Concluída a análise das várias possibilidades de remuneração existentes para a energia elé- trica produzida em cogeração aquando da sua venda total à RESP, torna-se essencial alargar esse mesmo estudo à energia térmica pois, tal como analisado logo aquando da análise do conceito da cogeração realizado no subcapítulo2.1, o seu aproveitamento é parte preponderante para que sejam alcançadas as altas eficiências que um sistema deste tipo é capaz de proporcionar. Assim sendo, e tendo em consideração que o valor da energia térmica se apresenta como sendo constante independentemente do regime remuneratório em que a cogeração se encontre inserida, a abor- dagem seguida passou pela determinação do possível valor dessa energia. Conhecendo-se este valor, bem como o montante passível de ser obtido em cada um dos diferentes possíveis enqua- dramentos, poderá ser realizado para cada um dos cenários em análise um estudo económico mais aprofundado que consiga demonstrar de facto se a soma do valor da energia elétrica com o valor da energia térmica produzidas em cogeração se revela ou não suficientemente interessante para que a realização de novos investimentos possa ser uma realidade.
De forma a atingir o objetivo pretendido neste subcapítulo a abordagem seguida consistiu, numa primeira fase, na reflexão acerca de qual seria a solução alternativa à cogeração que uma unidade industrial utilizaria de forma a suprir adequadamente as suas necessidades térmicas. As- sim sendo, a primeira etapa consistiu na pesquisa de quais os valores de referência harmonizados para a produção separada de energia térmica, em cada uma das diferentes tecnologias existentes, e a que a Diretiva 2004/8/CE fazia referência ao dizer que os mesmos teriam de ser revistos pela
primeira vez em 21 de Fevereiro de 2011 e posteriormente de quatro em quatro anos de forma a to- mar em consideração a evolução tecnologia passível de ser verificada. Seguindo este procedimento chegou-se à Decisão de Execução 2011/877/UE que, no seu anexo II, e tal como se pode observar na figura4.6, apresenta os referidos valores de referência harmonizados para a produção separada de energia térmica e que se encontram válidos até ao ano de 2015. Apesar dos mesmos estarem perto de serem revistos importa referir que, de acordo com o exposto no n.o4 do preâmbulo deste documento, não é expectável que estes valores se alterem uma vez que a eficiência energética das caldeiras se tem mantido praticamente inalterada ao longo dos últimos anos. [8,108]
Figura 4.6: Valores de referência harmonizados em matéria de eficiência para a produção separada de energia térmica aplicáveis nas condições normalizadas ISO (temperatura ambiente de 15oC, pressão de 1.013 bar e humidade relativa de 60%). [108]
Conhecidos os valores de eficiência para a produção separada de energia térmica foi consi- derado que, na inexistência de cogeração, esse tipo de energia que seria necessária ao processo industrial seria produzida com recurso a uma caldeira a GN que apresentasse um rendimento de 90% sendo esta, segundo a Decisão 2011/877/UE, a solução mais eficiente sempre que se pretenda
certamente se pretenderá maximizar o aproveitamento de combustível necessário, minimizando assim os custos necessários à sua aquisição.
Depois de estabelecida a referência em termos de produção térmica, o procedimento com vista à determinação do valor dessa energia consistiu somente em determinar quanto combustível seria necessário adquirir para que uma caldeira a gás natural com uma eficiência de 90% apresentasse a mesma produção térmica que a unidade de cogeração em estudo apresenta, e quais os custos inerentes a essa aquisição. Para tal, o primeiro passo consistiu em através dos dados existentes, provenientes de contadores entálpicos, identificar, para cada mês, a produção de vapor e de água quente e colocar ambos os valores na mesma unidade, que no caso foi o MWh. No caso da produção de água quente, e uma vez que os dados existentes se encontravam em kWh, para obter o valor pretendido bastou dividir os mesmos por 1000. Já no caso da produção de vapor, uma vez que a mesma se encontrava em toneladas (ton), o processo de conversão não foi assim tão elementar exigindo a análise de tabelas termodinâmicas que se apresentam no anexoB.
De forma a efetuar esta conversão, o primeiro passo consistiu na determinação da pressão absoluta sendo a mesma dada pela pressão relativa somada de uma unidade. No caso concreto da unidade em análise, e uma vez que a caldeira funciona a uma pressão relativa de 9.5 bar (que pode ser lida no seu manómetro), a pressão absoluta (Pabs) é simplesmente 10.5 bar. Conhecido
este valor, e recorrendo a uma tabela termodinâmica, é possível observar que apenas é conhecida a entalpia de vapor para pressões de 10 e 11 bar que são, respetivamente, 662.95 e de 663.80 kcal/kg. Desta forma, torna-se necessário recorrer à aplicação de uma interpolação, em que se conhece que para 1 bar a diferença de entalpias foi de 0.85 (663.80 - 662.90), o que equivale a que a Pabsa 10.5 bar seja simplesmente igual ao valor da Pabsa 10 bar mais metade da diferença
de entalpias que corresponde a 0.425 e perfaz uma entalpia de 663.375 kcal/kg. No entanto, uma vez que se pretende converter este valor para kWh/kg, o mesmo deve, segundo várias tabelas de conversão existentes, ser dividido pelo fator 859.485 para que posteriormente, aquando da sua multiplicação pela produção de vapor em cogeração em kg, se obtenha um valor em kWh que, subsequentemente, e por razões de conveniência, será apresentado em MWh [109, 110]. Resumindo todo este processo, de forma a converter a produção de vapor dada em toneladas para unidades de energia, que neste caso será o MWh, basta que a mesma seja multiplicada pelo fator 0.7715, fator esse que corresponde ao quociente 663.375859.485 .
Completa a conversão de unidades acima descrita foi possível obter a quantidade de energia térmica produzida em cogeração em cada mês (PETCm) através da simples aplicação da equação
4.10.
Onde:
• PETCmrepresenta a produção total de energia térmica em cogeração para a central exemplo
em consideração, no mês “m” de 2014. [MWh]
• PVPm representa o vapor de cogeração que é produzido pela central em consideração no
mês “m” de 2014. [MWh]
• PAQmrepresenta a água quente que é produzida pela central em consideração no mês “m”
de 2014. [MWh]
Tendo conhecimento do total de produção de energia térmica em cogeração, e tomando em consideração o valor de referência harmonizado para a melhor tecnologia de produção de água quente e vapor que, segundo a Decisão 2011/877/UE, corresponde a uma caldeira a gás natural com uma eficiência de 90%, foi possível determinar a quantidade de energia necessária para a obtenção da referida produção térmica [108]. Esse valor, denominado de (EPT), foi então deter- minado pelo simples quociente mensal entre PETC e o valor da eficiência que a melhor solução de produção exclusiva de energia térmica seria capaz de proporcionar (90%). Sabendo essa ener- gia, bem como o poder calorífico inferior do gás (que foi constante ao longo do ano e igual a 10.68 kWh/Nm3) é possível, através da aplicação da equação4.11, determinar a quantidade de gás necessário para que se produza essa mesma energia térmica.
GNm =
EPTm × 1000
PCIm
(4.11) Nesta equação:
• GNmcorresponde à quantidade de gás natural necessário para que se obtenha, no mês “m”
de 2014, a mesma quantidade de energia térmica que a unidade de cogeração em estudo é capaz de fornecer. [Nm3]
• EPTm corresponde à energia necessária para a produção térmica no mês “m” de 2014.
[MWh]
• PCImcorresponde ao poder calorífico inferior do gás no mês “m” de 2014. [kWh/Nm3]
Finalmente, depois de ter conhecimento da quantidade de gás natural que seria necessária para a produção numa caldeira da mesma quantidade de energia térmica que a unidade de cogeração aqui em análise é capaz de proporcionar, e uma vez que se teve acesso às faturas de gás natural da mesma, foi possível efetuar uma estimativa do custo do gás natural proporcionando-se assim a ob- tenção de uma estimativa para o valor da energia térmica. A referida aproximação pode observar-se na tabela4.6e a sua necessidade advém do facto de além da fatura de GN ser constituída por várias parcelas, que aumentam a complexidade da sua análise, a informação dos preços deste combustí- vel para clientes industriais não se encontrar disponível nos websites dos respetivos fornecedores. Desta forma, sabendo a quantidade de GN (em Nm3) consumida em cada mês de 2014 e o seu res- petivo custo, facilmente se obtém o valor a pagar pelo Nm3de GN, correspondendo este ao valor
de 2014 correspondendo assim, não só ao que é efetivamente consumido pelos dois motores que compõem a central, como também aquele que é queimado na caldeira pois, tal como mencionado aquando da descrição desta central, a mesma encontra-se dotada de uma caldeira com queimador adicional que é utilizado em caso de necessidade e que, logicamente, aumenta o consumo total de GN da instalação. Apesar disto, deve ser realçado que os valores que de seguida se apresentarão para produção de vapor e água quente foram exclusivamente obtidos através da cogeração, não apresentando assim os mesmos qualquer produção deste tipo de energia que tenha sido realizada exclusivamente através da queima direta de GN na caldeira.
Tabela 4.6: Estimativa do custo do Nm3de gás natural para o ano de 2014.
Encontrando-se então explicitado o método de obtenção de todos os dados necessários para a realização de uma estimativa do valor da energia térmica produzida pela unidade de cogeração em estudo, a mesma encontra-se patente na tabela4.7. Através da análise da referida tabela pode concluir-se que, embora a valorização da energia térmica produzida possa ser inferior à que é obtida pela energia elétrica em qualquer um dos regimes anteriormente analisados, a mesma é significativa apresentando um valor médio mensal em torno dos 54600e, e um valor anual que, no ano de 2014, atingiria mais de 655000e.
Tabela 4.7: Simulação do possível valor da energia térmica produzida pela cogeração considerado que, alternativamente, a mesma seria produzida numa caldeira a GN com uma eficiência de 90%.
Concluída a determinação do possível valor da energia térmica para o ano de 2014, e que corresponde simplesmente ao valor que na ausência de cogeração o industrial teria de dispor para assegurar a mesma quantidade de produção térmica, este poderia ser um custo a ser imputado pelo cogerador ao cliente, logicamente no caso destes serem entidades distintas.
No entanto, e tendo em consideração que numa fase subsequente do presente trabalho se rea- lizará um estudo de viabilidade, torna-se também necessário transformar os valores obtidos numa tarifa a ser paga pelo cliente industrial por cada MWh de energia térmica que lhe seja entregue. As- sim, e uma vez que a esta altura já se conhecem quer os custos mensais que a referida quantidade de energia térmica teria caso não fosse produzida pela cogeração, quer a quantidade total de ener- gia térmica produzida, realizando um quociente entre estes dois parâmetros facilmente se obtêm o custo da energia térmica eme/MWhtérmico. Contudo, e sendo a cogeração uma tecnologia carac-
terizada pela produção combinada de energia elétrica e térmica, o valor a considerar nos estudos de viabilidade para a valorização da energia térmica não devem ser os 44.525e/MWhtérmicopro-
venientes do quociente anteriormente identificado. Desta forma, e para que se realize um estudo adequado, o valor a considerar deve ser o anteriormente referido, multiplicado pela razão calor- eletricidade, sendo assim obtido o valor da energia térmica por MWhelétricoproduzido. Tal como
esperado, através do cálculo dessa razão, na generalidade dos meses foi obtido um valor inferior à unidade significando isto que, por cada MWh de energia elétrica que foi produzida, foi obtida uma quantidade térmica que, em média, foi correspondente 0.842 MWh. Realizando então o pro- duto entre o valor que o MWhtérmicoapresentou no ano em consideração e o valor mensal do rácio
calor-eletricidade, foi possível concluir que, em média, aquando da produção de 1 MWhelétrico
poderia ser considerado que a energia térmica apresentava uma valorização de aproximadamente 37.475e/MWh. Todos os resultados dos diversos cálculos descritos podem então ser observados na tabela 4.8abaixo apresentada, através da qual é possível também analisar a variação mensal das produções elétricas e térmicas de cogeração.