IMPACTOS AMBIENTAIS EM SISTEMAS DE GERAÇÃO DE ENERGIA

1. Introdução

A mineração de carvão no brasil tem uma função extremamente importante para o desenvolvimento de todos os setores principalmente utilizado em siderúrgicas, metalúrgicas, fontes de energia elétrica em usinas termelétricas como matéria prima um carvão nobre com propriedades aglomerante (DNPM,2001), que depende destas minerações, é praticamente impossível o desenvolvimento da produção industrial sem a exploração de recursos minerais, e do consumo.

A mineração de carvão mineral resulta em impactos ambientais, e conflitos socioambientais de forma que levam a interesses convergentes ou divergentes sobre os impactos causados ao meio ambiente que se manifestam em função do desmatamento do bioma local e exploração de recursos naturais que pode afetar o aquecimento global de alguma forma.

De acordo com os dados da International Energy Agency (IEA), o carvão é a fonte mais utilizada para geração de energia elétrica no mundo, respondendo por 41% da produção total (Gráfico 1.0 abaixo). Sua participação na produção global de energia primária, que considera outros além da produção de energia elétrica, é de 26%. A IEA também projeta que o minério manterá posição semelhante nos próximos 30 anos.

Gráfico 1.0 - Geração de energia elétrica por tipo de combustível.

Fonte; IEA,2008.

A participação de diferentes fontes na oferta de energia primária total mundial vem aumentado nos últimos anos, localizado no município de Capivari de Baixo (SC), o Complexo Termelétrico Jorge Lacerda foi concebido pelo Governo Federal na década de 1960 para utilização do carvão mineral da região sul de Santa Catarina e proporcionar ao sistema elétrico uma reserva estratégica, principalmente em períodos de escassez de chuvas.

É constituído por sete grupos geradores, agrupados em três usinas: Jorge Lacerda A, com duas unidades geradoras de 50 MW e duas de 66 MW cada, Jorge Lacerda B, com duas unidades de 131 MW cada e, Jorge Lacerda C, com uma unidade geradora de 363 MW, totalizando 857 MW. A garantia física para comercialização da sua energia é de 649,9 MW médios e sua autorização para funcionamento tem vigência até 2028.

O Complexo Termelétrico Jorge Lacerda é certificado seguindo as normas de gestão ISO 9001, 14001 e 50001, da qualidade, do meio ambiente e da eficiência energética, e OHSAS 18001, da saúde e segurança no trabalho.

O Carvão mineral é um rocha sedimentar originada há milhares de anos encontrada no subsolo em depósitos de origem orgânica, tendo o carbono como principal composto do carvão mineral. Segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) é o combustível fóssil com maior disponibilidade no mundo, formado por meio da decomposição da matéria orgânica sem a presença de oxigênio.

O material originado dos restos vegetais é soterrado e compactado, sofrendo ação das bactérias, bem como das condições de pressão e calor no ambiente do depósito, formando, então, ao longo do tempo, o carvão mineral. Sua formação corresponde ao Período Carbonífero, durante a Era Paleozóica.

A classificação e definida pelo teor de carbono que define a maturidade geológica do mineral, que pode ser definido como rank nesse combustível fóssil, de acordo com o DNPM: enxofre, nitrogênio, oxigênio e hidrogênio.

1.1. Tema

A pressão ambientalista contra o carvão mineral tem sido intensa, principalmente com o advento das teorias do aquecimento global, dentro da reivindicação do controle e da redução das emissões de poluentes para a atmosfera (IPCC, 2009), mas a posição desse bem mineral vem se mantendo relativamente inabalável no cenário mundial (DNPM,2001).

Desde 1992, fortaleceram-se as evidências científicas de que a humanidade é responsável pelas mudanças climáticas globais desde a revolução industrial, e que essas serão, de acordo com o IPCC, muito graves dependendo do aumento verificado na temperatura: aumento do risco de extinção de espécies, aumento dos danos decorrente de inundações, aumento de ônus decorrente da má nutrição, diarreia, doenças cardiorrespiratórias e infecciosas, aumento da morbidade e da mortalidade resultante de ondas de calor, inundações e secas, alteração da distribuição de alguns vetores de doenças, enfim, cenários de gravidade reconhecida pela comunidade científica (IPCC, 2007).

Diante desse quadro, o tema energia demonstra sua importância e mais particularmente a participação do carvão na matriz energética brasileira. Se, de um lado, há a necessidade de se oferecer alternativas ao país no que tange ás suas demandas legítimas, não se deve negligenciar o compromisso com a “Cidadania planetária”, (Monteiro, 2004).

Nesse cenário, foi possível observar um forte progresso da tecnologia de prevenção e recuperação de danos ambientais na mineração e queima do carvão, ocorrido nos últimos anos (WCI,2009), objetivando-se viabilizar um uso mais intenso do carvão com o menor impacto ambiental possível. Nesse sentido, destacam-se a importante evolução na eficiência da geração termelétricas a carvão e, especialmente as tecnologias de “queima limpa” desse energético (Clean Coal Techologies), (DOE,2009, IEEA, 2008).

Assim, leva o aumento dessa procura mundial pelo carvão mineral, para atender as necessidades de geração elétrica em usinas termelétricas, podendo ser contestada por análises e resultados obtidos com o auxílio de novas tecnologias que surgem no mercado afim de minimizar impactos causados por esse.

Todo esse esforço em pesquisa e desenvolvimento parece indicar que o mundo não descarta, absolutamente, o uso de carvão como fonte primária para a geração de energia elétrica. Abundância das reservas de carvão, os avanços tecnológicos já consolidados e os que são esperados nos próximos anos, o aumento esperado da demanda de energia, em especial da demanda por energia elétrica, são, portanto, os elementos básicos que sustentam a visão de que sustentam a visão de que a expansão da geração termelétricas a carvão mineral faz parte da estratégia da expansão da oferta de energia (EPE, 2007).

Além disso, a dificuldade tecnológica das fontes renováveis em aumentar sua participação na matriz energética mundial, faz com que não haja nenhuma perspectiva, mesmo a longo prazo, de dispensar os combustíveis fósseis como base energética da sociedade industrial moderna (IEA, 2008).

Com base nessa discussão, esse trabalho apresenta as perspectivas de geração em usinas termelétrica com o carvão mineral no brasil mostrando as tecnologias que buscam reduzir os impactos ao meio ambiente e através da avaliação econômica dessas opções. Utilizar o carvão mineral como fonte de energia elétrica sem provocar grandes impactos ao meio ambiente, para isso, é feito um levantamento dos sistemas de geração com base no avanço tecnológico.

1.2. Objetivos Geral

Neste estudo de sistemas de geração em termelétricas, pretende-se avaliar os sistemas de geração termelétricas implantados atualmente no que se refere aos impactos causados ao meio ambiente desde a extração do carvão mineral e dos sistemas de geração em termelétricas.

1.3. Objetivos especificos

• Caracterização do carvão mineral.

• Avaliar os sistemas de geração em usinas termelétricas no Sul do Brasil a carvão mineral.

• Principais impactos ambientais.

• Desenvolvimento tecnológico.

• Analisar tecnologias aplicadas afim de minimizar o impacto ambiental ocasionados em usinas termelétricas.

1.4. Justificativa

Avaliar os impactos ambientais causados em minas de carvão, e estudos sobre o material encontrado nesses ambientes na qual e feita a exploração do combustível fóssil, afim de suprir as ofertas do mercado de geração de energia elétrica em especial a termelétrica Jorge Lacerda citada em Santa Catarina, analisar meio de sistemas de geração buscando minimizar impactos causado ao meio ambiente, estudar as expectativas econômicas neste setor visando o cenário futuro.

1.5. Metodologia de pesquisa

Artigos acadêmicos, Resoluções, Sites Governamentais, Livros, Vídeos.

2. Embasamento teoríco

O carvão mineral, de origem fóssil, foi uma das primeiras fontes de energia utilizadas em larga escala pelo homem. Sua aplicação na geração de vapor para movimentar as máquinas foi um dos pilares da primeira Revolução industrial, iniciada na Inglaterra no século XVIII, Já no fim do século XIX, o vapor foi aproveitado na produção de energia elétrica. Ao longo do tempo, contudo, o carvão perdeu espaço na matriz energética mundial para o petróleo e o gás natural, com o desenvolvimento dos motores a explosão.

O interesse reacendeu-se na década de 70, em consequência sobretudo, do choque do petróleo, se mantém em alta até hoje. Além da oferta farta e pulverizada, o comportamento dos preços é outra vantagem competitiva. As cotações do petróleo e derivados têm se caracterizado pela tendência de alta e extrema volatilidade. No caso da Commodity carvão, no entanto, registraram movimentos suaves ao longo dos últimos dez anos, ingressando em um ciclo de baixa em 2005, conforme o gráfico 2.0. a seguir.

Gráfico 2.0 – Preço da tonelada de carvão nos Estados Unidos em US$ nos últimos anos.

Fonte: BP, 2008.

2.1. Tipos de Carvão, reservas e usos

Existem dois tipos básicos de carvão na natureza: vegetal e mineral. O vegetal é obtido a partir da carbonização da lenha. O mineral é formado pela decomposição da matéria orgânica (como restos de árvores e plantas) durante milhões de anos, sob determinadas condições de temperatura e pressão. É composto por átomos de carbono, oxigênio, nitrogênio, enxofre, associados a outros elementos rochosos (como arenito, siltito, folhelhos e diamictitos) e minerais, como a pirita.   

Tanto o carvão vegetal quanto o mineral podem ser usados nas indústrias e na produção de energia elétrica. No entanto o primeiro é pouco utilizado – Exceto no Brasil, maior produtor mundial -, o consumo do segundo está bastante aquecido. Este movimento tem a ver não apenas com a disponibilidade de reservas, mas com a qualidade do carvão, medida pela capacidade de produção de calor – ou poder calorífico, expresso em kcal/kg. Este poder calorífico, por sua vez, é favorecido pela incidência de carbono e prejudicado pela quantidade de impurezas (Elementos rochosos e minerais).

No carvão vegetal, o poder calorífico é baixo enquanto a participação de impurezas é elevada. No carvão mineral, o poder colorífico e a incidência de impurezas variam, o que determina a subdivisão do minério nas categorias: baixa qualidade (linhito e sub-betuminoso) e alta qualidade (ou hulha, subdividida nos tipos betuminoso e antracito).

Como mostra a figura 2.1 a seguir, 53% das reservas mundiais de carvão mineral são compostas por carvão com alto teor de carbono (hulha) e 47% com baixo teor de carbono. A produção e o consumo mundial concentram-se nas categorias intermediárias: os carvões tipos betuminoso/sub-betuminoso e linhito. O primeiro, de maior valor térmico, é comercializado no mercado internacional. O Segundo é utilizado na geração termelétrica local.

Figura 2.1 – Tipos de carvão, reservas e usos.

Fonte: WCI, 2006.

2.1.1. Extração e transporte

A extração (ou mineração) do carvão mineral pode ser subterrânea ou a céu aberto. A opção por uma ou outra modalidade depende, basicamente, da profundidade e do tipo de solo sob o qual o minério se encontra.

Se a camada que recobre o carvão é estreita ou o solo não é apropriado à perfuração de túneis (por exemplo, areia ou cascalho), a opção é a mineração a céu aberto. Se, pelo contrário, o mineral está em camadas profundas ou se a apresenta como veios de rocha, há necessidade da construção de túneis. Neste último caso, a lavra pode ser manual, semimecanizada ou mecanizada.

A produtividade das minas a céu aberto é superior à das lavras subterrâneas. No entanto, de acordo com o World Coal Institute (WCI)- ou Instituto Mundial do Carvão, em Português- 60% da oferta mundial de carvão mineral é extraída por meio da mineração subterrânea. No Brasil, a maior parte é explorada a céu aberto. É o que ocorre, também, em importante países exportadores, como Austrália e Estados unidos.

O Transporte é a atividade mais complexa e dispendiosa da cadeia produtiva do carvão. A título de exemplo, conforme está registrado no Plano Nacional de Energia 2030, em 2004 o preço CIF – que inclui frete e seguro – de uma tonelada de carvão metalúrgico no Japão era de US$ 61, enquanto o custo do frete chegava a US$ 49,50 por tonelada.

Para distâncias muito curtas, o método mais eficiente de transporte é a esteira. Para os trajetos mais longos, utilizasse caminhões, trens e barcaças. O carvão também pode ser misturado à água formando uma lama que é transportada por meio de dutos.

Além disso, geralmente só são transferidos, de um local para outros, os tipos de carvão com baixo teor de impurezas. Os demais são utilizados nas proximidades do local de mineração, onde são construídas as termelétricas abastecidas por esse combustível. É o que ocorre nas cinco usinas termelétricas movidas a carvão em operação no Brasil, todas localizadas no sul do País, nas proximidades das áreas de mineração. Do ponto de vista econômico, é mais eficiente investir na construção de linhas de transmissão de eletricidade do que no transporte do carvão.

2.2. Reservas, Produção e Consumo no Mundo

O carvão é o combustível fóssil com a maior disponibilidade do mundo. As reservas totalizam 847,5 bilhões de toneladas, quantidade suficiente para atender a produção atual por 130 anos. Além disso, ao contrário do que ocorre com petróleo e gás natural, elas não estão concentradas em poucas regiões. Abaixo, como mostra a figura 2.2, as reservas estão bem distribuídas pelos continentes, com ênfase maior no hemisfério norte. Na verdade, são encontradas em quantidades expressivas em 75 países, sendo que três deles – Estados Unidos (28,6%), Rússia (18,5%) e China (13,5%) – concentram mais de 60% do volume total.

Figura 2.2 – Reservas mundiais de carvão mineral – 2007 (em milhões de toneladas).

Fonte: BP, 2008.

2.3. Extração de carvão mineral e consumo mundial

O volume extraído e produzido, porém, não é diretamente proporcional à disponibilidade dos recursos naturais. Relaciona-se, também, a fatores estratégicos, como a existência de fontes primárias na região e, em consequência, à maior ou menor dependência da importação de combustível.

Atualmente, o maior produtor mundial de carvão é a china que, também estimula pelo ciclo de acentuado desenvolvimento econômico, tornou-se maior consumidora do minério. Em 2007, a China produziu 1.289,6 milhões de toneladas equivalentes de petróleo (Mtep) enquanto consumiu 1.311,4 Mtep, A figura 2.3 a seguir mostra a distribuição do consumo mundial de carvão mineral, medida em tonelada equivalente de petróleo (tep), utilizada na mensuração do poder calorífico.

Figura 2.3 – Consumo mundial de carvão mineral – 2007 (em Mtep).

Fonte: BP, 2008.

No ranking dos maiores produtores de carvão, também figuram os seguintes países: Estados Unidos (587,2 Mtep), Índia (181,0 Mtep), e Austrália, maior exportador do minério do mundo, com 215,4 Mtep, conforme a tabela 1.0, a seguir.

Tabela 1.0 – Os dez maiores produtores de carvão mineral (em Mtep).

Fonte: BP, 2008.

A Rússia, o segundo maior em termos de reservas, ocupa apenas o 6º lugar no ranking da produção e do consumo (Tabela 1.1 abaixo). Este desempenho relaciona-se à utilização majoritária, neste país, do gás natural.

Tabela 1.1 – Os dez maiores Consumidores de carvão mineral (em Mtep).

Fonte: BP, 2008.

Seja pelo alto custo e pelas dificuldades de transporte, seja porque o carvão se constitui em fator estratégico para a segurança nacional (por ser a principal fonte geradora de energia em vários países), o comércio internacional do mineral é pequeno frente ao porte das reservas e produção. Apenas cinco países dominam este mercado: Austrália, Rússia, Indonésia, África do Sul e Colômbia.

A maioria das transações concentra-se na Ásia e na Oceania, onde estão os grandes exportadores e importadores. Assim, a maior parte do carvão exportado navega pelo Oceano Pacífico. Para o carvão que trafega pelo Oceano Atlântico – e que, por questões logísticas, atenderia ao brasil, os principais exportadores são África do sul e Colômbia, enquanto os maiores importadores são Reino Unido, Alemanha e Estados unidos.

Figura 2.4 – Extração de carvão mineral na superfície.

Fonte: Stock.XCHNG (www.sxc.hu).

2.4. No brasil

As reservas brasileiras são compostas pelo carvão dos tipos linhito e sub-betuminoso. As maiores jazidas situam-se nos estados do Rio Grande do sul e Santa Catarina que consta o complexo termelétrico Jorge Lacerda. As menores, no Paraná e São Paulo. As reservas brasileiras ocupam o 10º lugar no ranking mundial, mas totalizam 7 bilhões de toneladas, correspondendo a menos de 1% das reservas totais. A Associação Brasileira do Carvão mineral (ABCM) calcula que as reservas conhecidas poderiam gerar hoje aproximadamente 17 mil megawatts (MW). Do volume de reservas, o Rio Grande do Sul responde por 89,25%; Santa Catarina, 10,41%; Paraná, 0,32% e São Paulo, 0,02%. Somente a Jazida de Candiota (RS) possui 38% de todo o carvão nacional. Mas o minério é pobre de vista energético e não admite beneficamente nem transporte, em função do elevado teor de impurezas. Isto faz com que sua utilização seja sem beneficiamento e na boca da mina.

Figura 2.5 – Complexo Jorge Lacerda em Santa Catarina.

Fonte: https://www.sulinfoco.com.br/venda-do-complexo-termeletrico-jorge-lacerda-em-capivari-de-baixo-em-prospeccao/

2.5. Geração de Energia Elétrica no Brasil e No Mundo

O carvão responde pela maior parte da produção da eletricidade em vários países. Por exemplo, China e Estados Unidos que segundo a IEA, em 2006 produziram mais da metade dos 7.775 terawatts-hora (THW) gerados no mundo. Além disso, países como Alemanha, Polônia, Austrália e África do Sul usam o carvão como base da geração de energia elétrica devido à segurança de suprimento e ao menor custo na comparação com outros combustíveis, como pode ser visto na Tabela 1.2.

Tabela 1.2 – Geração de energia elétrica a partir do carvão no mundo em 2006.

Fonte: IEA, 2008.

No brasil, o minério representa, no entanto, pouco mais de 1,5% da matriz da energia elétrica. Em 2007, ano em que 435,68 TWh foram produzidos País, o carvão foi responsável pela geração de 7,9 TWH, a partir da operação de usinas termelétricas ue estão localizadas no Sul, nas proximidades das áreas de mineração (Aneel. 2008).

Essa aplicação restrita é resultante de fatores com a vocação para utilização de fontes hídricas na produção de energia elétrica e a baixa qualidade da maior parte do carvão nacional, o que impede o seu transporte por grandes distâncias e afeta o grau de rendimento da usina termelétrica, uma vez que a quantidade de energia produzida é inferior obtida com carvões de alto poder calorífico. Além disso, também há restrições de natureza geopolítica (dependência de importações, por exemplo) e entraves tecnológicos e econômicos que se refletem no custo da geração de eletricidade. Há 20 anos, as pesquisas na área do carvão no Brasil estão virtualmente paralisadas.

Ao projetar a diversificação da matriz nacional, o Plano decenal de Expansão de Energia Elétrica (PDEE 2006/2015 – MME/EPE, 2006) prevê a expansão da utilização do carvão. Tanto que o Governo Federal destinou R$ 58 milhões do programa de aceleração do crescimento (PAC) a essas usinas termelétricas. No entanto, projetos de usinas localizadas nas proximidades de portos que já detêm estrutura para recepção estrutura para e transporte do carvão destinado à indústria preveem utilizar o combustível importado.

3. Principais Impactos ambientais

Conforme CONAMA (1986), define-se impacto ambiental como “qualquer alteração das propriedades físicas, químicas e biológicas do meio ambiente, causada por qualquer forma de matéria ou energia resultante das atividades humanas que, direta ou indiretamente, afetam:

1. A saúde, a segurança e o bem-estar da população;

2. As atividades sociais e econômicas;

3. A biota;

4. As condições estéticas sanitárias do meio ambiente;

5. A qualidade dos recursos ambientes.

Nesse sentido, como em todas as formas de geração de energia, não existe uma fonte que seja totalmente isenta de impactos ambientais quando se avalia todo o ciclo do processo de geração. Assim, mesmo as fontes renováveis possuem impactos ambientais. Como exemplo, a geração fotovoltaica exige a mineração de silício que, como na mineração do carvão, produz danos à vegetação e aos solos. Outro exemplo é o caso da energia eólica que, além da grande necessidade de metais na produção de suas torres, pode afetar rotas migratórias de aves. O carvão, porém, é considerado como uma das fontes mais “sujas”, respondendo pelos maiores impactos causado pela humanidade desde a Revolução Industrial (Monteiro, 2004).

Assim como nas demais formas de geração, esses impactos quase nunca são computados na estimativa de custos da energia gerada. São deixadas de lado as questões cruciais de saúde pública, as doenças ocupacionais de trabalhadores e os males gerados ao longo do processo que, no caso do carvão, vão desde o ruído de explosões na mineração à contaminações por resíduos da combustão que afetam vastas áreas em torno das mineradoras e usinas termelétricas.

A história do uso do carvão mostra como ele pode afetar áreas naturais, comprometer a disponibilidade e a qualidade de recursos hídricos, destruir o potencial turístico de 26 regiões inteiras, criar conflitos com comunidades locais, reduzir a biodiversidade e degradar frágeis ecossistemas. A região sul de Santa Catarina, por exemplo, entrou para o rol das 14 áreas mais poluídas do país (Monteiro, 2004).

A mineração, beneficiamento e combustão do carvão produzem uma variedade de resíduos ricos em elementos-traço ^9 e em compostos orgânicos de elevado potencial de toxicidade. As características físico-químicas desses resíduos implicam em impactos significativos em ecossistemas terrestres e aquáticos. Eles podem mudar a composição elementar da vegetação e penetrar na cadeia alimentar. A degradação do solo e da água pela drenagem ácida que se forma, quando esses resíduos ricos em enxofre ficam expostos à ação do ar e das chuvas, pode continuar avançando por dezenas e até centenas de anos.

A Resolução CONAMA nº 03/90 estabelece padrões de qualidade do ar para alguns poluentes, quais sejam:

• Partículas Totais em Suspensão;

• Fumaça;

• Partículas Inaláveis;

• Dióxido de Enxofre;

• Monóxido de Carbono;

• Ozônio; e

• Dióxido de Nitrogênio.

As emissões atmosféricas totais envolvidas nos três estágios de processamento do carvão (mineração, combustão e disposição de resíduos) é mais significativa que a contaminação da água ou do solo. 78% das emissões atmosféricas são atribuídas ao dióxido de carbono da combustão do carvão (Babbitt et al., 2005).

4. Sistemas de geração em Usinas Termelétricas

Basicamente, o processo consiste na queima do carvão mineral, aproveitando o calor obtido para produção de vapor. Para processar a queima do carvão e transformar a energia térmica gerada em energia mecânica, utiliza-se água que se tornará vapor em altíssima pressão e temperatura, o qual moverá uma turbina que por sua vez acionará um gerador elétrico acoplado, gerando energia elétrica. Os equipamentos principais para isso, são a caldeira, turbina e gerador elétrico. Nesse processo a caldeira é o equipamento fundamental para utilização do combustível em questão, podendo a mesma ser definida em tecnologias mundialmente testadas, ou seja, em sistema de grelha, pulverização e injeção por queimadores ou em leito fluidizado circulante.

O processo utilizado nos projetos atuais evita a formação de NOx, podendo-se abater também o SOx na fornalha, através da adição de calcário na massa de combustível. Esta tecnologia tem flexibilidade quanto a qualidade do combustível, podendo-se utilizar desde carvões de baixo até alto poder calorífico e altos índices de enxofre, com rendimentos térmicos iguais ou superiores às tecnologias convencionais.

O processo para a queima de outros combustíveis sólidos possui a mesma descrição, havendo mudanças nos tipos de caldeiras, processos para beneficiamento do combustível, e dimensões totais da usina.

As usinas termelétricas que utilizem combustíveis sólidos necessitam maior investimentos para controle ambiental dos seus efluentes líquidos, sólidos e gasosos, mas em contrapartida o custo do combustível por unidade de energia é bastante inferior, possibilitando que os empreendimentos sejam economicamente viáveis.

4.1. Estrutura de Ciclo simples em Termelétrica

A eletricidade das centrais termelétricas de turbina operando em ciclo simples. Caracterizam-se por uma partida rápida, razão pela qual podem ser empregadas no atendimento da demanda em períodos de pico. Podem utilizar combustíveis fóssil. A geração de eletricidade a carvão mineral. O sistema em termelétrica partindo a frio consiste em um conjunto de etapas relacionadas, ocorre o abastecimento do reservatório de combustível com carvão mineral; queima do carvão mineral; aquecimento por completo do circuito hidráulico no Boiler; movimentação da turbina pelo vapor; geração de tensão pelo gerador elétrico; amplificação de tensão no transformador; tensão transmitida pela rede de transmissão; subestação abaixadora; consumidor final. A turbina propriamente dita consiste em um complexo conjunto de lâminas rotativas por onde passam os gases expandidos da combustão e que fazem girar o eixo do gerador que produzirá energia elétrica. A Figura 4.1 mostra os componentes básicos de um ciclo simples.

Figura 4.1 – Ciclo Simples.

Fonte: https://ibb.co/sJRpVZH.

4.2. Estrutura de Ciclo Combinado em Termelétrica

A termelétrica de ciclo combinado fornece energia mecânica para o gerador de energia elétrica, e os gases da queima do combustível com uma temperatura muito elevada são direcionados a uma caldeira de recuperação de calor para produzir vapor, este vapor ira movimentar uma turbina a vapor que estará ligada a um outro gerador de energia elétrica. Termodinamicamente, o princípio de funcionamento do ciclo combinado é a utilização dos ciclos. Em um ciclo combinado obtém-se maior aproveitamento da energia inicial contida no combustível fóssil (maior eficiência), devido ao acoplamento térmico entre os dois ciclos. A Figura 4.2 ilustra as centrais termelétricas de ciclo combinado.

Figura 4.2 – Ciclo combinado.

Fonte: https://ibb.co/c8XVPpP.

5. Otimização de desempenho das usinas termelétricas Jorge Lacerda 

Localizado em Capivari de Baixo, município situado a 135 quilômetros de Florianópolis, o Complexo Termelétrico Jorge Lacerda é considerado o maior Polo Termelétrico a carvão mineral da América Latina, gerando até 857 MW de energia. Utilizando tecnologias provenientes de vários países europeus, o Complexo está conectado ao Sistema Nacional Integrado de Energia Elétrica. Além de gerar energia, é o maior consumidor de carvão mineral produzido na região carbonífera de Santa Catarina.

O projeto de instalação do Elipse E3 surgiu com o objetivo de modernizar o sistema SCADA existente na Usina Termelétrica Jorge Lacerda C – UTLC. Para isso, a primeira etapa a ser vencida foi a de substituir o sistema originalmente instalado, responsável pelo controle das Estações de Trabalho (ETs). Um sistema que utilizava vários supervisórios, constituído por um ambiente gráfico baseado no software Full Graphics, com diversas rotinas desenvolvidas nas linguagens UNIX e C.

Figura 5.0 – Usina Termelétrica Jorge Lacerda C.

Fonte: https://www.elipse.com.br/case/elipse-e3-otimiza-o-desempenho-operacional-das-usinas-termeletricas-jorge-lacerda-a-b-e-c-da-engie/.

Devido a todas estas variáveis, o sistema apresentava dificuldades de operação. Para contornar estes problemas, em 2004, a Tractebel Energia, hoje Engie Brasil Energia, passou a utilizar o Elipse E3 junto à UTLC. Diferente do sistema antigo, a solução da Elipse Software, empresa desenvolvedora de tecnologias para o gerenciamento remoto de processos, permite agregar novas funcionalidades, sendo, acima de tudo, confiável.

Em 2009, a Engie decidiu estender a aplicação às unidades geradoras 3 e 4 da UTLA e em toda a UTLB. Em 2012, a UTLC passou a contar com uma nova aplicação da solução, o mesmo acontecendo, em 2014, em todas as unidades da UTLA e UTLB. A scadaHUB, empresa especializada em projetos de automação, foi a responsável pela implementação do E3 nas três usinas.

5.1. Soluções

O Complexo Jorge Lacerda utiliza, hoje, 10 cópias do E3 que são acessados via quatro salas de comando, sendo duas na UTLA, uma na UTLB e outra na UTLC. As unidades 1 e 2 da UTLA são controladas e monitoradas pelo E3, enquanto a 3 e 4 são apenas monitoradas.

Na UTLB, o E3 monitora toda a usina, constituída de duas unidades geradoras, controlando os sopradores da fuligem remanescente da queima de carvão nas caldeiras. Na UTLC, que possui uma unidade geradora, o E3 também monitora toda a usina, comandando a subestação e a desmineralização de água.

No rodapé das telas, o E3 exibe algumas das variáveis relacionadas à geração de energia, como a vazão do ar que está sendo usado na queima do carvão, vazão de vapor que movimenta as turbinas, vazão do carvão consumido nas caldeiras, temperaturas e pressões de entrada e saída do vapor das caldeiras e turbinas, entre outras. A velocidade das turbinas, energia gerada por cada unidade das usinas, eventos e alarmes também são mostrados no rodapé.

Caso os alarmes sejam de severidade alta, o E3 os exibe em amarelo. Severidade muito alta, em vermelho. Para reforçar ainda mais este controle, o E3 também emite um sinal sonoro de alerta sempre que houver qualquer ocorrência nas usinas.

5.2. Turbinas e mancais

O E3 permite monitorar o sistema de óleo lubrificante das turbinas, equipamentos responsáveis por acionar os geradores de energia das usinas, exibindo as temperaturas do óleo, pressões e status das bombas. As vibrações dos mancais, estruturas que conectam as diferentes peças das turbinas, também são monitoradas pelo software.

5.3. Carvão, Ar e Gases

O processo de moagem do carvão, que o reduz a pó para que possa ser depois queimado nas caldeiras, é supervisionado pelo E3. Com ele, é possível monitorar os moinhos e demais variáveis importantes ao controle do transporte deste carvão moído até a fornalha.

O monitoramento possibilita a entrada do ar na caldeira de cada usina, onde é feita a queima do carvão, e sua passagem pelo precipitador eletrostático. O aparelho remove as partículas presentes no ar, resultantes da combustão ou queima do carvão, antes do mesmo ser expelido pelas chaminés.

Ao longo deste processo, o software permite controlar bombas, temperaturas, pressões e vazões do ar. Além disso, permite visualizar graficamente a quantidade de oxigênio e gás carbônico após o processo de combustão.

5.4. Água de Alimentação e Resfriamento

A aplicação também permite controlar a forma como a água e o vapor são utilizados nas usinas para gerar energia. O processo funciona da seguinte maneira. Inicialmente, a água é bombeada à caldeira onde é aquecida, saindo sob a forma de vapor superaquecido que movimentará a turbina, acionando o gerador e produzindo energia.

Na sequência, este mesmo vapor que passou pela turbina retorna ao condensador, sendo novamente enviado à caldeira sob sua forma líquida. Ao longo deste ciclo, é possível supervisionar as temperaturas da água, além do status das bombas e válvulas.

5.5. Caldeiras

Todas as variáveis importantes relacionadas à queima do carvão nas caldeiras são monitoradas através de uma tela, na qual são exibidas as temperaturas da água e vapor, vazão do carvão e pressões. O sistema também exibe as temperaturas verificadas junto aos metais que constituem as caldeiras e tambores.

5.6. Auxiliares Elétricos

O E3 permite monitorar tanto a energia que está sendo transmitida à Eletrosul, concessionária transmissora da região sul do país, quanto a utilizada para o consumo interno das usinas. Para isto, exibe os unifilares das subestações, no qual é possível acompanhar todas as tensões, potências ativas e reativas, frequências e correntes, além dos disjuntores e seccionadoras que compõe a rede elétrica de cada usina.

5.7. Partida da Unidade

Antes de dar a partida em uma usina, o operador deve avaliar se a mesma não apresenta problemas e irá funcionar normalmente. Para isto, o E3 exibe as informações sobre a água, ar, vapor, caldeiras, turbinas, entre outras variáveis e equipamentos fundamentais das plantas em uma tela.

5.8. Tendências

Por meio de gráficos, o E3 permite avaliar se uma curva está evoluindo em direção a um valor indesejado ou não. Este controle pode ser utilizado para analisar o comportamento das mais diferentes variáveis analógicas e equipamentos das usinas.

5.9. Desmineralização da Água

A desmineralização consiste na retirada dos sais minerais presentes na água, visando manter a vida útil das turbinas, tubulações e caldeiras. O E3 permite monitorar todo o processo, desde a passagem da água pelos trocadores catiônicos, aniônicos e de leito misto até sua ida aos tanques, a fim de que possa ser posteriormente reaproveitada nas caldeiras e turbinas.

6. Conclusão

A proposta do projeto e minimizar os impactos ambientais causados durante o processo de geração de energia elétrica em usinas termelétricas a carvão mineral, e analisar os métodos de geração de energia para solucionar os problemas que impactam principalmente a qualidade do meio ambiente.

Algumas das soluçoes apropriadas para esse tipo de problema encontradas nos dias atuais e o desenvolvimento tecnológico, em determinadas Usinas termelétricas nas regiões Sul do Brasil Jorge Lacerda que tem uma oferta por tipo de geração considerável viável que contribuem tornando a geração de energia elétrica mais eficiente por meio de combustível fóssil.

O carvão mineral tem sido a fonte de geração nesses sistemas de transmissão em pratica atualmente através de ciclo combinado que e mais eficiente cerca de 42% a 58% em conjunto com as turbinas, comparado a outros sistemas mais antigos, o que representa mais produtividade do que qualquer outra tecnologia desenvolvida, facilitando a implementação desses sistemas em termelétricas a carvão mineral, entre os seus benefícios, é um excelente complemento flexível para fontes existentes intermitentes, capaz de aumentar ou diminuir a geração enquanto ainda cumpre os requisitos de emissões para ajudar a equilibrar a instabilidade da rede. Isso significa mais confiabilidade, produtividade e sustentabilidade para a geração de energia.

7. Referências bibliográficas

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