1 INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA SUL-RIO-GRANDENSE CAMPUS PELOTAS CURSO SUPERIOR DE ENGENHARIA ELÉTRICA DISCIPLINA DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA B PROF. ROBERTO SACCO Análise de Energia Termelétrica no Brasil, Cogeração e TMD Clássica Alexandre Ferraz Duarte Junior Tiago Radatz Wilian Chaves Pelotas, 26 de julho de 2016
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Geração Termoelétrica e Cogeração de energia elétrica no Brasil
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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA
E TECNOLOGIA SUL-RIO-GRANDENSE
CAMPUS PELOTAS
CURSO SUPERIOR DE ENGENHARIA ELÉTRICA
DISCIPLINA DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA B
PROF. ROBERTO SACCO
Análise de Energia Termelétrica no Brasil,
Cogeração e TMD Clássica
Alexandre Ferraz Duarte Junior
Tiago Radatz
Wilian Chaves
Pelotas, 26 de julho de 2016
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1) Como podemos ver, na figura abaixo, cerca de 30% da oferta de
eletricidade brasileira é de origem de termoelétrica. E não só isso, as UTE’s têm
um papel extremamente importante na matriz brasileira principalmente pela
inflexibilidade das hidrelétricas, principal fonte da matriz, onde entram as
necessidades das UTE’s operarem na base em períodos de reservatórios com
níveis baixíssimos. Segundo a Agencia Internacional de Energia (AIE), o Brasil
vai crescer até 2035 certa de 80% no uso energético, o que implica em US$90BI
/ano de investimentos no setor para poder atender a essa demanda. Porem para
que isso seja viável e exequível o Brasil precisara investir bastante em UTE’s,
pois são elas que dão “Robustez” ao SIN que sustentam a base em períodos de
seca de reservatórios, mas não só isso será necessário. Segundo especialistas
do setor é preciso ter mudanças para viabilizar a operação a curto prazo assim
como a implementação a longo prazo, e dentro das mudanças está a regulação
do setor, pois é necessário que nos novos leilões sejam analisadas a questão do
tipo de fonte de energia e localização da geradora e não como é praticado hoje,
pois isso implica no custo de transporte do combustível e transmissão de
energia. E se tratando do assunto de combustível, este é um “gargalo” para a
viabilidade de operação e consequentemente para a implantação de novos
empreendimentos, pois o valor praticado hoje, segundo especialistas, deveria
ser a metade desse valor, para que a operação se tornasse viável na forma que
está sendo operada hoje, na base. Portanto um dos maiores desafios hoje para
a geração termoelétrica é o preço e garantia de fornecimento do combustível.
Preço, pois implica na viabilidade de operação e garantia de fornecimento para
que a geradora não fique sujeita as penalidades do não fornecimento da energia.
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2) Para a implementação de Centrais Termelétricas é necessário o
Licenciamento da ANEEL, o qual ocorre antes da implantação da termelétrica. O
empreendedor deverá encaminhar para a ANEEL, previamente os seguintes:
Licenças Ambientais de Instalação (LI), Licenças Ambientais de Operação (LO),
Estudo de Impacto Ambiental (EIA), Relatório de Impacto Ambiental (RIMA) e
Projeto básico com Responsável Técnico (RT).
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a) O cenário atual das fontes termoelétricas é apresentado em forma de
acréscimo previsto no PDE-2024 por região.
b) Segundo definição da Câmara de Comercialização de Energia Elétrica, os
Encargos de Serviços do Sistema (ESS) consistem basicamente num valor
(representado em R$/MWh) referente à média dos custos decorrentes da
manutenção da confiabilidade e da estabilidade do sistema para o atendimento
do consumo no mercado. Estes ESS contemplam o ressarcimento aos Agentes
de geração dos Custos das Restrições de Operação e da prestação de Serviços
Ancilares. As termoelétricas podem vir a gerar acima de seu nível de
inflexibilidade por duas situações: primeiro por razões energéticas e segundo por
rações elétricas, sejam razões elétricas devido alguma restrição ou necessidade
do sistema de transmissão ou outro componente da rede básica de operação,
quando então a unidade geradora faz jus a receber a compensação financeira
através dos “Encargos de Serviços ao Sistema”.
c) Os parâmetros hidroelétricos refletem o despacho Termoelétrico, pois
como podemos ver a seguir as definições dos parâmetros, indicam as condições
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futuras, curtíssimo prazo, de garantia de fornecimento de energia oriunda de
fontes hídricas. Energia Armazenada, as figuras a seguir mostram a situação atual, julho de
2016, dos reservatórios hídricos do pais por região e sua capacidade máxima de
geração, ou seja, sua Energia Armazenada.
O Mecanismo de Realocação de Energia (MRE) assegura que, no processo
da contabilização, na CCEE, todas as usinas participantes recebam seus níveis
de garantia física independentemente da produção real de energia, desde que a
geração total do MRE não esteja abaixo do total da garantia física do SIN, ou
seja, o MRE realoca a energia entre os integrantes do “MRE”, transferindo o
excedente daqueles que geraram além de suas garantias físicas para aqueles
que geraram abaixo.
A Curva de Aversão a Risco (CAR) de acordo com o ONS, estabelece os
requisitos de energia armazenada, em base mensal, adotados como referência
de segurança para o atendimento do sistema interligado nacional (SIN),
utilizando os recursos energéticos de custos mais elevados, de forma a preservar
a segurança do atendimento à carga. A CAR, de acordo com o estipulado por
Lei, deve ser revista anualmente e elaborada para um horizonte de dois anos.
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4)
a)
Período
(h)
Produção de
Vapor (ton)
Consumo de
Vapor (ton)
Sobra de
Vapor (ton)
Energia Elétrica
Consumida (MWh)
Energia Elétrica
Produzida (MWh)
Energia Elétrica
Concessionária (MWh)
0 6000 2000 4000 2 2,22 0,00
1 6000 2000 4000 2 2,22 0,00
2 6000 2000 4000 2 2,22 0,00
3 6000 2000 4000 2 2,22 0,00
4 6000 2000 4000 2 2,22 0,00
5 6000 2000 4000 2 2,22 0,00
6 6000 2000 4000 2 2,22 0,00
7 6000 2000 4000 2 2,22 0,00
8 6000 5000 1000 2,5 0,56 1,94
9 6000 5000 1000 2,5 0,56 1,94
10 6000 5000 1000 2,5 0,56 1,94
11 6000 5000 1000 2,5 0,56 1,94
12 6000 5000 1000 2,5 0,56 1,94
13 6000 5000 1000 2,5 0,56 1,94
14 6000 5000 1000 2,5 0,56 1,94
15 6000 5000 1000 2,5 0,56 1,94
16 6000 5000 1000 2,5 0,56 1,94
17 6000 3000 3000 3 1,67 1,33
18 6000 3000 3000 3 1,67 1,33
19 6000 3000 3000 3 1,67 1,33
20 6000 3000 3000 3 1,67 1,33
21 6000 3000 3000 3 1,67 1,33
22 6000 3000 3000 3 1,67 1,33
23 6000 3000 3000 3 1,67 1,33
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b) Realizando um balanço diário de energia elétrica em termos de MWh
teríamos um consumo de 26,83 MWh da concessionária o que em termos
monetários seria R$ 1.941,67. Como podemos ver no gráfico acima a cogeração
traz durante todo o período diário, porem no período das 0 horas até as 8 horas
além de suprir toda a necessidade de energia elétrica da planta, há ainda um
excedente de vapor (3.200 ton) que se for vendido para uma indústria vizinha
pode gerar um valor monetário de R$ 192.
c) A modalidade de cogeração é o ciclo BOTTOMING, sua classificação é
categoria 2, pois esporadicamente a planta pode fornecer seus excedentes.
5)
O enunciado de Clausius não exclui a possibilidade de transferir energia através
do calor de um corpo frio para um corpo quente. Entretanto, para que isso ocorra
é necessário haver outro efeito sobre o sistema. Já o enunciado de Kelvin-Planck
não exclui a possibilidade de o sistema realizar trabalho liquido retirando calor
de uma única fonte, ele só nega a possibilidade do sistema realizar um ciclo
termodinâmico, retirando calor de uma única fonte e realizar trabalho positivo.
A equivalência entre os enunciados de Clausius e de Kelvin-Planck pode ser
demonstrada mostrando que a violação de um enunciado implica na violação de
outro enunciado. Vejamos o sistema a seguir:
Se (A) transfere calor do reservatório frio para o reservatório quente, sem
nenhum outro efeito, viola o enunciado de Claussius.
Se (B) opera em ciclo, recebendo Qh do RT quente, produzindo um trabalho W
e rejeitando Qc para o RT frio. Como (A) recebe Qc do RT frio e (B) fornece Qc
para o mesmo RT, podemos imaginar um dispositivo constituído por (A), (B) e
RT frio, que estaria trabalhando em ciclo, recebendo Qh de RT quente,
produzindo um trabalho líquido Wc = Qh - Qc e rejeitando Qc para o mesmo RT
quente. Essa situação viola o enunciado de Kelvin-Planck.
O enunciado de Kelvin-Planck considera sistemas que percorrem ciclos
termodinâmicos enquanto trocam energia por transferência de calor com um
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reservatório térmico, fornecendo a base de aplicações de ciclo termodinâmicos
(motores, refrigeradores, etc.). De forma analítica toma a seguinte forma em um