Cogeracao | Geração Combinada de Calor e Energia
Cogeração também é chamada de produção combinada de calor e energia. Como o nome indica, a cogeração funciona com o conceito de produzir duas formas diferentes de energia usando uma única fonte de combustível. Dessas duas formas, uma deve ser calor ou energia térmica e a outra pode ser energia elétrica ou mecânica.
A cogeração é a forma mais otimizada, confiável, limpa e eficiente de utilizar combustível. O combustível usado pode ser gás natural, óleo, diesel, propano, madeira, bagaço, carvão, etc. Funciona com um princípio muito simples, ou seja, o combustível é usado para gerar eletricidade e essa eletricidade produz calor, que é usado para ferver água e produzir vapor, para aquecimento de espaços e até mesmo na refrigeração de edifícios.
Em uma usina de energia convencional, o combustível é queimado em uma caldeira, que por sua vez produz vapor de alta pressão. Esse vapor de alta pressão é usado para impulsionar uma turbina, que por sua vez está conectada a um alternador e, assim, impulsiona o alternador para produzir energia elétrica.
O vapor de exaustão é então enviado ao condensador, onde esfria e se converte em água, retornando à caldeira para produzir mais energia elétrica. A eficiência dessa usina de energia convencional é de apenas 35%. Em uma usina de cogeração, o vapor de baixa pressão proveniente da turbina não é condensado para formar água, mas sim usado para aquecimento ou resfriamento em edifícios e fábricas, pois esse vapor de baixa pressão da turbina tem alta energia térmica.
A usina de cogeração tem alta eficiência de cerca de 80-90%. Na Índia, o potencial de geração de energia a partir de usinas de cogeração é superior a 20.000 MW. A primeira usina de cogeração comercial foi construída e projetada por Thomas Edison em Nova York no ano de 1882.
Como mostrado no diagrama acima, em uma usina de energia tradicional, quando fornecemos combustível como entrada, obtemos energia elétrica e perdas como saída, mas no caso da cogeração, com o combustível como entrada, a saída é energia elétrica, calor ou energia térmica e perdas.
Em uma usina de energia convencional, com 100% de entrada de energia, apenas 45% da energia é utilizada e o restante 55% é desperdiçado, mas com a cogeração, a energia total utilizada é de 80% e a energia desperdiçada é apenas 20%. Isso significa que, com a cogeração, a utilização do combustível é mais eficiente e otimizada, tornando-a mais econômica.
Necessidade de Cogeração
A cogeração ajuda a melhorar a eficiência da usina.
A cogeração reduz as emissões atmosféricas de partículas, óxidos nitrosos, dióxido de enxofre, mercúrio e dióxido de carbono, que de outra forma levariam ao efeito estufa.
Reduz o custo de produção e melhora a produtividade.
O sistema de cogeração ajuda a economizar consumo de água e custos com água.
O sistema de cogeração é mais econômico em comparação com a usina de energia convencional.
Tipos de Usinas de Cogeração de Energia
Em um sistema típico de usina de produção combinada de calor e energia, há uma turbina a vapor ou a gás que toma o vapor e impulsiona um alternador. Um trocador de calor de resíduos também é instalado na usina de cogeração, que recupera o excesso de calor ou gás de exaustão do gerador elétrico para, por sua vez, gerar vapor ou água quente.
Há basicamente dois tipos de usinas de cogeração de energia, tais como-
Usina de ciclo superior
Usina de ciclo inferior
Usina de Ciclo Superior
Neste tipo de usina de produção combinada de calor e energia, a eletricidade é gerada primeiro e, em seguida, o vapor de exaustão ou resíduo é usado para aquecer água ou edifícios. Existem basicamente quatro tipos de ciclos superiores.
Usina de CHP de ciclo combinado superior- Neste tipo de usina, o combustível é inicialmente queimado em uma caldeira a vapor. O vapor produzido na caldeira é usado para impulsionar uma turbina e, por sua vez, um gerador síncrono, que produz energia elétrica. O exaustor desta turbina pode ser usado para fornecer calor útil ou pode ser enviado a um sistema de recuperação de calor para gerar vapor, que pode ser usado para impulsionar uma turbina a vapor secundária.
Usina de CHP de ciclo superior a vapor- Neste caso, o combustível é queimado para produzir vapor, que gera energia. O vapor de exaustão é então usado como vapor de processo de baixa pressão para aquecer água para vários fins.
Usina de CHP de ciclo superior a turbina de água- Neste tipo de usina de CHP, uma jaqueta de água de resfriamento é passada por um sistema de recuperação de calor para gerar vapor ou água quente para aquecimento de ambientes.
Usina de CHP de ciclo superior a turbina a gás- Nesta usina de ciclo superior, uma turbina a gás movida a gás natural é usada para impulsionar um gerador síncrono para produzir eletricidade. O gás de exaustão é enviado a uma caldeira de recuperação de calor, onde é usado para converter água em vapor ou para produzir calor útil para fins de aquecimento.
Usina de Ciclo Inferior
Como o nome indica, o ciclo inferior é exatamente o oposto do ciclo superior. Neste tipo de usina de CHP, o calor excedente de um processo de fabricação é usado para gerar vapor, e esse vapor é usado para gerar energia elétrica. Neste tipo de ciclo, não é necessário combustível adicional para produzir eletricidade, pois o combustível já foi queimado no processo de produção.
Configuração da Usina de Cogeração
Usinas de energia combinada a gás que usam o calor residual nos gases de exaustão emergentes das turbinas a gás.
Usinas de energia combinada a vapor que usam o sistema de aquecimento como o condensador de vapor de jato para a turbina a vapor.
Células a combustível de carbonato fundido têm um exaustor quente, muito adequado para aquecimento.
Usinas de ciclo combinado adaptadas para Produção Combinada de Calor e Energia.
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