UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA
FACULDADE DO GAMA
FONTES DE ENERGIA E TECNOLOGIA DE CONVERSÃO
TERMOELÉTRICA, ASPECTOS SOCIOECONÔMICOS, AMBIENTAIS ETÉCNICOS.
LIDER
Marina Gasparini (10/46799)
Grupo:
Daniela Aguiar de Carvalho (10/44249) Fernanda Almeida Leite (10/45482)
Glayson Quintiliano (10/45091) Jéssica Santoro (10/46195) Marcela Maia (10/47256) WEBSITE http://sites.google.com/site/ergosenergia/ EMAIL fontes_de_energia@googlegroups.com
1.HISTÓRIA
O homem usa de sua inteligência para criar mecanismos que reduzam o seu esforço e aumente a eficiência do serviço. Com o domínio do fogo o homem foi capaz de melhorar sua alimentação, segurança e iluminação. Ao inventar a roda, entre outros mecanismos, foi capaz de multiplicar seus esforços. E conforme o tempo suas criações foram sendo aperfeiçoadas.
Dentre tantas inovações do homem, a máquina a vapor causou um marco histórico da energia, sendo este o símbolo da Revolução Industrial. Essa transforma a energia térmica em energia mecânica através da expansão do vapor de água, esse pode, por exemplo, fazer girar uma turbina. [Companhia Paulista de Força e Luz – CPFL]
A primeira máquina à vapor foi descrita por Herão, matemático e físico que viveu na Alexandria por volta de 120a.c.. Em 1868, Tomas Savery, patentou a primeira máquina à vapor. Desde essa data essa tecnologia foi sendo modernizada e otimizada. [A history of the growth of the steam-engine - Robert H. Thurston]
Thomas Edison, grande inventor americano foi o grande desenvolvedor muitos dispositivos importantes de grande interesse industrial. Em outubro de 1879 a Edison
General Eletric é fundada, sendo hoje um dos maiores conglomerados industriais do
mundo. Nessa época, foi construído a primeira usina termoelétrica que consistia em um sistema que lembrava uma máquina à vapor adicionado de sistemas capazes de criar corrente e elétrica através da energia mecânica.
[EDISON – WEBSITE]
No Brasil apenas em 1887, quase 10 anos depois, há a inauguração da primeira termoelétrica da Companhia Fiat Lux, em Porto Alegre. E logo em seguida a usina de Piratininga, da Light, a primeira de grande porte do Brasil, inaugurada na cidade de São Paulo em 1954. Depois vieram a usina Jorge Lacerda, da Eletrosul, que começou a funcionar em Santa Catarina em 1965, a usina de Bongi, da Chesf, inaugurada em Pernanbuco em 1975, e a usina de Camaçari, na Bahia, em 1980. [O novo Brasil - Luiz Fernando Levy ]
Com o uso do gás permitiu que a disparidade entre as termoelétricas e as hidroelétricas produção de energia elétrica diminuíssem, isso por que, foram associadas ao desenvolvimento de tecnologias me prol ao uso do gás. Outra vantagem surgiu ao ver
que o custo e aviabilidade de se construir termoelétricas próximas aos centros urbanos. [EDP – WEBSITE]
2. TERMOELÉTRICA
2.1 PRINCÍPIOS DE GERAÇÃO TERMOELÉTRICAS
Uma usina termoelétrica, também chamada de usina termelétrica ou central termoelétrica, consiste em uma instalação industrial usada para a geração de energia elétrica a partir da energia liberada na forma de calor, que é obtido, normalmente, pela combustão de algum combustível.
2.2 PRINCIPAIS COMBUSTÍVEIS EMPREGADOS
Existe uma infinidade de combustíveis que podem ser usados em uma usina termoelétrica, sendo que os mais usados são os que possuem maior capacidade de produzir calor e por mais tempo. Entre esses combustíveis os mais usados são:
• gás, • óleo, • carvão, • nuclear,
Existem usinas que usam biomassa, como é o caso do bagaço da cana de açúcar. O uso desse subproduto vem sendo crescente no país, devido alta produção de álcool e açúcar.
Para alguns ambientalistas essa energia não é uma vantagem ao ambiente, pois provém da queima corroborando para a produção de gases do efeito estufa. Mas para outros, é visto como algo positivo, já que é movida pela energia de biomassa produzida a partir de plantas cultivadas, o resultado da conta final das emissões é zero, pois a quantidade de gás carbônico gerado pela queima é a mesma que foi absorvida durante o crescimento da planta (ou que será utilizado pelo próximo ciclo).
2.3 CONCEITOS DA TERMODINÂMICA
Calor é a energia que é transferida entre um sistema e o seu ambiente devido a
uma diferença de temperatura que existe entre eles. Também podemos transferir energia entre o meio e um sistema através do trabalho W quando há uma força agindo sobre o sistema. Tanto o calor como o trabalho só possuem sentido quando descrevem transferência de energia, seja para fora ou para dentro do sistema. [Heat Transfer Engeneering -John R. Howell e Richard O. Buckius]
Unidades térmicas: 1cal=3,969 x10−3Btu= 4,1860 J
A energia interna de um sistema Eintera de um sistema tende a aumentar se for
acrescentada energia sob a forma de calor Q e tende a diminuir se for perdida energia na forma de trabalho W realizado pelo sistema.
dEinterna=dQ−dW primeiralei
A primeira lei da termodinâmica diz que a energia não pode ser criada e nem destruída . Conseqüências diretas da primeira lei da termodinâmica são:
• processos adiabáticos: não há nenhuma transferência de energia na forma de calor, tudo vira trabalho. Isso aconteceria em um sistema que o processo ocorre muito rápido;
ΔEinterna=−W
• processo a volume constante: se o volume de um sistema é mantido constante, o sistema não consegue realizar trabalho;
W= 0 ΔEinterna=Q
• processos cíclicos: quando o sistema volta ao estado inicial. Temos então:; W=Q
• expansões livres: não há realização de trabalho nem de calor, logo a energia interna do sistema é zero;
Em um sentido amplo, a segunda lei da termodinâmica diz que todos os processos conhecidos ocorrem em um certo sentido. Lembrando que o calor e o trabalho são fenômenos transitórios, e que para existir deve haver uma mudança de estado, sendo assim, é impossível construir uma dispositivo que opere em um ciclo
termodinâmico e que não produza outros efeitos além do levantamento de um peso e a troca de calor com um único reservatório térmico (enunciado de Kelvin). Como também, é impossível construir um dispositivo que opere, segundo um ciclo, e que não produza outros efeitos, além da transferência de calor de um corpo frio para um corpo quente (enunciado de Clausius).
Figura 01: enunciado de Kelvin e Clausius.
Existem 3 mecanismos de transferência de calor: a condução, a convecção e a radiação. Na condução a propagação do calor é por meio do contato de moléculas de duas ou mais substâncias com temperaturas diferentes. A convecção ocorre quando as diferenças de temperatura provocam uma transferência de energia pelo movimento no interior de um fluido. A radiação é a taxa de transferência de energia por meio de emissão de radiação eletromagnética.
Um sistema é caracterizado por uma coleção de matéria dentro de fronteiras (paredes). As paredes não precisam ser fixas. Um sistema é dito fechado quando não se observa transferência de massa através das paredes (impermeabilidade das paredes). Sistema aberto admite transferência de massa entre as paredes, isto é, pelo menos uma parede é permeável.
O volume de controle é um volume no espaço para o estudo, ou análise, de um processo. A superfície que envolve esse volume é chamada superfície de controle e é sempre uma superfície fechada. O tamanho e a forma do volume de controle são sempre arbitrários e podem ser definidos de forma que a análise a ser feita seja a mais simples possível. O calor, trabalho e massa podem atravessar a superfície de controle , e a massa contida no volume de controle pode variar ao longo do tempo. [Fundamentos da Termodinâmica – Van Wylen, Sonntag, Bornakke]
O processo em que o volume de controle não se move em relação ao sistema de coordenadas e o estado da substância, em cada ponto do volume de controle, não varia
com o tempo é chamado de regime permanente. [Fundamentos da Termodinâmica – Van Wylen, Sonntag, Bornakke]
Um exemplo de um processo em regime permanente, mostrado no livro Fundamentos da Termodinâmica, é o caso de um compressor centrífugo de ar que opera do seguinte modo: a vazão em massa de ar no equipamento é constante, as propriedades são constantes nas seções de alimentação e descarga do compressor, a taxa de transferência de calor no equipamento e a potência de acionamento são constantes. [Fundamentos da Termodinâmica – Van Wylen, Sonntag, Bornakke]
Esses processo é também denominado como estacionário. Como o presente trabalho apenas fará uma introdução nos conceitos de termodinâmica, esse conceito quando aparecer será chamado apenas de regime permanente.
A entropia é uma grandeza que está associada ao grau de desordem. Ela mede a parte da energia que não pode ser transformada em trabalho. Sendo uma função de estado cujo valor cresce em processo natural em um sistema isolado. [Fundamentos da Termodinâmica – Van Wylen, Sonntag, Bornakke]
2.4 ASPECTOS CONSTRUTIVOS 2.4.1 TURBINA
A turbina é um equipamento que funciona por rotação, dedicado para produção de trabalho de um eixo. O trabalho realizado na turbina pode é produzido a partir da queda de pressão do fluido de trabalho. [Fundamentos da Termodinâmica – Van Wylen, Sonntag, Bornakke]
Basicamente, existem duas categorias de turbinas:
• as que são turbinas de vapor, em que o vapor deixa a turbina e vai para um condensador para que seja condensado para o estado líquido,
• as turbinas a gás, a expansão dos gases resultantes da queima do combustível (por exemplo, o óleo diesel ou gás natural) aciona a turbina a gás, que está diretamente acoplada ao gerador e, desta forma, a potência mecânica é transformada em potência elétrica. Normalmente, nessas turbinas o fluido é lançado na atmosfera;
Figura . Turbina a gás de um DC-10 adaptada para produção de energia.
Existem dois processos distintos no escoamento de um fluido de trabalho na turbina. No primeiro processo, o fluido de trabalho escoa por um conjunto de bocais ou de passagens formados por pás fixas possibilitando a expansão do fluido e diminuição da pressão. No segundo processo, o fluido é dirigido a um conjunto de pás móveis, nessa etapa a velocidade é reduzida antes do escoamento ser descarregado da passagem. [Fundamentos da Termodinâmica – Van Wylen, Sonntag, Bornakke]
2.4.2 CALDEIRA
A caldeira é um recipiente que tem como função aquecer uma certa substância. Em muitas termoelétricas a caldeira é responsável pela produção de vapor através do aquecimento da água. Em geral, elas são empregadas para alimentar máquinas térmicas, autoclaves para esterilização de alimentos diversos, cozimento de alimentos através do vapor, calefação ambiental.
2.4.3 BOMBA/COMPRESSOR
Compressores são semelhantes às bombas: tanto aumentam a pressão sobre um fluido e ambas podem transportar o fluido através de um tubo. Como os gases são compressíveis, o compressor também reduz o volume de um gás. Líquidos são relativamente incompressível, sendo assim, a principal ação de uma bomba é para pressionar e transportar líquidos.
Figura 03: compressor com vários estágios.
O compressor mais comum é do tipo rotativo com escoamento axial ou centrífugo, onde os processos internos são necessariamente opostos aos processos que ocorrem em uma turbina.
O fluido de trabalho entra no compressor a baixa pressão e é obrigado a escoar num conjunto de pás móveis. O fluido sai do conjunto de pás móveis a alta velocidade, sendo resultado do trabalho de eixo sobre o fluido. O fluido então passa através de uma seção difusora onde é desacelerado de modo que se obtém um aumento de pressão. Desta forma, o fluido pode ser descarregado do compressor a alta pressão.[Fundamentos da Termodinâmica – Van Wylen, Sonntag, Bornakke]
2.4.4 CONDENSADOR
Em um trocador de calor ocorre a transferência de calor de um fluido para outro. O fluido que será analisado pode estar sendo resfriado ou aquecido. Um tipo de trocador de calor é o condensador, esse é alimentado com o vapor, o processo que ocorre nesse equipamento tende a ocorrer a pressão constante.
2.4.5 GERADOR
A geração de eletricidade resulta da transformação de uma forma de energia (mecânica, química, radiante) em energia elétrica. A eletricidade existe nos átomos que constituem a matéria, sob a forma de cargas elétricas positivas e negativas. O trabalho de um gerador de eletricidade consiste em separar estas cargas, agrupando cargas do mesmo sinal.
A forma como a carga elétrica é disponibilizada pelo gerador, permite classificá-los em geradores eletrostáticos, de corrente contínua e de corrente alternada. Há geradores de corrente contínua (dínamos) e geradores de corrente alternada (alternadores).
Existem várias maneiras de produzir eletricidade, em entre eles existe os geradores eletromagnéticos. O gerador eletromagnético é um gerador de tensão elétrica cujo princípio de funcionamento se baseia na indução magnética.
Figura 04: gerador simples de energia elétrica.
Basicamente, funciona da seguinte maneira: um eixo é girado e é submetido a um campo magnético, com essa rotação ocorre varições nesse campo que leva a indução de tensões nos terminais, produzindo uma corrente elétrica.
2.5 CICLOS
O trabalho pode ser facilmente convertido em outras formas de energia, mas converter outras formas de energia em trabalho não é tão fácil. Para isso, foram desenvolvidas várias máquinas com essa função. [TERMODINÂMICA - Çengel, Y. A. e Boles, M. A.]
As maquinas térmicas diferem consideravelmente uma da outra, mas todas podem ser caracterizadas pelo seguinte processo:
1. eles recebem calor de um reservatório de alta temperatura (energia solar, óleo, reação nuclear etc),
2. eles convertem parte do calor em trabalho (normalmente na forma em um eixo de rotação),
3. eles rejeitam o calor restante ao reservatório de baixa temperatura (atmosfera, rios etc),
4. eles operam em um ciclo.
As máquinas térmicas ou ciclos normalmente usam um fluido para transferir calor no ciclo. Este fluido é chamado de fluido de trabalho.
Figura 05: calor convertido em trabalho.
Na figura acima a energia e a temperatura em Q e T respectivamente, que durante cada ciclo do motor, a substância de trabalho absorve a energia Qa sob a forma de calor de um reservatório térmico mantido á temperatura constante Ta e libera a energia Qb sob a forma de calor para um segundo reservatório térmico mantido a uma temperatura inferior, também constante Tb.
2.5.1 CICLO DE CARNOT
Pode se mostrar com o auxílio da segunda lei da termodinâmica que nenhuma máquina térmica é mais eficiente que uma máquina térmica operando reversivelmente entre os mesmos níveis de temperatura.
O ciclo de Carnot foi estudado inicialmente pelo engenheiro francês Sadi Carnot, em 1824. Carnot mostrou que o ciclo mais eficiente possível é aquele em que todo o calor é fornecido a uma temperatura (constante) qualquer e todo o calor é rejeitado a uma outra temperatura (constante) mais baixa. O ciclo consiste de duas isotérmicas, onde todo o calor é trocado, e duas adiabáticas reversíveis (isotrópicas). [Físico Química - Gordon M. Barrow]
Normalmente, a rejeição de calor é feita para o meio. Por exemplo, água de um rio, lago, oceano, ar atmosférico. Portanto, a temperatura T2 é de certa forma determinada por condições naturais. Assim, para melhorar a eficiência teórica de um ciclo deve-se aumentar a temperatura na qual ocorre a transferência de calor para a máquina térmica, isto é, T1.
Um ponto importante, que deve ser observado, é que o ciclo de Carnot, independentemente da substância de trabalho, tem sempre os mesmos quatro processos básicos. São eles:
1. um processo isotérmico reversível, no qual calor é transferido para o reservatório a alta temperatura;
2. um processo adiabático reversível, no qual a temperatura do fluido de trabalho diminui desde o reservatório a alta temperatura até a do outro reservatório;
3. um processo isotérmico reversível, no qual o calor é transferido para ou do reservatório a baixa temperatura.
4. um processo adiabático reversível, no qual a temperatura do fluido de trabalho aumenta desde a do reservatório de baixa temperatura até a do outro reservatório.[Fundamentos da Termodinâmica – Van Wylen, Sonntag, Bornakke]
Figura 06: os quatro estágios do ciclo de Carnot.
A máquina operante no Ciclo de Carnot independe da substância com que trabalhe. Ou seja, o rendimento de uma máquina térmica é função exclusiva das temperaturas que formam os corpos quente e frio. Logo, duas máquinas térmicas diferentes que operem sob mesma temperatura (no Ciclo de Carnot) possuem rendimentos iguais.
Um rendimento igual a 100%,, como idealizavam os inventores, é fisicamente impossível, para haver o rendimento máximo, todo calor que vem da fonte quente deveria ser convertido em trabalho. Isto só ocorreria se a temperatura da fonte fria fosse zero absoluto, este é um conceito no qual um corpo não conteria energia alguma. É correspondente a temperatura de -273,15 C . ⁰ [Fundamentos da Termodinâmica – Van Wylen, Sonntag, Bornakke]
2.5.2 CICLO RANKINE
Muitas das coisas que são impraticáveis no ciclo de Carnot são eliminadas através de um superaquecedor, uma caldeira, e um condensador. O ciclo resultante é o ciclo de Rankine.
permanente. Admita que o estado 4 (figura a baixo) seja líquido e que o estado 2 seja vapor. [Fundamentos da Termodinâmica – Van Wylen, Sonntag, Bornakke]
O ciclo pode ser dividido nas seguintes etapas:
• primeiro (processo 4-1), o fluido é bombeado (de uma pressão baixa para uma pressão alta utilizando-se uma bomba. O bombeamento requer algum tipo de energia para se realizar),
• processo 1-2: O fluido pressurizado entra numa caldeira, onde é aquecido a pressão constante. Fontes comuns de calor incluem carvão, gás natural e energia nuclear,.
• Processo 2-3: O vapor expande através de uma turbina para gerar trabalho. Idealmente, esta expansão é isentrópica. Com esta expansão, tanto a pressão quanto a temperatura se reduzem,
• Processo 3-4: O vapor então entra num condensador, onde ele é resfriado até a condição de líquido saturado. Este líquido então retorna à bomba e o ciclo se repete.
Figura 07: esquema do ciclo de Rankine
O ciclo Rankine descreve a operação de turbinas a vapor comumente encontrados em estações de produção de energia. Em tais estações, o trabalho é gerado ao se vaporizar e condensar-se alternadamente um fluido de trabalho (normalmente água, mas pode incluir outros líquidos). [Fundamentos da Termodinâmica – Van Wylen, Sonntag, Bornakke]
O fluido de trabalho num ciclo Rankine segue um ciclo fechado, e é constantemente reutilizado. O vapor que se observa em estações de energia vem do sistema de resfriamento do condensador, e não do fluido de trabalho.
2.5.3 CICLO BRAYTON
O ciclo Rankine é composto por quatro processos que apresentam escoamento e que ocorriam em regime permanente. Dois, destes processos, eram isobáricos e dois isoentrópicos. Neste ciclo o fluido de trabalho muda de fase nos processos que ocorrem a pressão constante .[TERMODINÂMICA - Çengel, Y. A. e Boles, M. A.]
No ciclo Brayton o fluido de trabalho está sempre na fase vapor. Este ciclo é ideal para uma turbina a gás simples. A figura abaixo mostra esta turbina, de ciclo aberto, utilizando dois processos de transferência de calor.
Figura 08: turbina a gás que opera segundo o ciclo Brayton a ciclo aberto.
As turbinas a gás normalmente trabalham em um ciclo aberto. O ar em condições ambiente é arrastado para o compressor, onde a sua temperatura e pressão são elevadas. A alta pressão do ar processado entra na câmara de combustão, onde o combustível é queimado em uma pressão constante. Os gases de escape saem da turbina e são atirados para fora (não reciclados), característica de um ciclo aberto. [Fundamentos da Termodinâmica – Van Wylen, Sonntag, Bornakke]
No modelo de ciclo, o fluido de trabalho passa pelas seguintes etapas: • 1-2 compressão isentrópica (no compressor),
• 2-3 pressão constante com adição de calor, • 3-4 expansão isoentrópica (na turbina); • 4-1 pressão constante com rejeição de calor.
Figura 10: compressor de 17 estágios, General Eletric, 79.
Figura 11: câmaras de combustão, General Eletric, 79.
Figura 12: turbina de três estágios, General Eletric, 79.
O ar nas turbinas a gás desempenham funções importantes, ele fornece o oxigênio necessário para a combustão de combustíveis, e serve como um refrigerador para manter a temperatura dos diversos componentes dentro de limites seguros.
[TERMODINÂMICA - Çengel, Y. A. e Boles, M. A.]
As duas principais áreas de aplicação de turbina a gás são os motores de propulsão de aviões e a produção de energia elétrica. Quando é utilizado para nos aviões, a turbina a gás produz energia suficiente apenas para a condução do compressor e de um pequeno gerador de energia do equipamento auxiliar.
Figura 13: turbina a gás.
Turbinas a gás também são usados em usina para gerar eletricidade como sozinhas ou em conjunto com unidades centrais. Nestas unidades, os gases de escape da turbina a gás servem como fonte de calor para o vapor. E também pode ser executado como um ciclo fechado para uso em centrais nucleares. Desta vez, o fluido de trabalho não se limita ao ar, deve ser um gás com mais características desejáveis. [TERMODINÂMICA - Çengel, Y. A. e Boles, M. A.]
2.6 COGERAÇÃO
Existem unidades industriais que utilizam um ciclo de potência a vapor para gerar eletricidade e o processo produtivo requer uma fonte de energia (na forma de vapor ou água quente). Nestes casos é apropriado considerar a utilização do vapor expandido até uma pressão intermediária , numa turbina de alta pressão do ciclo de potência, como fonte de energia do processo produtivo. Assim não será necessário a construção e utilização de uma segunda caldeira dedicada unicamente ao processo produtivo.[TERMODINÂMICA - Çengel, Y. A. e Boles, M. A.]
Este tipo de aplicação é denominado cogeração e se a unidade industrial é projetada como um conjunto, considerando conjuntamente o ciclo de potência com o processo produtivo, é possível alcançar ganhos substanciais tanto no investimento inicial (custo alocado aos equipamentos e implantação do empreendimento) como nos custos operacionais.
3. DISTRIBUIÇÃO GEOGRÁFICA E ASPECTOS AMBIENTAIS, ECONÔMICOS E SOCIAIS.
Uma das variáveis para definir um país como desenvolvido é a facilidade de acesso a população aos serviços de infra-estrutura, como saneamento básico, transporte, telecomunicações e energia. O primeiro está diretamente ligado à saúde pública. Os dois seguintes, à integração nacional. Já a energia é o fator determinante para o desenvolvimento econômico e social ao fornecer apoio mecânico, térmico e elétrico às ações humanas. [ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA DO BRASIL – ANEEL]
Esta característica faz com que o setor de energia conviva, historicamente, com três abordagens:
• o desenvolvimento tecnológico que visa atingir maior qualidade e eficiência tanto na produção quanto na aplicação dos recursos energéticos, sendo que, na atualidade este caso inclui as pesquisas sobre novas fontes de energia;
• a mudança de tecnologia para um mesmo caso, o exemplo típico é o automóvel, após passar décadas dependente da gasolina, começa a ser crescente o uso do álcool; e
• o trabalho para aumentar o número de usuários no acesso ás fontes mais
eficientes de energia (mesmo que por meio de instalações simples e de baixo
custo).
O Brasil é um país de aproximadamente 184 milhões de habitantes, dados do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), sendo assim, a quinta população mais populosa do mundo.
Em 2008, dados da ANEEL, cerca de 95% da população tinha acesso à rede elétrica. O país conta com mais de 61,5 milhões de unidades consumidora em 99% dos municípios brasileiros. Desta, a maioria, cerca de 85%, é residencial. [ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA DO BRASIL – ANEEL]
A incidência e as dimensões dos nichos não atendidos estão diretamente relacionados à sua localização, como também, as dificuldades físicas ou econômicas para extensão da rede elétrica. Afinal, cada uma das cinco regiões geográficas do país tem suas características bastante peculiares e diferenciadas das demais.
transmissão e distribuição adquiriram ao longo do tempo e ainda determinaram a maior ou menor facilidade de acesso da população local à rede elétrica.
Para geração e transmissão de energia elétrica, o país conta com um sistema principal, o Sistema Interligado Nacional (SIN) e os Sistemas Isolados. O primeiro é uma imensa rodovia elétrica que abrange grande parte do território brasileiro. O segundo é um sistema de pequeno porte não ligado ao SIN, isso ocorre porque as características geográficas da região, composta por floresta densa, além de rios caudalosos e extensos, que dificultam a construção de linhas de transmissão de grande extensão que permitissem a conexão ao SIN.[ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA DO BRASIL – ANEEL]
Além disso, existem outros fatores para atender o consumidor, como o nível de atividade econômica, capacidade de geração e circulação de renda e densidade demográfica (número de habitantes por quilômetro quadrado) são variáveis importantes. Em termos econômicos e sociais o sul e o sudeste do país são as regiões mais desenvolvidas, como também, possuem a maior densidade demográfica. Em quanto o norte, centro-oeste e nordeste concentram, historicamente, a maior parte da população sem acessoa à rede elétrica. Fatores como baixo poder aquisitivo, baixa densidade demográfica e características geográficas comprometeram o potencial energético da região.
Segundo dados da Empresa de Pesquisa Energética (EPE) esse quadro esta mudando, em especial na região nordeste. Os pesquisadores atribuem esse crescimento econômico aos dois planos governamentais: o Bolsa Família e o Luz para Todos. Apresentando um aumento de 23% no consumo de eletricidade durante o ano de 2007. [ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA DO BRASIL – ANEEL]
Para que haja harmonia na transmissão de energia, foi criado o Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS), esse órgão é responsável pela coordenação e controle da operação do Sistema Interligado Nacional (SIN), realizada pelas companhias geradora e transmissoras, sob fiscalização e regulação da ANEEL.[ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA DO BRASIL – ANEEL]
Entre os benefícios desta integração e operação coordenada está a possibilidade de troca de energia elétrica entre as regiões. Isto é importante no Brasil devido ao fato de ser caracterizado predominantemente pelas usinas hidroelétricas localizadas em
regiões hidrológicas diferentes.
Devido a extensão continental do país os períodos de estiagem de uma região podem corresponder ao período chuvoso de outra, a integração permite que a localidade em que os reservatórios estão mais cheios envie energia elétrica para a outra, em que os lagos estão mais vazios.
Outra possibilidade aberta pela integração é a operação de usinas hidroelétricas e termoelétricas em regime de complementariedade. Como os custos de produção têm reflexo nas tarifas pagas pelo consumidor e variam de acordo com a fonte utilizada, transforma-se em variáveis avaliadas pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) para determinar o despacho, ou seja, é definido quais usinas devem operar e quais devem ficar de reserva de modo a manter, permanentemente, o volume de produção igual ao de consumo.[ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA DO BRASIL – ANEEL]
A energia hidroelétrica é a mais barata e abundante no país, sendo assim, prioritária no abastecimento do mercado. As termelétrica são acionadas para dar reforço ao picos de demanda (em que o consumo aumenta abruptamente) ou em períodos em que é necessário preservar o nível dos reservatórios (ou estoque de energia).
Esse sistema é recente, segundo dados da ANEEL, começou no início de 2008, quando o aumento do consumo aliado ao atraso no início do período chuvoso da região sudeste apontou a necessidade de uma ação preventiva para a preservação dos reservatório. [ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA DO BRASIL – ANEEL]
O sistema interligado se caracteriza, também, pelo processo permanente de expansão, o que permite tanto a conexão de novas grandes hidroelétricas quanto a interligação de novas regiões.
Se, em 2008, por exemplo, o Sistema Interligado Nacional (SIN) é composto por 89,2 mil quilômetros de rede, em 2003, a extensão era de 77,6 mil km, segundo dados da ANEEL. A expansão verificada a partir deste ano reforçou as interligações do sistema , ampliando a possibilidade de troca de energia elétrica entre as regiões.[ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA DO BRASIL – ANEEL]
De acordo com o Banco de Informações de Geração (BIG) da ANEEL, o Brasil conta, em novembro de 2008, com 1768 usinas em operação, que correspondem a uma
capacidade instalada de 104816 MW. Desse número: • 159 são usinas hidroelétricas,
• 1042 são usinas térmicas abastecidas por fontes diversas (gás natural, biomassa,
óleo diesel e óleo combustível),
• 320 são pequenas centrais hidrelétricas (PCHs),
• 2 nucleares,
• 227 centrais geradoras hidrelétricas (pequenas usinas hidrelétricas - CGH),
• 1 solar.
O BIG ainda relaciona 130 empreendimentos em construção e mais 469 outorgados, o que permitirá a inserção de mais 33,8 mil MW à capacidade instalada no país nos próximos anos. A maior parte provém de usinas hidroelétricas, em segundo lugar estão as térmicas seguida de um conjunto de empreendimentos menores.[ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA DO BRASIL – ANEEL]
O planejamento da expansão do setor elétrico, produzido pela Empresa Brasileira de Pesquisa Energética (EPE) prevê a diversificação da matriz energética que historicamente concentra em energias de fontes hidráulicas. Um dos principais objetivos desta decisão é reduzir a a relação de dependência existente entre os níveis pluviométricos.[ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA DO BRASIL – ANEEL]
Nas usinas térmicas o processo de autorização é relativamente simples, baseia-se em atos administrativos simples. Enquanto, para construção de uma UHE ou uma PCH depende de estudos para o desenvolvimento do projeto à operação, por envolver a exploração de um recurso natural que, pela Constituição, é considerado um bem da União, deve ser procedida de inventário. [ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA DO BRASIL – ANEEL]
4. FUTUROS PROVÁVEIS DA TECNOLOGIA
O Brasil, hoje, usa as termoelétricas quando o consumo aumenta abruptamente ou em períodos em que é necessário preservar o nível dos reservatórios. O custo da energia de uma termoelétrica é mais alta do que de uma hidroelétrica, por isso, a primeira só é usada em casos de necessidade. Esse calculo é feito através do Custo Marginal de Operação (CMO).
O CMO de uma hidroelétrica é próximo a zero, isso porque, o seu “combustível” é a água. O custo da usina é para a manutenção e operação. Aparentemente, é muito vantajosa ao comparar a termoelétrica, que possui um CMO bem mais alto.
Porém, as termoelétricas possuem uma facilidade administrativa em sua implantação, pois depende apenas de um ato administrativo, ou seja, não depende de estudos ambientais longos, de atos complexo, onde vários órgãos do governos precisão autorizar sua criação.
Outro ponto, é o custo de implantação que é bem menor que uma hidroelétrica. Enquanto a primeira pode ser implantada com menos de 1 milhão a segunda depende de um volumosos investimentos.
Segundo o Ministério de Minas e Energia (MME), a matriz de oferta primária para produção de energia segue: 85,5% hidráulica; 4,1% Biomassa; 3,3 % Gás Natural; 2,8% Petróleo; 2,5% Nuclear 1,6% Carvão. Sendo que a biomassa é uma das fontes para a produção de energia com o maior potencial de crescimento nos próximos anos.
A biomassa é qualquer matéria orgânica que possa ser transformada em energia mecânica, térmica ou elétrica. De acordo com sua origem, pode ser: florestal, agrícola e rejeitos urbanos e industriais.
Quanto às técnicas utilizadas para transformação de matéria-prima em energético, existem várias. Cada uma delas dá origem a determinado derivado e esta em um nível diferente do ponto de vista tecnológico. Como por exemplo, a combustão direta para obtenção de calor, que ocorre em fogões, fornos e caldeiras, para a geração de vapor.
Outra opção é a pirólise ou carbonização, consiste em um processo simples que converte um combustível sólido em outro de melhor qualidade, por exemplo, a lenha para o carvão.
Na gaseificação, por meio de reações termoquímicas que envolvem o vapor quente e oxigênio, é possível transformar combustível sólido em gás. Este gás pode ser utilizado para motores de combustão interno ou para turbinas de geração de
eletricidade. Além disso, é possível remover dele os componentes químicos que
prejudicam o meio ambiente e a saúde humana, o que transforma a gaseificação em um processo limpo.
um produto intermediário ativo obtido pela reação entre o metanol ou etanol e uma base (hidróxido de sódio ou potássio). Os derivados são o biodiesel e a glicerina.
A utilização da biomassa como fonte de energia elétrica no tem sido crescente no Brasil, principalmente em sistemas de cogeração (pela qual é possível obter energia térmica e eletricidade) dos setores industriais e de serviços. A biomassa só foi superada pela energia hidráulica, cerca de 85,5%, como já foi mostrado.
[ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA DO BRASIL – ANEEL]
De acordo com o Banco de Informações de Geração da ANEEL , em novembro de 2008, existem 302 termoelétricas movidas a biomassa no país, que correspondem a um total de 5,7 mil MW instalados. Do total de usinas relacionadas:
• 13 são abastecidas por licor negro (resíduo de celulose) com potência de 944MW;
• 27 por madeira (232 MW); • 3 a biogás (45 MW);
• 4 por casca de arroz (21 MW); • 252 por bagaço de cana (4 mil MW).
Uma das características desse empreendimento é o pequeno porte com potência instalada de até 60MW, o que favorece a instalação nas proximidades dos centros de consumo e suprimentos.
A biomassa pode ser considerada uma forma indireta de energia solar. Essa energia é responsável pela fotossíntese, base de processos biológicos que preservam a vida das plantas e produtora de energia química que se converterá em outras formas de energia ou em produtos energéticos.
Se for utilizada para a produção de energia pelos métodos tradicionais, como a combustão, a biomassa torna-se uma fonte energética de baixa eficiência e poluidora (emite muitos gases nocivos). Assim, sua aplicação moderna e sustentável está diretamente relacionada ao desenvolvimento de tecnologia de produção da energia e às tecnologia de manejo da matéria-prima.
Assim, um futuro provável para essa tecnologia é o uso racional da biomassa, como por exemplo, com o reflorestamento contínuo. Projetos de implantação e manejo podem ser caracterizados e formatados inclusive, como Mecanismos de Desenvolvimento Limpo (MDL).
BIBLIOGRAFIA
Levy, Fernando Luiz. O novo Brasil. Editora Nobel
Hinrichs, R.A., Kleinbach, M., Cengage. Energia e Meio Ambiente. Editora Learning. Sonntag, R.E., Van Wylen, G.J.. Fundamentos da Termodinâmica Clássica. Editora Edgard Blucher.
Howell, John R.; Buckius,Richard º. Heat Transfer Engeneering, volume 8, número 2, 1987.
Thurston, Robert H.. A history of the growth of the steam-engine. Çengel, Y. A. e Boles, M. A.. Termodinâmica. Editora McGraw Hill..
ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA DO BRASIL – ANEEL- 3 edição⁰ Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) – www.aneel.gov.br
Câmara de Comercialização de Energia Elétrica (CCEE) – www.ccee.org.br Ministério de Minas e Energia (MME) – www.mme.gov.br
Operador Nacional do Sistema Elétrico – www.ons.gov.br
http://invertia.terra.com.br/carbono/interna/0,,OI2195138-EI8938,00.html 10/05/2009
11:30
http://www.ebanataw.com.br/roberto/energia/ener8.htm 10/05/2009
12:52 http://www.jornalacidade.com.br/noticias/60467/termoeletrica-funciona-so-com-bagaco-de-cana.html 10/05/2009 13:04 http://2.bp.blogspot.com/_PI67YT5jE8M/Rfl-CM1CfMI/AAAAAAAAAAM/PiXQtDu76vg/s1600-h/imagem.JPG 10/05/2009 12:54 http://g1.globo.com/Noticias/Brasil/0,,MUL1083637-5598,00.html 11/05/2009 16:04 http://www.cepa.if.usp.br/energia/energia2000/turmaA/grupo6/usina_termoeletrica.htm 20/05/2009 13:50 http://www.cpfl.com.br/UsoConsciente/Hist%C3%B3riadaEnergiaEl %C3%A9trica/tabid/1093/language/pt-BR/Default.aspx 19/06/2009 14:53
ANEXO I
Custos de produção de energia elétrica no Brasil. (*) Gás natural liquefeito
(**) Bagaço de cana Fonte: PSR, 2008 (adaptado).
Anexo II
Tabela 01: Tipos de usinas no Brasil.
Tabela 02: Potencial energético por usina no Brasil.
TIPO Quant. % HIDRELÉTRICAS 706 40,32 TÉRMICAS 1042 59,51 NUCLEARES 2 0,11 SOLAR 1 0,06 TOTAL 1751 100 Fonte: ANEEL, 2008. TIPO Potência(kW) % HIDRELÉTRICAS 77152234 73,61 SOLAR 20 0,00 EOLIELÉTRICA 272650 0,26 TÉRMICAS 25383920 24,22 NUCLEARES 2007000 1,91 TOTAL 104815824 100 Fonte: ANEEL, 2008.
