Cogeração de energia é um processo que produz simultaneamente duas ou mais formas de energia a partir de uma fonte de combustível principal. Geralmente, combina a geração de eletricidade com o aproveitamento do calor residual.
Este calor, que seria desperdiçado em sistemas convencionais de geração, é reutilizado para fins térmicos, como aquecimento ou refrigeração. Como resultado, há o aumento da eficiência energética e redução de custos.
Índice:
Como funciona a cogeração de energia?
Vantagens da cogeração para empresas e indústrias
Desvantagens da cogeração de energia
Quais são os tipos de cogeração?
Tecnologias de cogeração disponíveis no mercado
Tendências para o futuro da cogeração de energia
Qual a fonte de energia mais utilizada para cogeração?
Quais são os setores em que a cogeração pode ser aplicada?
A cogeração de energia no Brasil
Tecnogera: Sua Parceira Estratégica para Projetos de Cogeração
Como funciona a cogeração de energia?
O funcionamento da cogeração baseia-se no princípio de aproveitar ao máximo a energia contida em um combustível. Em vez de gerar apenas eletricidade, perdendo calor no processo, o sistema é desenhado para capturar esse calor e reaproveitá-lo.
O combustível, que pode ser gás natural, biomassa, biogás ou diesel, alimenta uma turbina ou um motor de combustão interna. Este equipamento aciona um gerador, produzindo energia elétrica.
O calor liberado pelos gases de exaustão do motor ou turbina e pelo sistema de arrefecimento – que é o responsável por regular a temperatura do motor e evitar o superaquecimento – é então recuperado.
Ele pode ser usado para aquecer água, produzir vapor para processos industriais ou alimentar chillers de absorção para refrigeração.
Os chillers são equipamentos robustos utilizados para resfriar água, que por sua vez climatiza grandes ambientes como shoppings e hospitais ou na refrigeração de maquinários industriais.
Assim, um único insumo energético resulta em eletricidade e energia térmica, que pode ser vapor, água quente ou ar quente, aumentando significativamente a eficiência do sistema.
Vantagens da cogeração para empresas e indústrias
A implementação de sistemas de cogeração de energia oferece vários benefícios para o setor produtivo, impactando diretamente a competitividade e sustentabilidade de empresas e indústrias em geral.
Confira as principais vantagens:
– Redução dos custos com energia: ao gerar eletricidade e calor no local, as empresas diminuem a dependência da rede elétrica, das distribuidoras e ainda reduz a compra de combustíveis para aquecimento. O resultado é uma economia em escala.
– Maior eficiência energética: na cogeração de energia a eficiência energética é notadamente superior, podendo ultrapassar até 80%, percentual bem superior aos cerca de 30%, 40% de usinas termelétricas convencionais. Isso significa melhor aproveitamento dos recursos energéticos.
– Maior confiabilidade e segurança no suprimento de energia: a cogeração de energia minimiza perdas por interrupções da rede, sejam elas por falhas na transmissão, manutenções, acidentes ou desastres climáticos.
– Contribuição para a sustentabilidade: a cogeração também contribui para a sustentabilidade, reduzindo a emissão de gases de efeito estufa.
Desvantagens da cogeração de energia
Mesmo com os benefícios destacados, a cogeração de energia também apresenta alguns desafios ou limitações que precisam ser levados em conta.
A instalação de um sistema de cogeração demanda um investimento que pode ser relativamente alto, tornando-o inviável para uma parcela considerável de empresários.
Equipamentos como motores, turbinas e sistemas de recuperação de calor exigem um montante considerável de investimentos, valor que pode impactar a operação de um negócio e comprometer a lucratividade.
Há também uma dependência da matéria-prima (combustível). Flutuações no preço ou na disponibilidade do insumo escolhido podem impactar a viabilidade econômica do projeto a médio e longo prazos.
Outro ponto é a necessidade de uma demanda constante tanto por energia elétrica quanto por energia térmica para otimizar o sistema. A proximidade entre a geração e o consumo do calor também é fundamental, pois o transporte de energia térmica a longas distâncias é ineficiente e caro.
Para amenizar essas desvantagens o governo brasileiro tem investido em Ações de incentivo, como o Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica (Procel), do Ministério de Minas e Energia (MME), que prevê o aumento da eficiência energética, incluindo a geração, transmissão e distribuição de energia.
Incentivos fiscais, como oferecimento de créditos tributários e isenções fiscais para projetos de cogeração também tem favorecido projetos do setor
Quais são os tipos de cogeração?
Os sistemas de cogeração podem ser classificados em dois tipos de arranjos, definidos pela sequência de produção de energia elétrica e térmica.
São eles: ciclo topping e ciclo bottoming.
Ciclo Topping ou Ciclo Convencional: É o tipo mais comum de cogeração de energia.
Características: Nesta modalidade, o combustível é queimado para gerar energia elétrica. O calor residual deste processo é então recuperado e utilizado para fins térmicos.
Ciclo Bottoming ou Ciclo de Fundo: Neste ciclo, o combustível é inicialmente utilizado em um processo industrial que demanda altas temperaturas.
Características: Nesse ciclo, os gases de escape quentes desse processo são direcionados para gerar eletricidade. Sua aplicação mais comum é em indústrias como as cimenteiras e siderúrgicas.
A escolha entre os ciclos depende das necessidades específicas de cada aplicação, priorizando a forma de energia mais demandada pelo processo.
Tecnologias de cogeração disponíveis no mercado
Quando observamos o mercado de energia, há diversas tecnologias que podem ser empregadas em sistemas de cogeração, cada uma com suas características, indicações e adequações a diferentes escalas e combustíveis.
- Motores de Combustão Interna: Semelhantes aos motores de veículos, utilizam gás natural, biogás ou diesel. Como características, são muito versáteis, com rápida partida, e ideais para potências menores a médias. O calor é recuperado dos gases de exaustão e do sistema de arrefecimento.
- Turbinas a Gás: Funcionam queimando combustível para girar uma turbina acoplada a um gerador. São eficientes para médias e grandes potências, e o calor dos gases de exaustão, em alta temperatura, é ideal para gerar vapor.
- Turbinas a Vapor: O combustível aquece uma caldeira que produz vapor em alta pressão. Este vapor expande-se em uma turbina, gerando eletricidade. O vapor de escape, em menor pressão, pode ser usado em processos. Muito comuns com biomassa.
- Chillers de Absorção: Embora não sejam uma tecnologia de geração primária, são frequentemente integrados à cogeração. Utilizam o calor residual (água quente ou vapor) para produzir água gelada para sistemas de ar condicionado ou refrigeração industrial (trigeração).
Tendências para o futuro da cogeração de energia
O futuro da cogeração está alinhado com a busca global por maior eficiência energética, descarbonização e descentralização da geração de energia.
Uma tendência central é o aumento da eficiência dos próprios sistemas. Novas tecnologias e aprimoramentos em motores, turbinas e trocadores de calor buscam maximizar o aproveitamento energético.
Com os constantes avanços tecnológicos, a tendência é o desenvolvimento de soluções que integram eficiência, menor impacto e sustentabilidade.
Por sua vez, a descarbonização impulsiona o uso de combustíveis renováveis e de menor impacto ambiental. Nesse cenário, a cogeração a partir de biogás e hidrogênio verde ganha destaque.
A integração com fontes intermitentes, como solar e eólica, e o desenvolvimento de sistemas híbridos também são promissores. A micro e minicogeração, para aplicações menores, tendem a se popularizar, promovendo a geração distribuída.
Qual a fonte de energia mais utilizada para cogeração?
No Brasil, a biomassa, especialmente o bagaço de cana-de-açúcar, é historicamente uma das fontes mais utilizadas para cogeração, principalmente no setor sucroenergético. Seu uso está fortemente ligado à sustentabilidade, por ser uma fonte renovável e contribuir para a economia circular nas usinas.
O gás natural também é uma fonte muito importante e largamente utilizada, devido à sua eficiência, menor emissão comparada a outros fósseis, e ampla disponibilidade em muitas regiões.
Outras fontes relevantes incluem o biogás, como aquele oriundo de aterros sanitários ou biodigestores, resíduos industriais e agrícolas, e até mesmo combustíveis fósseis como o diesel em aplicações específicas. A escolha da fonte ideal depende da disponibilidade local, custos e objetivos de sustentabilidade do projeto.
Quais são os setores em que a cogeração pode ser aplicada?
A cogeração é versátil e pode ser aplicada em vários setores, desde que demandem, simultaneamente, energia elétrica e térmica.
Indústrias como a de papel e celulose, química, petroquímica, alimentos e bebidas, assim como a têxtil são grandes utilizadoras. Nesses casos, o vapor ou a água quente são essenciais para processos de cozimento, secagem e aquecimento.
Outro exemplo é o setor sucroalcooleiro, que utiliza o bagaço da cana para gerar eletricidade e vapor para o próprio processo produtivo. Siderúrgicas, cimenteiras e vidrarias também se beneficiam, especialmente com ciclos bottoming ou de fundo.
No setor comercial e de serviços, como shoppings, hotéis, hospitais, supermercados, aeroportos e universidades utilizam a cogeração para climatização, com aquecimento e refrigeração utilizando os chillers.
Data centers, principalmente os hyperscale, com sua alta demanda por energia e refrigeração, também são um mercado em expansão para essa tecnologia.
A cogeração de energia no Brasil
O Brasil possui um grande potencial para a cogeração de energia, impulsionado principalmente pela força do setor sucroenergético, que utiliza o bagaço da cana-de-açúcar como principal combustível. Esta fonte renovável representa uma parcela significativa da capacidade instalada de cogeração no país.
Além da biomassa da cana, o país tem visto um crescimento no uso de outras fontes, como o gás natural, especialmente com a expansão da infraestrutura de gasodutos e a descoberta de novas reservas.
O biogás, proveniente de resíduos agrícolas e urbanos, também vem ganhando protagonismo como uma alternativa viável e sustentável.
De forma geral, com políticas de incentivo e a crescente conscientização sobre eficiência energética e sustentabilidade, há boas perspectivas para a cogeração.
Alguns desafios ainda precisam ser superados, como o que demanda investimentos, principalmente para a otimização da logística de combustíveis.
Essas demandas tendem a ser favorecidas pelos investimentos em inovação, avanços tecnológicos e regulatórios para a expansão da cogeração em diversos setores da economia em todo o país.
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