Geração termoeletrica - ciclos

Geração termoeletrica - ciclos

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Profa Ruth P.S. Leão E-mail: rleao@dee.ufc.br HP: w.dee.ufc.br/~rleao

2.2.1.1 Processo de Transformação Termoelétrico

Utiliza a energia obtida pela combustão de combustível fóssil e resíduos agroindustriais, ou pela energia térmica liberada em reações nucleares.

Conversão Termoelétrica /

Energia Química Energia Térmica EnergiaMecânica Energia Elétrica

Combustão Fissão Turbina Gerador⇒⇒ ⇒

A grande maioria das usinas térmicas no mundo usa combustível fóssil, apenas cerca de 18,7% da eletricidade produzida no mundo provêm de usinas hidrelétricas enquanto 81,3% de usinas termelétricas (40% carvão, 10% óleo, 15% gás natural, acima de 15% nuclear, outros 1,3%). O carvão é a fonte energética mais usada no mundo para geração de energia elétrica por sua abundância, pela distribuição de jazidas no mundo e suas vantagens econômicas e também a fonte que mais contribui com emissões atmosféricas. A maioria das usinas térmicas tem potência nominal entre 200 e 2000 MW.

Figura 2.28 Participação global da eletricidade.

A projeção de geração de eletricidade por combustível no mundo é mostrada na Figura 2.29. A geração de eletricidade a carvão aproximadamente dobra no período de projeção de 2006 (7,4 trilhões kWh) a 2030 (13,6 trilhões kWh). A permanência de preço elevado para o óleo e o gás natural torna a geração a carvão mais atrativa economicamente, em especial em nações que são ricas em reservas de carvão, como China, Índia, e EUA.

A perspectiva para a geração a carvão pode ser alterada consideravelmente por acordos internacionais para reduzir as emissões de gás de efeito estufa. O setor elétrico oferece algumas das oportunidades de maior custo-benefício para reduzir as emissões de

Profa Ruth P.S. Leão E-mail: rleao@dee.ufc.br HP: w.dee.ufc.br/~rleao dióxido de carbono em muitos países. Se um custo, explícito ou implícito, fosse aplicado às emissões de dióxido de carbono, existem várias alternativas de baixa ou sem emissão que atualmente estão comercialmente testadas ou em desenvolvimento, as quais poderiam ser usadas para substituir algumas plantas a carvão.

EIA – International Energy Outlook 2009 Electricity Figura 2.29 Geração de eletricidade no mundo por combustível, 2006-2030.

No Brasil, 25,15% da produção de eletricidade é térmica, sendo 23,23% fóssil e biomassa, e 1,91% nuclear. Os combustíveis fósseis que contribuem para a produção de eletricidade estão mostrados na Figura 2.30.

Figura 2.30 Produção de eletricidade no Brasil por classe de combustível fóssil. Fonte: Aneel.

59,54%

1,58% 0,74%

8,05%

21,92% 8,17%

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Nas usinas térmicas a energia elétrica gerada a partir do calor da combustão é produzida pela queima de: Carvão mineral

Resíduos agroindustriais

A composição do combustível usado na combustão: – Carbono

– Oxigênio

– Água

– Enxofre

Na combustão que é o resultado da queima de combustível mais comburente1 tem-se: calor, gases de combustão, rejeitos – gases de exaustão ou escape e gases de chaminé, e subprodutos (resíduo sólido).

Uma combustão é perfeitamente eficiente somente se os produtos de exaustão for dióxido de carbono e água (chama azul). Infelizmente, nem toda molécula de hidrocarboneto queima completamente. Porque a mistura com o ar é inadequada, algumas moléculas não reagem com suficiente oxigênio e assim são expelidas intactas. Os principais agentes causadores de poluição atmosférica presentes nos gases de combustão são: hidrocarbonetos não queimados, óxidos de carbono, óxidos de enxofre, óxidos de nitrogênio e material particulado.

As principais reações nos combustíveis fósseis são mostradas na Tabela

2.5: Tabela 2.5 Principais reações provenientes da combustão de fósseis.

Componentes Produto Denominação

C + O2 ⇒ CO2 Dióxido de Carbono (combustão perfeita resulta apenas CO2 e água) 2H2 + O2 ⇒ 2H2O Água

S + O2 ⇒ SO2+ calor Dióxido de Enxofre

1 Comburente pode ser O2 ou ar cuja composição é de 21% O2 e 79% N2. O O2 é o elemento ativo do ar que misturado aos componentes combustíveis produz calor.

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SO2+ H2O ⇒ H2SO4 Ácido Sulfúrico Corrosão de metais e chuvas ácidas

N2 + O2 ⇒ 2NO Monóxido de Nitrogênio

(excesso de O2 na combustão) NOx + atmosfera ⇒ HNO3 Ácido Nítrico

As emissões no ar que agridem o meio ambiente decorrente da combustão incluem:

− Metano (CH4) - no processo de produção de energia elétrica na queima de biomassa. O metano é um gás estufa 21 vezes mais potente que o dióxido de carbono, no entanto sua presença na atmosfera é muito menor e seu impacto sobre o clima representa a metade do impacto causado pelo CO2. A combustão do metano tem como subproduto o gás carbônico que é 21 vezes menos nocivo ao meio ambiente do que o metano.

− Dióxido de carbono (CO2) – é o maior contribuinte para o efeito estufa; emitido naturalmente pelos seres vivos, é absorvido pelas plantas mantendo o equilíbrio ecológico. Além da geração de energia por termelétricas, as indústrias e o transporte são agentes contribuintes para a produção de CO2.

− Monóxido de carbono (CO) – também causador do efeito estufa, é produzido durante a combustão; por ser um gás instável é convertido em CO2 ao ser emitido na atmosfera.

− Dióxido de enxofre (SO2) – emitido na combustão de combustíveis que contêm enxofre como carvão, óleo, álcool; causa chuva ácida e redução da biodiversidade.

− Óxido de nitrogênio (NOx) – causa chuva ácida e afeta as vias respiratórias, caracterizando-se por uma fumaça escura.

− Outros como hidrofluocarbono (HFC); perfluorcarbono (PFC) e hexafluoreto de enxofre (SF6).

Dentre outros poluentes atmosféricos têm-se os compostos orgânicos voláteis, material particulado e gases queimados em tochas.

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Uma completa análise do tipo de combustível deve preceder qualquer decisão quanto à construção ou modificação de uma usina térmica, pois dele depende o custo de operação e a especificação dos componentes da usina. O tipo de combustível afeta praticamente tudo na casa da caldeira.

Dentre as possibilidades tecnológicas de acionadores primários para geração termelétrica considera-se:

− Turbinas a vapor − Turbinas a gás

− Motores alternativos

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