A dualidade da energia na cogeração

A cogeração é um processo que gera eletricidade e calor simultaneamente, sendo uma solução útil para a eficiência energética, a economia e o meio ambiente.

Uma das leis fundamentais da física é que a energia não é criada nem destruída, mas transformada. O manejo da eletricidade é basicamente uma conversão de uma variedade de energia em energia elétrica. São necessários esforços para maximizar a eficiência do processo. Isso significa maximizar a quantidade de energia que é transformada de forma lucrativa e reduzir a quantidade de energia desperdiçada. A cogeração se apresenta como uma solução altamente eficaz nesse ponto.

O que é cogeração?📈

O processo de produção e uso simultâneo de eletricidade e energia térmica (calor) é realizado como cogeração.

Em uma usina termoelétrica, a combustão transforma a energia química do combustível em calor. Esse calor aquece a água e gera vapor, que aciona uma turbina. Assim, a energia térmica se transforma em energia cinética, ou seja, energia em movimento. Essa energia cinética, por sua vez, gera eletricidade em um gerador.

No entanto, apenas uma parte do calor gerado pela combustão é transformada em eletricidade, e a outra parte é liberada para o meio ambiente. O percentual de energia térmica convertida em eletricidade varia de 30% a 55%. Com a cogeração, esse calor é recuperado e usado para aquecimento de ambientes ou água. Como resultado, o rendimento energético total chega a ficar entre 65% e 90%.

Em quais áreas a cogeração pode ser empregada? 🍀

O uso de sistemas de cogeração pode ser feito em usinas termoelétricas; no entanto, geralmente são instalados diretamente em geradores de eletricidade autônomos, fazendo parte da geração distribuída, que é a capacidade do consumidor de obter energia sem depender da rede elétrica.

A estrutura pode ser residencial ou, mais frequentemente, comercial ou industrial, como hotéis, fábricas e centros comerciais. A combinação de calor e energia (CHP) é particularmente conveniente para setores que requerem muita eletricidade ou calor, como alimentos, papel e cerâmica.

Em situações como essa, é possível recorrer a empresas especializadas, como a Enel X, uma empresa do Grupo Enel focada em soluções tecnológicas de alto valor agregado. Essas empresas oferecem consultoria especializada aos clientes, abrangendo processos técnicos e autorizações necessárias. Elas sugerem contratos vantajosos e acompanham os clientes em todas as etapas do processo, desde a avaliação inicial até o comissionamento e manutenção da planta.

A Enel X, por exemplo, proporciona suporte completo, garantindo que os sistemas de cogeração sejam implementados de forma eficiente e conforme as normas regulatórias. Com uma equipe de especialistas, essas empresas ajudam a otimizar o desempenho do sistema, assegurando que ele atenda às necessidades específicas do cliente e maximize os benefícios em termos de eficiência energética e redução de custos.

A Importância da Cogeração ⭐

A cogeração oferece diversos benefícios significativos que destacam sua importância na gestão energética moderna:

1. Maior Eficiência Energética: O processo de cogeração é notavelmente eficiente, pois aproveita o calor gerado durante a combustão para produzir eletricidade e calor simultaneamente. Isso reduz o desperdício de energia, aumentando a eficiência geral do sistema e otimizando o uso dos recursos energéticos.
2. Economia de Custos: Ao melhorar a eficiência energética, a cogeração reduz a quantidade de combustível necessária para gerar eletricidade e calor. Isso resulta em uma economia de custos que pode chegar a até trinta por cento, tornando a cogeração uma solução econômica para muitas aplicações.
3. Menor Impacto Ambiental: O uso reduzido de combustível na cogeração também contribui para uma diminuição das emissões de poluentes, incluindo gases de efeito estufa. Assim, a cogeração ajuda a mitigar o impacto ambiental, promovendo uma abordagem mais sustentável e menos poluente para a geração de energia.
4. Geração Distribuída: A instalação de uma usina de cogeração próxima ao local de consumo permite que o consumidor se torne (total ou parcialmente) independente da rede elétrica. Essa abordagem reduz perdas de eletricidade ao longo das redes de transmissão e distribuição, além de oferecer uma vantagem adicional de eficiência energética.
5. Incentivos Econômicos: Em diversas nações, as usinas de cogeração podem receber incentivos econômicos por sua contribuição para a eficiência energética e a sustentabilidade ambiental. Esses incentivos podem incluir subsídios, reduções de impostos e outros benefícios financeiros que tornam a cogeração uma opção ainda mais atraente.

A cogeração, portanto, não apenas melhora a eficiência e reduz os custos, mas também desempenha um papel crucial na proteção do meio ambiente e na promoção da sustentabilidade energética.

Como os Sistemas de Cogeração Operam? 🌀

Um sistema de cogeração é uma instalação termoelétrica que utiliza um permutador de calor para recuperar o calor gerado pela turbina, produzindo simultaneamente eletricidade e calor útil. O permutador de calor, ou trocador de calor, é um dispositivo crucial que transfere o calor residual da turbina para a produção de água quente ou vapor.

Embora a turbina seja um componente comum, outros tipos de máquinas podem ser utilizados em sistemas de cogeração, desde que desempenhem a mesma função de conversão de energia. Por exemplo, os turbogeradores ORC (Ciclo Orgânico Rankine) empregam um fluido orgânico denso em vez de vapor para gerar energia, enquanto motores de combustão interna, semelhantes aos utilizados em veículos, são frequentemente usados em usinas de cogeração de pequena escala instaladas diretamente nas instalações dos consumidores. Apesar das variações nos equipamentos, o princípio fundamental de operação é o mesmo: maximizar a eficiência ao recuperar o calor residual e utilizá-lo de maneira produtiva.

As instalações de cogeração são avaliadas com base em sua eficiência, ou seja, na quantidade de energia que elas podem economizar em comparação com a geração separada de eletricidade e calor. Esta eficiência é um critério essencial para definir elementos regulatórios e determinar os incentivos econômicos aplicáveis.

A definição de cogeração de alta eficiência pode variar conforme a legislação nacional. De acordo com a Diretiva 2004/8/EC da União Europeia, unidades de cogeração com capacidade superior a 1 MW são consideradas de alta eficiência se a economia de energia primária em comparação com a geração e aquecimento separados for de pelo menos 10%. Isso estabelece um padrão que garante que usinas menores também podem ser reconhecidas pela sua eficiência sem a necessidade de grandes investimentos.

Os Recursos Energéticos dos Sistemas de Cogeração 🗣️

Uma central de cogeração pode ser alimentada por uma ampla gama de combustíveis, sejam sólidos, líquidos ou gasosos, e esses combustíveis podem ser de origem renovável ou não renovável. Entre os mais comumente utilizados estão:

• Fontes Fósseis: Incluem metano (gás natural), GLP (gás liquefeito de petróleo), óleo combustível, carvão e outros tipos de combustível fóssil. Esses combustíveis são amplamente usados devido à sua disponibilidade e densidade energética.
• Biomassa: Refere-se a resíduos orgânicos produzidos por madeira e outros materiais de áreas agrícolas e florestais. A biomassa é uma opção renovável que pode ajudar a reduzir a dependência de combustíveis fósseis.
• Óleo Vegetal ou Vegoil: É um tipo de óleo combustível derivado de resíduos vegetais. Sua utilização pode ser uma forma sustentável de aproveitar resíduos agrícolas e vegetais.
• Gás de Síntese (Syngas): Uma mistura artificial de gases, principalmente hidrogênio e monóxido de carbono, que pode ser produzido a partir de diversos tipos de biomassa e resíduos.
• Biogás: Produzido a partir de resíduos orgânicos de animais ou plantas, o biogás é uma alternativa renovável que reduz o impacto ambiental dos resíduos.

As células de combustível representam uma nova fronteira na inovação em cogeração, especialmente para usinas de pequeno porte. Esses dispositivos produzem eletricidade e calor através de reações químicas em recipientes especiais, com o hidrogênio sendo o principal combustível. O hidrogênio é extraído pela eletrólise da água e promete um papel crescente na cogeração, especialmente quando combinado com fontes de energia renovável para produzir hidrogênio verde.

Além disso, o hidrogênio pode ser usado diretamente em usinas de cogeração convencionais, e sistemas movidos a hidrogênio puro têm sido desenvolvidos. O conceito de hidrogênio verde, produzido por eletricidade gerada a partir de fontes renováveis, representa um avanço importante para a sustentabilidade no setor de cogeração.

Outra possibilidade é a integração de sistemas de cogeração com usinas solares, não para energia solar fotovoltaica, mas para energia solar térmica. Nesta configuração, o calor da luz solar é usado para produzir vapor, semelhante às usinas termoelétricas, e o gerador é responsável pela produção de eletricidade.

O aquecimento distrital geotérmico é uma área especial de cogeração. Neste caso, o sistema é instalado em uma central geotérmica, utilizando o calor das profundezas da Terra para gerar eletricidade e aquecer água, que é então distribuída para edifícios próximos por meio de tubulações.

Embora o uso de combustíveis renováveis reduza ainda mais os impactos ambientais, a cogeração continua a ser uma ferramenta valiosa para a eficiência energética e a sustentabilidade, independentemente do tipo de combustível utilizado.

Transformação: A Trigeração

A trigeração é um avanço significativo no conceito de cogeração, expandindo a produção de energia para incluir não apenas eletricidade e calor, mas também energia de resfriamento. Esse sistema é especialmente útil para consumidores privados e grandes instalações, como fábricas, que demandam eficiência em múltiplas formas de energia.

Assim como na cogeração, a trigeração pode utilizar os mesmos combustíveis, como gás natural, biomassa ou óleo vegetal. Empresas especializadas, como a Enel X, oferecem contratos que incluem todas as etapas administrativas e técnicas necessárias, além de auxiliar na obtenção de incentivos quando disponíveis.

A operação de um sistema de trigeração é tecnicamente semelhante à da cogeração, com a adição de um componente adicional: o refrigerador de absorção. Este dispositivo utiliza parte do calor recuperado pelos permutadores de calor para gerar energia de resfriamento. Embora o termo “energia de resfriamento” possa ser enganoso, na realidade, trata-se do uso de calor para criar um efeito de resfriamento.

O processo de resfriamento em trigeração ocorre por meio de um ciclo de refrigeração. Um líquido refrigerante especial é mantido em baixa pressão para evaporar a temperaturas baixas, absorvendo o calor da água e resfriando-a. A água fria produzida pode então ser utilizada diretamente ou indiretamente para operar sistemas de ar-condicionado. Ao contrário dos refrigeradores comuns, que necessitam de energia elétrica para funcionar, o sistema de trigeração usa o calor residual da combustão para gerar a energia de resfriamento necessária.

A trigeração é crucial porque aproveita as leis da física para maximizar a eficiência das transformações de energia, oferecendo uma solução mais econômica e sustentável para atender às demandas simultâneas de eletricidade, calor e resfriamento.

Yamila Bayon

Yamila Bayón é uma entusiasta do meio ambiente que compartilha ideias criativas sobre presentes sustentáveis online. Ela inspira seus seguidores a fazer escolhas conscientes, promovendo práticas ecológicas em seu blog e nas redes sociais.