Atlas Copco: vapor - caldeiras de vapor de 1,3 a 16 toneladas/hora
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A Micro-Cogeração

Por: Miguel Geraldes Cardoso |Eng.º Electrotécnico Sénior, OE 1880709/06/2020
Na sequência de um artigo publicado o ano passado, em Julho, sobre o projecto integrado de poupança de energia que está a ser levado a cabo Faculdade de Direito de Lisboa e que eu, como engenheiro, e por indicação e sob a autoridade da Direcção da Faculdade, tenho tido o gosto de coordenar desde a sua génese como um Programa Preliminar até à Exploração, tem o presente texto o objectivo de divulgar um aspecto particular: a micro-cogeração.
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1. Introdução

Conforme foi explicado, de forma geral, no artigo precedente, o Projecto é, de certa forma, modelar e experimental para Portugal. Não temos conhecimento de outro que envolvesse diferentes meios técnicos visando, de forma integrada, o objectivo comum poupança energética.

Assim, projectámos, montámos e pusemos em funcionamento:

  • Uma central fotovoltaica de 220 kWp;
  • Com sistema de acumulação por baterias de 110 kwh;
  • Um sistema de micro-cogeração;
  • Um Sistema de Gestão Técnica Centralizada e um Sistema de Monitorização desenhado e pensado para actuar sobre um edifício que teve a sua génese na década de 50 do seculo XX.
Adicionalmente, ainda se previu a mudança de vãos envidraçados antigos para outros já com corte térmico, sempre em diálogo construtivo com a Direcção Geral do Património, visto que tratamos com um edifício classificado, o que em termos de obras públicas em Edifícios Públicos nem sempre acontece.
O Projecto foi apoiado pelos Fundos Europeus no âmbito do POSEUR - Programa Operacional para a Sustentabilidade e Eficiência no Uso de Recursos.

2. Sistema de Micro Cogeração (CHP)

Falando então especificamente da instalação de cogeração cujo princípio de funcionamento, consiste na produção de energia térmica através do arrefecimento de um sistema motor-gerador, accionado a partir de gás natural, com produção em contínuo de energia eléctrica.

No estudo de instalação inicial, feita uma exaustiva pesquisa a nível de diversas soluções existentes na Europa, levada em conta a realidade da Faculdade, conseguimos, em 2018, centrar-nos no fabricante dinamarquês ECPower que nos forneceu elementos que considerámos suficientes para a integração dentro do nosso projecto e com dados que permitiam constatar a viabilidade económica do processo.

As premissas de partida ficaram assim:

  • Funcionamento de cerca de 4.900 h por ano;
  • Produção de perto de 100.000kWh de energia eléctrica, sobre um consumo de referência de energia eléctrica estimado na Faculdade de quase 1.000.000 kWh (10%);
  • E de cerca de 200.000 kWh de energia térmica sobre uma necessidade total (consumo de referência) da Faculdade de 325.000 kWh (a cogeração respondendo assim por 60%).

Face à realidade dos equipamentos disponíveis, determinou-se que as potências a considerar para o cogerador deveriam ser de 42kW - Térmicos / 20 kW - Eléctricos. Ou seja, um dimensionamento “micro”.

Dada a existência preliminar de quatro caldeiras ROCA de 125 kW, o sistema que queríamos instalar seria complementar destas e deveria articular-se com os sistemas já instalados da forma mais simples possível e nos espaços existentes.

Sem entrar em grandes detalhes técnicos - mas pondo-me desde já à disposição para todos os esclarecimentos que queiram os mais interessados ter – o nosso caderno de encargos indicou que o sistema deveria ser tipo “plug and play”, produzir água quente que interagisse sem problemas com a instalação de aquecimento existente, o que significa a micro-cogeração produzir (e modular) a injecção de água quente no referido sistema existente, e ainda fazer a gestão do funcionamento das caldeiras.

O mesmo com o sistema eléctrico, embora a modulação seja “Heat-Controlled Mode” (HCM) no caso, dada a baixa potência do sistema de geração, não se poriam problemas de equilíbrio daquela e sim de garantia de que as frequências se equilibrariam e não existiriam injecções desproporcionadas de energia reactiva.

Tudo isto foi conseguido.

Como parâmetros (conservadores) de base, podemos indicar que para cada 61,1 kWh de gás natural comprados à rede (100 %), conseguimos produzir 38,7 kWh HCV (63 %) de energia térmica para a rede de aquecimento interno e 20 kWh (33 %) de energia eléctrica a serem consumidos na Faculdade

3. Conclusões

Em traços gerais, da nossa experiência na Faculdade e Direito, com a implementação de algumas medidas de Eficiência Energética, é possível concluir não só a importante redução de 22% no consumo de gás natural no 1º trimestre de 2020 mas, também, concluir que a Co-geração é capaz de suprir praticamente todas as necessidades de calor, uma vez que foi responsável por 85% do consumo total de gás natural da Faculdade de Direito.

Como parâmetros (conservadores) de base, podemos indicar que para cada 61,1 kWh de gás natural comprados à rede (100 %), conseguimos produzir 38,7 kWh HCV (63 %) de energia térmica para a rede de aquecimento interno e 20 kWh (33 %) de energia eléctrica a serem consumidos na Faculdade (e 2,4 kW de perdas, ou seja um rendimento de 96% sobre a energia entregue).

Tendo em conta as Tarifas de Energia que a Faculdade de Direito está actualmente a pagar, podemos afirmar que toda a eletricidade Co-gerada sai ao custo da compra da Eletricidade em Super-Vazio.

Em termos ambientais e em termos de pegada carbónica, podemos também afirmar a enorme redução do consumo de Energia Primária de Faculdade de Direito.

No que diz respeito ao retorno do investimento e tendo em conta as Tarifas de Energia da Faculdade de Direito, estima-se um prazo para retorno do investimento inferior a 6 anos.

Julgamos que a solução é interessante para pequenas ou médias instalações com necessidades de calor, conduzindo a uma efectiva redução dos valores pagos para a energia, ao mesmo tempo que conseguimos a redução da pegada ecológica.

Assinalamos a solução encontrada, para a Faculdade de Direito, foi a de um equipamento marca EC-Power, nodelo XRGI®20. Este fabricante tem soluções que começam nos CHP 6 kW, podendo chegar aos 80 kW, através de 4 unidades XRGI®20 interligadas.

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