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3. Usinas Termelétricas • Usinas Termoelétricas: onde a energia resulta da transformação da energia cinética de gases e vapores em expansão, aquecidos pela queima de combustíveis. Geralmente são classificadas em dois grandes grupos: – utilizam como combustível materiais fósseis- Convencionais – utilizam como combustível materiais fósseis como carvão, óleo combustível, gás natural, etc. - Nucleares – utilizam combustíveis físseis (de fissão nuclear) como urânio natural ou enriquecido. 3. Usinas Termelétricas Figura 3.16: Representação de uma usina termelétrica à carvão 3. Usinas Termelétricas • O grupo de usinas convencionais pode ser dividido em – usinas com turbinas a vapor; – usinas com turbinas a gás; – usinas com combustão direta (óleo diesel). 3. Usinas Termelétricas • As usinas de combustão direta funcionam com base no princípio dos motores a pistão, como as usinas a óleo diesel. – Possuem fortes limitações quanto ao tamanho das unidades e apresentam como grandes vantagens suas dimensões reduzidas, a facilidade de operação e manutenção, e a rapidez de tomada ou redução de carga.redução de carga. – Os inconvenientes do seu emprego ficam, principalmente, por conta do uso de um combustível dispendioso e da poluição ambiental. – São normalmente empregadas em localidades sem possibilidade de utilização de outra fonte de geração, ou onde ainda não se dispõe de interligação elétrica com outros sistemas geradores. 3. Usinas Termelétricas Figura: Motor Diesel utilizado em Usina Termelétrica à diesel 3. Usinas Termelétricas • As usinas com equipamento a gás utilizam-se da mistura gasosa do ar comprimido com o gás obtido da queima do combustível para acionamento da turbina, conforme esquematizado na figura: • Este tipo de instalação apresenta dificuldades técnicas construtivas devido às altas temperaturas exigidas e à necessidade de emprego de turbo- compressores, sendo usualmente capazes de produzir potências mais elevadas que as unidades a diesel. 3. Usinas Termelétricas • Apesar do uso de diferentes combustíveis, as usinas com turbina a vapor (que usam a queima de matéria-prima para obtenção de vapor) podem ser representadas de forma simplificada: • Neste tipo de usina, a fonte de calor pode ser a combustão de qualquer um dos combustíveis já citados ou, ainda, outro combustível alternativo. Obs.: Poderíamos representar uma usina nuclear utilizando a figura 3.16, com inclusão do reator como forma de obtenção de calor a partir da reação nuclear. Figura 3.16: Esquema simplificado da geração de energia com turbina a vapor 3. Usinas Termelétricas • Representação de usinas termoelétricas nos estudos de planejamento de geração: – é feita através de suas características físicas e restrições operativas, tais como: • Potência máxima; Combustível usado; Consumo específico; Taxa de tomada de carga; Nível mínimo operativo. • Um parâmetro relevante na caracterização físico-operativa de unidades termoelétricas é a representação gráfica de seu consumo incremental ou de seu custo incremental – que representa sua taxa de aumento de consumo de combustível (ou de seu custo de operação) em função de um aumento incremental da geração. O gráfico da figura 3.17 mostra o custo incremental de operação de uma unidade termoelétrica. 3. Usinas Termelétricas 3.17: Curva de custo incremental de geração, típica de unidades termoelétricas 3. Usinas Termelétricas • Os níveis mínimos operativos de usinas termoelétricas, usualmente representados em estudos de planejamento energético, podem ser decorrentes de diferentes fatores: – Podem estar ligados às próprias características físicas das usinas, tais como: => manutenção da estabilidade do ciclo termodinâmico, ou => do consumo de combustível secundário nas usinas a carvão.=> do consumo de combustível secundário nas usinas a carvão. – Podem também estar relacionados a problemas de estabilidade na rede elétrica. – Existem ainda usinas que tem um consumo mínimo de combustível contratado com seu fornecedor, para assegurar a continuidade de exploração da fonte a ser utilizada como combustível. 3.1 Termelétricas e Combustíveis Fósseis • Os combustíveis fósseis são a principal fonte de energia elétrica em todo o mundo, exceto em alguns países , como Noruega, Brasil (predominantemente hidráulica) e França (predominantemente nuclear). Esses combustíveis fósseis são essencialmente: • Carvão • Gás natural • Petróleo• Petróleo • Os combustíveis fósseis são derivados da energia do sol através da decomposição da vegetação e de plantas. • Neste sentido, os combustíveis fósseis são também renováveis mas em uma escala de tempo muito maior – centenas de milhões de anos - comparado à existência humana. Termelétricas alimentadas com Carvão • As usinas de energia alimentadas com carvão são as principais fontes de eletricidade em muitos países. • Os Estados Unidos apresentam fartura com este recurso com 30 por cento do total mundial – suficiente para durar centenas de anos. • Mesmo assim, há sérias conseqüências ambientais em queimar o carvão, especialmente pelos gases emitidos que contribuem ao efeito 3.1 Termelétricas e Combustíveis Fósseis carvão, especialmente pelos gases emitidos que contribuem ao efeito estufa. • O carvão disponível pode ser dividido nas seguintes categorias (cada uma contendo características próprias em termos do conteúdo de energia e a poluição resultante): - antracite ou antracito (carvão mineral com mais de 90% de carbono); - betuminoso ou hulha (carvão mineral que contém betume, e apresenta teor de carbono elevado, mas inferior ao do antracite); - sub-betuminoso; linhito ou lenhito (apresenta 65 a 75% de carbono) e turfa. Termelétricas alimentadas com Carvão • O carvão é queimado utilizando vários mecanismos de queima de carvão com diferentes eficiências e emissão de carvão na atmosfera: - alimentador mecânico; - queima de carvão pulverizado; - queima de forno ciclone; - combustão de leito fluidizado e gasificação. 3.1 Termelétricas e Combustíveis Fósseis - combustão de leito fluidizado e gasificação. • O calor da queima do carvão produz vapor de água, que é utilizado no ciclo termodinâmico de Rankine, onde a água é utilizada como fluido de trabalho. • As termelétricas a carvão têm uma consequência ambiental enorme, mas a disponibilidade de carvão em custo acessível o faz uma escolha atrativa. • Termelétricas a carvão levam um tempo considerável para entrar em operação considerando a “partida fria”, e também apresentam tempo de resposta elevado para variar a potência de saída em relação à variação de demanda. Termelétricas alimentadas com Carvão Ciclo de Rankine: • O calor é adicionado à água em alta pressão na caldeira para produzir vapor, que se expande através das pás da turbina e logo é esfriada no condensador. As eficiências térmicas de tais ciclos estão tipicamente em uma faixa porcentual de 35 a 40. Vapor com elevada pressão 3.1 Termelétricas e Combustíveis Fósseis Aquecedor Caldeira Bomba Condensador Vapor com elevada pressão Termelétricas alimentadas com Gás Natural e Petróleo • O gás natural é abundante em certas regiões do mundo, assim como o petróleo. • As usinas a gás têm consequências ambientais inferiores às termelétricas alimentadas com carvão, mas o gás natural sendo um combustível baseado em hidrocarbonetos também contribui aos gases 3.1 Termelétricas e Combustíveis Fósseis combustível baseado em hidrocarbonetos também contribui aos gases de efeito estufa. • Além disso, tais usinas são relativamente baratas e rápidas para serem construídas e podem ter eficiências razoáveis. • As termelétricas alimentadas com petróleo são similares às usinas alimentadas com gás em sua operação e rendimento.Untitled Untitled
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