Autor: Bruno Miguel Martinho Nº44297 Prof. Orientador: Prof. Dr. Mário Nery R. Nina

1. Esta apresentação levará por certo a um debate com a audiência, do qual resultarão itens de acção. Se quiser, pode utilizar o PowerPoint para registar os itens de acção decorrentes da apresentação • Faça clique com o botão direito do rato sobre 'Apresentações' • Seleccione “Notas de reunião” • Seleccione o separador “Itens de acção” • Escreva os itens de acção á medida que forem surgindo • Faça clique sobre OK para retirar esta caixa do ecrã. • Esta operação faz com que seja automaticamente criado um diapositivo de Item de acção no fim da apresentação, o qual serão incluídos os aspectos indicados. Departamento de Engenharia Mecânica Instituto Superior Técnico Estudo de Viabilidade de Instalação de um Sistema de Cogeração numa Unidade Hoteleira de Média Dimensão Projecto Final de Curso Autor:Bruno Miguel Martinho Nº44297 Prof. Orientador: Prof. Dr. Mário Nery R. Nina 20-11-2001

2. Introdução ao Assunto Os cada vez mais exigentes níveis de conforto levam aoaumento do consumo mundial de energia.. Sendo esta na sua grande maioria deorigem fóssil, e por issofinita, a suacorrectautilização deverá ser preocupação não só dos agentes consumidores e produtores, como também de nível governamental. Para que essesrecursos possam ser melhor rentabilizadosuma solução terásempre de passar pelautilização de sistemas com elevada eficiência, permitindonão só uma redução de custos como uma redução das emissões, e em última análise, uma melhoria do Balanço Energético Nacional. É precisamente umEstudo sobre a Viabilidade de Adopção de um Sistema de Cogeração, que de uma perspectiva termodinâmica, apresentavantagens de eficiência energética, relativamente às alternativas disponíveis, que é apresentado neste trabalho. A utilização de sistemas de Cogeração permite também a produçãodescentralizada de energia eléctrica evitando perdas de transporte.

3. O que é Cogeração? Uma definição poderá ser: “ Processo de produção combinada de energia mecânica/eléctrica e de energia térmica, destinado a consumo próprio ou de terceiros “ A instalação analisada é uma unidade hoteleira de média dimensão. Porquê um Hotel? A energia nas suas diferentes formas é consumida nos hotéis para criar umaatmosfera de conforto e descanso a quem o frequenta, fazendo com que, a seguir às despesas com pessoal, seja o maior custo de funcionamento. Na União Europeia, cerca de53% da energia produzida é consumida pelos sectores residencial e comercial. Um Sistema de Cogeração eficiente permite a conversão de cerca de80-85%da energia introduzida pelo combustível, em energia útil (térmica e eléctrica), ao invés dos cerca de30-40%atingidos pelos sistemas convencionais de produção de energia eléctrica.

4. Objectivo • Efectuar um Estudo sobre a Viabilidade de Instalação de um Sistema de Cogeração numa unidade hoteleira de média dimensão, com base nos consumos e preços energéticos actuais e legislação em vigor. Estrutura • Descrição da problemática associada a sistemas de Cogeração; • Caracterização da unidade hoteleira e seus consumos energéticos; • Apresentação de duas soluções de Cogeração; • Enquadramento das soluções apresentadas na legislação em vigor; • Apresentação de conclusões.

5. Problemática Associada a um Sistema de Cogeração • Locais adequados para a instalação de sistemas de Cogeração • Necessidade mínima de calor e electricidade, nos quais uma avaliação económica indique a sua viabilidade. • PB 3-4 anos4500-6000 horasRelativamente constante necessidade de calor ao longo do ano. Tipos de estabelecimentos em condições de viabilidade de instalação: • Hotéis; • Hospitais; • Indústrias; • Edifícios de escritórios; • Centros comerciais; • Hipermercados; • Ginásios, Piscinas e Centros de lazer.

6. Problemática Associada a um Sistema de Cogeração • Breve descrição dos componentes constituintes Calor Recuperado 55% Gases Escape 450 ºC para 120ºC

7. Problemática Associada a um Sistema de Cogeração • Rendimento, Disponibilidade e Fiabilidade em sistemas de Cogeração • Rendimento - Característica de grande importância no sucesso económico • Disponibilidade - Um sistema está disponível se estiver pronto a funcionar. • Fiabilidade - Um sistema é fiável se não tiver paragens inesperadas - avarias. 30% 37-55% 80-85% É aconselhável a existência de sistemas de segurança. O impacto de um contrato de manutenção é considerável.

8. Problemática Associada a um Sistema de Cogeração • Custos Associados a Sistemas de Cogeração • Custos Fixos - independentes do n.º horas de funcionamento • Custos de Equipamento • Custos de Instalação • Custos de Projecto • Custos Variáveis - dependentes do n.º horas de funcionamento • Custos de Combustível • Custos de Manutenção % 1 Projecto 5 2 Construção civil e sistemas de redução acústica 10 Unidade de Cogeração incluindo permutadores de calor 3 55 4 Instrumentação, regulação e controle 15 5 Ligação á rede 5 6 Sistemas auxiliares 5 7 Instalação e Comissão 5 Desagregação dos custos de investimento e sua importância relativa

9. Cogeração e o Meio Ambiente • Evita a emissão de 500 kg de CO2 por MWhe produzido • Gás Natural é o combustível fóssil mais limpo  mais valia ambiental • Óleo de Lubrificação  Depositado e Tratado • Emissão ruído  Exterior  Isoladas acusticamente Caracterização da unidade hoteleira • Categoria: 4 Estrelas • N.º de Quartos: 125 • Lotação máxima: 230 pessoas • 9 salas de conferência • Cliente típico: 85% Empresas e Grupos • Equipamentos • Chiller Eléctrico - 660 kWt Produção de Frio • Caldeira - 373 kWt 2 AQS + Climatização • Circuitos independentes de Frio e Calor nos Quartos

10. 180000 Total Electricidade Gás 160000 140000 120000 100000 kWh 80000 100 90 60000 80 40000 70 20000 60 Taxa de Ocupação % 50 0 40 0 2 4 6 8 10 12 14 30 Mês 20 10 0 Jan Fev Mar Abr Maio Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Mês Caracterização dos Consumos Energéticos • Evolução da taxa de ocupação em 2000 • Evolução dos consumos de energia Gás Total Total = 1.678.145 kWh Energia Eléctrica = 55%

11. 180 Vazio Cheio Ponta 160 140 120 100 kW 80 60 40 20 0 Jan Fev Mar Abr Maio Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Caracterização dos Consumos Energéticos - Electricidade • Contrato de fornecimento de electricidade e respectivo tarifário EDP 2001 Características Situação Actual Horas de Horas de Horas de Preço da energia (esc/kWh) Ponta Cheia Vazio Nível de Tensão Média Tensão Período Húmido ( Novembro a Abril ) 17,09 9,93 6,75 Utilização Média Período Seco ( Maio a Outubro ) N.º de períodos horários 3 18,51 10,74 7,19 Potência contratada 500 kW Preço da potência (esc/kW por mês) 817 • Distribuição dos períodos horários ao longo do dia • Potência média por período de contagem

12. Caracterização dos Consumos Energéticos - Gás • Consumo Mensal de Gás Natural • Custo do m3 de Gás Natural Consumo anual Esc/m3 [m3/ano] 70.000 78 100.000 – 350.000 70 > 350.000 60 • Consumo Anual • PCI 71100 m3 37,91 MJ/m3 Consumo Específico (kWh/QO) vs. QO Consumos Específicos 80 y = -33,685Ln(x) + 318,18 70 2 R = 0,7704 • Consumo Anual Total = 1.678.145 kWh • N.º de Quartos = 125 60 50 • Área útil = 5600 m2 40 kWh/QO 30 20 CE=13.425 kWh por Quarto 10 0 CE=299.669 kWh/m2 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Quartos ocupados por mês

13. Solução deCogeração 1 Motor: Consumo de Gás 397 kW Potência Eléctrica 125 kW Potência Térmica 209 kW % Aprov. Calor 81% Rendimento Total 74% Preço 9.400 Cts Verão - 10h Dia Inverno - 5h Dia 2.522h Ano 450h de Manutenção Consumo 137.953 m3 Produção 315.250 kWhe Vendas 5.260 kWhe 250 Consumo Eléctrico Consumo Térmico Julho Produção Eléctrica Produção Térmica 200 150 kW kW 100 50 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Horas Horas Consumo Térmico Consumo Eléctrico Novembro Produção Eléctrica Produção Térmica 250 200 150 kW 100 50 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 10.93$/kWhe Horas

14. Solução de Cogeração 1 • Performance Eléctrica • Performance Térmica 7000 Consumo Consumo Produção 500000 Ganho Adquiridos 450000 6000 400000 5000 350000 300000 4000 kWh 250000 m3 200000 3000 150000 2000 100000 50000 1000 0 Vazio kWh Cheio kWh Ponta kWh 0 Período horário Jan Fev Mar Abr Maio Jun Jul Ago Set Out Nov Dez 81% Calor Aproveitado 29% Comprado • Análise Económica Resultado: - 8.800 Cts Não inclui Investimento Total nem Manutenção • Análise de Sensibilidade Preço do Gás 70 - 40 $/m3 ; Preço de Venda de En. Eléctrica até + 4% Resultado: Não Viável em Qualquer dos Cenários

15. Solução de Cogeração 2 Motor: Consumo de Gás 576 kW Potência Eléctrica 190 kW Potência Térmica 276 kW % Aprov. Calor 45% Rendimento Total 55% Preço 13.800 Cts Inv. Total 26.000 Cts Verão - 12h Dia Inverno - 18h Dia 4.572h Ano 520h de Manutenção Consumo 250.088 m3 Produção 868.680 kWhe Vendas 164.631 kWhe Julho 300 Consumo Eléctrico Consumo Térmico 250 Produção Eléctrica Produção Térmica Consumo Térmico 200 Produção Térmica 150 kW 100 50 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Horas 300 Novembro 250 200 150 kW 100 50 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Horas

16. Solução de Cogeração 2 • Performance Eléctrica • Performance Térmica 7000 Consumo Ganho Adquiridos Consumo Produção 500000 6000 450000 400000 5000 350000 4000 300000 m3 kWh 250000 3000 200000 150000 2000 100000 50000 1000 0 Vazio kWh Cheio kWh Ponta kWh Período horário 0 Jan Fev Mar Abr Maio Jun Jul Ago Set Out Nov Dez 45% Calor Aproveitado 5% Comprado • Análise Económica Resultado: - 4.800 Cts Não inclui Investimento Total nem Manutenção • Análise de Sensibilidade +2.742.431 esc  26.000.000 esc -0.07 -1.570.000 esc (manutenção) -647.569 esc 50.7$/m3

17. Enquadramento Legal das Soluções • Decreto-Lei n.º 538/99 de 13 de Dezembro Solução de Cogeração 1 2   REE 0.32 0.43   Eer     Energia fornecida á rede < 60% 1.67% 19%

18. Conclusões • Instalação de umsistema de Cogeração naunidade hoteleira analisada, não é economicamente viável e não cumpre a legislação em vigor. • Razões: • Necessidades térmicas e eléctricas não coincidem ao longo do diaQuase opostas no Inverno Baixa valorização da energia • Necessidade de calor mais constante ao longo de dia • Variação das Necessidades Energéticas com a estação do ano e taxa de ocupação • Elevado custo do gás natural8$ mais baratoAguarda-se nova Legislação Clima mediterrâneo  poucas necessidades de Calor Tecnologia fornece + Calor que Energia Eléctrica Calor Desperdiçado Adopção Chiller de Absorção para a Produção de Frio Investimento Adicional Chiller Eléctrico Existente Excesso de calor fornecido no Verão Maiores vendas de Energia Eléctrica Viável ?

19. Conclusões O Preço de Venda de Energia Eléctrica  Legislação extremamente complexa O Preço de Venda dependente de índices internacionais varia constantemente dificultando o estudo de viabilidade de novas instalações 1h de Funcionamento 10.55$/kWhe 125 kWe 1319.5$ 8760h Motor SC 1 2.000 cts/ano 397 kW 2.639$ +228$ Inv. 20.000 cts 209 kWt 1548$ 70$/m3 PB=10 anos Valorização Total 78$/m3 + Incentivos Governamentais  Bem vindos

20. Fim