Economia & Energia
Ano III - No 17
Novembro/Dezembro 1999
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Petróleo e Gás Natural no ES
Emissões de Gases do Efeito Estufa por Termelétricas
O consumidor ganhando poder de mercado no setor elétrico?
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Balanço Energético do DF
Balanço energético 1999

Edição Gráfica:
MAK
Editoração Eletrônica
marcos@rio-point.com
Revisado:
Wednesday, 26 October 2005.

http://ecen.com

equipe e&e

Este trabalho é parte do estudo das emissões dos gases de efeito estufa resultantes da operação das Centrais Termelétricas Brasileiras no período de 1990 a 1997 para o MCT-Brasil e PNUD.

O estudo concentrou-se em três linhas:

• levantamento das Centrais Termelétricas instaladas no País por tipo de tecnologia e avaliação do consumo de combustível usado em cada uma dessas usinas; (levantamento das centrais realizado, não disponível em forma eletrônica)
• avaliação das contribuições de cada tipo de combustível para a emissão dos diferentes gases do efeito estufa (CO2, CO, NOX, N2O, CH4 e NMVOC), conforme a tecnologia da Central Termelétrica  - (distrubuição geográfica por estado permite tratamento a nível da principais centrais) (Este relatório preliminar)
• projeção dessas emissões pelas Centrais Termelétricas previstas no Plano Decenal de Expansão da Eletrobrás. Estes valores serão comparados com avaliação preliminar em cenário econômico de referência e&e e com o uso de outras informações disponíveis das empresas produtoras.(em andamento)

1. Introdução

1.1 Participação da Geração Térmica na Produção de Eletricidade

A geração de Energia Elétrica em usinas térmicas é bastante limitada e geograficamente localizada Existe no Brasil uma notável predominância da energia hídrica como fonte primária de energia elétrica. Térmicas a carvão mineral estão localizadas nas proximidades da ocorrência das minas, na região Sul.

Figura 1.1: A Geração nas centrais elétricas de serviço público é de base hídrica, a participação térmica é modesta e o uso da capacidade existente tem estado subordinada às necessidades enegéticas conjunturais - Dados BEN/MME 1998 ^(1.1)

Por opção estratégica, principalmente após os choques de petróleo de 1973 e 1979, toda prioridade foi dada a geração hídrica que, embora renovável, é intensiva em capital.

Além disto, os combustíveis são consumidos para essa finalidade com forte predominância regional com destaque para o óleo diesel no Norte e carvão no Sul. O óleo combustível se concentra no Norte e Sudeste sendo que nesta última região é usado somente para suprir necessidades eventuais ou sazonais da rede interligada.

Tabela 1.1:

Uso de Combustíveis para Gerar Eletricidade no Período 1990-1997
TJ/ano

A distribuição por estados da Federação das centrais de Geração para uso público é, por outro lado, de tal forma especializado que permite, como poderá ser visto, praticamente individualizar o consumo das centrais mais importantes (carvão e óleo combustível) pelo consumo a nível estadual.

Figura 1.2: A geração nas centrais elétricas de serviço público por combustível apresentam notável concentração por estado; o óleo combustível nos estados AM, RJ, e SP e o carvão nos estados de SC e RS.

 Por tipo de combustível temos a distribuição no período mostrada na figura seguinte. O carvão (4 usinas) e o óleo combustível (3? usinas) representam 71% do combustível queimado e devem ser tratados de maneira especial. As usinas a óleo diesel podem ser tratadas em conjunto ou por tipos principais.

Figura 1.4: A participação do óleo combustível nas fontes geradoras de CO2, vem cedendo lugar ao carvão vapor e ao diesel; as centrais a óleo combustível atendem a regiões de redes interligadas e são usadas para suprir déficits anuais ou sazonais. - Dados BEN/MME 1999 e anteriores.

1.2 Autoprodutores

Na geração térmica de eletricidade os autoprodutores têm um importante papel que vem crescendo com o tempo como é mostrado no gráfico seguinte.

Figura 1.5: As autoprodutoras termelétricas atingem contribuição quase equivalente à das centrais de serviço público - Dados BEN/MME 1998.

Figura 1.6: Nas autoprodutoras encontra-se uma variedade muito maior de combustíveis com destaque para combustíveis disponíveis no local ou usados em processo de cogeração - Dados BEN/MME 1998.

As autoprodutoras pela sua importância, pela diversidade de combustíveis e dos setores envolvidos merecem um estudo à parte.

2. Centrais Elétricas de Serviço Público

Em dezembro de 1997, a capacidade instalada das centrais termelétricas públicas apresentava os seguintes valores:

Tabela 2.1 Capacidade Instalada por Sistema

(*) Correspondem a mais de 300 localidades eletricamente isoladas umas das outras

Cerca de 85% dos Sistemas Isolados estão na Região Norte que englobam os Estados de Amazonas, Roraima, Rondônia, Amapá e Acre. Os 15% restantes estão distribuídos nos Estados de Pará, Maranhão, Tocantins, Pernambuco, Bahia, Mato Grosso, Mato Grosso do Sul, Paraná e Rio Grande do Sul.

O percentual de geração térmica de eletricidade por região e por tipo de combustível em dezembro de 1997 é apresentada a seguir:

Tabela 2.2 Geração Percentual Térmica por Região e por tipo de Combustível

(*) Não está incluída a geração nuclear

3.1 Aspectos Gerais

A geração a carvão vapor está localizada em 4 centrais, associadas a minas próximas às geradoras. São elas

O fato de utilizarem tipos de carvão específico, diferenciados por seu poder calorífico, permitem que os dados disponíveis a nível estadual sejam usados para inferir, com boa aproximação para fins de emissão, as emissões a nível de usina. Para as três primeiras existe estudo específico de emissões realizado por JICA/ELETROSUL/CEEE ^(2.1) .

3.2 Parâmetros de Emissão

3.2.1 - Eficiência

O estudo levantou para diferentes condições de operação as emissões de SO2, NOx e particulados para estas usinas usando combustíveis de diferentes poderes caloríficos e diferentes teores de enxofre. Também foram feitos levantamentos de dispersão desses poluentes. Igualmente são fornecidos dados operacionais como temperatura e velocidade dos gases na chaminé, potência gerada e quantidade de combustível consumido. Os dados operacionais foram fornecidos pelas centrais que também parecem ter fornecido as características do combustível tais como teor de cinza e enxofre.

A eficiência de operação das central foi inferida para diversas condições de operação e são mostradas na Tabela 3.2 para as três centrais estudadas.

Figura 3.1: A Eficiência das unidades não depende da faixa de operação estudada em relação à potência nominal. As unidades de maior porte se mostram mais eficientes;

Tabela 3.1

As eficiências não se mostraram sensíveis na faixa de operação acima de 50% da potência nominal. As variações de teor calorífico do carvão utilizado não foram significativas em cada unidade para verificar a influência deste fator. Como se tratava de diferentes partidas (diferentes dias e diferentes teores de cinzas e enxofre) isto pode ser tomado como indicação de uma relativa estabilidade desta característica. Em diferentes unidades da mesma usina a variação é significativa o que torna preferível, sempre que possível, trabalhar diretamente com o consumo de carvão conferindo as eficiências através dos dados da geração elétrica.

3.2.2 - Emissões SO2 e NOx

As emissões de SO2 e Nox e de particulado foram objeto específico do estudo liderado pelo JICA. Alguns fatos contraditórios podem ser observados como valores de emissão de enxofre em massas superiores a das indicadas para o combustível. O gráfico seguinte ilustra esse fato.

Trata-se aparentemente de erro sistemático na determinação do teor enxofre do carvão ou das emissões (ou na interpretação de nossa equipe). Nota-se, por outro lado, uma boa correlação relativa. Os valores calculados de emissão de enxofre, no trabalho referenciado, são coerentemente bastante inferiores aos medidos. Pode ter havido um erro na interpretação dos valores de teor de enxofre fornecido que seriam, para essa usina, relacionados à massa de carbono e não a do combustível. Corrigindo-se para esta hipótese acha-se um valor bem mais coerente. Ademais os teores fornecidos para o combustível ~1.9% estão em contraste com os fornecidos no INFORMATIVO ANUAL DA INDÚSTRIA CARBONÍFERA 1994, Ministério de Minas e Energia,  para a referida mina. Adotando-se a hipótese dos teores referirem-se ao carvão sem as cinzas encontra-se valores de emissão (retenção de cerca de 23% do enxofre) e de teor ~3,4% que parecem mais coerentes. Adotamos preliminarmente os valores assim corrigidos para este nosso trabalho.

 Os valores obtidos para as três centrais, em diferentes medidas em algumas unidades em cada central.

Figura 3.3: A Emissão observada é proporcional ao teor de enxofre declarado mas apresenta algumas incoerências quando aplicados a uma mesma usina

O parâmetro massa de S emitido por TJ de combustível queimado permite inferir diretamente as emissões a partir de dados de queima de combustível e, sendo disponível o teor de enxofre. No caso da usina de Candiota existe uma incoerência aparente entre a variação nas emissões e a relativa estabilidade dos teores de S indicados para o carvão. Como a metodologia usada na detecção da emissão foi adequada em outros caso caberia verificar a confiabilidade das análises do minério.

Na tabela abaixo indicamos os valores dos coeficiente obtidos para emissão de enxofre. Para os valores da Usina Jorge Lacerda foram considerados o valores corrigidos dos teores como mencionado anteriormente.

No caso de se dispor do teor de enxofre para os diversos anos seria usada a retenção mencionada no item anterior amenos de indicações da usina sobre variação no processo.

As emissões de NOx foram medidas no trabalho do JICA encontrando-se os seguintes parâmetros médios para as três usinas. Estes valores são indicados na tabela seguinte.

Os autores do trabalho observam que as emissões de NOx são baixas em virtude das baixas temperaturas nas caldeiras. Foram realizadas medidas nos pontos de amostragem ambientais externos às usinas da relação NO2/NOx, no entanto, na ausência de medidas de O3 não foi possível modelar a dispersão. Os índices de NO2 observados foram inferiores ao habituais assim como os observados para o NOx. Nas presentes avaliações consideramos que se mantenham as relações dos parâmetros de "default" indicados.

Nota: A emissão relativamente de particulado pode indicar queima incompleta. O material recolhido nos preciptadores (de eficiência relativamente baixa) é reinjetado nas caldeiras. Isto é uma indicação de tratar-se de material não queimado. Uma análise dos dados de combustão poderá, eventualmente, fornecer dados sobre carbono não queimado e de emissão de CO. Provisóriamente foi feita uma estimativa paramétrica dessas emissões.

3.3: Comparação das emissões a partir de parâmetros globais e específicos

Os dados do estudo do JICA foram colhidos em 1996. Para este mesmo dispõe-se de dados globais por estado da Federação especificando o tipo de carvão. Isto praticamente permite identificar a quantidade de carvão consumida por usina. como é mostrado nos quadros seguintes.

A partir desses parâmetros pode-se obter a emissão devida as usinas e/ou tipo de combustível por estado que como pode-se observar é biunívoca. No caso os dados disponíveis por UF permitem estimar o comportamento das usinas.

Emissões de SO2

Emissões de NOx e N2O

3.1 Aspectos Gerais

Tabela 3.1: Centrais Térmicas a Óleo Combustível

3.2 Consumo de Óleo Combustível por Estado

Tabela 3.1 Consumo de óleo Combustível para Geração de Eletricidade nas UF em 1000 t/ano

Gráfico do Consumo de Óleo Combustível para geração de eletricidade.

Os resultados são, por enquanto, paramétricos. Na medida que sejam obtidos os dados dos óleos combustíveis utilizado (Frida tem para Santa Cruz um ano) os resultados melhoram a precisão. Nota-se que os dados por Estado resolvem o problema.

• Dados Mínimos Necessários sobre o Combustível

Poder calorífico

Teor de enxofre

Composição ( ajuda razão C/H, densidade)

• Dados sobre as centrais

Esquema de funcionamento com características dos componentes principais associados à combustão

Dados de emissão específicos para as usinas específicas ou similares

4.1 Aspectos Gerais

Foram elaboradas tabelas paramétricas por estado e por ano e quadro do consumo por tipo de combustível e por ano. A multiplicação desses parâmetros (como exemplificado para o carvão) permitem deduzir as emissões a nível de estado da Federação

Por enquanto existem diferenciações por tipo de combustível (com subdivisão dos carvões) e algumas características já apuradas das usinas principais (carvão). As planilhas em Excel permitem atualização automática dos resultados globais.

4.2 Resultados preliminares

Alguns resultados preliminares já estão disponíveis. Abaixo os resultados para 1997 e 1991. A unidade é Gg (gigagrama)

Emisões por Estado e Região - Ano de 1997

Emisões por Estado - Ano de 1991