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How to cite this paperAn. 4. Enc. Energ. Meio Rural 2002
Geração de energia eletrica em pequena escala utlizando ciclos a vapor e lenha como combustível
Ricardo Carrasco Carpio; Flávio Neves Teixeira; Electo Silva Lora
Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI); Departamento de Engenharia Mecânica (IEM/DME), Av. BPS, 1303, CP 50, Bairro Pinheirinho, Itajubá/MG, CEP 37500-000
RESUMO
O uso da biomassa florestal para geração de eletricidade em pequena escala tem ocorrido apenas em locais onde há restrições para o fornecimento convencional de energia elétrica e abundância do recurso bio-energético. Ainda não existe, porém, uma solução técnica economicamente viável para a geração de eletricidade a partir da biomassa em pequenas capacidades.
A tecnologia comercial disponível para a geração de energia elétrica a partir da biomassa é a do ciclo a vapor (Rankine). No presente trabalho se realiza um estudo técnico econômico utilizando a lenha como combustível para três capacidades, 1, 5 e 10 MW e se realizam comparações entre elas.
Um estudo de sensibilidade é feito com relação a produtividade das florestas, custo da biomassa, custo e eficiência da instalação e custo da eletricidade na rede.
O recebimento de créditos por carbono pode fazer com que sistemas bioenergéticos melhorem a sua viabilidade.
Palavras chave: Geração de eletricidade, biomassa, análise técnico econômico.
ABSTRACT
The use of the forest biomass for electricity generation in small scale has been done now just in places where there are restrictions of conventional supply of electric power and abundance of bio-energy resource. There isn´t however, a feasible technical solution for the electricity generation starting from the biomass in small capacities.
The commercial technology for the electric power generation starting from the biomass is the steam cycle (Rankine). In the present work, this cycle accomplishes an technical economical study using the firewood as fuel for three capacities, 1, 5 and 10 MW, and comparisons between them.
A sensibility study is made taking count the productivity of the forests, the biomass cost and efficiency the equipment cost, and electricity cost in the net.
Carbon credits obtainement can make bioenergy systems to improve it feasibility.
INTRODUÇÃO
A utilização da biomassa florestal como fonte de energia é, sem dúvida, a alternativa que contempla a vocação natural do Brasil. Entretanto, apesar do comprovado potencial, a biomassa florestal não recebe dos governos a atenção necessária na concepção da matriz energética brasileira. Diante da atual crise de energia, os baixos custos de produção da biomassa florestal, decorrentes da alta produtividade, mostram que é necessário repensar o uso da madeira como fonte de energia (Magalhães, 2001).
A gaseificação da biomassa com a utilização do gás pobre resultante, utilizado em motores de combustão interna foi considerada durante muito tempo como a solução mais viável para a geração de eletricidade em pequena escala a partir da biomassa. Porém, a maioria dos projetos implementados no mercado tem fracassado devido a baixa eficiência e alto investimento específico destes sistemas (Stassen e Knoef, 1994).
São grandes as expectativas relacionadas com a utilização de gaseificadores de biomassa acoplados a microturbinas a gás, motores stirling e células combustíveis. No entanto, estas tecnologias estão ainda em desenvolvimento.
As termelétricas a lenha, utilizando florestas plantadas tradicionais e tecnologia de geração convencional, não eram competitivas no sistema interligado brasileiro.
Os avanços tecnológicos na área florestal e na área de geração reduziram custos nos últimos anos, elevando a rentabilidade das usinas a níveis próximos aos exigidos pelo mercado. Além disso do ponto de vista ecológico, não se pode negar que os plantios de eucalipto reduzem a pressão sobre os remanescentes florestais nativos, além de promover a ocupação de área ociosas (Magalhães, 2001).
O novo cenário mundial criado pelo protocolo de Kyoto sobre o processo de estabilização das emissões, dá origem a adoção dos Mecanismos de Desenvolvimento Limpo (MDL). Como conseqüência aparece o Mercado de Créditos de Carbono, o qual quantifica as emissões evitadas e/ou resgatadas da atmosfera (por exemplo, toneladas de CO2 não emitidas), e faz com que estas passem a se constituir em mercadoria, uma nova "commodity". Essas "commoditties" (toneladas de emissão de CO2 evitadas ou resgatadas) deverão dar origem aos Créditos por Redução de Emissões (CERs - Certified Emissions Reductions) comercializáveis diretamente entre empresas ou como papéis colocados no mercado. Como qualquer "commodity", o carbono não tem preço fixo. Está sujeito às variações de oferta e demanda, tanto quanto a soja, a carne ou o aço.
O Brasil apresenta um enorme potencial para a geração de energia limpa, além da grande extensão territorial e abundância de recursos naturais, conta com uma base tecnológica avançada e credibilidade no mercado internacional, quadro bastante positivo para os projetos de MDL.
No presente trabalho, se realiza uma análise técnico econômica de sistemas de geração de eletricidade utilizando o eucalipto como base energética. Posteriormente realiza-se um estudo comparativo utilizando os Créditos de Carbono.
O calculo foi realizado para sistemas de 1, 5 e 10 MW de potência. Os parâmetros utilizados são apresentados na tabela 1.
CUSTO DOS EQUIPAMENTOS
Quando se realiza um projeto é necessário estimar os custos de equipamentos, tais como, caldeiras, turbinas, etc, com a finalidade de se obter um custo do sistema. Neste trabalho tomou-se como referência a informação de diferentes fabricantes nacionais.
As figuras 1 e 2 mostram como os preços dos equipamentos variam numa determinada faixa, entre diferentes fabricantes de caldeiras e turbinas. Isto se deve, principalmente, a certas considerações como, por exemplo, custos de transporte, impostos, etc. Além disso, deve-se considerar o custo de instalação de equipamento tais como: montagem do sistema de tubulação para o fluxo de vapor, equipamento para tratamento da água, obras civis e imprevistos no caso das caldeiras. Para o preço das turbinas, considera-se o custo do gerador, tubulação, montagem da mesma assim como os custos de controle, distribuição e interconexão com a rede externa.
RESULTADOS
Da análise realizada obtem-se o custo da potência instalada e eficiência da central (Figura 3). Nota-se que, na medida em que a potência da central aumenta, o custo de instalação tende a ser menor devido a que o aumento na potência não causa um aumento equivalente no custo da fabricação. Para os sistemas entre 1 e 5 MW este custo é maior.
Por outro lado temos a eficiência, que da mesma forma, aumenta em função da potência gerada, chegando a um máximo de 19%.
Assim mesmo se realizou uma análise de sensibilidade do custo da energia gerada para diferentes preços do eucalipto como se mostra na figura 4. Observando-se que a medida em que se trabalha com uma maior potência e um custo de combustível menor o custo da geração tende a ser menor.
O preço da energia, dependendo da situação em que é gerada, muitas vezes não compete com os preços oferecidos pela concessionária de energia, devido a diversos fatores ou riscos:
- Falta de Combustível - o risco têm que ser minimizado pelo uso de florestas própria, próxima à Usina, administrada por empresa especializada, com contrato de longo prazo;
- Licenciamento Ambiental - as características do projeto têm que garantir o desempenho exigido pela legislação;
- Mercado - garantia de venda por contrato de longo prazo com a concessionária local.
Os novos projetos utilizando a biomassa como combustível adquirem uma notável importância sob as condições atuais: é dizer condições competitivas no mercado de energia com a venda de créditos de carbono. Uma análise realizada sobre o custo de geração de eletricidade para um sistema de 10 MW e um período de 21 anos, demonstra que utilizando a receita originária da venda de Créditos de Carbono, a um preço de US$ 3,40 por tonelada de CO2, apresenta vantagem consideráveis com relação aos projetos tradicionais. Tal afirmação pode ser vista na figura 5 que compara também a variação do CERs para US$ 7,50 a partir do 2007 (CEMIG, 2002) .
Também se pode observar que o custo de geração é maior a partir do segundo ano e até o décimo ano de operação da usina, devido ao pagamento, neste período, do empréstimo realizado para financiar o investimento. Considera-se uma carência durante o primeiro ano.
CONCLUSÕES
Da análise realizada, podemos concluir que os sistemas mais viáveis são aqueles que geram eletricidade acima de 5 MW, porque apresentam menores custos de investimento e maiores eficiências. Com respeito ao custo da energia gerada, na medida em que se trabalha com uma maior potência e um custo de combustível menor o custo da energia tende a ser menor.
Realizando uma comparação com dados de publicações internacionais (tabela 2) vemos que o investimento específico e custo da geração são consideravelmente menores para projetos no Brasil.
Isto é principalmente aos baixos custos dos equipamentos fabricados no país, como conseqüência da desvalorização do real, como também não se incide taxas de importação que elevam consideravelmente o custo do investimento e da eletricidade gerada.
Devemos assinalar também o baixo custo da biomassa no país.
Sob as condições atuais os projetos com biomassa e em especial com eucalipto adquirem um grande potencial lucrativo através da venda de Créditos de carbono.
REFERENCIAS
[1] Magalhães, J.G.R., Cap. III, A Energia que vem da Floresta. Livro BIOMASSA. Energia dos trópicos de Minas Gerais. Belo Horizonte, 2001.
[2] Rabou., L.P.L.M., Jansen.,D., De-centralised power production using low-calorific value gás from renewable energy resouces in gas turbines. Report to Novem by ECN-C-01-056 and OPRA.June 2001.
[3] Projeto GREEN POWER - CEMIG. Comunicação pessoal.
[4] Stassen, H.E., Knoef, H.A.M. UNDP/World Bank. Small-scale gasifier monitoring programme - final findings. Energy for sustainable development, v.2,n.1,p.41-47,1994.