Praticas na operação de centrais de poligeração e problemas associados

A utilização de tecnologias de poligeração pode resultar em poupanças energéticas significativas no caso da electricidade e o calor serem eficientemente utilizados. A eficiência global das centrais é determinada principalmente pela utilização da energia térmica, uma vez que a electricidade é normalmente utilizada sem desperdício. O papel da eficiência energética é essencial para que o abastecimento seja sustentável, fiável e económico, especialmente quando são utilizados combustíveis fósseis. Diferentes instalações de armazenamento podem servir de almofada aos desequilíbrios temporais na produção dos diferentes produtos energéticos. Em especial, o armazenamento térmico torna possível a operação de uma central de poligeração com a carga de combustível mais eficiente (Ferrari et al., 2014; Rong et al., 2008)

4.7.1 Operação com o esquema fixo PTHR

Como demonstrado na figura 9, a Finlândia é um dos principais países na Europa a investir em tecnologias de poligeração, fazendo proveito da dimensão da indústria transformadora da madeira e do clima frio. A indústria da pasta e do papel é uma das maiores indústrias Finlandesas, e das que consome mais energia, em grande parte devido aos processos de produção de polpa e a secagem do papel. Nestes processos, é necessário que a central forneça vapor a pressões e temperaturas ideias. Este vapor é disponibilizado a partir da turbina a vapor onde se produz electricidade em simultâneo. À medida que a produção de papel aumenta, mais calor é necessário e, consequentemente, mais energia é produzida.

A indústria da pasta e do papel é um dos sectores onde a cogeração é aplicada para reduzir significativamente os consumos energéticos e alcançar poupanças de combustível e redução das emissões. O clima frio da Finlândia resulta numa carga de calor mais longa, o que facilita a integração de sistemas de cogeração com sistemas de A&A distrital, com melhorias da eficiência global do sistema (Rong & Lahdelma, 2016).

A Helsinki Energy, é uma das maiores companhias de energia da Finlândia, e serve a maioria dos edifícios na cidade (residencial, comercial e institucional) via redes de aquecimento distrital. Os sistemas de aquecimento distrital consistem em centrais de poligeração, centrais térmicas e instalações de armazenamento térmico. Cerca de 90% da procura de calor da cidade é satisfeita pelo aquecimento distrital, enquanto cerca de 90% desde calor é produzido em centrais de cogeração com eficiências globais superiores a 90% (Riipinen, 2013). As centrais de cogeração podem garantir a procura de calor da cidade na primavera, verão e outono. No inverno a procura

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de calor adicional é satisfeita por centrais termoelétricas. O armazenamento térmico (tanques de água) é usado para armazenar o calor produzido à noite pelas centrais de cogeração quando a procura é baixa. Durante a manhã, quando a procura de calor é elevada, o calor acumulado é injectado na rede de aquecimento distrital.

Em determinadas circunstâncias, as centrais de poligeração podem operar de acordo com o esquema fixo PTHR pois este simplifica o controlo enquanto mantém elevados níveis de eficiência energética. Contudo, este esquema requere que uma das seguintes condições seja cumprida para alcançar a eficiência desejada: primeiro, que a procura de calor seja uma percentagem aproximadamente fixa; segundo, que a electricidade produzida seja livremente comercializada no mercado eléctrico (mercado desregulado de energia). Nestes casos, a procura de electricidade não impõe uma restrição à produção de trabalho e calor da central de poligeração (Rong & Lahdelma, 2016).

4.7.2 Pontos negativos do esquema fixo PTHR

Normalmente, há dois modos de operar uma central de poligeração. Um orientado para a produção de calor, onde a primeira preocupação é satisfazer a procura de calor, e outro orientado para a produção de electricidade, onde o principal objectivo é maximizar as receitas da venda de electricidade.

Ambos os modos de operação podem resultar na perda de uma certa quantidade de energia. Sob mercados desregulados de energia, o modo orientado para a produção de calor é favorável caso haja a possibilidade de comercializar livremente a electricidade nos mercados. Nesta situação, a rentabilidade de uma central de poligeração depende sobretudo do volume e da duração da procura de carga térmica. Este é o principal motivo pelo qual várias centrais de poligeração são operadas segundo o esquema fixo PTHR, especialmente no espaço Europeu, onde existe a possibilidade de vender qualquer volume de electricidade no mercado a qualquer instante. Neste caso, o benefício da poligeração deve ser avaliado com base nas receitas das vendas de electricidade (Rong & Lahdelma, 2016).

Por outro lado, deve compreender-se que o uso de um esquema fixo PTHR pode comprometer o potencial do sistema de poligeração, especialmente quando são utilizadas tecnologias de produção avançadas que assumam características não-convexas. No modo orientado para a produção de electricidade, do ponto de vista económico, quando os preços são mais baixos deve ser produzida menos electricidade e vice-versa, o que torna crítica a capacidade de ajustar o output, de forma a responder com eficácia às variações dos preços de mercado.

Além disso, com o esquema fixo PTHR é fácil amarrar a central a um estado ineficiente quando as condições mencionadas anteriormente não são satisfeitas. A satisfação da procura de um produto energético pode causar a produção excessiva de outros produtos. É especialmente difícil para um SED isolado operar eficientemente com recurso a um esquema fixo PTHR quando

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os padrões de procura dos diferentes produtos não assumem uma relação linear. Nestes sistemas, a procura de qualquer um dos produtos energéticos deve ser satisfeita pelo próprio sistema, e por isso a sua produção deve ser flexível (Rong & Lahdelma, 2016). O armazenamento térmico pode apenas aliviar os desequilíbrios dos diferentes produtos energéticos por um curto período de tempo. Estas razões levam a considerar que a operação de centrais de poligeração isoladas devem afastar-se do esquema fixo PTHR e operar noutros pontos das regiões demonstradas nas figuras 11 e 12.