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ARTIGO TÉCNICO

revista técnico-profissional

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o electricista Telmo Rocha Engenheiro Electrotécnico, Major em Energia (FEUP)

cogeração

{5.ª PARTE › TECNOLOGIAS DE MICRO-COGERAÇÃO}

(continuação da edição anterior)

Na sequência do artigo técnico anterior, apresentam-se desta feita as tecnologias empregues em sistemas de micro-cogeração. Geralmente, estas tecnologias de pequena produção combinada de calor e electricidade são denominadas emergentes, pois são significativamente mais recentes, quando comparadas com as tecnologias de Cogeração tradicional de grande dimensão. Uma vez mais expõe-se os princípios de funcionamento das diversas máquinas e realiza-se uma comparação detalhada das vantagens e inconvenientes da sua aplicação. Adicionalmente, abordam-se algumas características de operação e custos típicos destas tecnologias em paralelo com as de Cogeração tradicional.

5› TECNOLOGIAS DE MICRO-COGERAÇÃO A definição do que constitui uma microcogeração, em termos do valor limite da sua potência eléctrica, foi sempre algo dúbia. Com efeito, a legislação sobre este assunto é manifestamente diferente de país para país. O valor máximo de potência eléctrica para uma dada instalação ser considerada como uma micro-cogeração dependia sobretudo da realidade geral de cada nação, no que concerne às potências instaladas nas unidades de Cogeração que possuía [1]. Todavia, nos anos mais recentes, tem existido uma tentativa de uniformizar o conceito de micro-cogeração, a nível europeu. A Directiva Europeia de promoção da Cogeração, de 2004, qualifica como “Unidade de microcogeração” uma unidade de cogeração cuja capacidade máxima seja inferior a 50 kWe. Adicionalmente, as unidades de cogeração com uma capacidade instalada inferior a 1 MWe são definidas como “Unidade de Cogeração de pequena dimensão”. Refira-se, ainda, segundo a mesma Directiva, que a produção destes dois tipos de unidades de cogeração que permita uma poupança de energia primária é automaticamente consi-

derada cogeração de elevada eficiência, independentemente do valor concreto do seu rendimento [2]. No seguimento desta norma europeia, e fundamentada na mesma, Portugal aprovou uma nova legislação para o sector da Cogeração, em 2010, na qual se estabelecem os valores acima referidos para classificar as unidades de Cogeração de pequena dimensão e as de micro-cogeração. Esta legislação – Decreto-Lei 23/2010 - foi abordada em detalhe na terceira parte deste conjunto de artigos. Uma vez que a associação de algumas unidades de micro-cogeração conduz a uma unidade de pequena dimensão, estes dois conceitos estão intimamente ligados e, geralmente, ambas as designações são válidas e referem-se essencialmente ao mesmo [1]. Pode dizer-se que a micro-cogeração corresponde à verdadeira essência da Cogeração enquanto forma de Produção Dispersa. A Micro-cogeração abrange tecnologias tão diversificadas como as micro-turbinas, os motores Stirling, pequenos motores de combustão interna, as pilhas de combustível, os ciclos orgânicos de Rankine, entre outras, ligadas à rede geralmente em Baixa Tensão.

Ainda que algumas das tecnologias referidas, nomeadamente, as micro-turbinas e os pequenos motores de combustão interna, estejam já bem demonstradas e a caminho da consolidação no mercado, outras, tais como as pilhas de combustível e os motores Stirling, encontram-se numa fase menos avançada, ainda de comercialização pouco significativa, após sucessivos estágios de investigação e desenvolvimento que têm vindo a comprovar o seu potencial [3]. As tecnologias associadas à micro-cogeração costumam ser designadas por tecnologias emergentes, pois são consideravelmente mais recentes do que as de Cogeração tradicional [1]. Os equipamentos de micro-cogeração funcionam tipicamente como equipamentos vocacionados para o aquecimento, fornecendo água quente para o aquecimento centralizado e aquecimento de águas sanitárias (AQS), entre outros, em diversos tipos de instalações, mas fundamentalmente em edifícios residenciais e de serviços. Contudo, a diferença marcante para as caldeiras convencionais é que estes equipamentos produzem electricidade, em combinação com o calor, o que se traduz numa importante vantagem [4].


ARTIGO TÉCNICO

o electricista

revista técnico-profissional

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Tipo de tecnologia Micro-turbinas

Motores Stirling

Pilhas de combustível

Ciclo Orgânico de Rankine

Vantagens

Desvantagens

[1]

Dimensões compactas; Peso reduzido; Baixo nível de emissões poluentes; Não necessitam de refrigeração; Manutenção reduzida, devido a poucas peças móveis; › Elevado tempo de vida.

› Custo bastante elevado; › Apenas disponibilizam calor a baixas temperaturas; › Tecnologia ainda em fase de maturação.

› Manutenção reduzida, devido a poucas peças móveis; › Níveis de ruído muito baixos; › Reduzidas emissões de NOx e queimados; › Evita a necessidade de uma caldeira complementar.

› Custo elevado; › Fiabilidade ainda em dúvida; › Tecnologia ainda em fase de maturação.

› Baixo nível de emissões poluentes; › Baixo nível de ruído; › Muito pouca manutenção (não tem peças rotativas); › Dimensões relativamente compactas; › Modularidade.

› Custo bastante elevado; › Dúvidas relativas à fiabilidade; › Necessitam de pré-processamento do combustível (dificuldade de produção do hidrogénio); › Tecnologia ainda em fase de maturação.

› Eficiência muito elevada; › Facilidade nos procedimentos de arranque e paragem; › Necessidades reduzidas de manutenção; › Tempo de vida longo; › Bom rendimento em funcionamento a carga parcial.

› Reduzida implantação no mercado; › Inviável para instalações com necessidades energéticas diminutas.

› › › ›

› Elevado nível de vibrações; › Necessidade de estrutura de suporte e acondicionamento adequados para reduzir ruído; › Intervalos para manutenção frequentes.

› › › › ›

Custo de investimento mais baixo; Elevadas eficiências a carga parcial; Curtos tempos de arranque; Apropriados para geração de emergência e de controlo de pontas; › Elevada fiabilidade.

Pequenos motores de combustão interna

REFERÊNCIAS

[2]

[3]

[4] [5]

[6]

[7] [8] [9] [10]

[11]

[12] [13]

[14] [15]

Tabela 2 . Vantagens e desvantagens de diferentes tecnologias de Micro-cogeração [3] [5] [7]. (Adaptado

[16]

Seminário COGEN Portugal: Micro-cogeração em Portugal. 10-12-2009. Fundação Dr. António Cupertino Miranda. Porto; Directiva 2004/8/CE, do Parlamento Europeu e do Conselho, de 11 de Fevereiro de 2004. Consulta online em http:// eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2004:3 90:0038:0057:PT:PDF; ADENE – Agência para a energia. Relatório de resultados de contactos efectuados com entidades holandesas sobre micro-cogeração baseada na tecnologia de “motores Stirling”. Consulta online em http://www.adene.pt/NR/ rdonlyres/10119547-9131-4FC7-BD3D-BB2F73261481/907/ RelatorioMicroCHP_MotStirlingv1.pdf; Intelligent Energy Europe. Projecto Green Lodges: Microcogeração - Brochura para fornecedores; Guia de Aplicações de Gestão de Energia e Eficiência Energética. André Fernando Ribeiro de Sá. Editora Publindústria; Centro de Estudos em Economia da Energia, dos Transportes e do Ambiente. Tecnologias de Micro-Geração e Sistemas Periféricos. Consulta online em http://www.ceeeta.pt/site/ index.html; Austrian Energy Agency. Micro CHP systems: state-of-theart; Turbec AB. Consulta online em http://www.turbec.com/ products/process.html; American Stirling Company. Consulta online em http:// www.stirlingengine.com/faq; The University of British Columbia. Consulta online em http://www.physics.ubc.ca/outreach/phys420/p420_08/ Hiroko%20Nakahara/how.html; New Energy Direction. Consulta online em http:// newenergydirection.com/blog/2008/11/reducinggreenhouse-heating-costs-and-generating-income/; Animated Engines. Consulta online em http://www. animatedengines.com/vstirling.shtml; Associação da Comunidade Educativa de Aveiro. Consulta online em http://www.aceav.pt/blogs/cristinabrinco/CFQ/ ELECTRICIDADE/Forms/DispForm.aspx?ID=10; Cogeneration.net. Consulta online em http://www. cogeneration.net/RegenerativeFuelCells.html; Shetland Power Tecnologies. Consulta online em http:// www.shetlandpt.co.uk/refuel_technology.html; The Energy Library. Consulta online em http://www. theenergylibrary.com.

das fontes). .

Turbinas a gás

Motores Otto a Gás Natural

Motores Diesel

Turbinas a vapor

Micro-turbinas

Pilhas de Combustível

Rendimento eléctrico

15% - 35%

22% - 40%

25% - 45%

10% - 40%

18% - 29%

35% - 40%

Rendimento térmico

40% - 60%

40% - 60%

40% - 60%

40% - 60%

40% - 60%

20% - 50%

Rendimento global

60% - 85%

70% - 80%

70% - 85%

60% - 85%

55% - 75%

55% - 90%

Potência típica (MWe)

0,2 - 100

0,05 - 5

0,015 - 30

0,5 - 100

0,03 – 0,35

0,01 – 0,25

Relação Pt/Pe

1,25 - 2

0,4 – 1,7

0,4 – 1,7

2 - 10

1 – 2,5

1,1

Tipo de tecnologia

Desempenho a carga parcial Custo de Investimento (€/kWe) Custos de Operação e Manutenção (€/MWhe) Intervalos de manutenção (h) Tempo de arranque Pressão do Combustível (bar) Ruído

Uso do calor

Densidade de potência (kW/m2) NOX (kg/MWh total)

Mau

Médio

Bom

Bom

Médio

Muito Bom

600 - 800

700 – 1.400

700 – 1.400

700 – 1.900

1.300 - 2.500

> 2.500

2-7

7 - 15

6 - 12

3

10

2 - 12

30.000 – 50.000

24.000 – 60.000

25.000 – 30.000

> 50.000

5.000 – 40.000

10.000 – 40.000

10 m – 1 h

10 s

10 s

1 h – 1 dia

1m

3 h – 2 dias

8 - 35

0,07 – 3,1

< 0,35

-

3-7

0,03 - 3

Médio

Alto

Alto

Alto

Médio

Baixo

Água Quente, Vapor a alta pressão, Vapor a baixa pressão

Água Quente, Vapor a baixa pressão

Água Quente, Vapor a baixa pressão

Vapor a alta pressão, Vapor a baixa pressão

Água Quente, Vapor a baixa pressão

Água Quente, Vapor a baixa pressão

20 - 500

35 - 50

35 - 50

> 100

5 - 70

5 - 20

0,2 - 2

0,5

1 - 14

0,9

0,07

0,01

Tabela 3 . Algumas características de operação e custos típicos de diferentes tecnologias de Cogeração e micro-cogeração [5]. (continua na próxima edição)

Cogeração: 5.ª parte › Tecnologias de micro-cogeração  
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Autor: Telmo Rocha; Revista: oelectricista nº38

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