerada. Também no Brasil teve
um desenvolvimento de tipo industrial.
•1940 começaram a ser construídas centrais termo e
hidroeléctricas com infraestruturas de apoio dignas de
confiança e os custos da eletricidade baixaram.
indústrias começaram a comprar essa eletricidade
deixando de a produzir.
2. HISTORICO

8. •1970 a cogeração produzia chegava apenas
3% da eletricidade gerada nos EUA.
•1980 O setor sucro-alcooleiro brasileiro
começou a produzir eletricidade dá queima de
bagaço e em meados dos anos '90 a cogeração
tornou o setor auto-suficiente.
•Hoje a cogeração è bem considerada e
incentivada em muitos Estados incluído o Brasil
por ter um papel estratégico pelo Estado alem
da economia gerada pelo usuário.
2. HISTORICO

9. 3. A COGERAÇÃO NO BRASIL
7,5% DA ENERGIA ELÉTRICA PRODUZIDA VEM DA COGERAÇÃO
biomassa de
cana
64%
gás natural
13%
outros
combustíveis
23%
Combustíveis pela cogeração no Brasil
Fonte: PPE 2013
A legislação brasileira aplica incentivos de tipo regulatório, creditício e tributário

10. 4. ESTADO DE ARTE
Wel
Qf
Win
Qu
Índices de desempenho

11. Índices de desempenho
4. ESTADO DE ARTE

12. Comparação entre equipamentos em comercio
Ciclo
Faixa de
potência el.
[MW]
ηel REC Caraterísticas Limitações
Rankine 0,5-300 0,14-0,30
0,30-
0,78
utiliza uma gama ampla de
combustíveis
-variação de carga
lenta
-alto custo de
investimento
Brayton 2,5-50 0,25-0,40 0,7-1,0
-menor custo de capital que o ciclo
a vapor
-privilegia a produção de calor com
alta temperatura
requer combustíveis
adequados às
turbinas a gás.
Otto 0,01-5 0,35-0,40 0,7-1,4
-rápida variação de carga
-o dissipador de calor permite que
o motor funcione mesmo quando o
usuário térmico não absorver a
carga de calor ou absorve
apenas em parte
-composto por um
grande numero de
peças
-gera vibração e
ruído.
Stirling 0,001-0,01 0,35-0,50 1,4-1,7
-ampla gama de combustíveis
-silencioso, pois a transferência de
energia é feita de modo contínuo
-sem explosão interna
-partida lenta
-alto custo de
investimento
Brayton
regenera
do
0,03-0,15 0,25-0,30 0,3-0,5
-respeito ao motor, menos vibração
e ruído, pelo facto de que não é
necessário um dissipador
-a interface com o utilizador é
muito simples e semelhante a uma
caldeira a gás
-alto custo de
investimento e
manutenção
4. ESTADO DE ARTE

13. Numero quartos: 400
Viabilidade da cogeração num hotel
Ubicação: São Paulo
5. ESTUDO DE CASO
Potencia elètrica media absorvida: 430 kWe
Potencia tèrmica media abosrvida: 155 kWt

14. Concessionaria -
Funcionamento nas
horas fora ponta
Gerador diesel -
Funcionamento nas
horas de ponta
Seg.-sexta 17.00-
20.00
Caldeira a gas
metano -
Funcionamento
continuo
Esquema funcional atual
5. ESTUDO DE CASO

15. Energia elétrica
Energia termica
0
100
200
300
400
500
600
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
5. ESTUDO DE CASO
Potencias envolvidas: demanda diaria kW

16. Cogerador Ciclo Otto a gàs 250 kWe
5. ESTUDO DE CASO
Recupero termico maximo
REC= 0,79
ηcog= 84,6%
Recupero termico minimo
REC= 25,4
ηcog= 34,2%

17. ηcog
Simulação rendimento cogerador em
funcionamento continuo
horas
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
5. ESTUDO DE CASO

18. horas0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
custo atual kWh elétrico custo atual kWh termico custo kWh cogeração
R$/kWh
5. ESTUDO DE CASO
Simulação rendimento cogerador em
funcionamento contínuo

19. Atendendimento parcial da demanda elétrica e
termica com cogeração nas horas de mairor
demanda termica.
O cogerador é adicionado ao actual esquema,
irá contribuir para atender a demanda termica e
elétrica.
Cogeração funcionante 12/24h:
5.00 – 10.00 e 17.00 – 24.00
5. ESTUDO DE CASO
Solução proposta

20. Concessionaria -
Funcionamento nas
horas fora de ponta
Gerador diesel -
Funcionamento nas
horas de ponta
Cogerador -
Horas de
funcionamento:
05.00 - 10.00
17.00 – 24.00
Caldeira a gas
metano -
Horas de
funcionamento:
24h a integração da
cogeração
5. ESTUDO DE CASO
Solução proposta – esq.
funcional

21. Demanda elétrica diaria e cogeração elétrica
0
200
400
600
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
cogeraçao elétrica demanda elétrica
kW
Solução proposta
5. ESTUDO DE CASO

22. Demanda termica diaria e cogeração termica
0
100
200
300
400
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
cogeraçao termica demanda termica
Solução proposta
kW
5. ESTUDO DE CASO

23. Satisfação demanda de energia elétrica
antes depois
Avaliação da solução
Gerador
diesel 9%
Concessio
naria 91%
Concessi
onaria
73%
Grupo
diesel 5%
Cogeração
22%
ESTUDO DE CASO

24. Satisfação demanda de energia tèrmica
antes depois
Caldeira
100%
Caldeira
15%
Cogeração
85%
Avaliação da solução
ESTUDO DE CASO

25. CAPEX 800.000 R$
OPEX (50 R$/Mwhe) 40.000 R$/ano
Beneficio Econômico 225.000 R$/ano
Taxa anual de desconto 10%
Vida util 25 anos
Valor Presente Liquido 1.000.000 R$
Pay Back Time Simples 4 anos
Taxa interna de retorno 30%
5. ESTUDO DE CASO
Analise economica

26. 6. CONCLUSÕES
•Potencial de desenvolvimento dessa tecnologia
associada com o combustível gás natural (só o 6% do
gás natural è utilizado na cogeração)
•No contexto brasileiro a cogeração alimentada por
combustiveis fosseis promove a eficiencia energética
quando não vai substituir a energia elétrica
•A integração desta tecnologia na matriz energética
brasileira precisa uma atenta analise de viabilidade
•O Smart Grid serà fundamental para tornar a
cogeração difundida em grande escala