energy management and policy miguel Águas –2003 m.sc. program engineering policy and management...

Energy Management and Policy Miguel Águas –2003

M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”

CONCEITOS ENERGÉTICOS

Miguel P. N. Águas

Instituto Superior Técnico – DEM - SAE

[email protected]



Introdução



Escassez + Preço + Ambiente

XX

XXI

Liberalização

Renováveis

URE

Serviços



Energia primária e final



Ciclo Energético

DEGRADAÇÃO

SOBREVIVÊNCIA INFORMAÇÃO



Tra

nsfo

rmaç

ão d

e E

nerg

ia

Util

izaç

ão

de

Ene

rgia

Primária

Final

Con

vers

ão d

e E

nerg

ia

Produtiva

Degrada

ção de energia

primária

Degra

dação de

energia final

Despe

rdício de

energia

Redução da facturaCascata da energia

Útil



Rendimento da transformação

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000

Mte

p/an

o

40%

45%

50%

55%

60%

65%

70%

75%

80%

85%

90%

95%

100%

Co

nve

rsão

E.P

rim

ária

em

E.F

inal

Energia Primária Energia Final EF / EP



Evolução da produção eléctrica

19961997

1998

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

Hídrica

Centrais térmicas

"Cogeração"

Importação



Produção hidro-eléctrica

Albufeira Fio de água TotalCávado-Lima 1,099 1,099Douro 210 1,596 1,806Tejo-Mondego 648 130 778TOTAL 1,957 1,726 3,683

53% 47%

POTÊNCIA INSTALADA (MW)SISTEMA

Albufeira Fio de água TotalCávado-Lima 2,451 2,451Douro 362 6,318 6,680Tejo-Mondego 1,266 364 1,630TOTAL 4,079 6,682 10,761

38% 62%

SISTEMA PRODUÇÃO ANUAL (GWh)



Transformação de energia primária em final

Centrais termo-eléctricas: Rendimento de Carnot

q

fqCarnot T

TT

Energia primária = Energia final + Degradações

Degradações : Fronteira espacial e temporal



Transformação de energia final em útil

Eficiência de Carnot

fq

fCarnot TT

T

Rendimento de conversãoMotor eléctrico: 90%

Lâmpada fluorescente: 40%



Pro

duçã

o de

el

ectr

icid

ade

35%

Util

izaç

ão d

a lu

z50

%

EnergiaPrimária

Final

Pro

duçã

o de

luz

40%

Riqueza

Mau

rendimen

to da C

entral T

érmica

Mau

rendim

ento das

lâmpa

das

Des

interesse

Iluminação

Útil

7%



Escolha do Indicador

? utilizada Energia

mínima Energia



Vapor

Bomba

1

Tsat=160ºC

Psat= 6.2 barVapor

CaldeiraCombustível

Tsat=180ºC

Psat= 10.0 bar

Purgador

Vapor

Condensado

2

Tsat=140ºC

Psat=3.6 bar

Secagem de Melaço

Condensado

Vapor

3

Tsat=120ºC

Psat= 2.0 bar




utilizada Energia

mínima Energia



Ex.1.2: Conversão para tep

Pretende-se conhecer o coeficiente de conversão da electricidade para energia primária nas unidades tep/MWh, sabendo-se que a central térmica tem um rendimento de 40% e que o combustível é um hidrocarboneto refinado com um PCI de 9500 kcal/kg. Os consumos energéticos associados à sua extracção, transporte e refinação representam 1000 kcal por cada kg de combustível. Considere 1 tep = 10 Gcal.



Ex.1.3: AquecimentoPretende-se aquecer uma habitação. Este aquecimento pode ter 3 formas diferentes:

1) Aquecimento eléctrico por efeito de Joule

2) Aquecimento central através de queima de gás natural para aquecimento de um circuito de água quente. A caldeira apresenta um rendimento de 90%.

3) Aquecimento do ar através de uma bomba de calor (eficiência de 2.5).

São fornecidos os seguintes elementos: 0.1€/kWheléctrico, 0.6 €/m3 GN, PCI GN=39.5 MJ/m3, coeficientes de conversão para energia primária: 0.29 kgep/kWheléctrico, 0.91 kgep/m3 GN

Qual a posição destas 3 soluções em termos dos consumos de energia final, primária e factura energética ?



Regulamentação



RGCE - Legislação

ENCONTRA-SE REGULAMENTADO NA SEGUINTE LEGISLAÇÃO:

•Decreto-Lei nº 58/82, D.R. nº 47, I Série de 1982/02/26

•Portaria nº 359/82, D.R. nº 81, I Série, de 1982/04/07

•Despacho nº 10/88, D.R. nº 125, II Série, de 1988/05/30



RGCE - Objectivo

PROMOVER A REDUÇÃO DE CONSUMO DE ENERGIA PRIMÁRIA

NACIONAL ATRAVÉS DA DIMINUIÇÃO DOS VALORES DE

CONSUMO ESPECÍFICO.



RGCE – Bases de cálculo

ASSENTA EM DOIS TÓPICOS:

•CONVERSÃO DOS CONSUMOS PARA ENERGIA PRIMÁRIA:

•CÁLCULOS UTILIZANDO CONSUMOS ESPECÍFICOS:

1 MWh 0.29 tep 1000 m3 gás natural 0.91 tep1 ton propano 1.14 tep 1000 l gasolina super 0.75 tep1 ton fuel 0.969 tep 1000 l gasóleo 0.835 tep

Consumo Energético anual (kgep/ano)

Produção anual (ton/ano)CE (kgep / ton) =



RGCE - Universo

INSTALAÇÕES INDUSTRIAIS ABRANGIDAS:

•Consumo anual superior a 1000 tep/ano.

•Exemplos:

- 3.450 MWh/ano de consumo eléctrico

- 877 ton/ano de propano

- 1.220.000 m3/ano de gás natural

- 1.032 ton/ano de fuel



RGCE - Universo

OBRIGA AS INSTALAÇÕES INDUSTRIAIS:

•Auditoria Energética, de 5 em 5 anos;

•Plano de Racionalização, aprovado pela Direcção-Geral

de Energia, para um período de 5 anos;

•Acompanhamento trimestral e anual do Plano de Racionalização;

•Estabelece penalizações.



RGCE - Cumprimento

REDUÇÃO DO CONSUMO ESPECÍFICO

1. Existe valor de K de referência e é inferior a CE0:

2. Não existe valor de K de referência ou é superior a CE0:

CE0 + K

2CE5 <

CE5 < CE0 95%

Redução para o valor médio de CE0 e K

Redução de 5%



K papel

Pasta crua de eucalipto pelo processo do sulfito 115 kgep/ton

Pasta branqueada de eucalipto pelo processo do sulfito 215 kgep/ton

Papel Kraft crú 225 kgep/ton

Papel Textliner, de desperdícios de alta qualidade 375 kgep/ton

Papel tissue 440 kgep/ton



Ex.2.2: Parque industrialConsidere um determinado sector industrial para o qual o valor do consumo especifico objectivo definido por lei, K, é de 150 kgep/ton.

Calcule:

a) A percentagem de consumo energético da globalidade do sector industrial que se verifica em empresas abrangidas pelo RGCE.

b) Qual a redução percentual do consumo energético anual do sector num prazo de 5 anos se houver cumprimento do RGCE.

c) Se na gama acima de 3000 tep/ano, 40% do consumo de energia primária for eléctrico, determine o consumo especifico eléctrico.

Gamas de consumo Nº de Unidades Industriais

Consumo Anual Médio (tep)

Consumo Especifico Médio (kgep/ton)

Até 500 tep 10 250 200500 a 1000 tep 8 800 1801000 a 3000 tep 4 1500 170Mais de 3000 tep 2 4500 140



Ex.2.2: EmbalagemConsidere uma empresa que fabrica cartão canelado na forma de placas e de embalagens.

Para ambos os produtos existe K definido pelo RGCE: 30 kgep/tonplacas e 45 kgep/ton embalagem .

No ano 0, a empresa vendeu 10 000 ton de placas e 20 000 ton de embalagens, tendo consumido 750 mil m3 de gás natural e 2 GWh eléctricos. O fabrico de embalagem consiste em operações de pintura e dobragem das placas, envolvendo apenas um consumo eléctrico adicional de 80 kWh/ton. Por consequência, o consumo específico da embalagem é superior ao consumo específico da placa. O gás natural é queimado numa caldeira de vapor com um rendimento energético de 88% e que as perdas de transformação energética dos equipamentos eléctricos se quantificam em 0.5 GWh.



Finalmente, quantificaram-se os desperdícios energéticos em 15% da energia utilizável quer no vapor quer na electricidade. Considere o PCI do gás natural de 39.5 MJ/m3.

a) Confirme que esta empresa está abrangida pelo RGCE e determine o consumo específico de cada um dos 2 produtos.

b) Para cumprir o RGCE quais deverão ser os consumos específicos de cada um dos produtos dentro de 5 anos.

c) Quantifique o diagrama de Sankey da empresa.

Ex.2.2: Embalagem (cont)



Indicadores de energia e ambiente



Consumo mundial de energia

8.7 mil milhões de tep

Petróleo39%

Gás Natural25%

Carvão25%

Nuclear8%

Hidrica3%



Reservas mundiais de petróleo

Médio Oriente66%

Africa7%

Asia e Oceania4%

Ex-União Soviética6%

Europa2%

América do Norte6%

América Central e do Sul9%

0

50

100

150

1980 1990 2000

142 mil milhões de toneladas



Consumo mundial de petróleo

3.5 mil milhões de toneladas 0

100

200

300

400

500

600

1990 2000

Médio Oriente6%

Africa3%

Asia e Oceania28%

Ex-União Soviética5%

Europa21%

América do Norte31%

América Central e do Sul6%



Alterações climáticas

CO2 - 1CH4 - 21N2O - 310



A energia é a maior parcela



• kg CO2/kWh térmico

Energia e ambiente



Acções: Exemplo da oferta de energia

Tg CO2e

0,30,45 – 0,9

2,9

n.d.

2,9

n.a.

Bloco adicional

Me1: Eficiência energética no sector electroprodutorMe2: CogeraçãoMe3: Aplicação dum programa de gestão da procuraMe4: Eficiência energética e controlo das emissões nas actividades de refinação e armazenagem de combustíveis.Me5: Substituição de combustíveis e centraisMe6: Aceleração da liberalização dos mercados internos da electricidade e do gás

Tg CO2e

3,3–4,1

0,7

Bloco imediato

Electricidade produzida a partir de fontes renováveis de energia

Eficiência energética no sector electroprodutor

Tg CO2e

0,30,45 – 0,9

2,9

n.d.

2,9

n.a.

Bloco adicional


Tg CO2e

3,3–4,1

0,7

Bloco imediato



Tg CO2e

0,30,45 – 0,9

2,9

n.d.

2,9

n.a.

Bloco adicional


Tg CO2e

3,3–4,1

0,7

Bloco imediato



Tg CO2e

0,30,45 – 0,9

2,9

n.d.

2,9

n.a.

Bloco adicional


Tg CO2e

3,3–4,1

0,7

Bloco imediato



Tg CO2e

0,30,45 – 0,9

2,9

n.d.

2,9

n.a.

Bloco adicional


Tg CO2e

3,3–4,1

0,7

Bloco imediato






produzida Riqueza

utilizada EnergiargéticaIntens.Ene

euro

tep.. EI



PIB

População

Empresas

Compras de consumo (fluxo de $ para as empresas)

Fluxo de bens para a população

Salários, rendas, lucros, etc. (fluxo de $ para a população)

Trabalho / informação

doacrescentaValor PIB



Intensidade energética mundial

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000

PIB per capita em 1999 (USD 1990 /habitante)

kg

ep

/ U

SD

19

90

América do norte

América do Sul e Central

Europa ocidental

Europa de Leste

Médio Oriente

África

Ásia e Oceania

USA

SuiçaPortugal Espanha

China

Russia

Grandes produtores de petróleo

Japão

Turquia

Coreia Sul

Grec. UK

Alemanha

Singapura

Irelanda



Evolução da intensidade energética

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Turkey Brazil Portugal Israel Greece Spain GFrance H-Kong Japan Switz. USA UK Germany Ireland

En

erg

y In

ten

sit

y (

kg

ep

/ U

SD

19

90

)

90 91 92 93 94 95 96 97 98 99



Intensidade energética em Portugal

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998

EF(1990=100)

PIB (1990=100)

IE (1990=100)



0

1

2

3

4

5

6

1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000

Mte

p/an

o

Agricultura

Industria

Transportes

Doméstico

Não Energéticos

Serviços

Construção

Consumo de energia em Portugal



A dinâmica dos sectores

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000

Sect

or/S

ecto

r 19

70 -

Tot

al/T

otal

197

0

Agriculture

Industry

Transport

Residential

Services

Construction



Alimentação11%

Químicas e plásticos11%

Papel e artigos de papel11%

Têxteis10%

Outros9%

Siderurgia6%

Metalomecânica4%

MNM37%

Cimento16%

Cerâmicas16%

Vidro e artigos de vidro6%

Indústria - desagregação



Balanço de energia

Características:

1. Subdivisão por formas de energia

2. Unidade de energia final (mil tep)

3. Divisão em energia primária e final

4. Subdivisão por sectores e sub-sectores



Formas de energia

Carvão Petróleo (cont.) ElectricidadeHulha e Antracite Imp. Jets Hidro-electricidadeAntraciteNacional Gasóleo Termo-electricidadeCoque DieselOil Gás Natural

Petróleo Fuelóleo Outros ProdutosPetróleoBruto Nafta Gás deCidadeRefugos eProd. Interm. Lubrificantes Gás deCoquePropileno Asfaltos Gás deAlto FornoGPL Parafinas LenhasGasolinas Solventes LicoresSulfíticosPetróleos CoquePetróleo



Balanço de 1998: inputs

CA

RV

ÃO

PE

TR

ÓL

EO

EL

EC

TR

IC.

GÁ

S N

AT.

OU

TR

OS

TO

TAL

IMPORTAÇÕES 3,321 18,254 342 697 22,615PRODUÇÃO DOMÉSTICA 1,135 1,150 2,285VARIAÇÃO DE STOCKS 36 -19 0 17SAIDAS Exportações 53 1,989 318 2,360 Barcos estrangeiros 375 375 Aviões estrangeiros 286 286 SOMA 53 2,649 318 3,021 CONSUMO DE ENERGIA PRIMÁRIA3,232 15,624 1,159 698 1,150 21,863



Balanço de 1998: transformação

CA

RV

ÃO

PE

TR

ÓL

EO

EL

EC

TR

IC.

GÁ

S N

AT.

OU

TR

OS

TO

TAL

CONSUMO DE ENERGIA PRIMÁRIA 3,232 15,624 1,159 698 1,150 21,863PARA NOVAS FORMAS DE ENERGIA 2,782 2,216 -2,217 452 56 3,289 Briquetes Coque 94 94 Produtos de Petróleo -96 -96 Gás de Cidade 9 78 -82 6 Termoelectricidade 2,688 2,303 -2,217 375 210 3,358 SOMACONSUMO DO SECTOR ENERGIA 1,004 465 8 43 1,520 Consumo próprio refinação 876 43 919 Perdas de refinaria 127 127 coquerie 0 33 34 centrais eléctricas 129 129 bombagem hidroeléctrica 9 9 gás de cidade 3 3 extracção de carvão 0 0 perdas de transporte e distribuição 281 8 9 298ACERTOS ESTATÍSTICOS 2 23 0 0 25

DISPONIVEL PARA CONSUMO FINAL 448 12,382 2,911 238 1,051 17,030



Balanço de 1998: consumo

CA

RV

ÃO

PE

TR

ÓL

EO

EL

EC

TR

IC.

GÁ

S N

AT.

OU

TR

OS

TO

TAL

DISPONIVEL PARA CONSUMO FINAL 448 12,382 2,911 238 1,051 17,030AGRICULTURA E PESCAS 483 54 1 538Agricultura 477 54 1 532Pescas 5 5INDÚSTRIAS EXTRACTIVAS 83 36 0 119INDÚSTRIAS TRANSFORMADORAS 448 3,862 1,124 222 548 6,205Alimentação 322 123 8 96 549Têxteis 165 160 0 27 353Papel e artigos de papel 262 157 0 22 440Químicas e plásticos 12 1,753 169 15 25 1,975das quais matérias primas 1,562 1,562Cerâmicas 331 57 153 301 841Vidro e artigos de vidro 190 25 19 0 234Cimento 289 425 98 6 817Metalúrgicas 15 9 16 3 44Siderurgia 147 28 63 26 263Vestuário calçado e curtumes 11 40 0 7 58Madeira e artigos de madeira 47 72 0 32 150Borracha 17 10 1 27Metalo-electro-mecânicas 95 115 9 1 220Outras 201 28 2 2 233CONSTRUÇÃO E OBRAS PÚBLICAS 859 40 899TRANSPORTES 5,793 38 5,832Aviões nacionais 414 414Barcos nacionais 180 180Caminho de ferro 49 38 88Eléctricos urbanos 57 57Rodoviários 5,092 5,092DOMÉSTICO 728 755 9 481 1,973SERVIÇOS 573 863 6 22 1,464



Modelo Input-Output

Fac

tore

s de

pr

oduç

ão

Procura final Sectores

Sec

tore

s

Trabalho

Importação

Total de compras

Exp

orta

ção

Con

sum

o pa

rtic

ular

To

tal d

e v

en

das

Inpu

ts

Outputs



Exemplo

+ = Total de vendas

Agricultura Indústria Serviços Exportação C.privado

Agricultura 5 20 0 20 30 75

Indústria 20 20 10 30 40 120

Serviços 10 30 20 10 30 100

+

Valor acrescentado 20 40 30

Importações 20 10 40

=

Total de compras 75 120 100

Procura intersectorial Procura final

70

50

40

=MAVF

100

120

75

=X

40

70

50

CE=Y

203010

102020

0205

S



Conclusões

Deg Carvão Petróleo Electricidade Gás Outros

Carvão 0.017 0.000 0.014 0.001Petróleo 0.000 0.056 0.040 0.000Electricidade 0.000 0.003 1.156 0.003Gás 0.000 0.000 0.001 0.011 0.001Outros 0.000 0.000 0.001 0.014TOTAL 0.018 0.059 1.212 0.011 0.019

Carvão Petróleo Electricidade Gás OutrosRendimento 1998 98.3% 94.4% 45.2% 98.9% 98.2%



Preços da energia



0

10

20

30

40

50

60

1930 1935 1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000

US

D /

bar

ril

OPEP perde controle:Mar do Norte, Alasca

Guerra do golfo

Crise asiática

Revolução Iraniana

Guerra Irão-Iraque

1ºChoque Petrolifero

2ºChoque Petrolifero

Preços Correntes

Preços Constantes de 1996

Acordo OPEP

Preços do petróleo



Preços aproximados dos combustíveis

Petróleo bruto

Gasolina Gasóleo Fuel-óleo Gás natural industrial

Propano granel

26 USD/barril 1.0 €/litro 0.7 €/litro 0.3 $/kg 0.3 €/m3 0.5 €/kg



Liberalização eléctricaAdesão ao SENV

0

10

20

30

40

50

60

Jan-01 Fev-01 Mar-01 Abr-01 Mai-01 Jun-01 Jul-01 Ago-01 Set-01 Out-01 Nov-01 Dez-01

Nº

0

200

400

600

800

1000

1200

GW

h

Nº Acumulado de estatutosatríbuidos

Consumo anual acumulado dos CNVatribuídos



Liberalização eléctricaNegociação

COMERC.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

9-20-990:00

9-21-990:00

9-22-990:00

9-23-990:00

9-24-990:00

9-25-990:00

9-26-990:00

9-27-990:00

9-28-990:00

9-29-990:00

9-30-990:00

Po

t. E

léct

rica

(k

W)

Segunda SextaQuintaQuartaTerça Sábado Domingo Segunda Terça

FÁBRICA

BOLSA

PRODUTOR

2 dias depois !!



CLÁSSICO

-Hora do dia (++ponta, +cheia e vazio)

-Estação do ano (+verão, inverno)

-Nível de tensão (+++bt, ++mt, +at, mat)

-Regime de utilização

FUTURO

-Distribuidor

Tarifário de electricidade



Problema

Em baixa tensão o regime normal tem o preço do kWh é invariável ao longo das 24 horas (0.0920 €/kWh) enquanto que no regime bi-horário o consumo nas horas de vazio (das 22h às 8h no Inverno e das 23h às 9h no Verão) é mais baratos (0.0503 €/kWh).

Em contrapartida o “aluguer do contador” é mais elevado no regime bi-horário. Para uma potência instalada de 6.9 kVA, o aluguer do contador é de 11.35 €/mês e de 13.35 €/mês para contagem simples e contagem bi-horária, respectivamente.

Quantos kWh se tem de consumir em horas de vazio para compensar ? É fácil ?



Factura = Fenergia+Fpotência

Fenergia=$/kWhpontaConsumoponta +...+...

Fpotência =($/kW)pPp+($/kW)cPc

Pt é a potência tomada (máx. 15 minutos)Pp é a potência média em horas de pontaPc é a potência contratada (máx. Pt anual)

Fórmula de cálculo



Período Hora Tri - horário

Tetra-horário

Ponta 0.0861 0.0861

Cheia 0.0510 0.0510

Vazio 0.0340 0.0349

Super vazio 0.0326

Ponta 0.0932 0.0932

Cheia 0.0552 0.0552

Vazio 0.0362 0.0371

Super vazio 0.0347

I, IV (Inverno)

II, III (Verão)

Preços em média tensão e utilização

Tipo de potência

Média Tensão

em Horas de Ponta 7.712 €/kW

Contratada 0.708 €/kW



Horários

Horário de Inverno:

horas de ponta : 9.30 às 11.30 e 19.00 às 21.00

horas cheias: 8.00 às 9.30, 11.30 às 19.00 e 21.00 às 22.00

horas de vazio: 22.00 às 8.00



ProblemaConsidere uma empresa com o seguinte perfil de potência média horária:

Período A: das 0h- 8h: 100 kW Período B: das 8h -21h: 500 kW

Período C: das 21h-24h: 300 kW

A empresa é abastecida em média tensão, possuindo um posto de transformação com a potência de 2 MW. A potência tomada é de 700 kW. A empresa labora 20 dias/mês, 12 meses/ano. Determine:

a) Determine o preço final do kWh.

b) Qual o benefício anual decorrente da redução da potência instalada ?

c) A ser possível deslocar um consumo de 100 kW do período B para o período A, qual será o benefício anual resultante ? Que potência média passaria a ter o período A ?



Balanço Energético



Sistemas Fechados

Fronteira móvelMassa constante

U = Q + WQ (calor)

W (trabalho)

U (energ.Interna)



A massa de 1 kg de ar sofre uma expansão durante a qual recebe 16 kJ sob a forma de calor e fornece trabalho no

valor de 20 kJ. Numa segunda expansão entre os mesmos estados inicial e final o calor recebido é apenas de 9 kJ.

Qual é a variação de energia interna na primeira expansão e qual é o trabalho fornecido pelo sistema na segunda

expansão ?

Sistemas FechadosProblema



Sistemas Abertos

Q (potência calorífica)

W (potência mecânica)

Caudal 1

Caudal 3

Caudal 2

Fronteira fixaCaudais de entrada e saída

balanço de massa

WQhmhmentradasaida

saidaentrada

mm

pvuh



Trabalho de bombagem

][ ]/[][ 3 PaPsmvWWideal

bomba

idealreal

WW

Foram efectuadas medições eléctricas ao funcionamento de uma bomba que eleva eleva 100 m3/h de um poço que tem uma profundidade de 50 m. A potência eléctrica foi de 10

kW. Determine o rendimento da bomba .

A pressão atmosférica corresponde, aproximadamente, a 100000 Pa. Um desnível de 1 m de água a quase 10000 Pa.



Trabalho de turbina

idealturbinareal WW (se o caudal volúmico não variar)

PvdPsmvWideal /3

Uma turbina a vapor trabalha entre 60 bar e 10 bar, com um volume específico de 0.05 m3/kg. Apresenta um

rendimento de 90% e produz diariamente 11 MWh. Qual é o caudal mássico horário de vapor ?



Aquecimento da água



Potência de caldeira

Uma caldeira produz vapor sobreaquecido à pressão de 60 bar e à temperatura de 400ºC. A água entra na caldeira à

temperatura de 120ºC. A caldeira produz 13 kg de vapor por kg de fuel(PCI=40 MJ/kg). Qual é o rendimento da caldeira ?

12 hhmQideal

bomba

idealcaldeira

QQ



Cogeração

Uma caldeira produz vapor sobreaquecido à pressão de 60 bar e à temperatura de 400ºC. A água entra na caldeira à temperatura de 120ºC. A caldeira produz 13 kg de vapor por kg de fuel(PCI=40 MJ/kg). O vapor passa numa turbina saindo saturado e a 10 bar.Determine a produção de vapor e de electricidade por cada kg de fuel queimado.Uma caldeira que produzisse vapor saturado directamente a 10 bar quanto fuel iria gastar a menos ?Analise a solução proposta.



Combustão



Definição

• A combustão provoca a quebra das moléculas dos reagentes, dando origem a novos produtos, com libertação de energia.

• A combustão diz-se completa se todo o carbono presente no combustível queimar dando origem a dióxido de carbono



Fenómeno físico

• Cinética química: a reacção cresce exponencialmente com a temperatura

• Difusão: é necessário remover os produtos da combustão

Oxigénio

Gases



Combustíveis

• Gasosos: permitem chama de pré-mistura. A chama é controlada pela cinética química.

• Líquidos: obrigam à atomização em micro-gotas, a queima é parcialmente dominada pela difusão

• Sólidos: requerem a pulverização dos produtos, a queima é fortemente dominada pela difusão



Combustíveis em transportes

• Ciclo OTTO: gasolina, propano, gás natural

• Ciclo Diesel: gasóleo, fuel



Combustão em ar

222224 )76.3( dNOcHbCONOaCH

A medição dos gases de uma chaminé de uma caldeira que queima gás natural indicou uma percentagem volumétrica

de oxigénio de 5%. Em que excesso de ar decorre a combustão ?

ad

acb

c

b

76.3

22

42

1



Combustão em ar

A medição dos gases de uma chaminé de uma caldeira que queima gás natural indicou uma percentagem volumétrica

de oxigénio de 5% (isenta de vapor de água). Em que excesso de ar decorre a combustão ?

2222224 )76.3( eOdNOcHbCONOaCH

...

76.3

22

42

1

e

ad

acb

c

b



Cogeração



• Um sistema diz-se cogerador quando produz electricidade e calor útil simultaneamente.

• O calor é aproveitado a partir da exaustão térmica associada ao processo de produção de energia eléctrica

Conceito



Diagrama de Sankey



Motor Térmico



Turbina de gás - simples



TG – normal e ar arrefecido



TG – directo e pós-combustão



TG – ciclo combinado



Legislação Aplicável

Legislação Abstract

Decreto-Lei 538/1999 Revoga o Decreto-Lei 186/1995, criando uma nova legislação de cogeração.

Decreto-Lei 313/2001 Modifica o decreto anterior, resolvendo questões relacionadas com cogeraçõesmúltiplas, entre outras

Despacho 8-B/2002 Correcção de erros de impressão do Decreto-Lei 313/2001

Portaria 60/2002 Relacionada com o Decreto-Lei 313/2001,define a remuneração aplicável à energiaeléctrica produzida por uma instalação de cogeração que seja utilizadora de pelomenos 50% de energia primária de origem renovável

Despacho 7127/2002 Fixa os valores de referência para o cálculo da remuneração

Portaria 399/2002 Define requisitos de equipamento de medição e autoriza a venda da totalidade daenergia eléctrica produzida



Parâmetro Fundamental

CCRT

C

EREE

/*2.09.0Rendimento Eléctrico Equivalente

E – Energia eléctrica produzida anualmenteC- Energia primária consumida anualmente

T- Energia térmica útil consumida anualmenteCR- Recursos renováveis consumidos anualmente

REE > 0.55 para Gás NaturalREE > 0.50 para Fuel-óleoREE > 0.45 para Renovável



Parâmetro Complementar

ETE

TEEer

5,45,0

5,4



Componentes do preço da Electricidade Produzida

• Termo fixo

• Termo variável

• Termo ambiental

energy management and policy miguel Águas –2003 m.sc. program engineering policy and management...

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