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Captura de CO2 na Central Termoeléctrica a Carvão do Pego no

1. N o existe uma tecnologia claramente vantajosa em termos de custos performance ou fiabilidade os custos variam para cada tecnologia e implicam sempre alguma incerteza As performances s o semelhantes conseguindo qualquer uma delas recuperar mais de 85 do CO emitido a fiabilidade incerta para os dois casos n o existem unidades de grande dimens o a operar e a penaliza o na efici ncia da central semelhante tanto para um sistema como para o outro rondando os 10 Assim a avalia o da possibilidade de retrofitting de centrais existentes n o f cil por todos os problemas t cnico econ micos que esta adapta o pode acarretar no funcionamento da central e o que se pretende nos pontos seguintes avaliar os pr s e contras das tecnologias para tirar uma conclus o O retrofitting de centrais implica custos nomeadamente no que respeita ao aumento do custo da electricidade produzida ao aumento dos custos de opera o e manuten o e redu o do output energ tico da central devido s necessidades de energia extra para funcionamento da unidade de captura H Herzog 2009a DOE NETL 2010 Outros factores que tamb m condicionam a decis o de instalar um sistema de captura s o a previs o de produ o de electricidade e o papel da Central no sistema electroprodutor nos pr ximos anos a dist ncia a s tios de armazenamento relativamente perto a exist ncia de espa o f sico ao redor da central d
2. Um arranque a frio depois de algum tempo da Central estar parada faz diminuir o tempo de vida til dos equipamentos pelo desgaste stress que provoca nos materiais Note se ainda que numa situa o de aus ncia de produ o de energia para a rede necess rio manter um elevado n mero de equipamentos Mariana Sardinha 56 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s em servi o com o respectivo custo associado energia que necess rio importar para esse funcionamento Tejo Energia A Fig 6 3 ilustra o consumo m dio mensal de carv o desde 1996 at Setembro de 2010 De referir que carga m xima os dois grupos da Central t m capacidade de queimar cerca de 5200 toneladas por dia Os diferentes tons de azul representam o consumo m dio mensal de carv o por dia dos anos referidos e a linha a laranja representa a m dia destes valores A linha a amarelo o consumo m dio di rio de 2010 sendo que os consumos dos meses de Outubro a Dezembro foram calculados com base nas previs es de consumo da Central feitas em 2009 De uma forma geral o consumo de carv o mais baixo nos meses de Inverno e maior nos meses de Ver o De referir ainda que a m dia entre 1996 2010 variou entre as 3000 e as 5000 toneladas di rias de carv o consumido e que o ano de 2010 ficou muito abaixo destes valores Fig 6 4 Consumo m dio mensal de carv o entre 1996 2010 t dia 5 000 4 000
3. Bellona Bellona 2010a http www bellona org ccs Tema project Bellona 2010 a http www bellona org ccs Tema project www bellona org 2010 http www bellona org ccs index_html acedido em 1 de Julho de 2010 Blomen Eliane Capture technologies Improvements and Promising Developments Energy Procedia I 2009 1505 1512 2009 1505 1512 Blunt M F J Fayers e F M Orr Carbon dioxide in enhanced oil recovery Energy Conversion and Management 34 1993 1197 1204 Bohm M C Capture Ready Power Plants Options Technologies and Economics MIT 2006 Bozzuto C R et al Engineering Feasibility and Economics of CO2 Capture on an Existing Coal Fired Power Plant Report No PPL O1 CT 09 NETL 2001 BP BP Statistical Review of World Energy June 2010 British Petroleum 2010 Bradshaw J et al CO2 storage capacity estimation Issues and development of standards International Journal of Greenhouse Gas Control 2007 62 68 BRGM CO2 capture and storage in the subsurface A technological pathway for combating climate change BRGM Editions 2007 Buhre B J P L K Elliott C D Sheng R P Gupta e T F Wall Oxy fuel combustion technology for coal fired power generation Progress in Energy and Combustion Science 31 2005 283 307 CE 2010 http ec europa eu environment climat emission index_en htm Ciferno J e S Plasynski SYSTEM ANALYSES OF CO2 CAPTURE TECHNOLOGIES I
4. Statoil 2010 http www statoil com AnnualReport2008 en Sustainability Climate Pages 5 3 2 5 InSalahCCS aspx acedido em 27 de Agosto de 2010 Mariana Sardinha 110 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Tejo Energia Tejo Energia 2010 http www tejoenergia com index asp art 69 acedido em 24 de Agosto de 2010 UE Portal da Uni o Europeia 2010 http europa eu legislation summaries environment tackling climate change 28188 pt htm acedido em 20 de Julho de 2010 Portal da Unido Europeia 2010b http europa eu legislation summaries energy european energy policy en0012 pt htm Portal da Uni o Europeia 2010a http europa eu pol ener index_pt htm acedido em 1 de Julho de 2010 Portal da Unido Europeia 2010b http europa eu rapid pressReleases Action do reference MEMO 08 35 amp format HTML amp aged 1 amp la nguage PT amp guiLanguage fr acedido em 20 de Julho de 2010 Valenti G D Bonalumi e E Macchi Energy and exergy analyses for the carbon capture with the Chilled Ammonia Process CAP Energy Procedia 1 2009 1059 1066 WorleyParsons Strategic Analysis of the Global Status of CCS Canberra Global CCS Institute 2009 Yang Z Y S Lin e Y Zeng High Temperature Sorption Process for Air Separation and Oxygen Removal Ind Eng Chem Res 2002 2775 2784 Yeh A C e H Bai Comparison of Ammonia an
5. A queima do carv o na Central do Pego origina cinzas volantes esc rias cinzas de fundo emiss es de CO di xido de enxofre xidos de azoto e cloreto de hidrog nio O Decreto Lei n 178 2003 de 5 de Agosto estabelece limita es s emiss es para a atmosfera de certos poluentes provenientes de grandes instala es de combust o transpondo para a ordem jur dica nacional a Directiva n 2001 80 CE do Parlamento Europeu e do Conselho de 23 de Outubro No mbito desta Directiva a partir de 1 de Janeiro de 2008 os limites de emiss o medidos na chamin da Central e por grupo ficar o estabelecidos de forma faseada aos seguintes valores m ximos descritos na Tabela 4 1 Tabela 4 1 Valores m ximos de emiss o de SO NOx e part culas Tejo Energia 2010 Janeiro 2008 Janeiro 2016 Emiss o de SO 400 mg Nm 400 mg Nm Emiss o de NOx 500 mg Nm 200 mg Nm Emiss o de Part culas 50 mg Nm 50 mg Nm Na sequ ncia do cumprimento desta Directiva 2001 80 CE a Tejo Energia instalou na Central do Pego uma unidade de dessulfura o FGD Flue Gas Dessulphurization para redu o dos teores de SO libertados para a atmosfera uma unidade de desnitrifica o SCR Selective Catalytic Reduction para redu o das emiss es de NOx e melhorou o funcionamento dos precipitadores electrost ticos para redu o de part culas Estas instala es funcionam desde Julho e 2008 e foram inauguradas em Setembro de 2009 a par d
6. Vapor sa da da turbina de alta press o Fig 4 17 Temperaturas do vapor entre a sa da da turbina de alta press o e a entrada deste na turbina de m dia press o Ap s expans o na turbina de m dia press o TMP o vapor apresenta um caudal de 744 ton h temperatura de 246 C e press o de 5 bar e conduzido para a turbina de baixa press o TBP onde depois de sofrer expans o condensado A Fig 4 18 um esquema simplificado que representa as estruturas que contribuem para a produ o de vapor descritas anteriormente Distribui o conomizador ELE ER Barrilete Sobreaquecedores vaporiza o Condensador 4 TBP E TMP Ressobreaquecedor Kk TAP Fig 4 18 Produ o de vapor 4 3 2 Fumos e Precipitador Electrost tico Pelas temperaturas elevadas que apresentam os fumos s o aproveitados por diversos sistemas antes de serem lan ados para a atmosfera tais como os economizadores os sobreaquecedores o reaquecedor e os aquecedores de ar regenerativo No fundo da c mara de convec o situa se o repartidor de fumos constitu do por p s direccion veis que orientam o fumo ora para a zona do sobreaquecedor prim rio e economizador ora para o reaquecedor SP Sob P A PPA M Repartidor de Fumos Econ Reaq CF Fig 4 19 L
7. denominada de baixa press o a 108 bar Assim o aumento de temperatura do vapor entre a sa da do barrilete e a entrada do vapor na turbina de alta press o o indicado na Fig 4 16 onde as setas a vermelho indicam a injec o de gua para realiza o dos dessobreaquecimentos Vapor sa da do Sobreaquecedor Sobreaquecedor gt e gt 403 Ea barrilete prim rio j secund rio 391 C y i Vapor entrada 460 2C gt Sobreaquecedor final 5302C da turbina de alta i press o 450 C Fig 4 16 Efeito na temperatura do vapor devido ao dessobreaquecimento Depois da passagem pelo sobreaquecedor final o vapor entregue turbina de alta press o TAP para ser expandido apresentando entrada desta uma temperatura de 530 C e press o de 162 bar fazendo rodar o veio da turbina a uma velocidade de 3000 rpm Ap s expans o do vapor na TAP e diminui o da temperatura at cerca dos 349 C e 44 bar este volta caldeira para ser aquecido novamente no reaquecedor situado na c mara de convec o que aumentar a sua temperatura novamente at aos 530 C Mariana Sardinha 37 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Vapor entrada da gt 349 C gt Reaquecedor gt 530 C gt turbina de m dia press o
8. o vinda do absorvedor rica em CO Geralmente uma temperatura de absor o mais baixa resulta em emiss es de am nia mais baixas mas maior consumo energ tico para o sistema de arrefecimento dos gases de combust o Sherrick et al 2008 An lise da captura por chilled ammonia Os solventes base de am nia oferecem a vantagem de terem boa capacidade de absor o de serem menos corrosivos e mais est veis comparativamente ao MEA evitando se problemas de maior consumo do solvente pois s o compostos que n o se degradam durante as reac es de absor o regenera o S o solventes tolerantes ao O e a outros contaminantes que possam estar presentes no fluxo gasoso para al m de serem baratos estarem amplamente dispon veis no mercado e de produzirem subprodutos como o sulfato de am nia o nitrato de am nia e o bicarbonato de am nia que t m valor comercial podendo ser vendidos para a agricultura enquanto fertilizantes Resnik Yeh e Pennline 2004 S I Plasynski et al 2009 O arrefecimento dos gases de combust o contribui para que o volume dos gases a tratar seja mais pequeno a diminui o da temperatura conduz elimina o da gua e de contaminantes residuais e consequentemente a concentra o do CO nos gases a tratar aumenta S I Plasynski et al 2009 Um estudo revelou que a temperatura mais favor vel para acontecer a absor o do CO cerca de 1 6 C Mathias Reddy e O Connel 2009 As necessid
9. unidade pois ter que se fazer a substitui o dos solventes com maior frequ ncia S I Plasynski et al 2009 A energia que necess rio fornecer durante a compress o do CO que tem que atingir cerca de 150 bar causadora de uma grande penalza o energ tica que afecta a electricidade debitada pela central S I Plasynski et al 2009 At agora as maiores unidades que funcionam com aminas s o capazes de capturar 1000 toneladas de CO diariamente No entanto uma central de 500 MW produz cerca de 10 000 toneladas de CO por dia Este valor leva a que a tecnologia de captura por aminas apropriada para centrais a carv o precise de ser ampliada para a escala necess ria aplica o no CCS MITEI 2009 Adaptar a selec o de solventes s caractesr sticas dos gases de combust o assim como seleccion los consoante a sua taxa de absor o a resist ncia degrada o corros o e impurezas a volatilidade e o seu calor de absor o regenera o s o par metros que contribuem para o sucesso da captura e podem ser importantes para diminuir os custos contribuindo para a redu o dos volumes de solvente usados e para o tamanho dos equipamentos Solventes com maiores capacidades de absor o permitem operar o processo com maior efici ncia solventes com resist ncia degrada o por outros compostos permitem reduzir os custos associados renova o do solvente e poder o contribuir para reduzir as ne
10. 3 000 t dia 2 000 1000 Jan Fev Mar Abr M ai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez 2010 M dia 1996 2010 Fig 6 4 Consumo m dio mensal de carv o na Central do Pego Tejo Energia 2010 A Tabela 6 2 apresenta dados relativos produ o de energia el ctrica na Central do Pego entre 2005 e 2009 nomeadamente o peso da energia produzida na Central no panorama energ tico o carv o consumido ao longo dos anos as emiss es de CO resultantes da sua actividade e as emiss es em g kWh de CO SO NO2 HCl e part culas Tabela 6 2 Dados relativos produ o de energia na Central do Pego REN 2005 2007 2009 e Tejo Energia BO 2006 2007 2008 2009 Consumo Energ tico em Portugal GWh 47 940 49 174 50 059 50 574 49 865 Electricidade Produzida pela Central do Pego GWh 5066 4376 3615 3498 3073 Peso da energia produzida na Central do Pego no contexto do 11 1 SEP 1108 1 2789 4 840 nt oia 0 a 0 65 E 1 Aumento do consumo de auxiliares associado entrada em funcionamento das instala es de desnitrifica o e dessulfura o 2 Calculados a partir de an lises ao carv o 3 Valores medidos por equipamentos Inclui alguns valores estimados Mariana Sardinha 57 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Mariana Sardinha 58 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s 7 Captura de CO
11. Fig 4 10 Do parque de carv o entrada na caldeira 4 2 1 Sistema de ar e queimadores Para que a queima de carv o aconte a necess ria a presen a de combust vel e ar sendo que existem tr s tipos de ar neste processo o ar prim rio que um ar transportador das part culas de carv o o ar secund rio que assegura o ar necess rio combust o e o ar de arrefecimento e igni o para iniciar um arranque a frio O ar prim rio tem a fun o de secar o carv o nos moinhos e transport lo at aos queimadores e como tal s utilizado a partir do momento em que se come a utilizar como combust vel o carv o Este ar previamente aquecido nos aquecedores de ar regenerativo atrav s do aproveitamento dos fumos vindos da c mara de combust o O ar secund rio surge da recolha de ar feita por uma conduta de grandes dimens es no topo da caldeira que relativamente quente devido s perdas de calor e tem como fun o assegurar o ar necess rio c mara de combust o para que a reac o se fa a em boas condi es Por fim o ar de arrefecimento e igni o que respons vel pelo desencadeamento da reac o de combust o num arranque a frio quando um grupo est parado h mais de 36 horas e faz o arrefecimento da zona envolvente dos queimadores r secund rio Ar prim rio e n Arm 3 Ar Prim rio com Ca Ventilador ar secund rio Ar Secundario Fig 4 11 Cond
12. IEA Energy Technology Perspective Paris International Energy Agency 2008 IEA Energy Technology Perspectives 2010 Paris International Energy Agency 2010a IEA GHG Post Combustion Carbon Capture from Coal Fired Plants Solvent Scrubbing Technical Study Report 2007 15 IEA GHG 2007a IEA GHG R amp D Programme CO2 Capture Ready Plants 2007 4 London IEA 2007 IEA IEA 2010b http www iea org stats pdf_graphs PTTPESPI pdf acedido em 21 de Setembro de 2010 IEA org g8 2010c http www iea org g8 acedido em Julho de 2010 IEA Key World Energy Statistics Paris International Energy Agency 2009 c IEA World Energy Outlook Paris International Energy Agency 2009a IEA World Energy Outlook Paris International Energy Agency 2009 a INAG Programa Nacional de Barragens de Elevado Potencial Hidroel ctrico 2010 http pnbeph imag pt np4 3 html acedido em 15 de Setembro de 2010 IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage Cambridge IPCC 2005 Jordal Kristin Marie Anheden Jinying Yan e Lars Str mberg Oxyfuel combustion for coal fired power generation with CO2 capture Opportunities and challenges The 7th International Conference on Greenhouse Gas Control Technologies GHGT7 September 5 9 Vancouver 2004 Korkmaz zg r Gerd Oeljeklaus e Klaus G rner Analysis of retrofitting coal fired power plants with carbon dioxide capture Energy Procedia I 1 2009 1289 1
13. O consumo diminuiu em todas as regi es excepto no M dio Oriente e na regi o sia Pac fico Em 2009 o consumo de g s na OCDE caiu 3 1 a maior diminui o desde 1982 BP 2010 Em 2009 a produ o el ctrica a partir da energia h drica aumentou 1 5 relativamente aos valores de 2008 e a produ o de energia e lica e solar cresceram respectivamente 31 e 47 O crescimento da Energia prim ria o recurso energ tico que se encontra dispon vel na natureza petr leo g s natural carv o energia h drica energia e lica biomassa energia solar energia nuclear energia das ondas que ainda n o sofreu nenhum processo de transforma o ou convers o Exprime se normalmente em massa equivalente de petr leo toe tonne of oil equivalent que uma unidade de energia definida como o calor libertado na combust o de uma tonelada de petr leo Segundo a Ag ncia Internacional da Energia AIE 1 toe s o cerca de 42 GJ Mariana Sardinha 3 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s energia e lica foi impulsionado principalmente pela China e pelos EUA que em conjunto contribu ram para 62 4 deste crescimento No mesmo ano o consumo de petr leo diminuiu 1 7 a primeira grande queda desde 1982 O consumo deste combust vel diminuiu 4 8 nos pa ses da OCDE pelo quarto ano consecutivo mas fora desta regi o o consumo aumentou 2 1 BP 2010 Tamb m a energia nuclear r
14. existente para o g s natural que transporte o CO capturado das fontes at aos locais de armazenamento No entanto o papel que a Central a carv o vai ter no sistema electroprodutor Portugu s nos pr ximos anos pode ser determinante para avan ar com a decis o de implementar a captura de CO apesar de barato o carv o uma mat ria prima bastante poluente que actualmente n o se coaduna com a estrat gia nacional para a energia por contribuir para o aumento das emiss es de GEE Em linhas gerais a estrat gia para a energia aponta para que cada vez mais se abandone as formas de produ o de electricidade muito poluentes e que se aposte em formas de produ o que o s o menos como as renov veis No entanto n o sustent vel que um sistema electroprodutor produza energia apenas atrav s das renov veis pelo seu car cter aleat rio e imprevis vel Por esta raz o existe a necessidade de ter sempre dispon veis formas de produ o de energia que n o dependam das condi es meteorol gicas e que consigam produzir energia independentemente da altura do ano ou do dia Estas centrais as chamadas centrais convencionais s o geralmente as barragens de albufeira e as centrais termoel ctricas que produzem energia quando solicitado pelo gestor da rede el ctrica Tamb m neste campo j entra a compara o entre as centrais a carv o e g s natural e importa saber se prefer vel comprar o g s natural que uma fonte mais cara
15. importante comparar as emiss es reais de CO2 pois os valores apresentados nesta disserta o s o valores calculados com base nas caracter sticas dos carv es queimados Seria interessante ainda acompanhar a evolu o di ria das emiss es consoante as varia es de carga a que a central est sujeita para melhor caracterizar as emiss es e o efeito que estas varia es de carga possa ter para um sistema de captura que eventualmente se instale nesta central Importa tamb m explorar melhor as tecnologias de captura por p s combust o para definir qual das duas apresentadas aminas ou chilled ammonia mais favor vel a esta Central Uma vez que este um projecto integrado com tr s diferentes vertentes captura transporte e armazenamento resta investigar as implica es que o regime de funcionamento incerto da central vai ter nestas Os requisitos da qualidade do CO capturado tamb m t m que ser investigados para que a escolha de um eventual sistema de captura n o inviabilize o sucesso das outras duas componentes da cadeia CCS Vai ser interessante ainda explorar os benef cios que a central recentemente constru da a g s vai ter num eventual cen rio de implementa o de um sistema CCS na Central as necessidades energ ticas para fazer funcionar a unidade de captura poder o ser obtidas atrav s da central a g s Seria ainda interessante estudar a possibilidade de captura do CO na nova central a g s que vai ter um p
16. que o dissolve e o transporta para outra coluna a de regenera o onde acontece a liberta o do fluxo de CO por ac o do aumento da temperatura O calor necess rio para promover este aumento de temperatura retirado da central sob a forma de vapor causando uma penaliza o na pot ncia debitada pela Central assim como numa redu o da sua efici ncia de cerca de 10 Resta no entanto clarificar que a aplica o de uma tecnologia de captura n o depende s da disponibilidade desta Outros factores que tamb m condicionam a decis o de instalar um sistema de captura s o a previs o de produ o de electricidade e o papel da Central no sistema electroprodutor portugu s SEP nos pr ximos anos a dist ncia a s tios de armazenamento relativamente perto a exist ncia de espa o f sico ao redor da central dispon vel para instalar a nova unidade o que para este caso n o um problema uma vez que existe muito t rreo volta da Central e ainda os anos de vida da desta O contexto em que se insere a Central do Pego no SEP algo incerto As previs es futuras para o SEP s o para o aumento da energia produzida a partir das fontes de energia renov veis O princ pio b sico de gest o da rede que a oferta de energia el ctrica tem que igualar a procura em tempo real Como as centrais de PRE e as centrais a fio de gua t m um regime de funcionamento imprevis vel t m prioridade sobre todas as outras formas de produ o entran
17. 2005 Friedmann S J Carbon Capture and Sequestration as a major greenhouse gas abatement option 2007 GHG R amp D Programme 2007 http www ccs africa org fileadmin ccs africa user docs Dakar 6 9 Dakar Gaborone Beck 06sept07 pdf acedido em 27 de Agosto de 2010 Global CCS Institute Strategir Analysis of the Global Status of Carbon Capture and Storage 2009 Hamilton M R H J Herzog e J E Parsons Cost and US public policy for new coal power plants with carbon capture and sequestration Energy Procedia 1 2009 4487 4494 Herzog H A Research Program for Promising Retrofit Technologies 2009b Herzog H Carbon Dioxide Capture and Storage Cap 13 em The Economics and Politics of Climate Change de Dieter Helm e Cameron Hepburn 263 283 Oxford University Press 2009a Herzog Howard Jerry Meldon e Alan Hatton Advanced Post Combustion CO2 Capture Prepared for the Clean Air Task Force Doris Duke Foundation 2009a Mariana Sardinha 108 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s IEA CO2 Capture and Storage A key carbon abatement option Paris OECD IEA 2008a IEA CO2 Emissons From Fossil Fuel Combustion Paris International Energy Agency OCDE 2009b IEA CO2 Emissons From Fossil Fuel Combustion Paris International Energy Agency OCDE 2009 b IEA Energy Balances Of OECD Countries 2009 Edition Paris IEA OCDE 2009c
18. A solu o de gesso sem qualquer perigosidade ambiental e cujas caracter sticas possibilitar o a sua utiliza o na produ o de cimento ou como material de constru o passa em seguida para uma linha de secagem com posterior armazenamento deste num silo at sua expedi o para venda ou deposi o em aterro de res duos na Central Tejo Energia 2010 Fig 4 33 Unidade de dessulfura o FGD Mariana Sardinha 49 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s 4 13 Efeito dos Sistemas de Tratamento de Gases A entrada em funcionamento das unidades de dessulfura o e desnitrifica o em Setembro de 2008 levou a uma redu o significativa dos n veis de emiss es de SO e NO na Central do Pego comparativamente aos anos anteriores Para melhor ilustrar esta tend ncia os gr ficos das figuras seguintes representam este efeito Compara o das emiss es de SO e NO antes e depois do in cio da opera o das unidades FGD e SCR na Central do Pego 2 O orre s y P 0 O 1 5 R A E r c N aa ai IN N Pd PPS caia 1 7 r ra Coe z477 L e y al 0 5 oo at ad SOE a SESI E 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 M s 502 2007 NOX 2007 502 2009 NOX 2009 Fig 4 34 Compara o das emiss es de SO e NOx em 2007 e 2009 Com a entrada em funcionamento das unidades de dessulfura o e desmitrifica o a perf
19. apresenta efici ncia de remo o mais elevada a concentra es de solventes mais baixas o que favorece bastante esta tecnologia devido s baixas concentra es de CO resultantes da combust o convencional J a n vel energ tico a quantidade de vapor necess rio para regenerar a am nia por kg de CO capturado 1 3 do necess rio para regenerar o MEA e estimativas indicam que os custos de opera o e de capital s o mais baixos 15 20 na captura por chilled ammonia Ciferno e Plasynski 2005 Resnik Yeh e Pennline 2004 Na Fig 7 20 podem ver se os dados do estudo Ciferno e Plasynski 2005 que comparou a performance dos sistemas de captura por aminas e por chilled ammonia Increase in capital costs oil 64 6 Efficiency Chilled ammonia ton CO2 avoided A amos Increase in COE 66 Fig 7 20 Efeito dos sistemas de captura por p s combust o na performance de uma central Adaptado de Ciferno e Plasynski 2005 Os dados da figura anterior permitam nos observar que uma central dotada de um sistema de captura de CO por chilled ammonia tem uma melhor performance relativamente a uma central com captura do CO por aminas Os custos com o capital s o para a captura por chilled ammonia mais baixos a efici ncia final da central seria menos penalizada com esta tecnologia os custos por tonelada de CO evitada seriam mais baixos e os custos de produ o de energia cerca de metade dos custos com um sistema b
20. as tend ncias esperadas s o as apresentadas na Tabela 7 4 Mariana Sardinha 63 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Tabela 7 4 Evolu o expect vel dos sistemas de captura por p s combust o P Feron 2005b 1995 2005 2015 Efici ncia da central Rs 900 kg 800 kg 720 kg Emiss es CO numa central sem sistema de captura CO MWh CO MWh CO MWh Ags q 0 446 kWh kg 0 306 kWh kg 0 196 kWh kg Perdas el ctricas devido unidade de captura do CO ee 25 5 35 1 43 6 Efici ncia da central com uma taxa de captura do CO de 90 Menos 14 5 Menos 9 9 Menos 6 4 Emiss es numa central com um sistema para capturar 90 do CO 141 kg 103 kg 82 kg contido nos gases de combust o CO MWh CO MWh CO MWh As previs es indicam que a penaliza o na efici ncia relacionada com o funcionamento da unidade de captura ir diminuir com o tempo passando dos 14 5 em 1995 para 6 4 em 2015 P Feron 2005b assim como as necessidades energ ticas relacionadas com a mesma O princ pio de funcionamento da captura por p s combust o baseia se na reversibilidade das reac es qu micas afectadas pelas diferentes temperaturas de opera o e os solventes mais testados actualmente s o aqueles base de aminas solventes aquosos alcalinos que reagem com o CO um cido atrav s de uma reac o t pica cido base ou aqueles base de am nia H Herzog 2009a Nos po
21. de 2010 e por isso a produ o de electricidade a partir dos combust veis f sseis foi maior em 2009 relativamente a 2010 com um peso de 48 no total 23 G s 1 Fuel e 24 Carv o Fig 2 18 a Por outro lado nos primeiros cinco meses do 2010 houve precipita o abundante e muito vento no territ rio portugu s o que conduziu a uma grande contribui o da energia produzida por meios end genos que supriram cerca de 66 das necessidades de energia el ctrica Fig 2 18 b enaquanto as centrais que produzem energia a partir dos combust veis f sseis foram muito pouco utilizadas 20 G s 9 Carv o Fig 2 18 b Mariana Sardinha 15 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s 2009 a At Agosto 2010 b 1 m G s 9 E Saldo Importador m PRE Outros m PRE E lica m H drica 5 9 14 i m Carv o 14 m Fuel 15 Fig 2 18 Produ o de electricidade em Portugal em 2009 e at Agosto de 2010 REN 2010 No caso particular da Central do Pego a contribui o para o consumo de energia el ctrica at Setembro de 2010 foi de 47 5 do previsto a Central previa produzir cerca de 2268 GWh mas s produziu 1079 GWh REN 20102 O gr fico da Fig 2 19 ilustra a produ o no Pego at Setembro de 2010 Compara o entre as previs es e a energia produzida na Central Termoel ctrica do Pego em 2010 400 350 300 ta 3 200 100 0 O O O N O o xO
22. e nas horas de ponta s o as centrais a g s de r pida resposta que completam as restantes necessidades energ ticas Estanqueiro 2008 Independentemente das condi es meteorol gicas a energia excedent ria canalizada para bombear gua durante per odos de vazio em barragens revers veis com sistemas de bombagem para acumula o Horas de vazio de consumo s o as horas do per odo nocturno e domingos tipicamente alturas em que os consumos de electricidade s o baixos E o per odo em que o pre o por kWh mais reduzido As horas de vazio variam consoante a altura do ano Ver o e Inverno e consoante os dias da semana EDP 2010 14 Horas de Cheia de consumo s o alturas do dia interm dias entre as horas de vazio e as horas de ponta As horas de cheia variam consoante a altura do ano Ver o e Inverno e consoante os dias da semana EDP 2010 gt Horas de ponta de consumo s o os per odos do dia em que o pre o da electricidade mais caro porque s o as horas de picos de consumo de energia el ctrica As horas de ponta tamb m variam consoante a altura do ano e os dias da semana EDP 2010 Produ o em Regime Ordin rio relativa produ o de electricidade com base em fontes tradicionais n o renov veis e em grandes centros electroprodutores h dricos Mariana Sardinha 19 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s de gua nas albufeiras Este regime ac
23. litos Baseando se na adsor o preferencial dos componentes gasosos em s lidos Membranas Difus o preferencial de um constituinte do ar atrav s de uma membrana Chemical looping Transfer ncia do O do ar de combust o para o combust vel gasoso atrav s de um combustion transportador de oxig nio s lido Materiais s lidos como certos tipos de perovskite com grande selectividade para o O s o CAR Technology capazes de reter grandes quantidades deste a altas temperaturas libertando por fim CO vapor e O Separa o criog nica A forma mais comum de obter o O por separa o criog nica a nica tecnologia dispon vel actualmente que poder ser aplicada em larga escala actualmente tendo no entanto o problema de ser muito Intensiva energeticamente podendo consumir cerca de 20 da pot ncia debitada pela central Okawa et al 1997 A separa o criog nica Inicia se com a absor o de enormes volumes de ar da atmosfera que sofre compress o e purifica o para ser arrefecido e dependendo dos diferentes pontos condensa o dos seus constituintes o ar separado sob a forma de oxig nio l quido rgon l quido e azoto l quido A tecnologia de separa o criog nica a que melhor se aplicar a curto m dio prazo escala de uma central termoel ctrica Existem outras formas de obten o deste g s membranas chemical looping combustion adsor o a altas temperaturas que v o ser abordadas de seguida U
24. mais alto e em alturas do dia em que a procura baixa os pre os diminuem Na figura Fig 10 5 ilustra se a varia o do pre o da electricidade com o consumo nos dias 12 e 13 de Outubro de 2010 notando se que em horas de maior pico a electricidade vendida a pre os mais elevados 55 8000 50 45 7000 40 c 6000 p 3 5000 25 20 12 10 2010 13 10 2010 4000 15 10 3000 O Pre o de venda da electricidade MWh Consumo MW Fig 10 5 Varia o do pre o de venda da electricidade com o consumo ao longo de dois dias Ora se uma central estiver dotada de um sistema de captura e se em algumas horas do dia precisa de produzir mais energia para fazer face a consumos grandes a diminui o do output energ tico devido unidade de captura n o conveniente em termos financeiros pois a central n o vai ganhar tanto com a venda da energia No entanto numa situa o futura semelhante mas em que todas as centrais de produ o el ctrica tiverem um sistema de captura do CO este efeito n o ser vis vel Mariana Sardinha 96 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Nesta l gica seria ideal que as unidades CCS tivessem mecanismos de flexibilidade que pudessem ser desligadas durante estas alturas de pico de produ o para depois acontecer a captura em alturas que o pre o da electricidade mais baixo Neste sentido a regula o de um sistema de captura consoante o pre o
25. menos poluente e proveniente de zonas do globo mais inst veis ou se mais compensat rio comprar carv o uma mat ria prima mais barata cujas reservas est o em zonas do globo menos inst veis politicamente Fig 11 1 Mariana Sardinha 99 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Total Total Asia Total S amp North Pacific Cent Total Asia America 9 America Pacific 20 4 Total 31 Europe amp Total S amp Eurasia Cent 34 Staj America Total Urope amp 2 Middle a Eurasia East ae 10 America 5 Fig 11 1 Distribui o das reservas de carv o e g s natural no mundo Adaptado de BP 2010 A evolu o do pre o das emiss es de CO no mbito CELE tamb m um factor condicionante importante avaliar se mais vale pagar pelas emiss es produzidas ou evit las atrav s do investimento num sistema de captura de CO pagando desta forma apenas a tecnologia de captura Outro aspecto importante relaciona se com os anos expect veis de funcionamento da Central este dado pode condicionar o investimento uma vez que se prev que a Central tenha mais dez anos de vida valor que no entanto se pode modificar se o governo assim o desejar No mbito da quest o anterior resta avaliar se o transporte descontinuado do CO atrav s de pipelines levanta algum problema de ordem t cnica no transporte Se se instalar um sistema de captura num regime de funcionamento da
26. o 10 8 Outros sectores Petr leo 28 52 5 Gas 17 7 Inclui o sector residencial o dos servi os p blicos e comercial o da agricultura silvicultura o da pesca e outros sectores n o especificados Fig 2 14 Abastecimento de Energia Prim ria em 2008 IEA 2010b e Consumo final por sector em 2007 IEA 2009c em Portugal Mariana Sardinha 13 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Nos ltimos anos o consumo anual de energia el ctrica em Portugal tem oscilado volta dos 50 TWh Em 2009 o consumo de electricidade foi de 49 9 TWh a primeira queda desde 1981 1 4 relacionada com o abrandamento da actividade econ mica Fig 2 15 TWh Saldo Import Hidraulica Fueloleo Gas Natural Carv o PRE E lica PRE Outros Consumo z000 2001 2007 2003 2004 7005 2006 2007 2008 Z00 Fig 2 15 Evolu o da satisfa o do consumo entre 2000 e 2009 REN 2009 Pela an lise do gr fico da Fig 2 15 pode se concluir que a produ o a partir da energia h drica a que mais variabilidade apresenta ao longo dos anos Este n o um dado que cause estranheza uma vez que altamente dependente da precipita o A produ o a partir da PRE tem vindo a aumentar assim como a produ o a partir de centrais a g s natural enquanto a produ o a partir de centrais a fuel leo tem vindo a decair de tal forma que em 2009 apenas tiveram 1 da produ o de
27. o perpendicularmente ao eixo desta sendo a sua estrutura suportada por molas que atenuam alguns dos esfor os transmitidos turbina e permitem simultaneamente a sua dilata o O condensador um permutador de calor por superf cie constitu do por tubos rectil neos agrupados em m dulos que se repetem formando um feixe tubular por onde circula a gua de arrefecimento O feixe tubular est envolvido por um manto que delimita um espa o de sec o rectangular a c mara de condensa o fechada nos topos pelas placas tubulares que est o acopladas s c maras de gua estruturas atrav s das quais se processa a alimenta o e remo o de gua de arrefecimento Entrada de vapor Entrada de gua de refrigera o Fig 4 25 Esquema do condensador O feixe tubular constitu do por cerca de 16 000 tubos com um di metro exterior de 19 22 mm e espessura entre 1 a 1 2 mm e as suas extremidades s o fixas s respectivas placas tubulares sendo esta a estrutura por onde circula a gua de refrigera o fazendo com que o vapor proveniente da turbina condense sobre a sua superf cie exterior sem mistura de fluidos O vapor vindo da turbina condensa sobre a superf cie exterior do feixe tubular por onde circula a gua de refrigera o e recolhido pelas c maras de condensa o havendo transfer ncia de calor sem mistura de fluidos Posteriormente os condensados s o conduzidos para o hotwell ou pote de condens
28. pelas suas caracter sticas regul veis Mariana Sardinha 95 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Em termos financeiros seria de todo o interesse que as unidades de captura fossem usadas em situa es de funcionamento pleno das centrais para que o retorno financeiro do investimento fosse rapidamente ating vel No entanto com o regime de funcionamento das centrais cada vez mais intermitente e focado em horas de pico este um factor que dificilmente ser assegurado Na Fig 10 4 pode ver se a varia o do consumo de energia em Portugal e da produ o no Pego durante dois dias consecutivos Nota se que a Central tem produzido mais em alturas de maior consumo tend ncia que se tem vindo a verificar ao longo dos ltimos tempos desde que a PRE ganhou a import ncia j referida em cap tulos anteriores 8000 700 do A Va 500 E s eo E RD 400 al E ahi ro 2 5000 i VE 30 g 8 i 2 200 4000 12 10 2010 13 10 2010 100 3000 ARREA DNS EN TERRORE Be 0 E ERINE 0 Consumo Produ o no Pego Fig 10 4 Varia o do consumo de energia em Portugal e a energia produzida na Central do Pego nos dias 12 e 13 de Outubro de 2010 REN e Tejo Energia Num sistema electroprodutor em que a intermit ncia da produ o de energia el ctrica frequente os pre os da electricidade v o variar conforme a oferta e a procura Nos picos de consumo o pre o da energia
29. 10 Modifica es que a central ter que sofrer para albergar um sistema de captura p s combust o por aminas Adaptado de Bohm 2006 cccccccsseecceseeecceesccceeeeeeseeeeseseesaeseeeaeseeeaenes 19 Tabela 7 11 Modifica es que a Central ter que sofrer para a instala o de um sistema de captura por oxi combustao Adaptado de Bohm 2006 c erre eerrer errar reee rar eee ra eeraanrera 19 Tabela 7 12 Desafios inerentes captura do CO por p s combust o e por ox1 combust o 80 Tabela 7 13 Condi es de opera o da caldeira Adaptado de Singh et al 2003 80 Tabela 7 14 Resultado da simula o do retrofitting de uma central com um sistema para capturar 9076 do COS DOBINE Ts 2007 0 arena sina na a 82 Tabela 8 15 Valores de refer ncia Adaptado de MIT 2007 ee e eereeeerreenea 83 Tabela SOS IO DANE LTE 2008 a atin aang tatiana 83 Tabela 8 1 Pipelines existentes de grande comprimento IPCC 2005 ceees iii 87 Tabela 9 1 Custos esperados de captura armazenamento e monitoriza o Friedmann 2007 91 xl Taba AMD ZOO aa a a ada hau hate na aaa La o as has ashe Sn da 91 Tabela 9 3 valores baseados no estudo do MIT The Future of Coal ajustados a 2007 Hamilton ElSrzos e Parsons 2000 ias sapos NES A A aoe 92 Tabela 9 WorleyParsons 2000 5 52 pie 92 Tabela 10 1 Consumo mensal de carv
30. Central incerto o transporte descontinuado do CQO pode causar problemas nos pipelines que t m que ser estudados previamente asssm como nos locais de armazenamento Por fim uns dos grandes obst culos no imediato prende se com os aspectos econ micos do sistema de captura por se encontrarem ainda numa fase de demonstra o os sistemas de captura s o bastante caros contribuindo para o aumento do pre o da electricidade produzida Estes custos s o vari veis e dependem de todos os factores mencionados anteriormente assim como do tipo de combust vel queimado e da efici ncia da Central O intervalo de valores indicado pelos diferentes estudos bastante vari vel mas grosseiramente rondam os 60 por tonelada de CO capturado A m dio longo prazo prev se que os pre os des am consoante maior penetra o da tecnologia pelo aumento de projectos comerciais de larga escala como de resto tem acontecido com a maior parte das tecnologias No contexto do nosso pa s e por n o termos reservas de petr leo ou g s natural at data apesar de haver alguma prospec o na zona de Alcoba a de petr leo e G s Natural ao largo do Algarve os benef cios econ micos que a captura poderia trazer aplicando o CO capturado actividades de EGR ou EOR s o inexistentes para benef cio pr prio dentro do pais No entanto a hip tese de vender o CO capturado a empresas que explorem este tipo de hidrocarbonetos dever ser estudada uma vez q
31. De todas as apresentadas a separa o criog nica actualmente a nica tecnologia que permite Mariana Sardinha 15 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s produzir grandes quantidades de O2 todos os outros processos precisam de ser melhorados e testados a escala comercial para oferecerem fiabilidade e robustez DOE NETL 2010 No entanto parece que partida a aplica o de qualquer outra das tecnologias de obten o de O apresentadas em 7 3 1 permitiriam integrar a obten o de O puro com a produ o de energia el ctrica e assim contribuir para a diminui o da penaliza o energ tica associado obten o do O Apesar disso pela falta de centrais de demonstra o ser imposs vel determinar o impacto da aplica o das outras formas de obten o do O na efici ncia da central nos investimentos com o material e nos custos da electricidade produzida Jordal et al 2004 O grau de pureza do O usado na combust o tamb m afecta a economia do sistema pois quanto maior este valor mais energia gasta pela unidade de separa o do ar outro exemplo a maior concentra o de O durante a queima que contribuir para produ o de um fluxo de CO mais concentrado que mais facilmente capturado contribuindo para a diminui o dos gastos energ ticos associados compress o Okawa et al 1997 O facto de os volumes de g s a tratar serem mais pequeno
32. O Ko O EE TE ESSES N A BN Oo S y RO q mm Energia produzida REN Previs o da energia produzida Tejo Energia Fig 2 19 Produ o de energia el ctrica na Central do Pego em 2010 Tejo Energia e REN 2010 Estas situa es Fig 2 19 podem acontecer uma vez que a pot ncia Instalada de PRE e de energia h drica j representa mais de 50 do parque electroprodutor Portugu s Fig 2 20 100 Dependente das condi es meteorol gicas produ o vari vel 50 0 Ago 10 m H drica mPRE mTermoel ctrica Fig 2 20 Reparti o da pot ncia instalada em Portugal at Agosto de 2010 REN 2010 Dados fornecidos pela Tejo Energia Mariana Sardinha 16 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Por ser altamente dependente das condi es meteorol gicas a produ o de energia el ctrica em Portugal vari vel a produ o h drica caracteriza se por ser vol til numa base anual enquanto a e lica o numa base hor ria facto que leva a que as centrais t rmicas no contexto energ tico actual nunca deixem de ser usadas em detrimento destas porque as primeiras n o oferecem garantia de pot ncia O gr fico da Fig 2 21 ilustra a evolu o mensal da produ o e lica em Portugal Continental ilustrando bem o car cter irregular e imprevis vel desta fonte end gena de energia 2010 2009 43 116 27 15 37 1400 1200 100
33. Pego no Contexto Energ tico Portugu s Cerca de 84 das emiss es mundiais de CO actuais est o ligadas energia e aproximadamente 65 das emiss es totais de GEE podem ser atribu das ao fornecimento e ao uso de energia IEA 2010 O gr fico da Fig 2 7 pretende identificar com mais pormenor os dez pa ses respons veis por 65 das emiss es mundiais A China e os EUA est o destacados no topo da lista tendo por sua conta 41 das emiss es de mundiais de di xido de carbono TEA 2009b Para 2050 a previs o de que estes n meros aumentem muito devido crescente actividade econ mica de um modo geral mas principalmente da ndia e da China TEA 2009b a z f E ou Ching Ute Ste tes twasan Federation Unie d Kingdom Korsa Top i total 18 8 Gt CO World total 20 061 co Fig 2 7 Os dez pa ses com maiores emiss es de CO em 2007 IEA 2009b Comparando por sector a evolu o do CO emitido em 1971 e em 2007 outros inclui servi os publicos comerciais agricultura silvicultura pesca outras ind strias sem ser para produ o de electricidade e calor e outras emiss es n o especificadas Fig 2 8 nota se que as emiss es resultantes da produ o de electricidade e calor aumentaram quase para o dobro assim como tamb m aumentou ligeiramente a fatia pertencente s emiss es do sector dos transportes Emiss es Totais em 1971 14 1 Gt CO a Emiss es Totais em 2007 29 Gt CO b Tran
34. Portugu s 2010a e a produ o nas centrais termoel ctricas ficou aqu m do esperado Na Fig 6 3 pode ver se a evolu o da energia produzida nos nove primeiros meses do ano na Central do Pego Compara o entre as previs es de energia produzida e a energia real produzida na Central Termoel ctrica do Pego GWh 400 350 300 250 200 150 100 50 GWh 130 Energia produzida REN Previs o da energia produzida Tejo Energia Fig 6 3 Previs o da energia produzida na Central do Pego e energia realmente produzida no 1 semestre de 2010 Apesar de uma central termoel ctrica desta envergadura ser projectada para produzir durante alguns anos sem parar a situa o energ tica actual tem contribu do para que a Central tenha diminu do a sua produ o devido produ o elevada nas centrais e licas e hidroel ctricas As previs es feitas pela Tejo Energia no final de 2009 relativamente utiliza o da Central ao carv o queimado e s respectivas emiss es podem ser vistas na Tabela 6 1 e apontam para a tend ncia que ultimamente se tem vindo a verificar da diminui o da produ o de energia el ctrica Tabela 6 1 Utiliza o da central do consumo de carv o e de CO entre 2010 2014 Tejo Energia 2010 2011 2012 2014 Utiliza o 34 Utiliza o 60 Utiliza o 55 670 000 ton de carv o 1 200 000 ton de carv o 1 100 000 ton 1 730 000 ton CO2 emitidas 2 700 000 ton CO2 emitidas 2 500 000 ton C
35. a Mobilidade El ctrica em Portugal tamb m no campo dos ve culos el ctricos as smergias com as energias renov veis permitir o carregar as baterias com a energia e lica produzida noite e vender a rede o excesso durante o dia No horizonte 2020 a aposta nos ve culos el ctricos tem a ambi o de substituir cerca de 10 dos combust veis actualmente consumidos no sector dos transportes Neste mbito o programa de promo o dos ve culos el ctricos MOBLE criar uma rede de carregamento nacional centrada no utilizador acess vel em qualquer ponto do pa s e compat vel com todas as marcas de ve culos aberta a todos os operadores permitindo introduzir o ve culo el ctrico como alternativa aos modos de transporte rodovi rios que utilizam combust veis f sseis MEID 2010 As redes inteligentes de energia integram o comportamento dos consumidores e dos produtores de electricidade contribuindo para a sustentabilidade das redes e para o fornecimento seguro e econ mico da energia aos consumidores Estas redes v o contribuir para o controlo do consumo de energia dos consumidores em casa n o s como ferramenta para corte de custos assim como promover o papel activo do consumidor na optimiza o do sistema el ctrico Contadores inteligentes substituem os contadores tradicionais facilitando a comunica o bidireccional entre consumidores e a empresa que presta Os servi os Mariana Sardinha 20 Captura do CO na Central Termoel
36. as emiss es de CO em 20 relativamente aos n veis de emiss o de 1990 UE 20104 o Conselho Europeu estabeleceu que a partir de 2013 o sector de produ o de energia el ctrica ter que adquirir a maioria das licen as de emiss o de CO em leil o ao contr rio do que acontece actualmente onde as licen as s o atribu das s instala es industriais gratuitamente UE 2010b Quer isto dizer que pelos elevados volumes de CO emitidos anualmente pela Central do Pego e pelo pre o actual das licen as de emiss o estar a variar segundo o Point Carbon nos ltimos meses Setembro e Outubro de 2010 entre os 13 e os 15 por tonelada de CO emitido os custos de opera o na Central ir o aumentar dentro de dois anos entre 39 45 M se as emiss es anuais continuarem a rondar os 3Mton de CO e o pre o por tonelada continuar a ser desta ordem de grandeza Assim de todo o Interesse que a Central Termoel ctrica do Pego reduza as suas emiss es de CO havendo para isso tr s tipos de medidas que podem ser tomadas aumento da efici ncia energ tica dos processos o uso de fontes renov veis de energia e o CCS Como as duas primeiras medidas n o conseguem sozinhas alcan ar as necess rias redu es de emiss es poder ser necess rio recorrer ao CCS Desta forma o projecto KEJO pretende dar resposta s exig ncias da EU ao n vel das emiss es de CO e aumentar a competitividade da Central Termoel ctrica do Pego assentando a su
37. aspectos UE 2010a Redu o em 20 das suas emiss es de gases com efeito de estufa relativamente aos n veis de 1990 Aumento da efici ncia energ tica em 20 Aumento da quota de penetra o de energias renov veis na UE em 20 Aumento para 10 no m nimo na parcela de biocombust veis no consumo total de gasolina e de gas leo destinados ao transporte No seguimento do cumprimento das metas 20 20 20 em Novembro de 2007 a UE elaborou o Plano Estrat gico Europeu para as Tecnologias Energ ticas SET Plan que tem por objectivo acelerar o Grupo composto por R ssia EUA Jap o Alemanha Reino Unido Fran a It lia e Canad A UE tamb m est representada nas reuni es do G8 pelo presidente da comiss o europeia e pelo chefe de estado do pa s que estiver na presid ncia Mariana Sardinha 10 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s desenvolvimento e a utiliza o ao melhor custo das tecnologias de baixa intensidade de carbono tendo a coopera o Internacional um papel importante No mbito do SET Plan prev se a constru o e opera o de 12 projectos escala comercial de CCS at 2015 Cada projecto vai Integrar e testar as componentes da cadeia CCS de forma a demonstrar a capacidade de aplica o desta tecnologia assim como contribuir para a redu o de custos e a orienta o estrat gica a seguir nos pr ximos tempos contribuindo para
38. clica do solvente contribui para a decomposi o das aminas v o produzir se efluentes principalmente am mia e sais est veis que dever o ser tratados cuidadosamente e seguindo as regras de tratamento dos res duos A utiliza o de MEA para obten o de CO comercialmente vi vel na ind stria alimentar e em algumas ind strias qu micas mas para remo o de CO provenientes de centrais termoel ctricas ainda um processo pouco vi vel do ponto de vista econ mico pela grande quantidade de gases a tratar Herzog Meldon e Hatton 2009a Desafios Os solventes actuais base de aminas s o corrosivos suscept veis de degrada o pela presen a de outros compostos no fluxo a tratar e necessitam de elevadas quantidades de energia na fase regenera o podendo significar um aumento do custo da energia produzida na ordem dos 75 e de penaliza o da efici ncia da central em cerca de 10 DOE NETL 2010 Dependendo da composi o do solvente e da optimiza o e integra o do processo na central s o necess rios entre 2 8 a 6 9 GJ kg CO a 3 1 bar para regenerar o solvente e produzir um fluxo de CO concentrado com uma press o de 1 72 bar DOE NETL 2010 Apesar do aumento da concentra o do solvente poder ajudar diminui o da energia para regenera o tem efeitos no aumento da corros o que afectar o tempo de vida dos equipamentos usados DOE NETL 2010 A presen a de compostos qu micos no fluxo gasoso a trat
39. com a estanquicidade da caldeira que se pode fazer por selagem ou at mesmo trabalhando em condi es de baixa press o de modo a evitar a entradas de ar que possam interferir com combust o e formar compostos indesejados Jordal et al 2004 A adapta o da caldeira de uma central existente um obst culo significativo porque a entrada de ar para a caldeira causar maiores dificuldades na captura do CO que ficar mais diluido no fluxo gasoso sendo um problema quando se pretende a trabalhar sob estas condi es pelo facto de a entrada de ar de uma caldeira normal ser da ordem dos 8 a 16 Anheden Jinying e De Smedt 2005 Outro factor que pode interferir com o sucesso da aplica o da tecnologia o comportamento dos materiais que constituem a caldeira uma vez que foram dimensionados para lidar com outro tipo de atmosfera de queima menos cida e que perante as altas temperaturas e as grandes concentra es de CO consequentes do novo funcionamento t m um comportamento imprevis vel que podem resultar em situa es de corros o DOE NETL 2010 O perigo de corros o na caldeira dever ser investigado em maior profundidade para determina o do risco real em casos de retrofitting sendo que quando estes limites forem conhecidos poder se o construir caldeiras com outro tipo de materiais mais adequados Jordal et al 2004 Um outro problema que a tecnologia de oxi combustao enfrenta o modo como se obt m o O puro
40. combust o s o arrefecidos at cerca de 40 C a entram na coluna de absor o pela base 1 e com a ajuda de um ventilador s o for ados a subir em direc o ao topo da coluna Na mesma coluna em contracorrente circula o solvente b que entra pelo topo da coluna de absor o e vai descendo ao longo desta H Herzog Carbon Dioxide Capture and Storage 2009a Bailey e Feron 2005 Fisher et al 2005 Abu Zahra et al 2007 A temperatura dos gases de combust o e a temperatura do solvente devem ser aproximadas para evitar que se crie um excesso ou defeito de gua na coluna que poder prejudicar a reac o de absor o do CO com o solvente DOE NETL 2007b A medida que acontece o contacto do solvente com o fluxo de gases na coluna de absor o o CO reage com o solvente e acontece um aumento de temperatura associado natureza exot rmica das reac es qu micas Pelo topo da coluna de absor o sai o g s tratado que antes de sair lavado para remover algum solvente que possa 1r arrastado com o fluxo e pela base a solu o rica em CO c que conduzida at ao topo da coluna de desabsor o 3 o stripper passando primeiro por um permutador de calor 2 H Herzog Carbon Dioxide Capture and Storage 2009a Bailey e Feron 2005 Fisher et al 2005 O permutador de calor permite aproveitar o calor do solvente pobre em CO b vindo da base do stripper para aquecer o solvente rico em CO c p
41. consensual os custos v o depender de v rios factores que se prendem com as diferentes fases captura transporte e armazenamento da cadeia CCS Custos relacionados com a aquisi o de equipamentos com o tamanho da Central com o combust vel usado com a energia necess ria para fazer funcionar a unidade de captura a dist ncia ao local de armazenamento a opera o e manuten o da Central a diminui o da energia debitada para a rede s o apenas alguns exemplos de vari veis que podem influenciar os custos da captura WorleyParsons 2009 Apesar de o grande n mero de vari veis que v o condicionar os custos todos os estudos s o consensuais num ponto operar uma central de produ o de electricidade com uma unidade de captura de CO mais caro do que oper la sem esta De um modo geral o intervalo de valores estimados da penaliza o energ tica da pot ncia debitada para um sistema de captura do CO varia entre os 15 28 e a penaliza o na efici ncia de 8 a 15 pontos percentuais Page Williamson e Mason 2009 Estas diferen as variam com o tipo de central a efici ncia a tecnologia de captura a percentagem de captura do CQ Tabela 9 1 Custos esperados de captura armazenamento e monitoriza o Friedmann 2007 Ton of CO 40 80 3 8 0 2 1 0 Para Plasynski et al os custos de transporte e armazenamento de CO representam apenas 25 dos custos totais ficando a maior fatia reservada aos custos
42. ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Por exemplo os contadores inteligentes v o identificar alturas do dia em que a energia taxada a pre os mais altos e alturas do dia em que a energia mais barata promovendo o consumo em horas cuja gest o da rede esteja dificultada Durante a noite quando os pre os da electricidade s o mais baixos e existe um excesso de produ o renov vel a energia ser vendida mais barata para promover o consumo Com este tipo de redes poder se programar os aparelhos para n o funcionarem em horas de pico e assim contribuir para a regulariza o do diagrama de cargas A aposta nas redes el ctricas inteligentes associada introdu o dos ve culos el ctricos vem permitir uma maior e mais eficiente monitoriza o controlo e gest o integrada da produ o do armazenamento do transporte da distribui o e do consumo de energia atrav s da desloca o de alguns consumos dos per odos de maior procura de electricidade per odos de ponta e de cheia para os per odos de maior oferta e de menor procura em especial para as horas de vazio onde est concentrado um excesso de oferta renov vel 2 8 4 Evolu o do Sistema Electroprodutor Portugies A evolu o expect vel do sistema electroprodutor potugu s SEP em regime ordin rio no per odo 2009 2013 e at 2020 resulta das datas previstas para o descomissionamento das centrais existentes do estado de desenvolvimento do
43. de NOx Redu o de SO na Fig 4 30 Esquema das entradas e sa das dos sistemas de tratamento dos gases 4 10 Redu o do Teor em xidos de Azoto NOx O processo de desnitrifica o acontece com a injec o de vapor de am nia nos gases da combust o e posterior passagem por um reactor com catalisador para favorecer a redu o dos xidos de azoto NOx a azoto e gua Tejo Energia 2010 A Redu o Catal tica Selectiva a tecnologia utilizada para a redu o dos teores de xidos de azoto NOx nos gases da combust o na Central do Pego Neste processo a reac o entre os NOx e a am nia NH3 na forma aquosa num leito catalisador faz com que se d a forma o de azoto N2 e gua H O Tejo Energia 2010 A SCR realizada atrav s da injec o de am nia a montante do reactor com catalisador atrav s de um sistema de injectores que obt m uma mistura homog nea com os gases O catalisador constitu do por compostos base de di xido de tit nio ou pent xido de van dio Com esta tecnologia obt m se uma redu o de mais de 37 dos teores de NOx relativamente s emiss es actuais Tejo Energia 2010 te Fig 4 31 Unidade de desnitrifica o SCR Ap s passagem pela unidade de desnitrifica o os gases s o conduzidos para os precipitadores electrostaticos que lhes retiram 99 8 das cinzas volantes que n o ca ram para o fundo da caldeira 4 11 Redu o de Part
44. de alimenta o para o economizador 4 4 3 gua de Refrigera o A gua de refrigera o circula entre o condensador e a torre de refrigera o e introduzida no circuito pela bacia da torre de refrigera o tendo a fun o de receber o calor resultante da condensa o do vapor no condensador principal Vapor sobreaquecido Ci p El in Alternador ra puke ao Torre de turbina refrigera o RSA ISS IY Circula o natural do ar Reservat rio de gua industrial Purga de gua da bacia de tempestade Bomba de circula o de QUA aqua de refrigera o condensador om ARES L TEPE E E Bomba de aspira o e compress o Fig 4 23 Circuito de gua de refrigera o O calor recebido libertado na torre de refrigera o por contacto com o ar atmosf rico frio e uma parte da gua transportada pelo ar que ascende sob a forma de got culas formando uma nuvem de vapor no cimo da torre de refrigera o A gua que entra nas bacias das torres de refrigera o tem como objectivo para al m da refrigera o do condensador efectuar o arrefecimento de outros pequenos circuitos de refrigera o Mariana Sardinha 41 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Fig 4 24 Torres de refrigera o 4 5 Condensador Fisicamente o condensador est instalado debaixo da turbina de baixa press
45. de demonstra o a carv o com captura e armazenamento de CO e que em 2020 terminado o per odo experimental dever contribuir para a seguran a de abastecimento dos consumos Refor os de pot ncia dos aproveitamentos hidroel ctricos existentes num total de cerca de 1500 MW dos quais mais de 1080 MW s o revers veis Mariana Sardinha 21 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s At 2020 admitiu se a concretiza o do Programa Nacional de Barragens de Elevado Potencial Hidroel ctrico que contempla um conjunto de 10 novos aproveitamentos totalizando cerca de 1100 MW de pot ncia dos quais 810 MW em equipamento revers vel Entre o final de 2010 e o final de 2012 as centrais a fuel leo permanecem dispon veis mas em regime de produ o zero Em per odos de vazio o recurso bombagem hidroel ctrica e em caso de necessidade a interrup o da entrega de energia rede por parte de algumas centrais permitir manter a estabilidade do sistema el ctrico em situa es de excesso de produ o A pot ncia t rmica de base prevista para desclassifica o at 2019 de 3069 MW sendo que se prev que entrem em funcionamento at mesma data 5928 MW Nesta evolu o salienta se a desclassifica o faseada dos grupos 1 e 2 da central do Carregado 250 MW a fuel at 31 de Maio de 2012 e a desclassifica o dos grupos 3 e 4 da central d
46. de energia prim ria mundial no Cen rio de Refer ncia para o per odo 2007 2010 IEA 2009a Como se pode analisar na Fig 2 3 os combust veis f sseis continuar o a ser a base da procura de energia prim ria mundial at 2030 notando se no entanto um aumento na utiliza o das fontes renov veis de energia Tamb m se pode verificar que a previs o da procura de energia prim ria prevista no WEO de 2008 era mais elevada cen rio que actualmente se modificou devido crise recente que fez abrandar a actividade econ mica um pouco por todo o mundo Este facto fez diminuir as emiss es de CO em 3 dando aos dirigentes mundiais uma oportunidade inesperada de diminui o de emiss es facto que apesar de ter acontecido pelos piores motivos pode contribuir para serem refor adas medidas de combate ao aumento das emiss es de GEE No entanto a tend ncia para o aumento da utiliza o do carv o como fonte de energia prim ria n o acontecer em todas as economias mundiais Fig 2 4 sendo que nos pa ses da OCDE a tend ncia ser a de abandonar a utiliza o do carv o e do petr leo e de aumentar a contribui o do g s natural e das renov veis para produ o de energia el ctrica China E Coal E Oil India 7 EE Gas Other Asia E Nuclear Middle East EE Hydro OECD E Other Latin America Africa E Europe Eurasia 500 0 500 1 000 1500 2 000 Mtoe Includes biomass and waste wind geothermal solar and tide and wave Fig 2
47. de haver uma Central a g s recentemente constru da junto Central a carv o pode beneficiar a unidade de captura pois poderia promover se a simbiose entre as duas centrais por exemplo atrav s do fornecimento do vapor complementar unidade de captura pela Central a g s natural evitando se assim a perda de efici ncia e de energia debitada pela Central a carv o Uma vez que a produ o de energia el ctrica atrav s do g s natural menos poluente que atrav s do carv o contribu a se tamb m para que n o fosse necess rio queimar mais carv o para fazer funcionar a unidade e assim debitar a mesma pot ncia solicitada pela rede n As zonas dispon veis de armazenamento numa rea de cerca de 100 km volta da Central condicionam a captura se n o existirem locais para armazenamento neste raio talvez n o se justifique capturar o CO porque os custos com o transporte v o ser de uma ordem de grandeza tamb m consider vel A aceita o publica da tecnologia outro aspecto importante que contribuir ou n o para o sucesso da tecnologia Neste campo os governos t m um papel a desempenhar a promo o e divulga o da tecnologia pelos mais diversos meios para al m da regulamenta o e dos apoios financeiros A inclus o do CCS nas pol ticas governamentais tamb m podem servir de impulsionador instala o de sistemas de captura nas unidades industriais de tal forma que poder se construir uma rede de transporte como a j
48. do reaquecedor por uma linha de vapor e entrada da turbina de m dia press o bifurca se injectando um caudal nesta de 861 ton h O caudal de vapor entre a sa da e a entrada da turbina de m dia press o sofre uma grande diminui o devido s extrac es de vapor realizadas para pr aquecimento da gua de alimenta o tanto pelos pr aquecedores BP4 e AP6 como pelo tanque de alimenta o Ap s expans o na TMP o vapor sai pela parte superior desta em duas linhas para os dois corpos da turbina de baixa press o 4 6 3 Turbinas de Baixa Press o Existem duas turbinas de baixa press o TBP de tipo ac o e de duplo fluxo quando a expans o de vapor acontece em sentidos opostos no interior de cada uma das TBP que produzem energia mec nica atrav s de expans es adiab ticas do vapor ao longo das suas p s O vapor proveniente da turbina de m dia press o que apresenta um caudal de 744 ton h temperatura de 246 C e press o de 5 bar comunica com as turbinas de baixa press o por duas linhas cada uma a alimentar uma turbina Estas turbinas t m dimens es superiores a todas as outras como seria de esperar devido diminui o da press o do vapor que por l passa e debaixo delas encontra se o condensador muito pouco tolerante a deslocamentos e suportado por molas que atenuam alguns esfor os Pelo facto de ao longo das turbinas de baixa press o serem efectuadas extrac es para o aquecimento da gua de ali
49. energia el ctrica A Tabela 2 1 mostra mix da produ o de energia el ctrica entre 2004 e 2009 de onde se pode observar que o peso da PRE tem aumentado bastante e que a produ o a partir da energia hidroel ctrica bastante vari vel ao longo dos anos tal como j foi observado na Fig 2 15 Por outro lado a produ o a partir dos combust veis f sseis vai variando consoante o peso que a PRE e a produ o hidroel ctrica t m no mix energ tico Tabela 2 1 Reparti o da produ o de energia el ctrica entre 2004 e 2009 Adaptado de REN 2005 REN 2007 REN 2009 2008 23 11 2009 29 14 Importa ent o perceber qual foi a raz o para a produ o de energia el ctrica em Portugal com base nos recursos end genos precipita o e vento ter aumentado nestes ltimos anos Na Fig 2 16 pode se ver a evolu o da pot ncia instalada em Portugal que importa para esta an lise 1 q i 2 1 2 PRE Produ o em regime especial corresponde produ o de electricidade atrav s da utiliza o de recursos end genos renov veis ou de tecnologias de produ o combinada de calor e electricidade Mariana Sardinha 14 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s H drica PRE e Termoel ctrica Evolu o da Pot ncia Instalada entre 2004 e 2009 _ 7000 6690 z 7 6000 550 5470 e 5000 4386 amp 4000 4578 C 3000 185 G 20
50. es usados entre 2005 e 2008 figura na Tabela 5 1 Estas determina es s o feitas no laborat rio da Central e os valores apresentados s o as m dias anuais de cada par metro Tabela 5 1 An lise aos carv es utilizados na Central do Pego entre 2005 e 2008 como recebido Toneladas de Pcs PCr Humidade Cinzas Materiais carv o consumidas GJ ton GJ ton vol teis 2005 l ITB 123 25 883 883 2470 720 10 39 11 65 29 065 65 24 Ed l Too 292 Ea EA 11 42 10 83 30 627 64 82 As emiss es gasosas de NOx SO CO e part culas Fig 5 2 s o medidas em cont nuo por analisadores na chamin Para al m desta monitoriza o cont nua efectuam se anualmente medi es in situ pontuais dos outros par metros para al m de CO a queima do carv o tamb m origina SO2 NOx cinzas volantes esc rias cinzas de fundo mon xido de carbono CO compostos inorg nicos clorados compostos inorg nicos fluorados metais pesados compostos org nicos vol teis COV presentes nos gases de combust o sa da das chamin s No mbito do projecto KTEJO tamb m foi instalado recentemente na chamin um analisador das emiss es de CO Fig 5 1 Fig 5 1 Analisador de part culas Fig 5 2 Analisadores de SO2 NO CO e CO O resultado de uma dessas auditorias o que se mostra de seguida Tabela 5 2 As medi es foram feitas capacidade nominal da Central a uma altura de 215 m na chamin de di metro 5 10
51. es de GEE para a atmosfera A Central Termoel ctrica do Pego tem dois grupos produtores de energia el ctrica com uma pot ncia unit ria de 314 MW cada um equipado com um grupo gerador de vapor um grupo turbina alternador e um transformador principal Mariana Sardinha 30 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s MP ccrrrcrititi sM Fig 4 3 Os dois grupos da Central Em plena carga cada grupo tem a capacidade de queimar por hora na caldeira cerca de 108 toneladas de carv o pulverizado produzindo aproximadamente 950 toneladas de vapor a 167 bar e 535 C Em 2009 a Central queimou cerca de 1 2 milh es de toneladas de carv o para produzir 3073 GWh de energia el ctrica representando 6 do consumo em Portugal que nesse ano totalizou os 49 9 TWh Ap s a expans o do vapor nas turbinas que se encontram ligadas a um gerador que converte a energia mec nica em energia el ctrica o vapor passa pelo condensador para ser transformado novamente em gua que enviada para a caldeira para se reiniciar o ciclo l Queima de Silos y Alimentadores X Moinhos Ls carv o Ls Produ o Energia de carv o gt Turbina Gerador ts na caldeira de vapor el ctrica Fig 4 4 Ciclo simplificado de produ o de energia el ctrica A gua utilizada na Central proveniente do r
52. esta raz o necess rio promover o desenvolvimento de solventes que se degradem menos que sofram menos corros o que sejam mais est veis menos vol teis e que tenham taxas de absor o desabsor o mais elevadas DOE NETL 2010 A instala o de uma unidade de captura de CO implicar realizar algumas modifica es ao n vel do funcionamento da central pois ter o de se providenciar formas de obter energia el ctrica e t rmica para fazer funcionar os componentes da unidade de captura A Tabela 7 5 apresenta um resumo das necessidades energ ticas de uma unidade de captura com base em aminas retiradas do estudo Analysis of retrofitting coal fired power plants with carbon dioxide capture Korkmaz Oeljeklaus e G rner 2009 Tabela 7 5 Necessidades energ ticas que devem ser providenciadas pela central e componentes necess rios para fazer funcionar o sistema de captura do CO por aminas Korkmaz et al 2009 Sistema adicional de FGD Redu o do SOx lt 10 mg Nm Ventilador adicional Compensa o da perda de press o no absorsor Compressor CO Liquefac o do CO Unidade de absor o do CO P ex circula o do solvente El ctrica input de calor Reboiler Separa o do CO do solvente Arrefecedores do g s de combust o Melhoria do processo de absor o e redu o das Arrefecedor do CO necessidades energ ticas do ventilador adicional Melhoria do processo de absor o Optimiza o energ
53. figuras seguintes pretendem evidenciar as fontes de perda de efici ncia dos sistemas de captura por p s combust o e por oxi combust o 50 Efficiency Loss Subcritical Capture 40 30 20 Efficiency Y9 10 No capture CO2 recovery CO2 compressor CO2 recovery amp With capture heat other Fig 7 18 Efeito de um sistema de p s combust o para captura do CO na efici ncia da central Adaptado de MIT 2007 Mariana Sardinha 82 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s No sistema de captura por p s combust o cuja efici ncia se apresenta na Fig 7 18 houve uma diminui o de 9 2 pontos percentuais na efici ncia da central e o par metro que mais influ ncia teve nesta diminui o de 5 pontos percentuais foi o calor necess rio para regenerar o solvente Por outro lado no sistema de captura por oxi combust o da Fig 7 19 houve uma diminui o na efici ncia de 7 9 pontos percentuais houve um aumento na efici ncia de tr s pontos percentuais devido a melhorias no sistema da caldeira assim como o facto de a queima se dar numa atmosfera onde mais facilmente h transfer ncia de calor havendo no entanto um grande gasto energ tico de cerca de seis pontos percentuais associado obten o de O puro pela ASU 50 Efficiency Loss Supercritical Oxyfired 40 30 20 Efficiency Y9 10 No capture Boiler amp FGD ASU CO2 compressor Other with Cap
54. fontes f sseis de energia Um pre o elevado a cobrar pelas emiss es do CO poder tornar insustent vel a produ o el ctrica sem recorrer ao CCS A seguran a do abastecimento energ tico tamb m ira ter um papel importante nas decis es futuras Num contexto de agravamento cada vez maior da crise econ mica em Portugal pagar por um combust vel como o g s a pre os mais altos de que se paga pelo carv o e at mesmo pelas energia renov veis que s o altamente subsidiadas com um pre o mais alto que a energia convencional poder ser insustent vel daqui a uns anos e ent o poder ser um caminho a produ o de energia a partir de centrais j existentes que sofram melhorias ambientais Apesar de a Central ter um contrato de explora o com a REN de fornecimento de energia por mais 11 anos at 2021 este limite n o necessariamente est tico A decis o da continuidade da Central para produ o de electricidade depende de estrat gias pol ticas delineadas pelos governos e da evolu o do sistema electroprodutor apesar do custo actual da electricidade produzida na Central rondar os 32 2 MWh Outubro 2010 que em compara o com os pre os de produ o de energia renov vel significativamente menor Mariana Sardinha 102 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s 12 Conclus es As preocupa es em mat ria de seguran a energ tica a amea a das altera es cl
55. grau de pureza que facilita a captura contribuindo para uma diminui o da penaliza o energ tica associada limpeza separa o e compress o do CO S I Plasynski et al 2009 No entando apesar da menor penaliza o energ tica e do aumento de custo da electricidade n o ser t o grande relativamente a um sistema de captura por aminas como apresentado nos estudos anteriores o sistema de captura por oxi combust o tem um grande inconveniente o facto de as modifica es ao n vel da caldeira e no sistema de ar serem bastante significativas O tempo do que a Central teria que estar parada para realizar a instala o de um sistema de p s combust o menor que o tempo necess rio instala o de um sistema de oxi combust o no primeiro caso n o necess rio parar a actividade da Central acontecendo o contr rio com a unidade de oxi combustao que pelas grandes modifica es que ira sofrer no sistema de queima ter que ser parada durante o per odo de instala o da nova unidade Outro aspecto relacionado com a implementa o de um sistema de captura por oxi combustao na Central do Pego ser a mudan a da composi o dos gases de combust o que pode ter um efeito descontrolado nos materiais constituintes da caldeira pois h o risco destes n o serem suficientemente resistentes s elevadas temperaturas que a caldeira passaria a ter com a incorpora o do novo sistema Tamb m o facto de se ter realizado um grand
56. houvesse mais espa o dispon vel que pudesse albergar tais estruturas Mariana Sardinha 97 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Mariana Sardinha 98 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s 11 An lise e Discuss o A quest o de avan ar para a instala o de um sistema de captura de CO na Central do Pego n o depende s de aspectos econ micos Nos cap tulos anteriores verificou se que a aplica o de um sistema de captura no Pego tecnicamente poss vel pois j existe tecnologia dispon vel e espa o suficiente volta da Central para instalar a unidade apesar das desvantagens em termos de redu o da energia debitada e de redu o da efici ncia energ tica da central A instala o recente das unidades de tratamento de gases FGD e SCR outro ponto a favor da implementa o de uma unidade de captura de CO no Pego uma vez que contribuem para mitigar os problemas relacionados com a forma o de compostos est veis e irrevers veis resultantes da reac o dos NOx e SO que podem reagir com os solventes diminuindo a sua efic cia para capturar o CO O investimento feito nestas tecnologias colocou a Central do Pego numa posi o de lideran a relativamente a quest es ambientais pois tornou se numa Central moderna que reduziu significativamente o impacto decorrente da sua actividade no ambiente O facto
57. ncia da costa o transporte por navios poder ser prefer vel por ser mais barato J o transporte terrestre oferece poucas vantagens uma vez que os custos com o transporte aumentariam significativamente apesar de ser uma op o vi vel numa primeira fase em projectos de investiga o e demonstra o de pequena escala TEA 2008a IPCC 2005 Para ser transportado em pipelines o CO tem que ser desidratado e n o conter HS para evitar corros o IEA 2008a e comprimido a uma press o acima dos 8MPa para evitar duas fases e ser mais facilmente transportado diminuindo os custos associados IPCC 2005 Apesar disto poss vel conceber pipelines resistentes corros o que poderiam operar mesmo na presen a de gua H5S e outros contaminantes Em zonas altamente populosas a passagem destas estruturas deve ser monitorizada para evitar as fugas do CO para a atmosfera sendo que o tipo de problemas que estas estruturas t m que enfrentar n o s o maiores que aqueles associados ao transporte de hidrocarbonetos para al m de geralmente as fugas registadas serem em n mero muito reduzido O transporte do CO por navio potencialmente perigoso asssm como o transporte de hidrocarbonetos sendo necess rio seguir normas para evitar os eventuais acidentes As propriedades do CO liquefeito n o s o muito diferentes das propriedades dos gases liquefeitos de petr leo e a tecnologia pode ser adaptada aos transportadores de CO No entant
58. necess rio prever um diagrama de cargas t o exacto quanto poss vel que permita planear a produ o de energia el ctrica tendo em conta o consumo esperado Estanqueiro 2008 Existem alguns condicionantes que influenciam a forma do diagrama de cargas como a poca do ano o dia da semana a hora do dia as condi es meteorol gicas e ainda acontecimentos especiais ex Natal Passagem de Ano etc A dificuldade de prever o comportamento do sistema electroprodutor muito dependente das condi es meteorol gicas devido ao grande aumento de pot ncia renov vel que tem vindo a acontecer em Portugal e que modificou a forma de gerir a produ o de energia o efeito desse crescimento de produ o a partir de fontes renov veis que se pretende evidenciar de seguida O princ pio b sico de gest o da rede que a oferta de energia el ctrica tem que igualar a procura em tempo real Estanqueiro 2008 Como as centrais de PRE e as centrais a fio de gua t m um regime de funcionamento imprevis vel t m prioridade sobre todas as outras formas de produ o entrando na base do diagrama de cargas e apesar de oferecerem garantia de produ o de energia escala anual por n o serem regul veis contribuem apenas para a produ o de base Por essa raz o necess rio haver sempre centrais que ofere am essa garantia como as h dricas de albufeira que s o as que respondem mais rapidamente s varia es de consumo e as termoel ctricas q
59. o crescimento da energia e lica passando para uma pot ncia instalada de 8600 MW em 2020 MEID 2010 A complementaridade da energia solar com as restantes tecnologias a partir das renov veis pelo facto de ser gerada nas horas de maior consumo levou fixa o de um objectivo de 1 500 MW de pot ncia instalada em 2020 MEID 2010 O programa do Governo prev ainda que se avance com uma nova fileira na rea da geotermia 250 MW at 2020 Em rela o energia das ondas ser viabilizada uma zona piloto para testes que contribuir para o desenvolvimento da tecnologia para que a ambi o de ter 250 MW de pot ncia instalada possa ser uma realidade em 2020 MEID 2010 2 8 5 Novos investimentos para produ o de electricidade No mbito da Directiva 2009 28 CE do Parlamento Europeu e do Conselho de 23 de Abril de 2009 relativa promo o da utiliza o de energia proveniente de fontes renov veis estabelecido que os Estados Membros devem aprovar e apresentar Comiss o Europeia um Plano Nacional de Ac o para as Energias Renov veis PNAER O PNAER fixa os objectivos nacionais de cada Estado Membro relativos quota de energia proveniente de fontes renov veis consumida nos sectores dos transportes da electricidade e do aquecimento e arrefecimento em 2020 PNAER 2010 O cen rio de evolu o do consumo de energia final que serviu para a elabora o deste plano para o per odo compreendido entre 2010 e 2020 est
60. o t dia para uma utiliza o da Central de 34 64 e 95 CEDER ED E AR SE UR SR UR RD RR NR RDNS SR SD BRO RS ER AR UR 93 Tabela 10 2 Pre o a pagar pelas emiss es de CO consoante os diferentes cen rios 94 Tabela 11 3 Valor a pagar pelas emiss es de CO cc eecccceccccseseecseeeeeceeeeeeeeseecseseeeaesecsseseeeaeneesaenes 95 Tabela 12 1 Tarifas m dias indicativas Energias Renov veis PNAER 2010 100 xii ndice de Figuras Fig 2 1 Popula o mundial em 2007 e estimativa para 2030 TEA 2009a ii s iene 3 Fig 2 2 Varia o do consumo de energia prim ria entre 2008 e 2009 Adaptado de BP 2010 4 Fig 2 3 Procura de energia prim ria mundial no Cen rio de Refer ncia para o per odo 2007 2010 RD O st dd en ee nen ee ee ee ee eee eee ee eee ae ee ene eee ee 5 Fig 2 4 Procura de energia prim ria por combust vel e regi o no cen rio de refer ncia no per odo DOO TOS Oe 200 E R 5 Fig 2 5 Evolu o das emiss es de CO entre 1971 e 2007 adaptado de IEA 2009b 6 Fig 2 6 Fontes de emiss o de CO e projectos CCS a decorrer Bellona 2010a 6 Fig 2 7 Os dez pa ses com maiores emiss es de CO em 2007 TEA 2009D cecceceeeeeeeeeeeeeeees 7 Fig 2 8 Emiss es mundiais de CO por sector adaptado de TEA 2009D cccccccseeeceseseeeeeeeeeaes 7 F
61. o convencional Anheden Jinying e De Smedt 2005 Para controlar as elevadas temperaturas na caldeira faz se a reciclagem de parte do fluxo dos gases de combust o para dentro desta por recircula o externa ap s a passagem dos gases nas turbinas e remo o das part culas Jordal et al 2004 A reciclagem dos gases de combust o poder ser feita por duas formas recircula o interna ou externa sendo que na primeira jactos de O s o introduzidos momentaneamente induzindo a reciclagem dentro da caldeira e na segunda parte do fluxo gasoso reenviada para a caldeira por um sistema de tubos ap s remo o de part culas sendo a forma mais simples de o fazer com reciclagem de 60 a 70 dos gases de combust o Devido ao facto de se utilizar apenas O e parte dos gases reciclados na combust o o volume de gases na caldeira mais pequeno porque a quantidade que diz respeito ao N o maior constituinte do ar 79 removido e a densidade destes maior pois o peso molecular do CO de 44 e o do N 28 caracter stica facilita a separa o do CO dos restantes gases Buhre et al 2005 As emiss es gasosas resultantes da ox1 combust o tamb m s o diferentes de uma central convencional a forma o de NOx mais pequena porque se removeu o Nz do ar apesar da possibilidade de forma o deste composto permanecer devido composi o do combust vel queimado apesar de se estimar que cerca de 60 a 90 do total de emiss
62. o explorados em aqu feros salinos ou usado em actividades de recupera o avan ada de hidrocarbonetos EOR e EGR Na Tabela 7 1 apresentam se algumas datas importantes na evolu o do CCS Tabela 7 1 Marcos hist ricos e previs es para o futuro do CCS Adaptado de ZEP 2010 Primeira aplica o da separa o industrial do CO 1972 Primeira injec o de CO num campo petrol fero no Texas EUA em actividades de EOR O conceito CCS foi apresentado pela primeira vez por investigadores Noruegueses do SINTEF que propuseram a aplica o do CCS em centrais a g s A UE come ou a financiar projectos de investiga o nesta rea 1996 Ano em que se iniciou o primeiro projecto de larga escala de armazenamento geol gico de CO no Mar do Norte armazenando 1 milh o de toneladas de CO anualmente O CO armazenado proveniente da separa o de g s natural do campo de Sleipner e infectado num aqu fero salino a 800m de profundidade No mbito do protocolo de Quioto os l deres mundiais reconheceram o potencial do CCS para diminui o das emiss es de CO mas nenhum incentivo foi dado no acordo final 2000 Foi lan ado o projecto Weyburn no Canad que o mais completo projecto nesta rea incluindo a captura de aa Imilh o de toneladas de CO anuais de uma central de gasifica o o transporte atrav s de gasoduto e a injec o e armazenamento do CO num campo petrol fero contribuindo para o EOR 2005 A UE formou a Zero Emissio
63. o pulverizado valores aproximados Bohm 2006 Press o bar Temperatura C Efici ncia Sub cr tica SubC 36 38 Supercr tica SC 39 41 Ultra supercr tica USC 43 45 As centrais mais modernas estao praticamente todas dotadas de sistemas SC ou USC mais eficientes do que o sistema antigo SubC Pelas caracteristicas que apresenta a Central Termoel ctrica do Pego com uma pot ncia de 628 MW efici ncia de cerca de 37 press es de funcionamento na ordem dos 162 bar e temperaturas sa da da TAP de 530 C poder ser considerada sub critica Com base nesta realidade pretende se avaliar se ser vi vel capturar o CO proveniente do processo industrial de queima do carv o na Central Termoel ctrica do Pego e quais as melhores op es em termos de tecnologia de captura se adaptam a este prop sito No final deste cap tulo e depois de apresentadas as diferentes op es poss veis de retrofitting pretende se indicar a s tecnologia s de captura que melhor se adapta m captura do CO nesta central 7 2 Tecnologias de captura de CO Existem tr s tipos de tecnologias de captura do CO aplic veis a centrais de produ o de electricidade que est o actualmente a ser estudadas um pouco por todo o mundo p s combust o ox1 combust o e pr combust o No processo de captura de CO por p s combust o o CO separado dos gases de combust o ap s a queima do combust vel na presen a de ar Numa prime
64. oxi combustao Tabela 7 13 Condi es de opera o da caldeira Adaptado de Singh et al 2003 J degasesrecicados 70 Mariana Sardinha 80 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Como se pode observar pelos dados apresentados as condi es de opera o da caldeira iriam mudar sustancialmente com a implementa o de um sistema de oxi combustao obter se ira um menor volume de gases a quantidade de gua a remover dos gases de combust o seria maior e a composi o dos gases resultantes iria modificar se permanecendo uma inc gnita o efeito que a composi o destes iria ter nos materiais constituintes da caldeira Outro estudo Parsons e Shelton 2002 simulou o desempenho de dois sistemas de captura desenhados para capturar 95 do CO produzido pela central um atrav s de p s combust o por MEA e o outro por oxi combustao em compara o com uma central sem captura de CO7 e os resultados est o nas figuras seguintes 500 50 38 9 400 TI 40 27 7 ii y 300 30 S 200 396 8 20 100 10 0 0 Base Plant Post combustion amines Oxy combustion E Net Power MWe gNet Plant Efficiency Fig 7 15 Compara o da pot ncia e efici ncia dos sistemas de captura por p s e oxi combustao relativamente a uma central sem sistema de captura Adaptado de Parsons e Shelton 2002 Da Fig 7 15 podemos observar que uma central sem captura a que apresenta a melh
65. para 68 8 MWh Mariana Sardinha 81 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Cost of electricity M Wh 76 6 80 68 8 50 42 3 MWh S Base Plant Post Combustion Oxy combustion Amines Fig 7 17 Compara o do custo da electricidade dos sistemas de captura por p s e oxi combustao relativamente a uma central sem sistema de captura Adaptado de Parsons e Shelton 2002 Tamb m o Departamento de Energia dos Estados Unidos DOE NETL 2007b simulou o retrofitting de uma central a carv o com um sistema de captura de 90 do CO produzido atrav s de aminas cuja tecnologia remonta a 2006 Alguns dos resultados est o evidenciados na Tabela 7 14 Tabela 7 14 Resultado da simula o do retrofitting de uma central com um sistema para capturar 90 do COs DOE NETL 2007b Com 90 de captura 433 8 MW 303 3 MW 24 4 908 g kWh 59 g kWh Energia para regenera o do solvente sd 3 6 MJ kg Custos do CO evitado Ds 89 ton Esta simula o resultou numa diminui o de 31 da pot ncia fornecida no caso da aplica o da unidade de captura uma redu o da efici ncia de cerca de 10 6 pontos percentuais e a redu o significativa das emiss es para 59 g kWh Outro estudo realizado pelo MIT em 2007 The Future of Coal fez a an lise e compara o de v rios estudo feitos at ent o entre 2000 e 2004 ajustando aos valores econ micos de 2005 As
66. para que o CCS fa a parte de uma estrat gia para redu o das emiss es de CO mundiais 8 3 Seguran a no Armazenamento do CQ Como ja foi referido a injec o de CO efectuada com sucesso na ind stria petrol fera desde os anos 70 Actualmente este tipo de actividade prevista na legisla o como comprova a Directiva 2009 31 CE do Parlamento Europeu e do Conselho de 23 de Abril de 2009 relativa ao armazenamento geol gico de di xido de carbono Esta directiva exige a selec o adequada do reservat rio conjugada com um programa de monitoriza o para detectar problemas um sistema de regula o e o uso adequado de m todos de remedia o Estas medidas permitem considerar que os riscos ambientais de sa de e de seguran a do armazenamento geol gico de CO venham a ser muito reduzidos Mariana Sardinha 89 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s 8 4 Exemplos de Projectos de Armazenamento Geol gico de CO Tr s exemplos de sucesso da aplica o do armazenamento geol gico do CO observam se pelos resultados de tr s projectos ligados produ o de g s natural ou de petr leo Sleipner In Salah e Weyburn Midale BRGM 2007 Desde 1996 que em Sleipner a cerca de 200 km da costa da Noruega no Mar do Norte se injectam por ano num aquifero salino um milh o de toneladas de CO provenientes da separa o de g s natural BRGM 2007 Estimativas apontam para q
67. reduzidas em 50 para evitar que o aumento global da temperatura da terra n o ultrapasse os 2 C 80 a 120 projectos comerciais de CSS devem estar operacionais na Europa evitando 400 milh es de toneladas de CO por ano que representam uma redu o de 20 das emiss es da EU 2050 O G8 dever ter reduzido as suas emiss es de CO em 80 relativamente aos valores de 1990 Mariana Sardinha 59 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Segundo o Global CCS Institute em Abril de 2010 existiam 238 projectos planeados envolvendo a captura transporte e armazenamento do CO Destes 80 s o projectos integrados de larga escala onde toda a cadeia CCS vai ser demonstrada 9 j est o operacionais dois em constru o e 69 na fase de planeamento Dos 80 projectos 44 s o no sector da produ o de energia el ctrica e destes 44 25 projectos s o europeus ZEP 2010c Fig 7 1 Panorama mundial dos projectos CCS ZEP 2010c Em centrais em opera o como a Central Termoel ctrica do Pego necess rio seleccionar a tecnologia de captura que mais se adequa aos equipamentos existentes isto ser necess rio fazer o retrofitting da Central tendo em conta as condi es de opera o desta Consoante as condi es de opera o de press o e temperatura as centrais podem ser classificadas em tr s tipos Tabela 7 2 Tabela 7 2 Condi es de opera o das centrais a carv
68. s combust o segundo Herzog est evidenciada na Fig 7 14 Oxi combustao m Perdas energ ticas relacionadas com a unidade de separa o do ar m Energia para bombas e ventoinhas m Energia para compress o do CO2 Fig 7 14 Adaptado de H Herzog 2009b Tabela 7 12 Desafios inerentes captura do COs por p s combust o e por oxi combust o P s Combust o Oxi Combust o CO presente nos gases de combust o tem baixa Modifica es significativas na caldeira concentra o Elevadas temperaturas na caldeira durante a combust o O fluxo de gases resultantes da queima apresenta baixa Necessidade de reciclar grande parte dos gases de press o combust o modifica es neste sistema Contaminantes podem influenciar seriamente o Produ o de O muito cara e muito consumidora de funcionamento da unidade de captura energia Energia para regenerar o solvente muito elevada Para melhor ilustrar as diferen as entre a ox1 e a p s combust o foram analisados v rios estudos realizados que tiveram como objectivo a quantifica o avalia o e compara o dos impactos que a unidade pode ter na performance da central Parsons et al 2002 Singh et al 2003 Ciferno et al 2005 MIT 2007 Blomen 2009 DOE NETL 2008 Na Tabela 7 13 s o comparadas as condi es de opera o da caldeira para a combust o convencional onde se aplicaria a captura por p s combust o e a queima do combust vel por
69. sua aceita o p blica Tamb m no sentido de combater as altera es clim ticas a Uni o Europeia UE criou um sistema de com rcio de licen as de emiss o cujo pre o das transac es varia em fun o da oferta e da procura A primeira fase 2005 2007 j terminou e estamos na segunda fase que teve in cio em 2008 e durar at 2012 Haver ainda uma terceira fase posterior a 2013 onde se prev que todas as emiss es sejam leiloadas no sector energ tico CE 2010 Em Dezembro de 2008 os dirigentes da UE adoptaram um extenso pacote de medidas para combater as altera es clim ticas o Programa Energ tico Europeu para o Relan amento European Energy Programme for Recovery EEPR e assegurar um aprovisionamento energ tico seguro e suficiente ao mesmo tempo que promoviam a recupera o econ mica da Europa UE 2010b Aprovado em Maio de 2009 este pacote representa a reforma mais ambiciosa de sempre da pol tica da energia europeia visando converter a Europa no l der mundial das energias renov veis e das tecnologias com baixas emiss es de carbono O EEPR prev o financiamento do sector energ tico nomeadamente na rea da energia e lica offshore CCS e Infra estruturas de g s e electricidade UE 2010b Assim em Dezembro de 2009 foram anunciados os 15 projectos aprovados pela Comiss o Europeia CE que fazem parte deste pacote entre os quais 6 relativos implementa o de sistemas de CCS sendo os restantes repar
70. tica da compress o do CO e secagem do CO T rmica output de calor S o estas necessidades extra de energia que t m que ser avaliadas uma vez que v o afectar bastante a efici ncia da central assim como o output por ela debitado Cada central tem caracter sticas pr prias diferentes sendo necess rio ponderar se a implementa o de um sistema de captura ser vi vel tanto do ponto de vista t cnico como econ mico O impacto de um sistema p s combust o numa central a carv o diferente consoante o tipo de central Tabela 7 6 O estudo presente na publica o do MIT The Future of Coal fez essa compara o Tabela 7 6 Impacto do retrofitting numa central com captura por p s combust o com base em MEA MIT 2007 2 SC Sem captura 500 44 0 0 72 Como se pode ver pela tabela anterior a estimativa de perda de efici ncia para uma central SubC depois de sofrer retrofitting de 14 5 pontos percentuais e a diminui o do output energ tico seria de 41 2 relativamente a uma central sem captura No segundo caso a queda no output energ tico foi de 37 e no terceiro caso a queda na produ o fol de 33 dados que nos permitem afirmar que a queda no output energ tico maior consoante a menor efici ncia da central sem sistema de captura Mariana Sardinha 67 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s O mesmo estudo analisou os custos da elec
71. trocas de calor s o efectuadas em contra corrente entre o vapor seco das extrac es feitas s turbinas e a gua vinda do hotwell O primeiro pr aquecedor BPI faz o aquecimento da gua vinda do hotwell atrav s de quatro extrac es de vapor de gua seco realizadas nas turbinas de baixa press o duas extrac es por turbina onde a gua aquecida dos 28 C at aos 53 C O segundo aquecimento da gua acontece no pr aquecedor BP2 e a gua aquecida atrav s de duas extrac es de vapor de gua seco realizadas nas turbinas de baixa press o uma extrac o por turbina aumentando a temperatura da gua de 53 C at aos 89 C De seguida a gua aquecida no pr aquecedor BP3 de 89 C at aos 120 C atrav s de duas extrac es de vapor de gua seco efectuadas nas turbinas de baixa press o uma extrac o por turbina O ltimo pr aquecimento antes de a gua chegar ao tanque de alimenta o feito no pr aquecedor BP4 atrav s de uma nica extrac o de vapor de gua reaquecido na turbina de m dia press o aumentando a temperatura da gua de 120 C para 153 C Hotwef LS sesc Ly Pre 1 gnani sy Tanquede aquecedores alimenta o Fig 4 21 Aquecimento da gua entre o hotwell e o tanque de alimenta o circuito dos condensados 4 4 2 Circuito de gua de Alimenta o Como ja referido anteriormente este circuit
72. 0 GWh 800 600 400 200 Nota Os valores em percentagem correspondem varia o relativamente ao m s hom logo do ano anterior Fig 2 21 Evolu o mensal da produ o e lica em Portugal Continental DGEG 2010 Por outro lado a produ o h drica caracteriza se por ser tendencialmente mais elevada nos meses de Inverno e mais baixa nos meses de Ver o Fig 2 22 conforme a distribui o anual da precipita o Fig 2 22 Evolu o mensal da produ o em grandes h dricas gt 30 MW em Portugal Continental DGEG 2010 Nesta situa o energ tica a produ o de electricidade nas centrais termoel ctricas vari vel consoante as condi es meteorol gicas e a gest o da rede el ctrica foi se modificando ao longo dos 2 Do ponto de vista da pol tica energ tica a garantia de pot ncia assegura a cobertura da procura pela oferta de energia el ctrica que se traduz pela capacidade de entregar de forma instant nea rede a pot ncia que lhes solicitada pelo operador de rede A garantia de pot ncia est intimamente relacionada com o tipo de fonte energ tica As centrais h dricas e termoel ctricas asseguram esta pot ncia porque est o preparadas para produzir energia em qualquer altura do dia ou do ano J a produ o a partir das energias renov veis e das centrais h dricas a fio de gua n o asseguram esta pot ncia pois t m um comportamento vari vel que depende das condi es met
73. 00 1000 2004 2005 2006 2007 2008 2009 H drica PRE Termoel ctricas Fig 2 16 Evolu o da pot ncia instalada em Portugal de centrais h dricas termoel ctricas e da PRE entre 2004 e 2009 REN 2005 REN 2007 REN 2009 Desde 2004 que tanto a pot ncia instalada em aproveitamentos h dricos como termoel ctricos tiveram pequenas varia es tendo havido no segundo caso um aumento de 2008 para 2009 de 870 MW resultante da entrada em servi o da central a g s de ciclo combinado de Lares J a PRE teve um aumento de 3614 MW na pot ncia instalada desde 2004 Fig 2 16 Como seria de esperar o aumento da pot ncia instalada da PRE principalmente no que toca energia e lica teve um impacto na produ o de energia el ctrica a partir destas fontes que se traduziu pelo aumento representado na Tabela 2 1 Em Portugal a reparti o da produ o de electricidade consoante as fontes altamente dependente das condi es meteorol gicas como tivemos oportunidade de observar Fig 2 15 Analisemos a produ o de energia entre Janeiro de 2009 e Agosto de 2010 para ilustrar esta afirma o Fig 2 17 TWh 2009 2010 5 4 3 E import 3 m Hdr Fuel as wees Carv o E PRE Consumo JFMAM Jd AS OW Od FM AM d d AS Of DB Fig 2 17 Reparti o mensal da produ o de electricidade em Portugal REN 2010 Da an lise da Fig 2 17 verifica se que o ano de 2009 foi relativamente seco em compara o com o
74. 007 2000 ss datesstens e iei eae eE EEEE EE EEEE 50 Fig 5 1 Analisador de part culas asus aces ema ese sacar acecana anaa aa aan aaa aa canas dec EE aE 51 Figs 5 2 Andiisadores de SOD INO CO CCO aaa doa 51 Fig 5 3 Varia o das emiss es de CO na Central do Pego entre 2005 e 2009 Tejo Energia 53 Fig 5 4 Varia o mensal das emiss es de CO entre 2005 e Setembro de 2010 Tejo Energia 53 Fig 6 1 Compara o da evolu o da produ o de energia na Central do consumo e da produ o nas barragens e centrais e licas Tejo Energia REN 2005 REN 2007 REN 2009 55 Fig 6 2 Previs o do consumo de carv o na Central do Pego entre 2010 e 2011 55 Fig 6 4 Previs o da energia produzida na Central do Pego e energia realmente produzida no 1 Semestre de ZOO e nn 56 Fig 6 4 Consumo m dio mensal de carv o na Central do Pego Tejo Energia 2010 57 Fig 7 1 Panorama mundial dos projectos CCS ZEP 20100 0 0 ceccccsescccseseceeeseceeeseeeseseeeaeneees 60 Fig 7 2 P s combust o Feron e Hendriks 2005a ee rr eeerree erre reee re rrer aerea 61 Fig 7 3 Oxi combust o Feron e Hendriks 20054 isasinaasanansannaasanaas onasa saias Rnsa san aa s Sa nsa aan ans eanaa 61 Fig 7 4 Pr combust o Feron e Hendriks 2005a ee re eereee erre errar errar earea 61 Fig 7 5 Esquema simp
75. 007 Hamilton Herzog e Parsons 2009 Central super critica Efici ncia 38 5 29 3 Custo da electricidade produzida MWh 62 6 MWh 100 3 MWh Emiss es CO 830g kWh 109 g kWh Custo do CO2 capturado ton CO 52 2 ton CO O relat rio Strategic Analysis of the Global Status of CCS WorleyParsons 2009 estima para uma central supercritica os valores apresentados na tabela seguinte Tabela 9 4 WorleyParsons 2009 Central super critica Sem captura 76 79 Com captura 136 138 Custo da electricidade produzida MWh primeira gera o de centrais com captura Com captura 134 136 gera es seguintes Com captura 87 9 Custo do CO evitado primeira gera o de centrais com captura ton CO Com captura y 84 88 gera es seguintes Com captura 56 57 Custo do CO capturado primeira gera o de centrais com captura ton CO2 Com captura 54 55 gera es seguintes Outra fonte H Herzog 2009a indica que os custos de uma unidade de captura por p s combust o numa central super cr tica rondar o os 52 tonelada de CO para a captura e compress o com os custos de transporte entre os 5 15 tonelada de CO implicando no total 60 65 tonelada de CO capturado Isto implica que o pre o a pagar pelas emiss es de carbono sejam desta ordem de grandeza para que um sistema de captura seja competitivo Os custos com a unidade de captura aumentar o tamb m o pre o da energia entre
76. 030 E Europe Eurasia OECD North America Latin America OECD Europe Other Asia India China Africa 0 200 400 600 800 1 000 1 200 1 400 1 600 Million Fig 2 1 Popula o mundial em 2007 e estimativa para 2030 IEA 2009a Este aumento populacional implicar um crescimento das necessidades energ ticas mundiais que poder ser dez vezes superior em 2050 nos pa ses em desenvolvimento como a India e a China O aumento das necessidades energ ticas mundiais poder conduzir a um aumento do consumo de combust veis f sseis que contribuiam com cerca de 81 para o consumo mundial de energia ra prim ria em 2007 No entanto e segundo dados do Statistical Review of World Energy da British Petroleum depois do consumo de energia prim ria ter registado uma taxa de crescimento de 1 4 de 2007 para 2008 em 2009 diminuiu 1 1 a primeira queda desde 1982 BP 2010 O consumo de energia diminuiu em todas as regi es excepto na regi o sia Pac fico e no M dio Oriente Em 2009 pelo s timo ano consecutivo o carv o foi o combust vel f ssil cujo consumo mais aumentou cerca de 7 4 relativamente ao ano anterior A China contribuiu para 95 deste crescimento tendo actualmente uma quota de aproximadamente 47 de todo o carv o mundial consumido BP 2010 Depois de ter crescido 2 5 em 2008 relativamente a 2007 o consumo de g s natural registou uma diminui o de 2 1 em 2009 a maior descida verificada deste sempre BP 2010
77. 10 Os reservat rios de aqu feros salinos s o considerados as forma es geol gicas com maior capacidade de armazenamento do CO ZEP 2010b O projecto de injec o de CO em Sleipner no Mar do Norte o melhor exemplo de um projecto de sucesso de armazenamento geol gico de CO em aqu feros salinos que est a injectar cerca de 1 Mt CO por ano desde Setembro de 1996 sem nenhum registo de fugas at ao presente ZEP 2010b X Algumas estimativas relativamente capacidade mundial de armazenamento geol gico do CO apontam para uma capacidade compreendida entre os 2000 a 10 000 Gton de capacidade valores suficientes para armazenar d cadas de emiss es se as taxas actuais de 28 Gton por ano permanecerem id nticas Bradshaw et al 2007 IPCC 2005 No entanto estes valores podem at ser maiores com o conhecimento cada vez mais profundo no que respeita ao sequestro do CO pela experi ncia que vai sendo adquirida Estima se que os reservat rios com maior capacidade de armazenar o CO s o os aqu feros salinos No entanto estas estimativas incertas devido pouca informa o de campo existente n o acontecendo o mesmo com os reservat rios de g s e de petr leo que por serem amplamente estudados devido ao seu valor comercial s o bem conhecidos H Herzog Carbon Dioxide Capture and Storage 2009a Apesar destes valores resultarem de estimativas consensual que a capacidade para armazenar o CO mais do que suficiente
78. 2 emissions to the atmosphere from large industrial sources particularly fossil fuel fired power plants is carbon capture and storage CCS CCS requires the CO to be captured and compressed to high pressures then transported to a storage site where it is injected into a suitable geological formation Each of these steps is capital and energy intensive and will have a significant impact on the cost of electricity production and efficiency of the plant The successful deployment of CCS will allow countries to continue using fossil fuel resources while simultaneously achieving deep reductions in greenhouse gas emissions This thesis is based in a part of the work done for KTEJO project which is the first Portuguese project aiming to assess the possibility of applying CCS technology at Pego Power Plant the second biggest CO source in Portugal It is being jointly developed by the University of Evora the National Laboratory for Energy and Geology Tejo Energia the plant owners and Pegop plant operators In this work is made an analysis of which capture technology is suitable to retrofit Pego Power Plant and also the role that it will assume in a near future within the context of the Portuguese electricity generating system Key words CCS CO Capture Coal Pego Power Plant Portugal ili Resumo A captura e armazenamento de di xido de carbono CO2 conhecida pela sua sigla em ingl s CCS carbon capture and storage pode assumir um pa
79. 295 Kothandaraman Anusha Carbon Dioxide Capture by Chemical Absorption A Solvent Comparison Study MIT Massachusetts Institute of Technology 2010 Kozak F A Petig E Morris R Rhudy e D Thimsen Chilled Ammonia Process fo Co2 Capture Energy Procedia 2009 1419 1426 Krishnamurthy K R Acharya D e F R Fitch Pilot Scale Demonstration of a Novel Low Cost Oxygen Supply Process and its Integration with Oxy Fuel Coal Fired Boilers US DOE NETL DOE NETL 2008 Lecomte Fabrice Paul Broutin e tienne Lebas Le Captage du CO2 Des tecnhologies pour r duire les missions de gaz a effet de serre Paris Editions TECHNIP 2010 Lyngfelt A B Leckner e T Mattisson A fluidized bed combustion process with inherent CO2 separation application of chemical looping combustion Chemical Engineering Science 56 2001 3101 3113 Mathias P M S Reddy e J P O Connel Quantitative Evaluation of the Aqueous Ammonia Process for CO2 Capture Using Fundamental Data and Thermodynamic Analysis Energy Precedia 1 2009 1227 1234 MEID Minist rio da Economia da Mmova o e do Desenvolvimento 2010 http www min economia pt innerPage aspx idCat 5 amp idMasterCat 13 amp idLang 1 acedido em 28 de Setembro de 2010 MIT The Future of Coal Cambridge 2007 Mariana Sardinha 109 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s MITEI Retroffiting of C
80. 3 41 14 G s 12 Petr leo Petr leo G s 25 6 21 outros inclui energia geot rmica energia solar energia dos oceanos energia e lica queima de biomassa e res duos e calor Fig 2 9 Produ o mundial de electricidade por fonte em 1973 e 2007 adaptado de IEA 2009 c Comparando a distribui o da produ o de electricidade entre 1973 e 2007 nota se que a produ o el ctrica a partir da energia nuclear ganhou import ncia de 3 para 14 a par da perda de import ncia do petr leo no mix energ tico Apesar de o petr leo ser o combust vel que mais contribui a n vel mundial para o fornecimento de energia prim ria TPES total primary energy supply Fig 2 10 n o o combust vel que mais CO emite para a atmosfera pertencendo esse papel ao carv o que apesar de ter uma quota de utiliza o semelhante do g s origina emiss es muito mais elevadas TPES 34 26 21 19 CO2 38 42 20 0 20 40 60 80 100 m Petr leo mCarv o mG s mOutros outros Inclui energia nuclear energia h drica energia geot rmica energia solar energia dos oceanos energia e lica queima de biomassa e res duos Fig 2 10 Consumo mundial energia prim ria e respectivas emiss es de CO em 2007 adaptado de IEA 2009b A Fig 2 10 indica nos que o carv o gera duas vezes mais CO do que o g s natural apesar da sua quota no consumo prim rio de energia ser bastante semelhante sendo essa a raz o que leva a que cada
81. 4 Procura de energia prim ria por combust vel e regi o no cen rio de refer ncia no per odo 2007 2030 IEA 2009a Nas previs es para 2030 cerca de 75 do aumento do consumo de carv o ser devido gera o de electricidade e a China ser respons vel por 65 deste aumento facto que preocupa a comunidade internacional e que d a oportunidade para que novas tecnologias de redu o de emiss es de GEE se desenvolvam e ganhem import ncia no panorama energ tico mundial Uma vez que bastante improv vel num horizonte a m dio longo prazo abandonar o uso dos combust veis f sseis e produzir toda a electricidade a partir da energia nuclear e das energias Mariana Sardinha 5 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s renov veis a que correspondia um mundo com emiss es muito pequenas urgente tomar medidas para mitigar as emiss es provenientes do uso dos combust veis f sseis 2 3 Emiss es de CO Entre 1971 e 2007 as emiss es globais mundiais de CO aumentaram cerca de 38 TEA 2009b como se pode ver pela evolu o do gr fico da Fig 2 5 Evolu o das emiss es CO entre 1971 e 2007 Mton 30000 22500 15000 Mton 7500 0 1971 1977 1983 1989 1995 2001 2007 Fig 2 5 Evolu o das emiss es de CO entre 1971 e 2007 adaptado de IEA 2009b As centrais de produ o de energia el ctrica s o respons veis por mais de 1 3 destas emiss es H Her
82. 5 Varia o do pre o de venda da electricidade com o consumo ao longo de dois dias 96 Eis 10 6 Opcoes em horas d pico sa asas ado o rea des Sa 97 Fig 11 1 Distribui o das reservas de carv o e g s natural no mundo Adaptado de BP 2010 100 Fig 11 2 Pre os dos combust veis f sseis no mundo EU 2010 ciceee eine 101 md XVI Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s 1 Introdu o Esta disserta o de mestrado insere se no mbito do projecto KTEJO um projecto nacional co financiado pelo Quadro de Refer ncia Estrat gico Nacional QREN que consiste na primeira fase de um estudo que poder resultar no desenvolvimento de um sistema de Captura e Armazenamento de Di xido de Carbono CO2 na Central Termoel ctrica do Pego A captura e armazenamento de CO conhecida pela sua sigla em ingl s CCS carbon capture and storage pode assumir um papel importante na diminui o das emiss es de CO para a atmosfera uma vez que permite capturar transportar e armazenar em forma es geol gicas adequadas o CO emitido por fontes industriais O objectivo desta disserta o consiste na avalia o da situa o actual da central Termoel ctrica a carv o do Pego nomeadamente no que respeita ao processo de produ o de energia el ctrica e s emiss es de CO da resultantes tendo em vista o estudo das tecnologias de captura que pode
83. 95 20 ater 153 4 e 63 4 150 0 100 0 50 0 0 0 M ssa esa sao P e es no A 34 B 64 C 95 Utiliza o da central m CELE 15 ton CO2 mCELE31 tonCO2 Ep s combust o 70 ton CO2 Fig 10 3 Valor a pagar pelas emiss es de CO capturadas Assim nota se que no caso de implementar um sistema de captura o pre o a pagar pelas emiss es de CO nao vai ser por exemplo para o caso A de 121 M mas sim de 95 2ME caso as licen as sejam compradas a 15 ton ou 67 5ME na hip tese de serem compradas a 31 ton CO Fig 10 3 Tamb m se verifica que a redu o do pre o a pagar pelo CO emitido vai ser maior no caso da utiliza o da Central de 95 onde por exemplo para o Cen rio 2 a redu o do pre o a pagar com um sistema de captura da ordem dos 131 M 294 163 131 M Este efeito ilustra a import ncia que o CELE vai ter no desenvolvimento do CCS na Europa num cen rio em que o pre o a pagar pelas licen as de emiss o de CO seja igual ou mais alto que o pre o a pagar pela tecnologia vai ser aliciante implementar um sistema de captura ou quando os custos com os sistemas de captura estiverem num n vel mais acess vel O problema da imprevisibilidade da utiliza o da Central um factor que complica a decis o de Instalar um sistema de captura Cada vez mais as centrais termoel ctricas v o ficar para segundo plano e v o ser usadas para fazer face a horas de pico de consumos
84. C 2005 Segundo a IEA IEA 20104 uma combina o de medidas referentes ao aumento da efici ncia energ tica energia nuclear s energias renov veis e tecnologia CCS parecem ser o caminho para evitar o aumento das emiss es de CO para a atmosfera e at mesmo reduzi las at 2050 para metade dos valores registados em 2005 Fig 2 11 60 A S 55 Emiss es cen rio de Bose 57 Gt SE t7 5 so E Energios renov veis 17 45 E Energia nuclear 6 40 E Efici ncia na gera o 45 el ctrico e tronsi o 30 de combustiveis 5 25 E Efici ncia do transi o do 90 combustivel nos utilizadores 15 finais 15 10 Efici ncia do combustivel e E ad T da electricidad 5 Estudo WEO 2009 450 ppm An lise ETP 2010 ATRE eee utilizadores finais 38 0 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 Fig 2 11 Tecnologias que podem contribuir para a redu o das emiss es de CO IEA 2010a 8 O Intergovernmental Panel of Climate Change ou em portugu s Painel Intergovernamental para as Altera es Clim ticas uma entidade que analisa e avalia as mais recentes informa es cient ficas t cnicas e s cio econ micas produzidas a n vel mundial relevantes para a compreens o das mudan as clim ticas no globo Mariana Sardinha 9 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s O cen rio de Base assume que os governos n o tomam novas medidas pol ticas em mat ria de energia
85. IT a ues ii ADSI AC Eon A il RESUMO Ce ee eee iv Beede ao des a RL DURO RR DR RR RR V t Aaoi Orern E E E etre wena E E rir meer rete rere ee rere l 2 gt A Encr ige as Emissoes de CO assanialaioiado i nda Daca nie ia a Raca saia nada Rasa dada ess 3 2 Consumo Encrec ico Mundial atas donas saint atada datada Dada S atada an lalate adota dotada data esa 3 2 2 Previs es para o Consumo Energ tico at 2030 cccceccccsssccceeeecceeeeceseeeceeseeeeeaeseeeseseeeaanes 4 23 E missoes de CO Rees eterna re ee 6 2 4 A Problem tica das Altera es Clim ticas e o Potencial do CCS ecccceccccseeeeeeseeeaenes 9 2 Estrat gia Europeia para a mer 1a sao rit dered Dean T eita setas 10 20 Estasia Nacional para a EnerS i doenn a 11 2a Emiss es de GEE cm Porca passadas a D casa ia Oa ata ia a aaa ain ta data eita setas 12 2 8 Caracteriza o Energ tica de Portugal ccc cseccccseeecceeeeeceeeececenseeceseeeeseseaseesaeseeeaes 13 2 8 1 SALDO Aa Fe Ree eee a I T T E TA T T 13 28 2 Sraa R ASE I E ee a aan ana an Ra 18 2 8 3 An lise da incorpora o de renov veis no sistema electroprodutor 20 2 8 4 Evolu o do Sistema Electroprodutor Portug es ccccccccccsecccceeeeeeeseeeaeseeeaeseeenes 21 2 8 5 Novos Investimentos para produ o de electricidade cccceccccseseeceseeeeeseeeaeseeeaes 22 z MCS CTC AO OO CeO atas ota a a a A a 25 SC Cntrald CHINO eC ar CO OD O oras acao da cab cd AS A a
86. NSTALLED ON PULVERIZED COAL PLANTS 2005 CO2CRC 2010 http www coZcre com au images imagelibrary stor diag storage rocks media jpg acedido em 25 de Agosto de 2010 2010 http www co2crc com au images imagelibrary stor_diag storageoptions jpg acedido em 25 de Agosto de 2010 Croiset E e K V Thambimuthu NOx and SO2 emissions from O2 CO2 recycle coal combustion Fuel 80 2001 2117 2121 Darde V K Thomsen E H Stenby e W J M van Well Chilled Ammonia Process for CO2 Capture Energy Procedia 2009 1027 1034 Mariana Sardinha 107 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s DGEG Renov veis Estat sticas R pidas Maio 2010 2010 DOE DOE U S Department of Energy 2007a http www fossil energy gov programs sequestration capture index html DOE NETL Carbon Dioxide Capture from Existing Coal Fired Power Plants 401 110907 National Energy Technology Laboratory 2007b DOE NETL CO2 capture ready coal power plants DOE NETL 2008 DOE NETL Cost and performance baseline for fossil energy plants DOE NETL 20071281 2007a DOE NETL DOE NETL Advanced CO2 Capture R amp D Program Technology Update 2010 EDP EDP 2010 http www edp pt pt negocios apoioaocliente Pages TarifaTrihoraria aspx acedido em 29 de Setembro de 2010 Eide L I e D W Bailey Precombustion Decarbonisation Processes Oil amp Ga
87. O2 emitidas ano A gest o da produ o na Central do Pego varia conforme a energia solicitada pela REN Este organismo envia at as 22 00 horas a produ o hor ria pretendida para as 24 horas do dia seguinte no entanto tera sempre que ter em conta o seguinte se a Central esta em funcionamento varia a carga de acordo com o solicitado se a Central est parada h menos de 8 horas necessita de 2 25 h para sincronizar se est parada entre 8 e 36 horas necessita de 4 horas para sincronizar se est parada h mais de 36 horas necessita de 9 horas para sincronizar Tejo Energia Esta instabilidade de previs o da produ o conduz a problemas ao n vel da gest o da Central uma vez que o carv o adquirido com base nas previs es feitas pela REN Na situa o que se viveu no Inicio do ano a pouca produ o levou a um acumular de mat ria prima que conduziu n o aquisi o de mais combust vel Ora quando a situa o se modificou nos meses quentes a Central teve dificuldades em ter carv o dispon vel para queimar tendo que se socorrer pela compra de carv o Central de Sines Tejo Energia Para al m de problemas ao n vel da disponibilidade de carv o para queimar uma paragem prolongada aumenta exponencialmente a corros o de muitos equipamentos principalmente da caldeira e obriga verifica o e realiza o de testes peri dicos de modo a garantir o estado de funcionamento quando for necess rio arrancar Tejo Energia
88. PT InformacaoExploracao Paginas EstatisticaMensal aspx acedido em 8 de Outubro de 2010 REN Dados t cnicos 2005 REN 2005 REN Dados T cnicos 2007 REN 2007 REN Dados T cnicos 2009 REN 2009 REN Informa o Mensal do Sistema Electroprodutor Agosto 2010 REN 2010 REN Relat rio sobre Seguran a de Abastecimento ao n vel da Produ o de Electricidade Andlise intercalar Per odo 2009 2020 REN 2008 Resnik K P J T Yeh e H W Pennline Aqua ammonia process for simultaneous removal of CO2 SO2 and NOx Int J Environmental Technology and Management 4 n 1 2 2004 89 104 Romeo L M I Bolea e J M Escosa Integration of power plant and amine scrubbing to reduce CO2 capture costs Thermal Engineering 28 2008 1039 1046 Sherrick B M Hammond G Spitznogle D Muraskin S Black e M Cage CCS with Alstom s Chilled Ammonia Process at AEP s Mountaineer Plant 2008 MEGA Symposium August 25 28 Columbus American Electric Power 2008 Simbeck D e W Roekpooritat Near Term Technologies for Retrofit CO2 Capture and Storage of Existing Coal fired Power Plants in the United States White Paper for the MIT Coal Retrofit Symposium California SFA Pacific 2009 Sirman J M Simmonds L Switzer e D Thompson Oxygen Transport Membranes An Enabling Technology for Cost Effective CO2 Capture Third Annual Conference on Carbon Capture and Sequestration May 4 Washington 2004
89. UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIENCIAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA GEOGRAFICA GEOFISICA E ENERGIA Captura de CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s M ariana Santo Medeiros Sardinha M estrado em Engenharia da Energia e do Ambiente 2010 UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIENCIAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA GEOGRAFICA GEOFISICA E ENERGIA Captura de CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s M ariana Santo Medeiros Sardinha Disserta o de Mestrado em Engenharia da Energia e do Ambiente Trabalho realizado sob a supervis o de Dulce Boavida LNEG Jorge Maia Alves FCUL 2010 Agradecimentos Desejo expressar os meus mais sinceros agradecimentos Doutora Dulce Boavida pela oportunidade concedida de participar neste projecto por todo o apoio e disponibilidade que sempre me dispensou durante a elabora o desta disserta o e ainda pela simpatia e amizade com que sempre me tratou e pelas quais ficarei eternamente grata Quero agradecer ao Professor Jorge Maia Alves por ter sido presen a e ajuda constante no meu percurso enquanto estudante da Faculdade de Ci ncias da Universidade de Lisboa e por ter sempre uma palavra amiga e paci ncia para me receber Quero ainda agradecer aos meus pais e ao meu irm o por toda a ajuda que me t m prestado ao longo da vida ii Abstract One option to reduce carbon dioxide CO
90. Um reservat rio ideal necessita de uma rocha porosa e perme vel que apresente capacidade de armazenamento elevada e ainda tenha uma rocha imperme vel a actuar como selante de forma a evitar subida do CO para camadas geol gicas superiores Para ser transportando e infectado em profundidade o CO sofre compress o de modo a reduzir o volume necess rio para o armazenamento e a diminuir a sua mobilidade injectado atrav s de um ou mais furos numa forma o geol gica porosa e est vel o mesmo tipo de rocha que reteve naturalmente durante milh es de anos o petr leo o g s natural e o CO no subsolo onde fica retido por rochas imperme veis que actuam como selantes impedindo a ascens o deste ZEP 2010 O armazenamento pode ser efectuado em reservat rios de gua salina rochas porosas saturadas com gua de salinidade muito superior da gua do mar impr prias para consumo dom stico ou uso agr cola tamb m designados por aqu feros salinos profundos a mais de 800m em reservat rios de petr leo e g s natural esgotados em camadas de carv o n o explor veis e noutros ambientes geol gicos basaltos sedimentos do fundo oce nico sob a forma de hidratos de CO carbonata o mineral etc ZEP 2010b SUITABLE STORAGE ROCKS High porosity High permeability a ha Seal rock above Figura 8 1 Caracter sticas das rochas onde poss vel de um ponto de vista t cnico armazenar geologicamente o CO CO
91. ZCRC 2010 Uma outra hip tese de armazenamento ainda o aproveitamento do CO em actividades de EOR Enhanced Oil Recovery ou de EGR Enhanced Gas Recovery em portugu s recupera o estimulada de petr leo e g s respectivamente t cnica que permite aumentar a extrac o de petr leo ou de g s de campos praticamente esgotados Esta t cnica usada ha j cerca de 30 anos na industria de explora o de hidrocarbonetos ZEP 2010b demonstra que o CQO pode ser armazenado com seguran a e sem fugas em reservat rios geol gicos Atrav s da injec o deste g s em profundidade consegue se aumentar a vida til nos campos de explora o de petr leo recuperando at 40 do petr leo residual deixado no reservat rio ap s a produ o Inicial e recupera o convencional com injec o de gua Blunt Fayers e Orr 1993 Mariana Sardinha 88 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s l Geological Storage Options for CO Produced oil or gas Depleted oil and gas reservoirs Injected CO Use of CO in enhanced oil recovery HEERA Deep unused saline water saturated reservoir rocks Saa Stored CO Deep unmineable coal seams Use of CO in enhanced coal bed methane recovery Other suggested options basalts oil shales cavities 1 2 3 4 5 6 po s Ii nt tn l Figura 8 2 Op es para o armazenamento geol gico do CO CO2CRC 20
92. a estrat gia de crescimento no desenvolvimento sustentado da actividade i 1 i e 2 nA Estudo de Viabilidade da Captura e Armazenamento de CO2 na Central Termoel ctrica do PEGO st oe o ese amp energia Financisdo gar COMPETE SN H Fig 3 3 Brochura de apresenta o do projecto KTEJO Nesta fase em que se pretende avaliar a possibilidade desta solu o tecnol gica o projecto consistir em estudos utilizando a informa o existente sobre a Central e sobre as relevantes caracter sticas geol gicas do territ rio nacional Os estudos referentes captura v o incidir principalmente em tr s aspectos i A avalia o da possibilidade de capturar o CO com uma percentagem muito reduzida de outros gases ou impurezas tal como exigido na Directiva Comunit ria 2009 31 EC aprovada pelo Conselho Europeu em Junho de 2009 onde estabelecido um enquadramento legal para o armazenamento geol gico do CO e reconhecida a import ncia do CCS na atenua o das altera es clim ticas m Selec o da tecnologia de captura analisando as diferentes alternativas em fun o da possibilidade de adapta o dos sistemas existentes 1 Poe die ja 8 Uma vez que o regime de com rcio de licen as de emiss o de mercado livre esse pre o ser fun o da oferta e da procura Mariana Sardinha 26 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Port
93. a pagar pelo combust vel e pela electricidade produzida podia trazer benef cios financeiros que atenuassem o grande custo que uma unidade destas representa para uma central PICOS DE CONSUMO Necessidade de produ o de mais energia el ctrica Pre o de venda da energia mais elevado Capturar o CO gt mas ser penalizada na energia produzida resultando da um menor ganho com a venda de electricidade Capturar o CO gt mas ser penalizada na energia produzida resultando da um menor ganho com a venda de electricidade Desligar a unidade de captura pagando pelas emiss es de CO gt no com rcio de licen as de emiss o Fig 10 6 Op es em horas de pico A Fig 10 6 ilustra as op es que podiam ser tomadas caso uma central fosse dotada de um sistema de captura de CO flex vel A terceira op o seria a mais favor vel na medida em que a unidade era desligada em horas de pico mas ao mesmo tempo n o haveria o pagamento das emiss es de CQ Esta op o implicava a exist ncia de um reservat rio que acumulasse o solvente rico em CO ou os gases de combust o para posterior tratamento Neste sentido as reservas de solvente tinham que ser muito altas e tinham que existir reservat rios com capacidade suficiente para garantir que o solvente rico em CO era armazenado at acontecer o resto do processo A exist ncia destes reservat rios tamb m implicava que
94. ades energ ticas s o mais baixas tanto na fase de absor o como de regenera o quando comparado com um processo de captura por aminas Darde et al 2009 Isto acontece porque o calor de dissocia o do bicarbonato de am nia sensivelmente Mariana Sardinha 69 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s entre 38 a 60 C Yeh e Bai 1999 em compara o com as aminas que necessitam de temperaturas de desabsor o na ordem dos 130 C Korkmaz Oeljeklaus e G rner 2009 Outro aspecto vantajoso da tecnologia chilled ammonia prende se com o facto de se obter um fluxo de CO com elevado grau de pureza maior que 99 e press o significativa n o sendo necess ria tanta energia para compress o do g s para transporte Blomen 2009 7 2 3 Desafios da Captura por P s Combust o A baixa concentra o do CO na combust o convencional assim como a baixa press o que este apresenta origina dificuldades na captura Na combust o convencional do carv o o CO est presente nos gases de combust o em concentra es muito pequenas entre 13 a 15 por volume e baixas press es entre 1 e 1 7 bar o que implica o tratamento de grandes volumes de gases com baixa concentra o de CO2 sendo a tarefa da captura dificultada DOE NETL 2010 As impurezas como o SQ as part culas e o NOx podem degradar os solventes usados reduzindo o sucesso da captura e aumentando os custos associados
95. ados e da introduzidos no circuito de gua de alimenta o N o s com o vapor proveniente das turbinas de baixa press o que o condensador comunica mas tamb m com outros sistemas como a tubagem de extrac o dos pr aquecedores de baixa e alta press o a descarga de emerg ncia dos condensados dos pr aquecedores de baixa press o as purgas de algumas tubagens de extrac o de vapor e a tubagem de recircula o de gua do condensador Mariana Sardinha 42 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s A condensa o do vapor neste sistema bastante influenci vel pelas condi es de opera o nomeadamente o v cuo que se consegue no sistema pois a condensa o tanto melhor quanto maior for o v cuo do sistema Tamb m a estanquicidade dos tubos de permuta a rigidez das placas tubulares e a estabilidade mesmo com a presen a de vibra es do feixe tubular s o par metros importantes para bom funcionamento do condensador Para que o condensador tenha um desempenha satisfat rio tamb m necess rio assegurar a sua manuten o para evitar a obstru o de tubulares que acontece apesar da gua de refrigera o ser filtrada O entupimento dos tubos deve se maioritariamente a duas causas exist ncia de impurezas arrastadas com a gua de refrigera o e desenvolvimento de microrganismos no interior dos tubos devido s temperaturas da gua relativamen
96. al O vapor retirado influencia a menor produ o de electricidade porque menos vapor chega turbina enquanto as necessidades energ ticas diminuem o output el ctrico Por outro lado a tecnologia de oxi combustao apresenta vantagens relacionadas com o aumento do rendimento t rmico do processo com a redu o do fluxo dos fumos resultantes da combust o podendo se reduzir o tamanho dos equipamentos e por consequ ncia dos Investimentos com a facilidade de captura do CO por se obter um fluxo concentrado deste g s e com a diminui o dos custos de tratamento dos fumos pois partida n o s o necess rias as unidades FGD e SCR Bohm 2006 Tabela 7 10 Modifica es que a central ter que sofrer para albergar um sistema de captura p s combust o por aminas Adaptado de Bohm 2006 Modifica es para retrofitting Caldeira Sem modifica es mas o output da caldeira n o suficiente para fornecer o vapor necess rio para regenera o do solvente Modifica es moderadas SCR ESP n o necessitam de modifica es mas o sistema FGD poder Sistema de limpeza a je i ter que ser melhorado para atingir os valores m nimos de concentra o do SO que n o reaja com dos gases o MEA Tiibadsns Modifica es moderadas os gases de combust o t m que ser orientados para o sistema de amp captura Modifica es significativas a turbina poder ter que ser repensada para uma ptima integra o Turbinas Gerador que permi
97. ansporte e A mazenamento do CO seat eel cel celal setae 8 JR AA RA JS Ra Sia es 87 8 1 HUT UNS POR a O RR ademas 87 8 2 Armazenamento do CO sssesssessessssessesessessesersossesersossessesossessrsossessesossessesossessesossersesereese 88 8 3 Sesuranca No Armazenamento do CO saias praia ia aaa a aaa a 89 8 4 Exemplos de Projectos de Armazenamento Geol gico de CO 9 0 ceccccseccccseseeeeseeeaeseenaes 90 Custos ds O O Saia a ae eee a a a a aces 91 10 Cen rios de Evolu o do Funcionamento da Central ccccccccccsesecceeeeeeeseceaeseeeaeseeeaeseeeaes 93 11 PAS eE DI IG TOE 99 12 CORE T E E T E EEEIEE sda EEE E E 103 13 TDO N O E a a a 105 14 IGICLCNClds ie a E a eaten E 107 IX Indice de Tabelas Tabela 2 1 Reparti o da produ o de energia el ctrica entre 2004 e 2009 Adaptado de REN 2005 CRE ZOOR E N ZJO ease eects eters seta ses demain 14 Tabela 4 1 Valores m ximos de emiss o de SQ NOx e particulas Tejo Energia 2010 47 Tabela 4 2 Valores atingiveis com o Investimento realizado Tejo Energia 2010 47 Tabela 6 1 An lise aos carv es utilizados na Central do Pego entre 2005 e 2008 como recebido 51 Tabela 6 2 Caracteriza o das emiss es gasosas par metros do CSCOAMEMLO ccceeeeeeseeeeeneees 32 Tabela 5 3 Emiss es de CO SO NOx part culas e cinzas entre 2005 e 2009 Tejo Energia 53 Tabela 7 1 Utiliza o da ce
98. apel importante no SEP Mariana Sardinha 105 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Mariana Sardinha 106 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s 14 Refer ncias Abu Zahra M R M L H J Schneiders J P M Niederer P Feron e G F Versteeg CO2 capture from power plants Part I A parametric study of the technical performance based on monoethanolamine International Journal of Greenhouse Gas Control 2007 37 46 Alstom Alstom s CCS Demonstration Projects http www infrastructureaustralia gov au public_submissions published files 424_alstom_SUB2 pdf 2008 Anheden M Y Jinying e G De Smedt Denitrogenation or Oxyfuel Concepts Oil amp Gas Science and Technology Rev IFP Oil amp Gas Science and Technology Volume 60 2005 485 495 APA PORTUGUESE NATIONAL INVENTORY REPORT ON GREENHOUSE GASES 1990 2008 Amadora Ag ncia Portuguesa do Ambiente 2010 Bachu S Sequestration of CO2 in geological media in response to climate change road map for site selection using the transform of the geological space into the CO2 phase space Energy Conversion and Management Volume 43 Issue 1 43 n Issue 1 January 2002 87 102 Bailey D W e P H M Feron Post combustion Decarbonisation Processes Oil nd Gas Science and Technology Oil amp Gas Science and Technology 2005 461 474
99. ar como o SO e o O pode levar por Interac o com o solvente forma o de produtos est veis e irrevers veis conduzindo redu o da taxa de absor o do CO por parte do MEA e degrada o qu mica das aminas Herzog Meldon e Hatton 2009a Para prevenir esta degrada o a concentra o aceit vel do SO nos gases de combust o dever rondar os 10 mg Nm Korkmaz Oeljeklaus e Gorner 2009 e no caso do NO os 40 mg Nm TEA GHG R amp D Programme 2007 A presen a das unidades de dessulfura o desnitrifica o e do precipitador electrost tico s o fundamentais para que o processo de absor o do CO tenha taxas elevadas de sucesso pois menores quantidades de NOx e SO resultantes da limpeza dos gases est o presentes no fluxo gasoso favorecendo o sucesso da captura uma vez que se evitam as reac es destes e as aminas H Herzog 2009a As necessidades energ ticas para a unidade de captura s o um dos pontos fracos desta tecnologia O calor necess rio captura pode ser fornecido por uma fonte externa ou atrav s da extrac o de vapor a central O vapor usado no sistema de captura poder ser extra do da tubagem entre as turbinas de m dia e baixa press o e usado no reboiler que mant m as condi es de temperatura no stripper O facto do vapor desviado das turbinas j n o ser usado para produ o de energia el ctrica causa uma redu o no output da central que juntamente com a energia necess ria para fa
100. arata e dispon vel por todo o mundo apesar de emitir CO para a atmosfera que tem que ser pago No sentido de procurar clarificar algumas quest es levantadas de seguida vai fazer se uma an lise da produ o de energia na Central e v o se apresentar cen rios evolutivos da utiliza o da Central no sistema electroprodutor num horizonte de alguns anos Com base nos dados fornecidos pela Tejo Energia de regimes de utiliza o da Central de 34 64 e 95 construiu se o gr fico da Fig 10 1 Consumo M ensal t dia 6 000 5000 FE TT e 4000 Nota te NS N 3 000 RA PS TCS Str hae 2 000 1 000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 M s Utiliza o da central 95 Utiliza o da central 64 Utiliza o da central 34 seeseeeee M dia 1999 2010 utiliza o 75 9 Fig 10 1 Consumo mensal t dia de carv o ao longo de um ano para uma utiliza o da Central de 34 64 e 95 Os dados do consumo mensal de carv o para uma utiliza o da Central de 34 64 e 95 usados para construir o gr fico da Fig 10 1 est o na Tabela 10 1 Tabela 10 1 Consumo mensal de carv o t dia para uma utiliza o da Central de 34 64 e 95 95 Abril t dia 1952 501 Maio ia Junho t dia 695 5 19 Mariana Sardinha 93 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Tendo como o pre o das licen as de emiss o por tonelada de CO emi
101. as quando comparadas com a utiliza o do carv o Em terrenos adjacentes Central a carv o encontram se em fase final de constru o dois grupos de ciclo combinado a g s natural CCGT Combined Cycle Gas Turbine com o primeiro grupo j em testes de produ o a diferentes cargas e o segundo com in cio de produ o programado para Mariana Sardinha 29 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Novembro de 2010 Em primeiro plano na Fig 4 2 podem se ver os dois novos grupos da CCGT identificados por um c rculo branco Fig 4 2 Dois novos grupos da CCGT Fotografia tirada dia 8 de Setembro 2010 Com a entrada em funcionamento da unidade a Ciclo Combinado menos poluente que a Central a carv o devido ao menor teor em carbono do g s natural o centro electroprodutor do Pego ficar com uma pot ncia instalada de 1458 MW No ltimo trimestre de 2008 entraram em funcionamento as Instala es de tratamento de efluentes gasosos nomeadamente a unidade de dessulfura o Flue Gas Desulphurisation FGD para redu o de 85 das emiss es de di xido de enxofre SO a unidade de desnitrifica o Selective Catalytic Reduction SCR para redu o de 75 das emiss es de xidos de azoto NOx e a unidade de redu o de part culas A par da inaugura o das instala es de FGD e SCR em Setembro de 2009 pioneiras no lan amento de tecnologias Clean Coal em Portugal
102. as como andamento dos trabalhos Tamb m est o programadas participa es em confer ncias nacionais e internacionais assim como pequenas palestras em escolas secund rias e sess es de divulga o p blica assim como a distribui o de folhetos sobre o projecto e sobre a tecnologia na Central Termoel ctrica do Pego que costuma receber visitas de estudo Mariana Sardinha 27 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Mariana Sardinha 28 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s 4 Central Termoel ctrica do Pego 4 1 Apresenta o da Central A Central Termoel ctrica do Pego com uma pot ncia el ctrica instalada 628 MW localiza se no concelho de Abrantes a cerca de 150 km de Lisboa e foi constru da entre Novembro de 1989 com o In cio da montagem do primeiro gerador de vapor cujo in cio da actividade industrial for em Mar o de 1993 at Outubro de 1995 data da entrada em servi o do segundo grupo Fig 4 1 Localiza o da Central Termoel ctrica do Pego Em Novembro de 1993 foi adquirida EDP Energias de Portugal S A pela Tejo Energia Produ o e distribui o de Energia El ctrica S A A Tejo Energia um cons rcio de que fazem parte a Inglesa Internacional Power dona de 50 da empresa a Espanhola Endesa com 39 do capital e a EDP com uma quota de 11 Simultaneamente a Endesa e a Internatio
103. ase de aminas Algumas empresas est o a testar a performance destes dois tipos de solventes em condi es reais por isso fundamental esperar por esses valores para poder comparar esses dados Enquanto empresa que desenvolve tecnologias de captura de CO a Alstom prev que os seus sistemas estejam prontos e validados para comercializa o entre 2015 e 2020 Fig 7 21 Roadmap Capture 2007 2010 2015 2020 2025 Post Pre comb Pilot Demo commercial Oxy comb Pilot Demo Pre commercial Commercialization Fig 7 21 Previs es para a comercializa o das tecnologias de captura desenvolvidas pela Alstom Alstom 2008 Commercialization Pilot Demo Pre commercial Commercialization 2 2 at go jo A Alstom uma multinacional francesa que actua na rea das infra estruturas de energia e dos transportes ferrovi rios Actualmente uma das empresas que est a desenvolver sistemas CCS nos Estados Unidos da Am rica e na Europa Mariana Sardinha 85 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Mariana Sardinha 86 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s 8 Transporte e Armazenamento do CO 8 1 Transporte Depois de capturado o CO comprimido at cerca de 150 bar S I Plasynski et al 2009 para ser transportado sob a forma gasosa por pipelines ou navios ou em estado l qu
104. b O calor necess rio para promover este aumento de temperatura retirado da central sob a forma de vapor a idealmente 140 C e 3 6 bar Korkmaz Oeljeklaus e G rner 2009 Na queima convencional do carv o numa central como a do Pego a captura do CO por p s combust o enfrenta desafios significativos pois um grande volume de gases de combust o s o produzidos e a concentra o de CO nos gases relativamente baixa cerca de 13 v v DOE NETL 2010 A escolha do solvente deve ter em aten o um conjunto de factores determinantes para o sucesso da captura nomeadamente a sua selectividade para o CO a taxa de reac o as necessidades energ ticas para se proporcionarem as reac es qu micas de absor o e desabsor o a sua taxa de degrada o e a tend ncia para a forma o de novos subprodutos que podem comprometer a captura Bailey e Feron 2005 Apesar da captura de CO por solventes ser actualmente a tecnologia l der existe uma grande penaliza o energ tica associada ao funcionamento da unidade de captura os custos com a electricidade extra para fazer funcionar esta unidade s o vari veis consoante as fontes mas no geral podem aumentar em mais 50 as necessidades energ ticas de uma central assim como diminuir a sua efici ncia em cerca de 10 previs vel que a performance dos sistemas de captura melhore com o tempo devido crescente inova o e desenvolvimento e segundo estudo de P Feron 2005b
105. berta o para a atmosfera por ser t xica i O mecanismo de funcionamento semelhante tecnologia anterior com a diferen a da captura acontecer a baixas temperaturas A Alstom foi uma das empresas que desenvolveu este processo cuja principal diferen a relativamente ao anterior o arrefecimento dos gases de combust o a menos de 20 C para optimizar a reac o do solvente com o CO e minimizar as perdas de am nia Kozak et al 2009 Funcionamento do sistema de captura Em linhas gerais podemos separar este processo em tr s sistemas o sistema de arrefecimento dos gases de combust o o sistema de absor o do CO e o sistema de regenera o do solvente Fig 7 7 4 1 Existing Stack co a i ri y ko E Flue Gas Five Gas cS VS Reboiler e Te ater Rich Slurry Cooling Lean Slurry coz Cooling amp Cleaning of FG CO2 Absorption CO2 Regeneration 1 Arrefecimento dos gases de combustao vindos da central 2 Absor o do CO 3 Lavagem do g s tratado para reter algum res duo de amon aco que possa ser arrastado pelo fluxo de g s 4 Permutador de calor 5 Regenera o do CO 6 Lavagem do CO recuperado para recuperar vest gios de amon aco e vapor de gua que possam ser arrastados pelo fluxo 7 Fluxo de CO pronto para ser comprimido e transportado Fig 7 7 Esquema da absor o qu mica do CO pelo processo c
106. cas e a meta de produ o de electricidade com base em energias renov veis passar de 39 para 45 do consumo em 2010 Em 2008 o Governo aprovou o Plano Nacional de Ac o para a Efici ncia Energ tica PNAEE atrav s da Resolu o do Conselho de Ministros n 80 2008 RCM 80 2006 prevendo um aumento da efici ncia energ tica equivalente a 9 8 no consumo final de energia em 2015 Outros instrumentos adoptados para atingir as metas a que Portugal se prop s no mbito da redu o das suas emiss es de GEE s o o Plano Nacional de Atribui o de Licen as de Emiss o PNALE I para o per odo 2005 2007 aprovado pela Resolu o do Conselho de Ministros n 53 2005 e o PNALE II aprovado para o per odo 2008 2012 pela Resolu o do Conselho de Ministros n 1 2008 que determina a quantidade de licen as a atribuir a cada sector e o Fundo Portugu s de Carbono FPC criado pelo Decreto Lei n 71 2006 que um instrumento destinado a financiar medidas que facilitem o cumprimento dos compromissos do Estado Portugu s no mbito do Protocolo de Quioto 2 7 Emiss es de GEE em Portugal Segundo o relat rio da Ag ncia Portuguesa do Ambiente de Abril de 2010 APA 2010 referente evolu o das emiss es dos GEE em Portugal para a atmosfera entre o per odo de 1990 2008 houve um aumento destes valores de cerca de 31 relativamente aos n veis de 1990 A principal fonte de emiss es de GEE em Portugal o sector energ tico sen
107. cessidades de limpeza pr via dos gases de combust o antes da sua passagem pelo sistema de captura Solventes corrosivos podem contribuir para a degrada o das estruturas por onde passam reduzindo o tempo de vida dos equipamentos solventes demasiadamente vol teis escapam se com facilidade contribuindo para o aumento dos custos devido reposi o mais frequente do solvente Herzog Meldon e Hatton 2009a As necessidades energ ticas para regenerar o solvente as necessidades de vapor complementar a energia el ctrica para operar bombas e ventiladores e ainda a energia necess ria para comprimir o CO recuperado para transporte s o exemplos de gastos extraordin rias de energia que v o contribuir para um maior efeito da unidade de captura no desempenho da central P Feron 2005b Para evitar a grande penaliza o energ tica associada ao sistema de captura pode se extrair vapor directamente do sistema principal na turbina de m dia press o ou at mesmo aproveitar o calor gerado na compress o e purifica o do CO para fazer funcionar o reboiler Fisher et al 2005 O caudal dos gases de combust o tamb m afectar a performance da unidade de captura um maior caudal permitir reduzir as necessidades energ ticas associadas s bombas que os fazem circular na coluna de absor o mas no entanto condicionam o tamanho da coluna de absor o que ter que ser maior Uma maior concentra o de CO nos gases de combust o permit
108. cesso de steam reforming e oxig nio num processo de oxida o parcial no caso do combust vel ser gasoso ou l quido ou gasifica o no caso do combust vel ser s lido H Herzog 2009a Eide e Bailey 2005 As reac es de forma o do g s de s ntese a partir do combust vel est o descritas nas equa es qu micas abaixo CH H 0 gt CO 3H Steam Reforming 1 CHy 20 CO 2H Oxida o Parcial 2 Estas duas reac es s o seguidas da convers o shift exot rmica em que o mon xido de carbono reage com a gua para formar CO e Hz CO H 0 gt CO H gt Water Gas Shift 3 Depois da reac o 3 a concentra o de CO na mistura ser entre 15 60 com uma press o entre 20 70 atm e a separa o dos dois componentes far se atrav s de absor o com solventes f sicos ou qu micos A reac o de reforming acontece a alta temperatura 800 900 C e a press o de cerca de 20 30 atm pois quanto maior a temperatura melhor se consegue optimizar a convers o do combust vel em H A reac o de oxida o parcial acontece a temperaturas de 800 1800 C DOE NETL 2010 Um benef cio da aplica o desta t cnica a vantagem de se produzir H puro podendo ser usado para gera o de electricidade produzindo apenas como subproduto desta convers o oxig nio e gua O g s resultante do reforming arrefecido numa caldeira que gera o vapor necess rio para as rea es de shift DOE NETL 2010 Esta tecno
109. cnologia que melhor se adequa aos equipamentos existentes isto ser necess rio fazer o retrofitting da Central tendo em conta as condi es de opera o desta Com o inicio de funcionamento das unidades de dessulfura o e desnitrifica o em 2008 a performance da Central do Pego relativamente a emiss es poluentes para a atmosfera foi melhorada posicionando a central na linha da frente do tratamento de gases poluentes para a atmosfera Este estudo insere se no seguimento destas pol ticas ambientais N o existe uma tecnologia claramente vantajosa em termos de custos performance ou fiabilidade os custos variam para cada tecnologia e implicam sempre alguma incerteza As performances s o semelhantes conseguindo qualquer uma delas recuperar mais de 85 do CO emitido e a fiabilidade no geral incerta por n o existem unidades de grande dimens o a operar actualmente nestes moldes Depois de abordadas as tr s tecnologias dispon veis para capturar o CO p s combust o oxi combust o e pr combust o analisou se quais podiam ser usadas para retrofitting desta Central e concluiu se que a captura por p s combust o compat vel com a Central do Pego porque facilmente se faz o retroffiting sem ser preciso fazer grandes modifica es no processo normal da central Na captura por p s combust o os gases resultantes da queima do combust vel entram em contacto em altas colunas de absor o com um solvente l quido selectivo para o CO
110. conte a As membranas dispon veis actualmente para comercializa o resultam em maiores penalties energ ticos e menores taxas de absor o quando comparadas com um processo de absor o qu mica captura consiste na anti sublima o press o atmosf rica do CO transformando o directamente da Separa o fase gasosa para a fase s lida numa superf cie com temperatura abaixo dos 78 5 C criog nica Os custos associados separa o dos compostos atrav s da diminui o da sua temperatura n o s o vi veis para a captura do CO devido aos enormes gastos energ ticos Absor o por solventes Adsor o Estudos t m vindo a comprovar que a melhor tecnologia para capturar o CO a curto m dio prazo pela absor o qu mica pois esta que apresenta maior maturidade que oferece maior efici ncia maior fiabilidade assim como maior selectividade menor gasto energ tico e menores custos quando comparados com as restantes t cnicas de captura por p s combust o MIT 2007 Blomen 2009 H Herzog 2009b Mariana Sardinha 62 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Esta tecnologia desenvolvida por v rias empresas estando numa fase consider vel de matura o de tal forma que j existem centrais de demonstra o da tecnologia de consider vel escala onde est o a testar e afinar o processo de absor o qu mica do CO para aplica o a curto pra
111. culas A Central j possu a um sistema de precipitadores electrost ticos No entanto e para melhorar a performance deste a melhor solu o custo efic cia encontrada foi a modifica o do sistema existente de controlo dos precipitadores atrav s da instala o de sistemas rectificadores integrados SIR permitindo melhorar a efici ncia dos precipitadores existentes e obter valores de part culas abaixo do valor limite de emiss o correspondendo da uma redu o de mais 20 em rela o s emiss es antigas Tejo Energia 2010 Mariana Sardinha 48 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Fig 4 32 Precipitador electrost tico Ap s passagem pelos precipitadores electrost ticos os gases s o conduzidos para a unidade de dessulfura o FGD 4 12 Redu o do Teor em Di xido de Enxofre SO2 Os gases de combust o d o entrada no absorvedor da unidade FGD Nesta unidade pelo m todo calc rio gesso via h mida o di xido de enxofre SO2 removido por reac o com o calc rio CaCO3 mo do em suspens o aquosa Tejo Energia 2010 Este processo consiste na injec o de uma solu o de leite de calc rio no circuito de fumos num reactor absorvedor equipado com chuveiros apropriados para o efeito O carbonato de c lcio reagir com o enxofre presente nos fumos fixando cerca de 90 do total de SO originando em contrapartida a produ o de gesso CaSO
112. d Monoethanolamine Solvents to Reduce CO2 Greenhouse Gas Emissions The Science of the Total Environment 228 1999 121 133 ZEP Zero Emissions Platform 2010 http www zeroemissionsplatform eu safe storage html closing the carbon loop reducing co2 emissions acedido em 25 de Agosto de 2010 Zero Emissions Platform 2010a www zeroemissionsplatform eu timeline html zep co2 capture and storage ccs acedido em 17 de Junho de 2010 Zero Emissions Platform 2010b http www bellona org ccs Artikler storage at acedido em 27 de Agosto de 2010 Zero Emissons Platform 2010c http www zeroemissionsplatform eu projects global projects overview html acedido em 30 de Setembro de 2010 Mariana Sardinha 111
113. da do vapor sobreaquecido feita por quatro v lvulas reguladoras opostas duas a duas para equil brio da turbina para uma zona chamada c mara de ac o Mariana Sardinha 43 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Da c mara de ac o o vapor sobreaquecido a 530 C e 162 bar passa por uma roda de impulso que o uniformiza e o envia para as p s da turbina onde se expande de forma adiab tica e direc o paralela ao eixo num caudal de 950 ton h O tamanho das p s vai aumentando ao longo da turbina em resposta perda de press o que o vapor sobreaquecido vai registando que depois de expandido sai pela parte inferior da turbina com perda de press o e temperatura sendo enviado por duas linhas para o reaquecedor Parte deste vapor como ja referido usado para fazer o ltimo pr aquecimento no pr aquecedor de alta press o AP7 da que o caudal entre a entrada e a sa da da turbina tenha um desfasamento 4 6 2 Turbina de M dia Press o A turbina de m dia press o TMP uma turbina do tipo ac o e fluxo simples apresentando dimens es superiores relativamente turbina anterior devido perda de press o que aconteceu na primeira expans o Antes de entrar nesta turbina o vapor obrigado a passar pelo reaquecedor que lhe confere um aumento de temperatura e n o de press o de 349 C para 530 C e press o de 44 bar O vapor sobreaquecido sai
114. da unidade de captura S I Plasynski et al 2009 No entanto os custos de captura e armazenamento sao muito dependentes das condi es do local sendo que estas estimativas apresentadas na Tabela 9 1 apenas servem para ilustrar a diferente magnitude de custos inerentes a um sistema CCS os dados da tabela n o incluem despesas com o transporte do CO Friedmann 2007 A publica o do MIT MIT 2007 estimou com base em estudos realizados entre 2000 e 2004 os custos da captura de CO em centrais existentes Um sum rio dos valores mais relevantes para esta an lise pode ser visto na tabela seguinte Tabela 9 2 MIT 2007 Efici ncia Custo do COevitado ton CO a3 maga Custo da electricidade produzida c kWh 4 84 816 478 769 A partir dos dados deste estudo MIT 2007 Hamilton et al Hamilton Herzog e Parsons 2009 actualizaram alguns par metros econ micos relacionados com o funcionamento da central por exemplo os custos com os combust veis aumentaram desde ent o e estimaram os custos de produ o de electricidade para uma nova central supercr tica com uma unidade de captura em 100 MWh comparativamente aos 62 MWh de uma unidade semelhante sem captura Hamilton Herzog e Parsons 2009 4 USD Mariana Sardinha 91 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Tabela 9 3 valores baseados no estudo do MIT The Future of Coal ajustados a 2
115. deira ccee e rreeererererrrrarenanea 38 Eis e E Circulo CE ASU a mn Rn E 39 Fig 4 21 Aquecimento da gua entre o hotwell e o tanque de alimenta o circuito dos CONUM AC OS sates tat aah tai a a CR a a cans 40 Pig 422 Circuito de dona de alimenta o cc c cicesic sires nesb tado sa no test statutes statutes a ai ia eae 41 Fig A23 Circuito de dona derem eri cioen 41 Big 4 24 Torres de RET Cra CAO aa os aie a oa CDL STE So eaan 42 He 2 29 Esquema do condensado astsiaasinissaisa dis salsa insana irei e bra insana isa 42 Fig 4 26 Esquema das turbinas e do alternador ce er eeererereeeereaa ear ereraeareranananea 43 Fig 4 27 Valores de caudal press o e temperatura do vapor entrada das turbinas 44 Fig 4 28 Vistas do alternador sss tl ca aa an en ee aa ea eel a el 45 Fie 420 TTANSLOMINACOP a E E 46 Fig 4 30 Esquema das entradas e sa das dos sistemas de tratamento dos ZaSeS cccceeeeeeeeeeeeeees 48 Pig AS Umdade dedesminiica o SCR rerien EAER 48 Fig 4 32 Precipitador electrost tico cccccccccssesccccseececeneeeeceeseeeeeeaseeeeeeseeeecessaeseceesaeeeeeaanseeeesanees 49 X1V Fo de 3 Umdade de dessulinta o EG Jess ba doa desaba loan bos danadosada sad ana dama da a lana danada banal asa asa 49 Fig 4 34 Compara o das emiss es de SO e NOx em 2007 e 2000 ieee ea 50 Pig 4 35 Emiss es de particulas em 2
116. do custo da electricidade dos sistemas de captura por p s e oxi combustao relativamente a uma central sem sistema de captura Adaptado de Parsons e Shelton 2002 82 Fig 7 18 Efeito de um sistema de p s combust o para captura do CO na efici ncia da central Adaptado de MLF 2007 sinais aerate asec aid as od ls wand teat aa Aus Renee 82 XV Fig 7 19 Efeito do sistema de captura por oxi combustao na efici ncia da central Adaptado de MIF 2000 sussa anu ieead DIGO DENSO TONS DES a ia ac aa 83 Fig 7 20 Efeito dos sistemas de captura por p s combust o na performance de uma central Adaptado de Ciferno e Plasynski 2005 eeeeee a a a aaa E renan renan renan renan 85 Fig 7 21 Previs es para a comercializa o das tecnologias de captura desenvolvidas pela Alstom CAISton 200 aaa e aa T ni 85 Fig 10 1 Consumo mensal t dia de carv o ao longo de um ano para uma utiliza o da Central de DONO O e a a a seas sunvesareune 93 Fig 10 2 Custos anuais que a Central ter pela aplica o de um sistema CCS ou pelo pre o a pagar pelasemissocs de CO no ambiodo CECE artara ra A 94 Fig 10 3 Valor a pagar pelas emiss es de CO capturadas e rreerereeerrrrerananea 95 Fig 10 4 Varia o do consumo de energia em Portugal e a energia produzida na Central do Pego nos dias 12 e 13 de Outubro de 2010 REN e Tejo Energia 2 0 ecccceescccseseeeeeeeeeaeseeeaeseeeaeneees 96 Fig 10
117. do na base do diagrama de cargas Mariana Sardinha 103 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Por este motivo prov vel que a produ o no Pego continue a ter um regime inst vel como demonstrou at agora dependente das condi es do meteorol gicas com a sua utiliza o cada vez mais a incidir em horas de picos de consumo ou quando a produ o renov vel tem valores mais baixos No contexto de agravamento cada vez maior da crise econ mica em Portugal pagar um pre o mais alto por outras formas de produ o de energia el ctrica como as renov veis ou o g s natural poder ser insustent vel daqui a uns anos e neste sentido a produ o a partir de centrais j existentes que utilizam uma mat ria prima barata como o carv o poder ser uma sa da A evolu o do pre o das emiss es de CO no mbito CELE tamb m um factor condicionante importante avaliar se mais vale pagar pelas emiss es produzidas ou evit las atrav s do investimento num sistema de captura de CO pagando desta forma apenas a tecnologia de captura Mariana Sardinha 104 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s 13 Trabalho Futuro Uma vez que esta disserta o de insere no projecto KTEJO que s terminar em Maio de 2011 ainda existem muitos aspectos que v o ser clarificados Com a recente Instala o do analisador de CO ser
118. do o CO o poluente mais emitido representando 75 9 do total de GEE APA 2010 Conforme se pode verificar pela an lise da Fig 2 12 depois de um aumento das emiss es de GEE em Portugal durante os anos 90 o crescimento destas a partir do ano 2000 foi mais moderado e recentemente parece ter estabilizado pr ximo do valor de 80 Mton CO eq atingindo em 2008 os 78 7 Mton CO q APA 2010 90 80 70 MTon CO eq 60 50 1990 1993 1996 1999 2002 2005 2008 Fig 2 12 Evolu o das emiss es de GEE em Portugal entre 1990 e 2008 sem contar com os valores provenientes do uso da terra e das florestas Adaptado de APA 2010 Esta tend ncia deveu se implementa o de medidas como a introdu o do g s natural em 1997 que conduziu instala o de centrais termoel ctricas de ciclo combinado a g s natural menos poluentes em 1999 instala o de unidades de co gera o ao melhoramento na efici ncia energ tica dos processos industriais a melhorias no que respeita efici ncia dos transportes e a melhorias ao n vel da qualidade dos combust veis usados APA 2010 Mariana Sardinha 12 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s No per odo 1990 2008 APA 2010 a evolu o das emiss es de GEE associadas produ o de energia aumentou em 37 4 sendo que em 2008 o sector energ tico era respons vel por cerca de 70 das emiss es de GEE Este dado evidencia a depe
119. drog nio conseguido por dois an is com di metro ligeiramente superior ao di metro do veio colocados em conjunto com leo sob press o na extremidade do alternador Quando necess rio realizar manuten o ao alternador tem que se proceder desgaseificarao deste tendo o cuidado de nunca haver contacto entre o hidrog nio e o ar o que provocaria risco de explos o O di xido de carbono sendo um g s incolor inodoro e incombust vel com uma densidade pouco superior do ar vai desempenhar o papel de fazer a media o entre o hidrog nio e o ar na situa o de manuten o do alternador fazendo se a substitui o do Hz por CO e de seguida a expuls o do CO pelo ar Quando preciso tornar a gaseificar o alternador faz se a expuls o do ar pelo CO e a substitui o do CO pelo H Mariana Sardinha 45 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s A tens o de 18 kV sa da do gerador elevada pelo transformador principal at 400 kV para minimizar as perdas de carga ao Ei das linhas de ve D i l Tai ra iik mm im mi mM T pi Mi Li ali iji i Fig 4 29 Transformador Entre o alternador e o transformador principal est instalado um interruptor seccionador que tem o objectivo de executar as manobras de entrada ou sa da da rede de transporte de energia el ctrica situa es previamente planeadas por despacho da REN assim como ass
120. e o calor das superf cies Internas quentes do alternador para o g s seguindo se a transmiss o desse calor para o circuito fechado de gua de refrigera o A refrigera o tamb m feita atrav s de um sistema fechado de gua desmineralizada quimicamente pura que bombeada atrav s dos condutores ocos do estator e o calor recebido por esta gua posteriormente libertado para o circuito fechado de gua de refrigera o As vantagens da utiliza o do hidrog nio para arrefecimento devem se ao facto deste g s ter uma condutibilidade t rmica sete vezes superior do ar permitindo que as trocas de calor se realizem mais facilmente Outra vantagem prende se com o facto do atrito entre o ar e o rotor diminuir com a utiliza o do hidrog nio uma vez que este apresenta uma densidade 14 vezes menor que a do ar para al m do retardamento do envelhecimento dos isolamentos pelo facto de n o haver forma o de ozono e ainda o funcionamento do gerador ser mais silencioso na presen a de hidrog nio Um perigo na utiliza o do hidrog nio prende se com o facto deste em contacto com o ar poder formar uma mistura explosiva se apresentar valores de hidrog nio entre 5 e 70 e for sujeita a uma temperatura elevada ou ter contacto com uma fonte de igni o O uso deste g s neste tipo de instala es requer medidas de seguran a muito apertadas e um elevado n vel de estanquicidade para n o haver entradas de ar no circuito do hi
121. e Setembro 2010 30 Eos A AOs rpo da Cea a E E ASR 31 Fig 4 4 Ciclo simplificado de produ o de energia el ctrica ci ii eeeeeereererrerereea 31 Fig 4 5 Aterro de res duos da Central sses aves smesse sssaaa sasi sa Ea a a saesae 31 Fig 4 6 Principais entradas e sa das do processo de produ o el ctrica na Central do Pego 32 Fig 4 7 Esquema geral do grupo gerador de vapor e o grupo turbina alternador 32 Fig 4 8 Vista do parque de carv o e das telas transportadoras ssseeeesseeessseressserrssseresserresseees 33 Fo 4 0 Momhos de CAlV O emer ere renee eT eee eee eae 33 Fig 4 10 Do parque de carv o entrada na Caldeira cecccccceeccccceseeecceeeeeccccaeeeeceaeueecceseesecensanees 34 io dd Condutas dear si SRD EE SDS O E ar 34 Pig 4 12 Entrada dear NO que 1a OW sas aN 34 Pordo sQ MACON sai a a a aaa a a 34 pis ATA Consituintesda Caldeira sa as aaa gaia 35 Big 4 15 Circula o da doua na caldeira sicer re e e E vie au Te anna seio e canada eels 36 Fig 4 16 Efeito na temperatura do vapor devido ao dessobreaqueciMemnto cceecccceseeeeeeeeeeees 37 Fig 4 17 Temperaturas do vapor entre a sa da da turbina de alta press o e a entrada deste na turbina REE FOSSA eE A EIEE A oa e e de E E E A ne er ere 38 io 416 Prodicao de Vapor E E id do id o 38 Fig 4 19 Localiza o do repartidor de fumos na cal
122. e Tunes 186 MW a fuel em Dezembro de 2010 ERSE 2010 REN 2008 e que a central a carv o de Sines 1192 MW tamb m deixe de produzir electricidade em 2017 Por outro lado vai ser aumentada a pot ncia instalada a partir da produ o de energia em centrais a g s seis novos grupos de 400 MW que se encontram licenciados que perfazem um total de 2400 MW mais a central de Lares com 870 MW que ja entrou em funcionamento em 2009 J no que se refere capacidade renov vel e segundo a ENE2020 at 2012 ser o instalados 2000 MW adicionais resultantes da capacidade e lica atribu da nos ltimos dois anos e ser o ainda instalados mais 400 MW de pot ncia resultantes da explora o do potencial dos parques existentes que a somar aos 3500 MW instalados at 2009 v o perfazer um total de 5900 MW MEID 2010 A estrat gia prev que at 2020 possam ser instalados outros 3 000 MW de pot ncia e lica sendo que a atribui o desta pot ncia depender de um conjunto de factores como a evolu o da procura de electricidade a penetra o dos ve culos el ctricos a capacidade de transferir consumos de per odos de ponta para per odos de vazio e tamb m da viabilidade t cnica e dos custos das tecnologias e licas offshore MEID 2010 Para a energia h drica a aposta passa pelo refor o de capacidade das actuais barragens e pela execu o do PNBEPH que ir permitir a Portugal aproveitar melhor o seu potencial h drico e viabilizar
123. e clima e que as emiss es v o aumentar at 2050 Em contrapartida o cen rio Quadro BLUE fixa o objectivo de diminuir para mais de metade as emiss es de CO ligadas energia at 2050 comparando com os n veis de emiss es de 2005 e examina as formas de atingir essa meta atrav s da implementa o das tecnologias j mencionadas da Fig 2 11 TEA 2010 Neste contexto o potencial do CCS para reduzir as emiss es de GEE para a atmosfera de 19 o da efici ncia energ tica 58 e o restante repartido entre as energias renov veis e a energia nuclear respectivamente 17 e 6 Deste estudo concluiu se que a captura e armazenamento do CO n o uma tecnologia opcional mas sim uma tecnologia que far parte do portfolio para combater o aumento da concentra o de GEE para a atmosfera Um pouco por todo o mundo a import ncia do CCS reconhecida e exemplo disso s o os incentivos que os governos das principais economias e a Comiss o Europeia CE est o a oferecer nesta rea para o desenvolvimento de projectos de demonstra o assim como o investimento que algumas multinacionais l deres no sector energ tico est o a fazer Em 2008 o G8 elaborou uma estrat gia para o CCS a ser implementada at 2010 Esta prev o lan amento de vinte projectos de demonstra o em larga escala de modo a que em 2020 o CCS seja uma tecnologia j suficientemente desenvolvida e implementada Estes projectos t m que englobar toda a cadeia ca
124. e investimento em 2008 com a implementa o dos sistemas de tratamento de efluentes gasosos um ponto a desfavor para a utiliza o da tecnologia de captura por oxi combustao pois s o sistemas que n o est o ajustados s novas condi es de opera o da Central e que perante a nova composi o dos gases iriam ter uma actividade acess ria pela diminui o dos efluentes a tratar e imprevis vel pela constitui o destes Apesar da generalidade dos estudos mostrarem que a captura do CO atrav s de um processo de oxi combust o possa ser vantajosa n o se justificar a mudan a do sistema de queima da Central assim como n o se justificar o os riscos eventuais de corros o que os materiais constituintes da caldeira possam sofrer associados nova constitui o dos gases produzidos e s elevadas temperaturas que se iriam atingir e desta forma a escolha do recaira num sistema de captura por p s combust o Pelos aspectos apresentados nos par grafos anteriores e tamb m pelo facto da quantidade de CO nos gases de exaust o ser pequena a forma eventualmente mais indicada de separa o do CO na Central do Pego pelo processo de p s combust o pois uma t cnica menos dependente da press o parcial do CO gt Dento dos sistemas de p s combust o com foi referido anteriormente as duas formas em condi es de aplica o a curto prazo e j em comercializa o e teste em centrais escala comercial s o a captura d
125. e uma separa o CO N gt Ora se n o existir N durante a combust o o CO pode ser facilmente separado E este o principio da oxi combust o Na oxi combustao o combust vel queimado na presen a de grandes concentra es de O gt 95 por volume e de cerca de 70 a 80 do fluxo de gases da combust o reciclados para a caldeira Desta queima resulta um fluxo maioritariamente formado por CO e H O facilmente separ veis por condensa o Os gases reciclados para a caldeira s o importantes para aproximar esta combust o s caracter sticas da combust o convencional em ar e para diminuir as altas temperaturas que a combust o pode atingir DOE NETL 2010 Buhre et al 2005 Jordal et al 2004 S Plasynski et al 2009 Assim a combust o nestas condi es aumenta a concentra o de CO nos gases de combust o para cerca de 90 95 sendo por isso mais f cil recuper lo para compress o e transporte at aos locais apropriados de armazenamento pois basta separar os gases formados por condensa o A grande diferen a para os valores de concentra o do CO obtidos comparando um sistema convencional de queima reside no facto de as caldeiras convencionais queimarem o carv o na presen a de ar cuja composi o maioritariamente base de N 79 por volume provocando a dilui o deste com o CO cuja concentra o ser entre os 13 a 15 por volume DOE NETL 2010 O que resta do fluxo obtido composto por pequ
126. ecovery Uni o Europeia Flue Gas Desulphurisation Gases com Efeito de Estufa Giga Joules giga toneladas gua cido Clor drico Merc rio International Energy Agency Intergovernmental Panel of Climate Change kilogramas por hora kilowatt hora Laborat rio Nacional de Energia e Geologia metros por segundo miligramas metro c bico normal Mton MW MWh N2 NOx C OCDE Pb PCI PCS PNAC PNAC PNAEE PNAER ppm PRE PRO QREN RCM SCR SO TAP tep toe ton TPES TWh WEO Zn Mega tonelada Megawatt Megawatt hora Azoto xidos de Azoto Graus C lsius Organiza o para a Coopera o e Desenvolvimento Econ mico Prata Poder Calor fico Inferior Poder Calor frico Superior Plano Nacional de Ac o para as Altera es Clim ticas Programa Nacional para as Altera es Clim ticas Plano Nacional de Ac o para a Efici ncia Energ tica Plano Nacional de Ac o para as Energias Renov veis Partes por milh o Produ o em regime especial Produ o em regime ordin rio Quadro de Refer ncia Estrat gico Nacional Resolu o do Conselho de Ministros Redes Energ ticas Nacionais Selective Catalytic Reduction Di xido de enxofre Turbina de Alta Press o toneladas equivalentes de petr leo tonne of oil equivalent toneladas Total Primary Energy Supply terawatt hora World Energy Outlook Zinco vi Indice PROTA o QUE Aos NO jo RR RR RR RD RR RO RD RR rasta IIIa I
127. ediato o combust vel que vai chegando Central As dist ncias entre a recep o do carv o e os silos s o vencidas por meio de duas telas transportadoras com um comprimento de 100 metros e capacidade para fornecer 1500 toneladas de carv o por hora 1 Jit 1 ae Fig 4 Vista do parque de carv o e das telas transportadoras Cada grupo tem quatro moinhos de carv o alimentados por quatro alimentadores de carv o e por igual n mero de silos cada um com capacidade de armazenar 400 toneladas deste combust vel Antes de ser queimado o carv o contido nos silos passa pelos alimentadores de carv o cuja fun o dosearem a quantidade que entra nos moinhos local onde este seco e reduzido a uma granulometria de 0 09 mm para assegurar a sua combust o completa na caldeira Fig 4 9 Moinhos de carv o A pulveriza o e mistura do carv o com o ar prim rio s o factores importantes na queima pois determinam a emiss o de gases para a atmosfera a velocidade de igni o e o comprimento da chama Mariana Sardinha 33 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s na caldeira sendo que uma moagem com menor granulometria contribui para menor emiss o de gases poluentes Carv o l Parque de Alimentadores de vindo de gt E gt Telas transportadoras gt Silos gt Moinhos Sines carv o carv o
128. egistou a terceira diminui o consecutiva de 1 3 no mesmo per odo Esta evolu o descrita pela Bristish Petroleum BP 2010 pode ser observada na Fig 2 2 Varia o do consumo de energia prim ria entre 2008 e 2009 Carv o DO 74 G s Natural E 21 Petr leo E 1 7 Nuclear E 1 3 H drica E 1 5 E lica O 31 0 Solar E 47 0 Fig 2 2 Varia o do consumo de energia prim ria entre 2008 e 2009 Adaptado de BP 2010 2 2 Previs es para o Consumo Energ tico at 2030 O World Energy Outlook WEO uma publica o anual da IEA que faz an lise e projec es a m dio e longo prazo dos temas ligados energia assim como das emiss es resultantes da sua produ o e utiliza o Esta publica o apresenta cada ano dois cen rios evolutivos para o consumo energ tico e emiss es resultantes o Cen rio de Refer ncia e o Cen rio 450 O primeiro tem em conta a evolu o do consumo de energia e consequentes emiss es de Gases com Efeito de Estufa GEE resultantes se os pa ses continuarem com as mesmas pol ticas energ ticas O segundo prev um esfor o conjunto dos pa ses em limitar as emiss es de GEE para uma concentra o m xima de 450 ppm de CO equivalente CO na atmosfera Segundo as estimativas do Cen rio de Refer ncia de 2009 o consumo de energia prim ria entre 2007 e 2030 ser cerca de 40 superior relativamente aos valores actuais e a procura de combust veis f sseis continuar a a
129. egurar manobras r pidas e seguras em caso de perturba es que podem ocorrer em caso de anomalia ou falha na gest o dos equipamentos 4 8 Controlo da Central A Central est dotada de um sistema de automa o e controlo que permite fazer quase todas a manobras automaticamente O funcionamento dos grupos pode ocorrer de dois modos diferentes o modo turbina l der ou caldeira seguidora e o modo caldeira l der ou turbina seguidora Modo Turbina L der ou Caldeira Seguidora O modo de funcionamento turbina l der ou caldeira seguidora o mais utilizado porque os grupos est o obrigados por contrato com a REN a debitar uma pot ncia de 289 MW com uma toler ncia de 5 MW Este modo de funcionamento permite uma resposta r pida face a qualquer altera o de carga no gerador com a manuten o de uma press o constante na caldeira Como exemplo do modo de funcionamento turbina l der temos a situa o de um aumento de pot ncia pedido pela rede que leva abertura das v lvulas de regula o implicando um aumento de caudal na caldeira Como a press o na caldeira tem que se manter constante tal aumento de caudal s poss vel atrav s do aumento de velocidade da tela transportadora de carv o dos alimentadores de carv o de modo conseguir se queimar mais carv o e assim debitar mais caudal de vapor a passar pelas turbinas para fazer face ao aumento de pot ncia requerida Modo Caldeira L der ou Turbina Seguidora O mod
130. ejo Energia 1 3 NOx ton p Part culas 2 ano ee oe o Ns mg Nm a ia mg Nm a a E 6 de O 6 de O 2009 2789 404 os 1 O CO proveniente do consumo de carv o fuel leo propano gas leo e calc rio desde Julho 2008 com a entrada em funcionamento das unidades de dessulfura o e desnitrifica o 2 Excluindo esc rias Mariana Sardinha 53 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Mariana Sardinha 54 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s 6 Evolu o da Produ o de Energia El ctrica na Central do Pego A Central Termoel ctrica do Pego n o foge regra e como se pode observar pela Fig 6 1 tem tido uma utiliza o cada vez menor e as previs es para 2010 2011 e 2012 s o que a produ o continue a diminuir devido Incorpora o cada vez maior de energias renov veis no parque electroprodutor 50000 51 40000 50 a O 30000 Q 0 49 z 20000 7 8 A 10000 gi me a 0 47 2005 2006 2007 2008 2009 Ano Produ o PRE Hidrica Producao Pego Consumo total em PT Fig 6 1 Compara o da evolu o da produ o de energia na Central do consumo e da produ o nas barragens e centrais e licas Tejo Energia REN 2005 REN 2007 REN 2009 A Fig 6 1 ilustra a tend ncia de diminui o da produ o na Central do Pego por efeito do aumento de energ
131. enas quantidades de gases como o No Ar SO e NOx resultantes da composi o do combust vel e de entrada de ar para a caldeira n o intencional A Fig 7 8 apresenta um esquema da combust o do carv o por oxi combustao 0 CO recycle oxyfuel combustion capture SO NO Oz particles ie Mechanical temperature energy heat iT Flue gas CO treatment 7 compression it a Ail Bolter Water Low Air naar CU E BOIR Particles temperature E separatio Pass pam COs to transport Recycle COs H 0 and storage Nitrogen Fig 7 8 Oxi combust o Vattenfall data Existem tr s aspectos importantes na queima por oxi combustao a forma como se obt m o O que geralmente feito pela unidade de separa o de ar Air Separation Unit conhecida por ASU por ser a Mariana Sardinha 71 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s t cnica j dispon vel o sistema de reciclagem do fluxo de gases de combust o e o sistema de purifica o e compress o do CO obtido Anheden Jinying e De Smedt 2005 Na presen a de O e de gases reciclados a combust o apresenta uma temperatura aproximadamente de 3500 C muito acima dos valores normais da combust o em presen a de ar que rondar os 500 600 C porque o CO e o vapor de gua t m capacidades t rmicas superiores quando comparadas com o N que dilui o CO no ar na combust
132. entrada de carv o na c mara de combust o que arrastado pelo ar prim rio atrav s da cana de maior di metro come ando a arder quando contacta com a chama de fuel leo Os ajustes da queima s o feitos atrav s da regula o dos queimadores na fornalha do ajuste da entrada de ar secund rio na c mara de combust o e pelo under fire e over fire O under fire situa se por baixo do local de combust o e constitu do por duas entradas de ar cuja fun o criar uma atmosfera oxidante regulando assim a quantidade de comburente na combust o O over fire uma fila de seis entradas de ar por cima da ltima fila de queimadores que tem a fun o de contribuir para uma melhor combust o fazendo a regula o de temperatura dentro da caldeira assim como o controlo das emiss es de NOx uma vez que com a introdu o do ar pelo over fire facilita se a forma o de N em vez de NOx 4 3 Constitui o da Caldeira A caldeira do fabricante Foster Wheeler um equipamento formado por tubulares met licos soldados entre si por onde circula a gua que aquecida pelo calor que se liberta durante a queima do combust vel A caldeira de circula o natural o que implica a exist ncia de um reservat rio que re na as fases l quida e gasosa da gua o barrilete podendo queimar at 108 toneladas de carv o por hora com a capacidade de produ o de vapor de 264 kg s a 167 bar e 535 C Estruturalmente a caldeira co
133. entral do Pego 4 2 Do Parque de Carv o Entrada da Caldeira Podemos separar o processo industrial da Central do Pego em dois grandes sistemas o grupo gerador de vapor GGV onde se produzem aproximadamente 950 toneladas de vapor por hora carga m xima pelo aquecimento de gua e o grupo turbina alternador GTA que transforma a energia mec nica obtida pela passagem do vapor nas turbinas em energia el ctrica pronta para ser entregue rede Fig 4 7 GGV Grupo Gerador de Vapor GTA Grupo Turbina lternador Fig 4 7 Esquema geral do grupo gerador de vapor e o grupo turbina alternador Mariana Sardinha 32 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s O combust vel chega ao porto de Sines por barco e transportado por comboio at ao Pego onde armazenado no parque de carv o em duas pilhas a pilha activa que est em permanente transforma o podendo ter mais ou menos carv o pois a sua quantidade resulta de um balan o entre as necessidades dos grupos e a chegada do carv o e a pilha passiva que uma reserva estrat gica de carv o com capacidade de fornecer combust vel entre trinta a quarenta dias em caso de anomalia da entrega di ria deste A pilha passiva dever ser cuidadosamente compactada para evitar a auto combust o do carv o O carv o quando armazenado come a a perder caracter sticas sendo por isso de todo o Interesse consumir de im
134. eorol gicas Estanqueiro 2008 Mariana Sardinha 17 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s ltimos anos Na Fig 2 23 pode ver se em pormenor a distribui o da pot ncia Instalada em Portugal at Agosto de 2010 Pot ncia Total Instalada at Agosto de 2010 17 711 MW 3829 3589 z 2397 2182 1756 1420 1649 81 2 C NG Cx gt amp gt SH S S S Ca N v N amp N S gt 3 N R se amp y a 5 a lt aS Q xD O gt X C Ca gt ies a K A e o Y x 3 amp S se lt Ne amp 5 xO oO RO lt 3 x a amp amp K q Rey lt S Q O Ss amp Q O o Qt S aS Qs Fig 2 23 Pot ncia instalada em Portugal ate Agosto de 2010 REN 2010 Apesar da instala o de parques e licos ser significativa no cumprimento das metas de Quioto apresenta problemas t cnicos importantes como a produ o irregular e a dif cil previsibilidade gerando problemas ao n vel da gest o da rede de transporte de electricidade pois implica a exist ncia de equipamentos geradores capazes de rapidamente complementarem a produ o e lica A exporta o de energia e lica excedent ria n o uma op o prov vel uma vez que condi es ventosas em Portugal tendem a corresponder a situa es ventosas em Espanha que ter as mesmas problem ticas de gest o da rede 2 8 2 Gest o da Rede El ctrica Para a conveniente gest o de um sistema de energia el ctrica
135. erca de 110 bar Jordal et al 2004 7 3 1 T cnicas para Obten o do O2 O modo de produzir O puro atrav s de uma unidade de separa o de ar ASU Air Separation Unit uma tecnologia madura sem grande margem para melhorias sendo actualmente a forma mais simples que permite obter grandes quantidades de O2 podendo consumir no entanto cerca de 20 da pot ncia debitada pela central Jordal et al 2004 Um dos grandes obst culos tecnologia de oxi combustao a necessidade de grandes quantidades de O para a combust o e o facto de as formas actualmente dispon veis de o obter serem muito intensivas energeticamente Sob o ponto de vista indicativo as necessidades de O di rias para realizar a oxi Mariana Sardinha 72 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s combust o numa central de 500 MW a carv o pulverizado rondar o as 10 000 toneladas Anheden Jinying e De Smedt 2005 Nos seguintes pontos pretende se apresentar algumas das t cnicas em desenvolvimento para obten o do O e que poder o daqui a alguns anos contribuir para diversifica o de op es de obten o do O2 puro Na Tabela 7 7 est o evidenciadas os m todos para obten o do O puro Tabela 7 7 M todos de obten o do O M todo para q obten o do O Princ pio de funcionamento Separa o criog nica Diferen as nos pontos de condensa o dos constituintes do ar Adsor o por ze
136. es de NOx possa derivar do combust vel Anheden Jinying e De Smedt 2005 Experi ncias feitas Croiset e Thambimuthu 2001 mostram que a queima de carv o na presen a de concentra es mais elevadas de O leva a um aumento da taxa de emiss o de NOx propiciada pelas altas temperaturas apesar de em compara o com a combust o convencional estes valores continuarem a ser mais baixos No mesmo estudo comprova se que a temperatura da chama aumenta com o aumento da concentra o de O2 assim como que a combust o feita na presen a de gases reciclados secos tem menores taxas de forma o de NOx quando comparadas com a combust o na presen a de gases reciclados h midos No mesmo estudo n o se registaram varia es significativas relativamente aos n veis de SO na oxi combust o quando comparados com a combust o convencional apenas um aumento de concentra o devido diminui o dos gases presentes na caldeira o volume total do fluxo dos gases no sistema mais pequeno porque menos N e CO est o presentes para diluir o SO As taxas de pureza e compress o do CO variam consoante o uso que este vai ter mas geralmente pretende se que o fluxo obtido na queima tenha uma concentra o de 95 de CO que n o tenha na sua constitui o gases n o condens veis como o N5 o argon ou o Oz que n o tenha gua para evitar a corros o e evitar a forma o de hidratos que n o tenha part culas e que esteja pressurizado a c
137. esccceseeeceeeeceeeeeccesesecseseeeaeseeeaenes 49 4 13 Efeito dos Sistemas de Tratamento de Gases ceccccccsescccccseeeeeceeeeecceseeecesseseeeeseeseeeeaanees 50 Monitoriza o da Centrals ia a A nd da ad ci ee eee ee 51 Evolu o da Produ o de Energia El ctrica na Central do Pego ce ires 55 Captura de CO na Central Termoel ctrica do Pego ec rr eeerreeeereeeerrereeneeenaa 59 TA NRO AO CO SS nn a a 59 72 Fechologias de captura de CO ad a ni ea ee een e 60 TOA Captura por P s Combust o cc cr eererererrrer ecran renen cer eearerea eee renas 62 7 2 2 Captura do CO por Absor o QUIMICA eee eeccccseeccceeeeceeeeeeeneeceeaeeeeeaeseesseseeeaeneees 63 7 2 3 Desafios da Captura por P6s COMbDUSt amp 0 ccccceecccseecceeeeeeeeeseeeaeeeesaeseeeaeseeeaeseeenes 70 7 3 Captura por Ox1 Combust o cee ice ererer eeeeeseeeeeseeeeeeeeeeeaeeeesaeeseeseeeesaeeeeges 71 7 3 1 Tecnicas p ra Oblenc o do O suas cn aaa eae e eae ea eae e edad 72 Tone Desafios da Captura por Oxi COMDUSt4O cccceccccseeeecceeeeeceeececseseeeseeeeaeseeeseseesaes 15 Te DIC COMBUST O ree etre rs rent en aa a a saida 16 7 5 Compara o Entre as Diferentes Tecnologias de Captura do CO 9 0 ccccccseccceseeeeeeeeeeaes 77 7 5 1 Oxi Combustao ou P s Combust o na Central do Pego ee eecccceeeeceseececeeeeeneseees 84 Toa Amason Cea AMINO as eas ele tea a dada a di a a a Rad 84 o Tr
138. eventualmente ser aplicadas Central do Pego tendo em conta as suas caracter sticas O Cap tulo 9 apresenta sucintamente as outras duas componentes de um sistema CCS o transporte e o armazenamento e o Cap tulo 10 apresenta dados de alguns estudos relativamente aos custos da captura do CO No Cap tulo 11 elaboraram se cen rios de evolu o da utiliza o da Central para avaliar a viabilidade da instala o de um sistema de captura no contexto energ tico portugu s numa altura em que as energias renov veis est o a ter um papel cada vez maior na produ o de energia el ctrica e que as centrais termoel ctricas come am a ser usadas em alturas de pico de consumo O Cap tulo 12 faz a an lise dos dados apresentados e algumas das conclus es Mariana Sardinha 1 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Mariana Sardinha 2 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s 2 A Energia e as Emiss es de CO 2 1 Consumo Energ tico Mundial Em 2009 segundo estimativas das Na es Unidas a popula o mundial era de 6 8 mil milh es A previs o para 2050 que este n mero aumente para cerca de 9 mil milh es de pessoas Os principais focos de crescimento populacional ir o ocorrer na sia e em frica que representar o em 2030 cerca de 84 do total da popula o mundial TEA 2009 OECD Pacific E 2007 Middle East EE 2
139. evidenciado na Fig 2 26 Mariana Sardinha 22 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Cen rio para o consumo de energia final entre 2010 2020 ktep 21000 20082 20000 ktep 19582 19000 18690 18000 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 Fig 2 26 Cen rio de evolu o do consumo de energia final em Portugal para o per odo 2010 2020 PNAER 2010 Em 2020 o consumo de energia final em Portugal corresponder a 233 5 TWh Em 2008 este valor foi de 24 160 ktep que corresponde a 280 9 TWh um aumento de 47 4 TWh relativamente a 2008 Os objectivos globais nacionais para a quota de energia proveniente de fontes renov veis no consumo final bruto de energia em 2020 s o de 31 em 2005 foi de 19 8 Em termos sectoriais traduz se em 10 de energia renov vel nos transportes 30 6 no sector do aquecimento e arrefecimento e electricidade de 60 que para efeitos do PNAER corresponder a 55 3 uma vez que no mbito da metodologia definida pela Directiva necess rio contabilizar no consumo final bruto de energia a produ o em bombagem PNAER 2010 A estimativa da evolu o da traject ria da energia proveniente de fontes renov veis nos sectores do aquecimento e arrefecimento FER Arref amp Aquec electricidade FER Elect e transportes FER Transp pode ser vista na Fig 2 27 Quota de energia proveniente de fontes renov veis no co
140. foi lan ado o projecto KTEJO Este projecto em conjunto com Laborat rio Nacional de Energia e Geologia LNEG a Universidade de vora EU e a Pegop pretende estudar a possibilidade de aplicar a tecnologia de captura e armazenamento de CO CCS na Central Termoel ctrica do Pego Tamb m outro projecto na rea do CCS est ser desenvolvido pelo LNEG o projecto Comet cujo objectivo o de identificar e avaliar uma infra estrutura de transporte e armazenamento de CO capaz de servir a rea do Mediterr neo Ocidental que inclui Portugal Espanha e Marrocos Para al m dos dois projectos anteriores existem tamb m outras iniciativas que visam melhorar a performance ambiental da Central a m dio prazo nomeadamente a co combust o de biomassa e a implementa o de pain is solares t rmicos para produ o de vapor complementar O projecto da co combust o de biomassa pretende substituir parte do carv o queimado na Central do Pego por biomassa o que permitir reduzir cerca de 400 mil toneladas de CO por ano e a implementa o de pain is solares t rmicos permitir recorrer energia solar para produ o de vapor sendo este depois Integrado no processo de produ o de electricidade j existente Todos estes projectos se inserem na estrat gia da Central de redu o das suas emiss es poluentes para a atmosfera para al m de serem uma forma de dar resposta s exig ncias da Uni o Europeia no que respeita limita o das emiss
141. ha 52 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Emiss es de CO kton 4500 4000 5 3 00 E 5 3000 2500 2005 2006 2007 2008 2009 Fig 5 3 Varia o das emiss es de CO na Central do Pego entre 2005 e 2009 Tejo Energia As emiss es de CO t m diminu do facto que explicado pela diminui o da electricidade produzida na Central como j explicado no Cap tulo 2 O gr fico da Fig 5 4 permite ver a tend ncia em mais detalhe da varia o das emiss es desde 2005 at Setembro de 2010 Existe uma grande varia o inter anual e como tal dif cil identificar outra tend ncia que n o seja a diminui o das emiss es como j explicado anteriormente pelo facto da produ o na Central ter vindo a diminuir nos ltimos anos devido ao aumento da diversifica o do mix energ tico 400 0 350 0 300 0 250 0 200 0 150 0 2005 2006 2007 2008 2009 2010 100 0 50 0 0 0 CO kton Emiss es Fig 5 4 Varia o mensal das emiss es de CO entre 2005 e Setembro de 2010 Tejo Energia Na Tabela 5 3 a as emiss es de CO2 SO2 NOx part culas e cinzas resultantes da actividade da Central Resta relembrar que desde 2008 as emiss es de SO e NOx s o tratadas em unidades para esse efeito e por essa raz o as suas emiss es baixaram bastante como referido no Cap tulo 6 Tabela 5 3 Emiss es de CO2 SO NOx part culas e cinzas entre 2005 e 2009 T
142. hilled ammonia adaptado de Kozak et al 2009 Mariana Sardinha 68 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s No primeiro sistema 1 acontece o arrefecimento dos gases de combust o preferencialmente entre O e 10 C recorrendo se ao uso de torres de refrigera o e chillers de contacto directo para condensar a gua capturar emiss es residuais de contaminantes reduzir o volume de g s que entra no absorvedor e aumentar a concentra o do CO Herzog Meldon e Hatton 2009a O g s anteriormente arrefecido com menos de 1 de humidade 5 ppm de SO e com n veis indetectaveis de HCI e part culas introduzido na coluna de absor o 2 pela base entrando em contacto com uma solu o aquosa 8 que circula em contracorrente que cont m i es am nio NH carbonato COs e bicarbonato HCO que alimentada pelo topo da coluna de absor o Ao longo desta coluna que dever ter uma press o pr xima da press o atmosf rica e a temperatura baixa de modo a evitar que o amon aco NH3 se evapore vai acontecendo a reac o dos componentes anteriores com o CO dando se a forma o de bicarbonato de am nia que precipita O fluxo de gases limpo pode sair pelo topo do absorvedor para a chamin passando antes por uma lavagem com gua 3 para evitar que se perca algum res duo de amon aco que possa ser arrastado Darde et al 2009 A solu o de bicarbonato de a
143. ia produzida a partir da PRE e das centrais hidroel ctricas Pela mesma ordem de ideias se as previs es de futuro para o sistema electroprodutor portugu s s o para o aumento da energia produzida a partir das fontes de energia renov veis MEID 2010 pode contar se que a produ o no Pego ira provavelmente ter um regime inst vel dependente das condi es do climat ricas com a utiliza o cada vez maior da produ o termoel ctrica nas horas de picos de consumo ou quando a produ o renov vel tiver valores mais baixos Em linha de conta com este facto a figura seguinte permite observar que as previs es do consumo apontam para a diminui o dos valores de carv o queimados na Central Evolu o mensal da previs o do consumo de carv o na Central Termoel ctrica do Pego entre 2010 e 2011 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 M s 2010 2011 2012 Fig 6 2 Previs o do consumo de carv o na Central do Pego entre 2010 e 2011 ainda relevante referir que nos primeiros seis meses a previs o de consumo do carv o n o est a seguir os valores apontados para 2010 devido s condi es meteorol gicas que se fizeram sentir grande parte da energia produzida em Portugal foi proveniente da energia h drica e e lica de um total de 38 800 GWh de energia produzida at Setembro de 2010 63 7 foi produzida desta forma REN Mariana Sardinha 55 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico
144. idades criog nicas de separa o de ar a m dio longo prazo Anheden Jinying e De Smedt 2005 podendo gastar menos de 1 10 da energia gasta numa unidade criog nica convencional NETL 2008 Mariana Sardinha 13 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Chemical looping combustion CLC O m todo obten o de O por chemical looping combustion baseia se na transfer ncia do O do ar de combust o para o combust vel gasoso atrav s de um transportador s lido de oxig nio que poder ser por exemplo um xido met lico Lyngfelt Leckner e Mattisson 2001 O sistema formado por dois reactores um de ar e outro de combust vel como se pode ver na Fig 7 9 Ne On COs H0 MeD Me Adr Fuel reactor reactor Me Met Air Fuel Fig 7 9 Esquema do preocesso CLC Lyngfelt Leckner e Mattisson 2001 O combust vel e o ar de combust o nunca s o misturados e os gases da oxida o do fuel CO e H20 deixam o sistema sob a forma de dois fluxos separados sendo o H2O facilmente removido por condensa o e o CO recuperado sem perder nenhuma energia na separa o deste O combust vel no estado gasoso introduzido no reactor de combust vel e reage com um xido met lico MeO atrav s da seguinte reac o Lyngfelt Leckner e Mattisson 2001 2n m MeO C Hm 2n m Me mH O nCO O fluxo obtido cont m CO e H20 e pela condensa o da gua obt
145. ido por navios pipelines ou transporte terrestre IEA 2008a at aos locais de armazenamento O transporte de CO por pipelines comum e associado a actividades de EOR e o EGR Nos EUA existem cerca de 5600 km de infra estruturas dedicadas a este fim em funcionamento h quase quatro d cadas com capacidade de transportar cerca de 50 Mt de CO anuais IEA 2008a Estas estruturas base de a o que n o sofrem corros o na presen a de CO seco s o semelhantes aquelas que transportam o g s natural escala de desenvolvimento do CCS pretendida em 2050 onde se prev que n o s as centrais t rmicas mas tamb m as ind strias tenham sistemas de captura do CO a melhor forma de o transportar via pipelines S I Plasynski et al 2009 O pipeline de transporte de CO mais antigo o Canyon Reef no estado do Texas EUA associado a uma central de processamento de g s que iniciou suas actividades em 1972 e que tem cerca de 225 km de extens o com capacidade de transportar anualmente cerca de 5Mt de CO IPCC 2005 Tabela 8 1 is existentes de grande e sc er CagonRe USA PS SS po Ro Sheep Mountain USA 95 OD Val Verde 1998 BatiRaman Turquia di o 90 1983 USA Canad 2000 A utiliza o de pipelines adequada quando a dist ncia aos locais de armazenamento mais pequena e quando o volume de CO a transportar muito grande Por outro lado quando os volumes de CO t m como destino um local a alguma dist
146. ig 2 9 Produ o mundial de electricidade por fonte em 1973 e 2007 adaptado de TEA 2009 c 8 Fig 2 10 Consumo mundial energia prim ria e respectivas emiss es de CO em 2007 adaptado de CEA 20090 cairn ae ee 8 Fig 2 11 Tecnologias que podem contribuir para a redu o das emiss es de CO TEA 2010a 9 Fig 2 12 Evolu o das emiss es de GEE em Portugal entre 1990 e 2008 sem contar com os valores provenientes do uso da terra e das florestas Adaptado de APA 2010 cccceeccccseseccseseeeneeeeeaeeeees 12 Fig 2 13 Distribui o das emiss es de GEE em Portugal por sector em 2008 APA 2010 13 Fig 2 14 Abastecimento de Energia Primaria em 2008 TEA 2010b e Consumo final por sector em ZT UTD OOO erie ON saia 13 Fig 2 15 Evolu o da satisfa o do consumo entre 2000 e 2009 REN 2009 14 Fig 2 16 Evolu o da pot ncia instalada em Portugal de centrais h dricas termoel ctricas e da PRE entre 2004 e 2009 REN 2005 REN 2007 REN 2009 0 ccccccccssessececceeeeeecceceaeeeeeeeeesaeeeeeeeeeeees 15 Fig 2 17 Reparti o mensal da produ o de electricidade em Portugal REN 2010 15 Fig 2 18 Produ o de electricidade em Portugal em 2009 e at Agosto de 2010 REN 2010 16 Fig 2 19 Produ o de energia el ctrica na Central do Pego em 2010 Tejo Energia e REN 2010 16 Fig 2 20 Reparti o da p
147. im ticas e a necessidade de atender a uma procura de energia crescente em particular nos pa ses em desenvolvimento constituem grandes desafios para os decisores na rea da energia O CCS entra neste cen rio como uma tecnologia que tem a capacidade de reduzir as emiss es de CO ao mesmo tempo que permite fazer face ao aumento das necessidades energ ticas traduzidas pela queima de combust veis f sseis em centrais termoel ctricas Enquanto segunda maior fonte emissora de CO em Portugal a Central do Pego tem na sua estrat gia ambiental a preocupa o de mitigar os efeitos decorrentes da sua actividade Ciente dos efeitos que estas emiss es t m para o ambiente a Tejo Energia em conjunto com o LNEG e a Universidade de vora resolveu promover o projecto KTEJO um projecto nacional co financiado pelo QREN que consiste na primeira fase de um estudo que poder resultar no desenvolvimento de um sistema CCS na Central Termoel ctrica do Pego O objectivo desta disserta o inserida no KTEJO consistia na avalia o da situa o actual da central Termoel ctrica a carv o do Pego nomeadamente no que respeita ao processo de produ o de energia el ctrica e s emiss es de CO da resultantes tendo em vista o estudo das tecnologias de captura que poder o eventualmente ser implementadas na central a curto m dio prazo Para instalar um sistema de captura em centrais como a Central Termoel ctrica do Pego necess rio seleccionar a te
148. io Tejo e passa por um sistema de tratamento para ter as propriedades necess rias ao bom funcionamento de todos os componentes que a utilizam Os gases resultantes da produ o el ctrica passam pela unidade de desnitrifica o SCR pelos precipitadores electrost ticos e pela unidade de dessulfura o FGD para remo o respectivamente do NOx poeiras e SO e por fim s o lan ados para a atmosfera pela chamin que tem 225m de altura Os valores destas emiss es s o monitorizados em cont nuo por analisadores na chamin a uma altura de 87 2m Na rea circundante Central existem seis esta es de medi o da qualidade do ar para controlo dos n veis de emiss es permitidos por lei As cinzas produzidas durante o processo s o vendidas para a ind stria betoneira ou quando tal n o acontece s o depositadas no aterro de res duos da Central Fig 4 5 O gesso produzido pelo processo de dessulfura o tem sido reutilizado pela ind stria de componentes para a constru o civil Fig 4 5 Aterro de res duos da Central Mariana Sardinha 31 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s A Fig 4 6 um esquema sucinto do processo de produ o de electricidade na Central do Pego E TURBINA GURADOR AGUA DO RIO b Sat AGUA PARA O RIO PARQUE DE CARV O E is SLOMOINHOS Fig 4 6 Principais entradas e sa das do processo de produ o el ctrica na C
149. ir diminuir o tamanho da coluna de absor o reduzindo os custos com o material mas por outro lado poder ser necess rio utilizar mais solvente para o capturar aumentado desta forma os custos associados ao solvente Mariana Sardinha 70 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s O consumo energ tico do processo de captura do CO por p s combust o muito elevado e os esfor os de investiga o dever o ser canalizados no sentido de encontrar solu es menos consumidoras de energia Apesar disto a captura por p s combust o a que actualmente poder ser aplicada a curto prazo para reduzir as emiss es de CO do sector el ctrico porque as centrais ja existentes podem sofrer o retrofitting facilmente assim como podem optar por percentagens de captura mais reduzidas facto que pode contribuir para facilitar a aceita o do mercado DOE NETL 2010 Em jeito de conclus o a captura por p s combust o compat vel com as centrais existentes porque facilmente se faz o retroffiting sem ser preciso fazer grandes modifica es no processo normal da central para al m de oferecer flexibilidade na medida em que se pode desligar a unidade caso necess rio 7 3 Captura por Oxi Combust o Princ pio de funcionamento Pelo facto do azoto ser o maior componente presente nos gases de combust o provenientes de uma queima convencional de carv o a separa o anterior principalment
150. ira fase existe a produ o de electricidade a l Projectos integrados englobam toda a cadeia CCS a captura o transporte e o armazenamento do CO Mariana Sardinha 60 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s partir da queima de um combust vel e de seguida a separa o do CO dos gases de combust o resultantes que tipicamente apresenta valores de concentra o nos gases de 10 15 V V Air Fuel gt Energy ce Flue Gas Conversion Separation Power CO Fig 7 2 P s combust o Feron e Hendriks 2005a Na oxi combustao o combust vel queimado na presen a de O puro e gases reciclados resultando um fluxo de gases compostos apenas por CO puro e H20 Fuel l Air Energy fall Separation O Conversion POWER No CO Fig 7 3 Oxi combust o Feron e Hendriks 2005a Esta tecnologia permite aumentar a concentra o de CO nos gases de combust o para cerca de 90 95 sendo por isso mais f cil recuper lo para compress o e transporte at aos locais apropriados de armazenamento Feron e Hendriks 2005a A captura de CO por pr combust o um processo atrav s do qual o combust vel primeiro gasificado produzindo se uma mistura CO e H2 do qual o CQO pode ser recuperado e o H apr
151. ispon vel para instalar a nova unidade o que para este caso n o um problema uma vez que existe muito t rreo volta da Central e ainda os anos de vida da Central Tabela 7 9 Tabela 7 9 Aspectos relacionados com o retrofitting de centrais de produ o de energia el ctrica comuns para as duas tecnologias Redu o da energia produzida pela central e necessidade de se necess rio instalar pot ncia extra para fazer face ao aumento das necessidades energ ticas Uma das principais vantagens de utilizar um sistema de p s combust o para captura do CO a facilidade de retrofitting de uma central j existente por n o ser preciso modificar substancialmente o processo de produ o de energia el ctrica e a forma de produ o de electricidade n o ser afectada pela unidade de captura para al m de ser indicada no tratamento de fluxos gasosos com baixa concentra o de CO gt No entanto a perda de efici ncia associada a um sistema de captura por p s combust o numa central sub cr tica pode significar uma penaliza o na efici ncia de 10 6 efici ncia de 36 8 na central sem captura para 26 2 com captura DOE NETL 2010 Isto acontece porque a energia el ctrica para fazer funcionar os componentes da unidade e o vapor para promover o calor necess rio para Mariana Sardinha 78 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s regenera o s o retiradas da central princip
152. la 10 2 Pre o a pagar pelas emiss es de CO consoante os diferentes cen rios Utiliza o A 34 B 64 C 95 Carv o anual consumido ton 650 000 1214720 1 800 000 Emiss es de CO anuais ton 1 730 000 2 789 000 4 200 000 Cen rio 1 CELE cada licen a custa 25 9 M ano 41 8 M ano 63 M ano 15 ton CO Cen rio 2 CELE cada licen a custa 53 6 M ano 86 5 M ano 130 2 M ano 31 ton CO Cen rio 3 Sistema de NE por p s combust o 70 ton 121 1 M ano 195 2 M ano 294 M ano 2 O gr fico da Fig 10 2 pretende evidenciar as diferen as a pagar por tonelada de CO emitida pela Central nos diferentes cen rios 350 0 294 0 300 0 250 0 195 2 o 200 0 150 0 H244 86 5 100 0 536 e 50 0 26 0 0 0 A 34 B 64 C 95 Utiliza o da central mCELE15 tonCO2 mCELE31 tonCO2 wmCCS 0 ton CO2 Fig 10 2 Custos anuais que a Central tera pela aplica o de um sistema CCS ou pelo pre o a pagar pelas emiss es de CO no mbito do CELE Como era de esperar a menor utiliza o da Central A conduz emiss o de menores quantidades de CO para a atmosfera e por consequ ncia o pre o anual a pagar pelo CO emitido vai ser mais reduzido a variar entre os 26 e os 53 6M no mbito do CELE e no caso em que se aplicaria um sistema de captura na Central o pre o a pagar por tonelada de CO emitido seria da ordem dos 121 ME Mariana Sardinha 94 Captura do CO na Central Term
153. lificado de uma central a carv o com uma unidade de p s combust o para capita de CO Bohm 2000 id a E DUAS 63 Fig 7 6 Esquema geral da captura do CO num processo de p s combust o baseado em aminas Adaptado de Abu Zalra etal 2007 rsrsr a a a e asieav ep a AS aS 65 Fig 7 7 Esquema da absor o qu mica do CO pelo processo chilled ammonia adaptado de Kozak ELA ZOO tee ree ret eee 68 Fig 7 8 Oxr combustao Vattenfall data scsinccisicats anna crsanataaannad annann NE REEN EER 71 Fig 7 9 Esquema do preocesso CLC Lyngfelt Leckner e Mattisson 2001 cceccccceeeeeeeeeeeeees 74 Fig 7 10 Esquema do processo CAR Krishnamurthy D e Fitch 2008 ccccceeecccenseeeeeneeeees 15 io Pre combistao ON Z OTO aa ia ia tren SMe ne She ne one tne none trator 7 Fig 7 12 Op es para realizar o retrofitting da Central do Pego i erre 18 Bg ds Adaptado de Eeizos 2000D a alata ae tee Ree ease 19 Fig 7 14 Adaptado de H Herzog 2009D cc ecccccseecccseeeeeeeeeeeeeseeeseeceeseseeeseseeeseeeeeseneeeaeneees 80 Fig 7 15 Compara o da pot ncia e efici ncia dos sistemas de captura por p s e oxi combustao relativamente a uma central sem sistema de captura Adaptado de Parsons e Shelton 2002 81 Fig 7 16 Compara o das emiss es de NOx e SO numa central com e sem sistema de captura Adaptado de Parsons e Shelton 2002 0d a aaa aaa aa a aaa 81 Fig 7 17 Compara o
154. logia importante pois permite fazer a ponte entre a economia do hidrog nio e a captura do CO As previs es futuras no sector energ tico ser o de que cada vez mais se instalem centrais a g s de ciclo combinado pelo menor efeito no ambiente por serem menos poluentes do que as centrais a carv o A Fig 7 11 representa um esquema da captura por pr combust o Pre combustion Nitrogen Air separator Transport and storage Gasifier Compressed and dehydrated Shift reactor Fuel syngas Carbon dioxide Hydrogen Flue gas Heat recovery e steam Air generator o HRSG Electricity Electricity Fig 7 11 Pr combust o E ON 2010 7 5 Compara o Entre as Diferentes Tecnologias de Captura do CQ Para realizar o retrofitting de uma central existente a carv o a forma de capturar o CO por pr combust o n o se aplica estando este tipo de captura mais indicado para centrais a g s de ciclo combinado Como tal restam duas tecnologias que podem eventualmente ser usadas para fazer o retrofitting da Central Termoel ctrica do Pego a p s combust o ou a ox1 combust o Mariana Sardinha 1 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s carv o existente Retrofittingda central a P s Combust o Oxi Combust o aminas amonia Fig 7 12 Op es para realizar o retrofitting da Central do Pego
155. m atrav s de 12 pontos amostrados O m ximo e m nimo valor destes componentes resultantes de medidas efectuadas pela Central em Novembro de 2008 e de Julho de 2009 j depois da entrada em funcionamento das unidades FGD e SCR est o na Tabela 5 2 1 o Poder calor fico superior 2 Poder calor fico inferior Mariana Sardinha 51 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Tabela 5 2 Caracteriza o das emiss es gasosas par metros do escoamento Valor m nimo 24 3 995 1789859 1108808 13 2 5 13 2 7 7 Compostos inorg nicos clorados expressos em Cl 1 1 1 1 1 2 A Compostos inorg nicos Fluorados expressos em F 0 05 Concentra o 6 O mg Nm 0 06 0 05 Emiss o Kg h 006 005 0 5 Emiss o Kgh 08 lt 0 07 Concentra o 6 O mg Nm lt 0 07 lt 0 08 lt 0 03 lt 0 03 lt 0 05 lt 0 02 lt 0 02 lt 0 02 Metais pesados Cd total Hg total lt 0 01 lt 0 01 lt 0 01 As emiss es de CO apesar de j poderem ser medidas em cont nuo pelo analisador de CO instalado na chamin em Agosto de 2010 s o actualmente calculadas na central com base no tipo de carv o queimado Na Fig 5 3 est o evidenciadas as emiss es de CO ao longo dos ltimos anos Com a recente instala o do analisador de CO tem se a oportunidade de comparar os valores reais emitidos com os valores calculados Mariana Sardin
156. m se um fluxo de CO praticamente puro O xido met lico reduzido a Me e ent o transferido para o reactor de ar onde oxidado pela reac o seguinte Me 12 O MeO Frequentemente e dependendo do material usado a primeira reac o endot rmica e a segunda exot rmica sendo que o calor envolvido nas reac es o mesmo do que o da combust o normal onde o O est em contacto directo com o combust vel Esta forma de queimar o combust vel est actualmente a ser testada em laborat rio e em instala es piloto tendo grandes benef cios energ ticos para o sistema Por n o ser necess ria nenhuma unidade de separa o de ar adicional esta uma tecnologia que ter potencial para ser a forma de obten o de O mais vantajosa DOE NETL 2010 Tecnologia CAR Outra tecnologia de obten o de O a adsor o do oxig nio a alta temperatura tecnologia CAR onde materiais s lidos como certos tipos de perovskite type ceramics com grande selectividade para o O e capazes de reter grandes quantidades deste a altas temperaturas cerca de 300 800 C s o usados Yang Lin e Zeng 2002 Este um tipo de tecnologia que opera a baixas press es e altas temperaturas permitindo a optimiza o da concentra o de O na caldeira e comparativamente com as unidades de separa o do ar criog nicas convencionais tem consumos mais baixos Mariana Sardinha 14 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Peg
157. menta o nos pr aquecedores de baixa press o BP1 BP2 e BP3 o caudal sa da destas substancialmente inferior ao da sua entrada Depois de expandido nas TBP o vapor conduzido para o condensador cuja fun o condensar o vapor de escape da turbina de baixa press o para fornecer gua de alimenta o caldeira de forma a reiniciar se um novo ciclo termodin mico 530 2C 162 bar 950 ton h Fig 4 27 Valores de caudal press o e temperatura do vapor entrada das turbinas Mariana Sardinha Turbina de alta press o 530 2C 44 bar 861 ton h Turbina de m dia press o 246 2C 5 bar 744 ton h Turbina de baixa press o 44 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s 4 7 Alternador O alternador ou gerador faz a transforma o da energia mec nica transmitida pelas turbinas em energia el ctrica e cada grupo tem a pot ncia nominal de 314 MW a 3000 rpm e uma tens o de 18 kV Fig 4 28 Vistas do alternador O alternador funciona de acordo com o principio de indu o electromagn tica onde a corrente el ctrica flui atrav s do rotor criando um campo magn tico que induz a movimenta o dos electr es nas bobinas do estator produzindo se corrente alternada A refrigera o do gerador realizada atrav s da circula o de hidrog nio no interior deste que receb
158. monia que precipitou sai do absorvedor pela base e enviada para a unidade de regenera o 5 passando primeiro atrav s de um permutador de calor 4 onde aproveitada a temperatura da solu o pobre em CO que est a retornar ao absorvedor para aquecer a solu o de bicarbonato de am nia sensivelmente at aos 80 C DOE NETL 2010 A recupera o do CO no regenerador 5 feita atrav s do aumento de temperatura da solu o de bicarbonato de am nia dando se a reac o inversa por ac o do aumento da temperatura promovida pelo reboiler libertando se consequentemente um fluxo de CO pressurizado Darde et al 2009 A temperatura do regenerador ter que variar entre os 100 150 C e a press o dever variar entre os 20 40 bar Valenti Bonalumi e Macchi 2009 para que a vaporiza o da am nia e da gua por efeito da temperatura seja reduzida Estas condi es fazem com que se liberte um fluxo de CO 7 que deixar o topo do regenerador para ser comprimido e transportado passando primeiro por um banho de gua fria 6 para recuperar vest gios de amon aco e vapor de gua que possam ser arrastados e que de outra forma seriam desperdi ados A solu o de carbonato de am nia pobre em CO e que entretanto se formou novamente por ac o da temperatura 8 deixa a base do regenerador e devolvida ao absorvedor pelo topo depois de arrefecida no permutador de calor 4 local onde transfere o seu calor para a solu
159. mposta por c mara de combust o c mara de convec o barrilete sobreaquecedores economizador dessobreaquecedores e repartidor de fumos Na c mara de combust o formada por pam is de vaporiza o e pelos sobreaquecedores final e secund rio d se a queima do combust vel A camara de convec o est na parte menos quente da caldeira e uma estrutura por onde s passam os fumos resultantes da combust o sendo concebida para fazer a divis o destes em duas zonas uma constitu da pelo sobreaquecedor prim rio e economizador inferior e outra pelo reaquecedor Fig 4 14 Constituintes da caldeira No fundo da c mara de convec o existem ainda o economizador superior e o repartidor de fumos constitu do por p s direccion veis que os orientam ora para o sobreaquecedor prim rio e economizador ora para o reaquecedor Mariana Sardinha 35 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Todos os componentes anteriores mencionados da c mara de convec o com excep o do repartidor de fumos t m fun es de aquecimento de gua O barrilete um reservat rio na parte superior da caldeira que recebe a gua de alimenta o caldeira Como se pode ver na Fig 4 15 aqui que se d a separa o da fase l quida da fase gasosa Ebulidor Superior Tubos descendentes Fig 4 15 Circula o da agua na caldeira Esta uma estrutura muito importante
160. na Central Termoel ctrica do Pego 7 1 Introdu o ao CCS Este cap tulo pretende responder a algumas quest es relacionadas com a poss vel implementa o de um sistema de captura de CO na Central termoel ctrica do Pego nomeadamente identificando a melhor tecnologia de captura que se adaptar s condi es de funcionamento da Central Como j referido no Cap tulo 2 a redu o das emiss es de di xido de carbono pode ser realizada recorrendo ao aumento da efici ncia energ tica substitui o de combust veis com elevado teor em carbono por outros como a biomassa ou o g s natural que t m menos carbono na sua composi o ao uso de fontes renov veis de energia para substitui o e ao CCS Este conceito come ou na industria de extrac o de petr leo nos anos 70 na medida em que o CO come ou a ser injectado em profundidade para actividades de recupera o avan ada de petr leo Enhanced Oil Recovery EOR Esta uma t cnica que permite aumentar a extrac o de petr leo ou de g s de campos praticamente esgotados e como tal tem grande interesse econ mico em pa ses com explora o de recursos f sseis O CCS ent o uma cadeia de processos onde o CO libertado por fontes industriais capturado e comprimido de modo a ficar em condi es ideais para ser transportado por gasoduto barco ou transporte terrestre at um local apropriado onde armazenado geologicamente em reservat rios de hidrocarbonetos j n
161. nal Power constitu ram com uma quota de 50 50 as empresas Pegop Energia El ctrica S A que assegura a opera o e manuten o da Central e a CarboPego Abastecimento de Combust veis S A que assegura a compra de carv o no mercado Internacional e a log stica at entrega no Pego A explora o da Central feita atrav s de um contrato com a REN Redes Energ ticas Nacionais SGPS denominado Power Purchase Agreement PPA que obriga a que num per odo de 25 anos at 2021 a Central produza e forne a rede a energia que a REN solicitar O pagamento do servi o prestado pela Central e considerado no PPA obedece a duas modalidades uma relativa aos custos de produ o de energia em si e outra referente capacidade de a qualquer momento produzir energia caso seja solicitado capacidade conhecida como disponibilidade A Central utiliza como combust vel carv o importado maioritariamente da Col mbia e da frica do Sul que chega ao porto de Sines e da transportado via caminho de ferro at Central do Pego onde queimado emitindo volumes substanciais de CO para a atmosfera Para al m de carv o usado fuel leo em situa es de arranque e estabiliza o da combust o gas leo nos grupos diesel de emerg ncia e nas bombas diesel do sistema de extin o de inc ndio e propano para acendimento dos queimadores instalados nas caldeiras sendo que as quantidades usadas destes combust veis s o muito pequen
162. nd ncia portuguesa relativamente utiliza o de combust veis f sseis para produ o de electricidade e para os transportes Fig 2 13 2008 Waste 10 0 Energy Industnes 24 4 Manufact Ind and Poem Construction griculture o 10 1 Reino Solvent Use Transport 0 3 24 5 Industrial Other Sectors Processes 6 8 di si Fugitive 1 7 Fig 2 13 Distribui o das emiss es de GEE em Portugal por sector em 2008 APA 2010 Durante o per odo analisado em m dia 84 da energia prim ria consumida em Portugal foi produzida a partir de combust veis f sseis sendo os restantes 16 provenientes de fontes renov veis de energia estando a situa o no entanto a modificar se com o aumento da influ ncia destas ltimas APA 2010 2 8 Caracteriza o Energ tica de Portugal 2 8 1 Situa o Actual Portugal altamente dependente dos combust veis f sseis que compra ao exterior em 2008 representavam cerca de 81 do consumo de energia prim ria com a maior fatia correspondente ao petr leo Fig 2 14 Em 2007 a maior percentagem do consumo era destinada aos transportes seguido da ind stria e de outros sectores como o dos edif cios a agricultura silvicultura e pesca Abastecimento de Energia Prim ria em 2008 Consumo final por sector em 2007 Usos n o Combustivel adres energ tico s Renov veis 3 6 S e Res duos i 11 Ind stria 0 13 4 29 Geot rmica Solar E lica 3 1 Carv
163. nov vel foram definidas no mbito do Plano Nacional de Ac o para as Energias Renov veis PNAER A vers o final deste plano imposto pela Directiva das Energias Renov veis 2009 28 CE foi aprovada no final de Junho de 2010 Segundo o PNAER a base de desenvolvimento da produ o nacional renov vel assentar no aumento articulado da capacidade h drica e e lica instalada cujas metas para 2020 s o respectivamente 8600 e 8500 MW importante referir que o aumento da capacidade e lica vai sendo avaliada consoante a evolu o da procura de electricidade penetra o dos ve culos el ctricos a capacidade de transferir consumos de per odos de ponta para per odos de vazio e tamb m da viabilidade t cnica e dos custos das tecnologias e licas offshore PNAER 2010 Mariana Sardinha 11 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s O Programa Nacional para as Altera es Clim ticas PNAC aprovado em Agosto de 2006 pela Resolu o do Conselho de Ministros n 104 2006 e revisto em 2007 prev um conjunto de pol ticas e medidas nos v rios sectores econ micos portugueses que levar a um controlo de emiss es de GEE no per odo 2008 2012 de forma cumprir os objectivos do Protocolo de Quioto Na revis o do PNAC foram definidas novas metas para 2010 a incorpora o de 10 de biocombust veis nos transportes a substitui o de 5 a 10 de carv o por biomassa nas centrais t rmi
164. ns Platform ZEP como uma forma de contribuir para o desenvolvimento do CCS na Europa com o objectivo de em 2020 as emiss es de CO das centrais termoel ctricas na Europa sejam quase nulas 2006 A ZEP recomenda a implementa o urgente de 10 a 12 projectos de demonstra o de CCS em larga escala 2007 Os chefes de estado da UE acordam a implementa o de 12 projectos de CCS de larga escala operacionais em 2015 pois reconhecem que o CCS tem que fazer parte do portf lio de op es de combate ao aumento dos GEE para a atmosfera Os l deres do G8 reconhecem o papel fundamental do CCS no combate s altera es clim ticas e recomendam que em 2010 existam 20 projectos de demonstra o do CCS a decorrer A Austr lia torna se no primeiro pa s a estabelecer um quadro legislativo para o CCS 2009 Aprovados 6 projectos europeus na rea do CCS que fazem parte do EEPR que v o ser implementados na Alemanha Holanda It lia Pol nia Reino Unido e Espanha Em Portugal lan amento do projecto KTEJO que visa estudar a possibilidade de aplica o do CCS na Central Termoel ctrica do Pego e do projecto COMET que visa o estudo de uma estrutura integrada de transporte de CO entre Portugal Espanha e Marrocos 2011 Prazo para a transposi o da directiva do armazenamento geol gico do CO nos pa ses da EU 2015 10 a 12 projectos de demonstra o estar o em funcionamento 2030 Data at qual as emiss es de CO equivalente devem ser
165. nsumo final de energia 60 55 3 31 9 30 6 Yo WW O 10 FER Arref amp Aquec FER Elect FER Transp m 2005 m2010 m2015 m2020 Fig 2 27 Quota de energia proveniente de fontes renov veis no consumo final de energia PNAER 2010 17 1Mtep 11 630 GWh Mariana Sardinha 23 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Mariana Sardinha 24 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s 3 Descri o do Projecto KTEJO Com uma pot ncia instalada de 628 MW a Central do Pego uma importante central de produ o de electricidade nacional mas que por ser alimentada a carv o emite volumes de CO substanciais para a atmosfera tendo em 2009 emitido cerca de 3 2 Mton Na Fig 3 1 podemos ver a influ ncia que esta Central teve nas emiss es portuguesas de CO em 2007 600000 2007 CO2 Emissions Sines Power Plant Pego Power Plant Ribatejo CCGT Sines Refinery 500000 Alhandra Cement Souselas Cement T Outeiro CCGT Out o Cement 400000 COIMBRA Oporto Refinery Maceira Cement Set bal Power Plant Loul Cement Pataias Cement R Sines Power Plant Santar m Limes Barreiro Power Plant 200000 F Foz P amp Paper CHP Plant VFXira CHP Plant Carregado Power Plant Viana P amp Paper CHP Plant Carri o CHP Plant 100000 M Grande Glass SB z Legend Seixal Steel 5 Ss e Main Poi
166. nt Sources Lavradio Ammonia a Energy Maia Steel a AS Industry amp 0 1 2 3 4 5 6 7 44 9 Projected plants Pipeline network Mt year 100000 0 100000 200000 300000 400000 Fig 3 1 Principais fontes emissoras de CO em 2007 em Portugal Continental Esta disserta o de mestrado insere se no projecto KTEJO que consiste na primeira fase de um estudo do qual dever resultar o desenvolvimento de um sistema de Captura e Armazenamento do CO na Central Termoel ctrica do Pego visando a redu o muito significativa dos volumes de CO emitidos no decurso da sua actividade Este um Projecto em Co Promo o ao abrigo do programa QREN Quadro de Refer ncia Estrat gico Nacional liderado pela empresa Tejo Energia propriet ria da Central a ser realizado em parceria com a PEGOP empresa que assegura a opera o e a manuten o da Central com o Laborat rio Nacional de Energia e Geologia LNEG e com a Universidade de vora O projecto KTEJO pretende responder a tr s quest es Fig 3 2 1 Sera poss vel capturar o CO emitido pela da central 2 Qual a melhor forma de transportar esse CO gt 3 Existem forma es geol gicas adequadas a esse fim a dist ncias n o muito superiores da central Fig 3 2 Objectivos do projecto KTEJO Mariana Sardinha 25 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Uma vez que a UE pretende diminuir at 2020
167. ntos a e b s o apresentadas as duas tecnologias actualmente mais testadas para capturar o CO captura por solventes base de aminas ou de am nia que podem ser aplicadas a curto prazo nesta central a Captura de CO por solventes base de aminas As aminas s o compostos qu micos org nicos sol veis em gua que t m tomos de azoto reagindo rapidamente selectivamente e reversivelmente com o CO comportando se como bases S o compostos relativamente baratos que se degradam facilmente na presen a de oxig nio e enxofre Herzog Meldon e Hatton 2009a As aminas est o dispon veis em tr s formas aminas prim rias monoethanolamine MEA diglycolamine DGA aminas secund rias diethanolamine DEA diisopropanolamine DIPA e aminas terci rias methyldiethanolamine MDEA triethanolamine TEA Bailey e Feron 2005 A MEA o tipo de aminas mais usado para capturar CO porque tem taxas de reac o maiores quando comparadas com as aminas secund rias ou terci rias par metro importante na selec o do solvente uma vez que os custos de capital diminuem quando as taxas de absor o aumentam A absor o de CO2 usando solventes qu micos como as aminas uma t cnica com alguma maturidade usada desde os anos 30 na separa o deste de fluxos de g s natural e na produ o de CO que possa ser usado na alimenta o DOE NETL 2010 Hoje em dia tamb m uma t cnica aplicada em ind strias qu micas mas para remo o de g
168. ntracorrente entre a gua uma extrac o de vapor seco A sexta e pen ltima extrac o de vapor seco AP6 efectuada na turbina de m dia press o faz com que a temperatura da gua aumente de 190 C para 228 C Antes de a gua entrar no economizador acontece a ltima extrac o de vapor sobreaquecido realizada na turbina de alta press o AP7 aumentando a temperatura desta de 228 4 C para 257 C Mariana Sardinha 40 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Bomba de gua de Pr aquecedores de no alimenta o AP 257 2C Economizador Tanque de alimenta o m gt 1902C gt Fig 4 22 Circuito de gua de alimenta o Os condensados formados nos pr aquecedores de alta press o s o armazenados no pote de condensados do pr aquecedor AP6 e enviados posteriormente para o tanque de alimenta o Quando os n veis normais de regula o de condensados do pr aquecedor AP6 e AP7 s o ultrapassados os condensados em excesso s o enviados directamente para o condensador Se o n vel de regula o de condensados dos pr aquecedores AP6 e AP7 for muito alto procede se ao fecho autom tico das extrac es 6 e 7 ao envio do excesso de condensados para o condensador e por fim ao encaminhamento da gua de alimenta o por fora dos pr aquecedores AP6 e AP7 seguindo a gua directamente das bombas
169. ntral do consumo de carv o e de CO entre 2010 2014 Tejo Energia 56 Tabela 6 2 Dados relativos produ o de energia na Central do Pego REN 2005 2007 2009 e Tejo Enere a eee cca er ese ce cea eee ee ce ea a ee at ae ela le a St ae 57 Tabela 7 1 Marcos hist ricos e previs es para o futuro do CCS Adaptado de ZEP 2010a 59 Tabela 7 2 Condi es de opera o das centrais a carv o pulverizado valores aproximados Bohm DOG a T T N 60 Tabela 7 3 M todos de captura do CO por p s combust o Adaptado de Lecomte Broutin e Lebas O TE PEC O en RES ren DRE RPE Tee er ee 62 Tabela 7 4 Evolu o expectavel dos sistemas de captura por p s combust o P Feron 2005b 64 Tabela 7 5 Necessidades energ ticas que devem ser providenciadas pela central e componentes necess rios para fazer funcionar o sistema de captura do CO por aminas Korkmaz et al 2009 67 Tabela 7 6 Impacto do retrofitting numa central com captura por p s combust o com base em MEA MIT 2007 is ii id dae ds ise 67 Tabela s 7 Metodoside obtenca o do O sa adiada atl dal lal lal e dd 13 Tabela 7 8 Vantagens e desafios da oxi combust o cceccccseecccseseeeeeeecceeeeeecaeeeeeaseceaeseeseeseeeaenes 16 Tabela 7 9 Aspectos relacionados com o retrofitting de centrais de produ o de energia el ctrica comuns para s duas ECNOlOCIAS usas ida ico ida eia o abala alas alada das dai aliada eae aaa 78 Tabela 7
170. ntral para se proceder ao seu retrofitting a avalia o dos custos envolvidos na implementa o do sistema a hierarquiza o das forma es geol gicas com maior potencial para armazenamento de CO2 e a identifica o das exig ncias e solu es de transporte do mesmo Caso o projecto apresente resultados satisfat rios nomeadamente se forem detectadas forma es geol gicas onde o armazenamento do CO possa ser efectuado entre outros aspectos fundamentais o pr ximo passo ser a concretiza o de um outro projecto piloto de grandes dimens es com vista implementa o da melhor solu o identificada Fig 3 4 Avalia o da possibilidade de retroffiting Metodologias de captura e transporte Projecto piloto de captura e Identifica o de locais de nd injec o armazenamento gt Caracteriza o detalhada do reservat rio Transporte Divulga o P blica Fig 3 4 Cronograma do projecto KTEJO Um outro aspecto considerado de grande import ncia para o sucesso deste projecto prende se com a promo o e divulga o p blica pela necessidade de disseminar informa o e conhecimento sobre os objectivos tecnol gicos do projecto assim como para procurar quebrar as barreiras e receios associados ao desconhecimento da tecnologia CCS Neste sentido foi elaborada uma p gina da internet com os pormenores do projecto e onde se pretende ir colocando as informa es relevantes relacionad
171. ntral tera que sofrer para a instala o de um sistema de captura por oxi combustao Adaptado de Bohm 2006 Cade Modifica es significativas o sistema de fornecimento de O possivelmente precisar de ser melhorado para minimizar a entrada de ar Sistema de limpeza dos Modifica es pequenas SCR pode n o ser necess rio ou precisar de modifica es para gases funcionar com o g s rico em CO Modifica es moderadas adi o de um sistema de reciclagem dos gases Mariana Sardinha 19 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Modifica es para retrofitting Turbinas Gerador Modifica es pequenas a mesma quantidade de vapor ser entregue a turbina Auxiliares el ctricos Modifica es significativas fornecimento de energia ASU e s bombas Modifica es significativas que se prendem com a instala o de bombas ventoinhas e Balan o da central no sistema para comprimir e secar o CO Apesar de ainda n o haver demonstra es desta tecnologia em larga escala w das modifica es ao n vel da caldeira serem significativas a aplica o da oxi combustao parece ser uma solu o que poder diminuir os custos associados captura do CO porque a quantidade de vapor entregue as turbinas n o se modificar e o fluxo de CO obtido j vem pressurizado diminuindo os custos associados compress o A poss vel distribui o da energia gasta num sistema de p
172. numa caldeira do tipo circula o natural pois deve assegurar ao m ximo a separa o entre gua e vapor para assim ter a capacidade de responder a eventuais oscila es bruscas de carga garantindo que as turbinas s o devidamente alimentadas por vapor Uma vez que a Central pode trabalhar com pot ncias entre os 117 MW e os 317 MW conforme solicitado pelo operador de rede o barrilete tem um papel importante nestas varia es pois permite aumentar ou diminuir a quantidade de gua que entra nos pain is de vaporiza o 4 3 1 Produ o de Vapor Antes de entrar no barrilete a gua de alimenta o passa por um ltimo sistema que a aquece para evitar poss veis choques t rmicos entre esta e o vapor saturado h mido do barrilete Este aquecimento feito na zona de convec o da caldeira no economizador atrav s do contacto dos fumos com este sistema de tubulares por onde circula a gua de alimenta o numa zona onde as temperaturas s o cerca de 450 C as mais baixas verificadas na caldeira O economizador divide se em duas sec es o economizador superior e o economizador inferior e permite aumentar o rendimento t rmico do processo aproveitando se o facto de a gua de alimenta o passar nesta zona e poder ser previamente aquecida aumentando a sua temperatura de 258 C para 2026 Sa da do economizador superior a gua de alimenta o chega ao barrilete e distribu da atrav s dos tubulares descendentes
173. o o desenvolvimento de tamanha infra estrutura implica um profundo estudo acerca da forma como esta se desenvolver isto o ideal seria que ela se conjugasse de tal forma que as fontes poss veis do CO se fossem juntando pelo caminho Para desenvolver tal infra estrutura necess rio avaliar as fontes de CO e os locais poss veis de armazenamento para identificar clusters Os custos associados ao transporte de CO est o directamente associados dist ncia necess ria percorrer e quantidade a ser transportada Mariana Sardinha 87 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s No caso dos pipelines os custos associados ao transporte est o altamente dependentes da sua localiza o onshore ou offshore do tamanho da rede do tipo de terreno que atravessam se atravessam reas altamente povoadas se atravessam montanhas rios ou regi es geladas 8 2 Armazenamento do CO Depois de capturado e transportado o CO2 infectado em geral a grandes profundidades gt 800m em forma es geol gicas de caracter sticas apropriadas que garantam a reten o e fixa o do CO durante milh es de anos Um local favor vel ao armazenamento dever ter um volume suficientemente grande dever ter as condi es f sico qu micas ideais para armazenar por milh es de anos os volumes de CO infectados e ter uma camada selante que o mantenha S I Plasynski et al 2009 Bachu 2002
174. o CO com solu es base de aminas ou base de ammonia 7 5 2 Aminas ou Chilled Ammonia A captura do CO pelo processo chilled ammonia tem vindo a ganhar import ncia por registar um comportamento mais favor vel ao n vel das necessidades energ ticas como a reac o de regenera o do solvente acontece a temperaturas mais baixas existe menor consumo energ tico e consequentemente menor penaliza o ao n vel da performance da central Herzog Meldon e Hatton 2009a O valor comercial que os res duos formados durante a captura por chilled ammonia t m uma vantagem relativamente aos res duos produzidos na captura por aminas que t m que ser tratados convenientemente Herzog Meldon e Hatton 2009a J em 1999 Yeh amp Bai comprovaram que a capacidade de absor o do CO difere consoante o solvente sendo que o NH apresenta uma melhor performance assim como efici ncia de remo o mais elevada que poder chegar aos 99 relativamente ao sistema de absor o por aminas que ter uma efici ncia de cerca de 94 Mariana Sardinha 84 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Tamb m o mesmo estudo concluiu que a rela o entre a quantidade de CO capturado e solvente usado ser para o NH de 1 20 kg CO kg NHs e para o MEA ser de 0 40 kg CO kg MEA Yeh e Bai 1999 Noutro estudo mais recente Pellegrini et al 2009 mostra se que a am nia um absorvente que
175. o da caldeira lider ou turbina seguidora usado quando o objectivo manter uma press o de vapor est vel causando no entanto uma oscila o nos valores de pot ncia debitados pelo alternador Um controlador compara a pot ncia pedida com a pot ncia debitada pelo gerador e o erro da resultante faz actuar o regulador de velocidade do alimentador de carv o provocando um aumento ou diminui o da velocidade da tela transportadora de forma a haver mais ou menos carv o a entrar para a caldeira Mariana Sardinha 46 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s No entanto dado o valor de pot ncia pedido estar abaixo do pretendido pela rede o controlador enviar uma ordem para enviar mais carv o para o moinho de forma aumentar o calor na caldeira e a repor o valor de pot ncia pretendido Com o sistema a funcionar em modo caldeira l der verifica se um desfasamento de tempo entre a ordem enviada pelo controlador e o seu efeito uma vez que quando a pot ncia pedida for novamente reposta h carv o em tr nsito que ira provocar mais caudal e mais press o de vapor e portanto mais pot ncia do que a pedida E por essa raz o que frequente que haja oscila o nos valores de pot ncia debitados pelo alternador uma vez que o Importante neste tipo de mecanismo manter uma press o de vapor est vel no sistema 4 9 Controlo de Emiss es Gasosas na Central Termoel ctrica do Pego
176. o lan amento do projecto KTEJO Os valores destas emiss es s o monitorizados em cont nuo por analisadores na chamin a uma altura de 87 2m e na rea circundante Central onde existem seis esta es de medi o para controlo dos n veis de emiss es permitidos por lei Com a implementa o das unidades de tratamento de gases os dois grupos da Central ficam em condi es de poderem funcionar abaixo dos limites de emiss o aplic veis at Janeiro de 2016 como se pode verificar na Tabela 4 2 Tabela 4 2 Valores ating veis com o investimento realizado Tejo Energia 2010 Emiss o de SO lt 400 mg Nm3 Emissao de NOx lt 200 mg Nm3 Emiss o de Part culas 20 mg Nm3 As solu es t cnicas implementadas na Central s o relativamente standard havendo uma vasta experi ncia na sua utiliza o em pa ses comunit rios nomeadamente em pa ses do norte da Europa De referir que para a desnitrifica o a solu o implementada SCR Selective Catalytic Reduction foi pioneira em Portugal Tejo Energia 2010 Fisicamente os gases resultantes da queima passam primeiro pela unidade SCR de seguida pelos precipitadores electrost ticos e no final pela FGD para depois serem expelidos pela chamin da Central Mariana Sardinha 47 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Desnitrifica o Dessulfura o SCR Precipitadores FGD Electrost ticos Redu o
177. o no Contexto Energ tico Portugu s N3 Purge Steam and or CO Thermal Mass Perovskite Thermal Mass in steam CO Fig 7 10 Esquema do processo CAR Krishnamurthy D e Fitch 2008 uma t cnica c clica onde o leito de perovskite exposto alternadamente ao ar e a um fluxo de ar de regenera o primeiro faz se passar o ar num reactor durante o qual o O selectivamente retido pelo material s lido ficando enriquecido com oxig nio O passo seguinte a passagem do fluxo gasoso proveniente da reciclagem dos gases de combust o rico em CO e vapor de gua no leito de perovskite que regenera o O adsorvido no leito Num estudo levado a cabo pelo DOE NETL Krishnamurthy D e Fitch 2008 entre outras an lises feita a compara o entre a energia gasta para produ o de O atrav s do processo CAR e por separa o criog nica comprovando se que as diferen as entre os valores de energia gasta por tonelada de O2 produzido s o de 223 kWh para a unidade de separa o criog nica e de 115 kWh para a tecnologia CAR Tais valores confirmam o facto de esta ser uma tecnologia promissora na diminui o dos gastos energ ticos associados captura do CO por oxi combust o que pode significar cerca de 25 de poupan a comparativamente a uma unidade de separa o criog nica NETL 2008 7 3 2 Desafios da Captura por Oxi Combust o Um importante desafio na aplica o da tecnologia de oxi combustao prende se
178. o sistema de recolha e remo o de rejeitados existente no fundo da caldeira que um tanque de gua que arrefece e amortece as esc rias posteriormente transportadas e depositadas no aterro de res duos da Central 4 4 gua A gua utilizada na Central prov m do rio Tejo e extra da por 4 bombas existentes numa torre de capta o que pode recolh la a tr s cotas diferentes consoante o n vel do rio Passando por grelhas que evitam a entrada de troncos de madeira e outros objectos com dimens es grandes que poderiam prejudicar o sistema esta gua vai sendo bombeada e sofrendo sucessivas filtragens Depois das filtragens a gua armazenada no reservat rio de gua industrial dividido em duas c lulas que perfazem um total de 16500 m de capacidade que tem a fun o de fornecer gua a v rios sistemas na Central nomeadamente instala o de tratamento de guas ITA ao sistema de refrigera o do condensador ao sistema de combate a inc ndios ao sistema de utiliza o dom stica aos jardins ao edif cio t cnico administrativo para al m da gua usada na rega das pilhas de carv o e de cinzas para evitar dispers o de poeiras assim como na pulveriza o da gua nos silos de cinzas Um dos caminhos que a gua pode seguir depois de convenientemente tratada o tanque de compensa o local onde feita a armazenagem da gua proveniente da ITA para o circuito de condensados que tem a fun o de repor as pe
179. o tem a fun o de fornecer a gua necess ria caldeira para produ o de vapor e um circuito que vai desde o tanque de alimenta o at entrada do economizador na caldeira 2 3 2 a O tanque de gua de alimenta o com capacidade de armazenar 210 m de gua cota de 40 metros tem como fun o fazer o aquecimento de gua para assim a fornecer caldeira em condi es adequadas Neste reservat rio a gua continua a ser aquecida devido troca de calor entre uma extrac o de vapor sobreaquecido extrac o 5 sendo que o aumento de temperatura no tanque de gua de alimenta o da ordem dos 35 C passando para 186 Na parte superior do tanque de alimenta o encontram se dois desgaseificadores equipamentos com a fun o de remover para a atmosfera gases n o condens veis que se encontrem na gua de modo que a entrada de gua no gerador de vapor se fa a em seguran a Depois de desgaseificada a gua levada por efeito grav tico para a bomba de gua de alimenta o para ser impulsionada para o barrilete situado no topo da caldeira n o sem antes passar por dois pr aquecedores de alta press o e pelos economizadores superior e Inferior Os pr aquecedores de alta press o AP t m a fun o tal como os de baixa press o de continuar com o aquecimento progressivo da gua que vem sendo feito desde o hotwell sendo que o aquecimento realizado atrav s da troca de calor em co
180. oal Fired Power Plants for CO2 Emissions Reductions MIT Energy Initiative Symposium MIT 2009 NETL Carbon Capture Technology Research and Breakthrough Concepts Overview and Project Summary 2008 New Energy Finance http carbon newenergyfinance com acedido em 20 de Julho de 2010 Okawa M N Kimura T Kiga S Takano K Arai e M Kato Trial design for a CO2 recovery power plant by burning pulverized coal in O2 CO2 Energy Conversion and Management Vol 38 1997 123 127 Page S C A G Williamson e IG Mason Carbon capture and storage Fundamental thermodynamics and current technology Energy Policy 2009 3314 3324 Parsons E L e W W Shelton Advanced Fossil Power Systems Comparison Study Pittsburgh NETL 2002 Plasynski S I J T Litynski H G Mcllvried e R D Srivastava Progress and New Developments in Carbon Capture and Storage Critical Reviews in Plant Sciences 2009 123 138 Plasynski S L J T Litynski H G Mcllvried e R D R D Srivastava Progress and New Developments in Carbon Capture and Storage Pittsburgh US DEO NETL National Energy Technology Laboratory 2009 PNAER Plano Nacional de Ac o para as Energias Renov veis 2010 Point Carbon 2010a http www pointcarbon com acedido em 8 de Outubro de 2010 Point Carbon Carbon 2010 Return of the sovereign 2010b REN Centro de Informacdo REN 2010a http www centrodeinformacao ren pt
181. ocaliza o do repartidor de fumos na caldeira Estas p s t m um controlador que compara a cada instante a temperatura sa da do reaquecedor com uma temperatura alvo de modo a que o erro da resultante seja convertido num sinal que actuar num motor que faz rodar as p s desfasadas em 90 para que quando um dos lados n o faz oposi o passagem dos fumos o outro faz obstru o total Depois da passagem pelos aquecedores de ar regenerativo que t m a fun o de aproveitar o calor dos gases de combust o para aquecer o ar secund rio e o ar prim rio os fumos s o obrigados a passar pelo Mariana Sardinha 38 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s precipitador electrost tico um sistema de el ctrodos emissores el ctrodos colectores que tem a fun o de reter as cinzas arrastadas com os fumos antes de serem lan ados para a atmosfera Este sistema carrega as part culas de cinza com 10es negativos do sistema emissor que depois s o atra das pelas chapas colectoras carregadas positivamente e desta forma v o sendo acumuladas por camadas As cinzas acumuladas s o retiradas dos el ctrodos colectores por um sistema de martelos e recolhidas para serem transportadas por um sistema de ar comprimido para silos onde ficam armazenadas para serem vendidas por exemplo para a ind stria cimenteira Os produtos da queima que n o seguem com os fumos caem por gravidade n
182. oel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s J supondo uma utiliza o da Central m dia B o pre o anual a pagar pelo CO emitido vai variar entre os 41 8 e os 86 5 M no mbito do CELE e no caso em que se aplicaria um sistema de captura na Central o pre o a pagar por tonelada de CO emitido seria da ordem dos 294 M No cen rio em que a central tinha uma utiliza o anual m dia de 95 C o pre o anual a pagar pelo CO emitido vai variar entre os 63 e os 130 M no mbito do CELE e no caso em que se aplicaria um sistema de captura o pre o a pagar por tonelada de CO emitido seria da ordem dos 195 2 ME No entanto e uma vez que de qualquer forma a Central vai ter que pagar pelas suas emiss es no mbito do CELE a partir de 2013 o valor a pagar por tonelada de CO emitido no caso da implementa o de uma unidade de captura vai ser a diferen a entre os custos por tonelada de CO capturado e os custos das emiss es no mbito do CELE ton CO emitido ton CO comccs ton CO com CELE Tabela 10 3 Valor a pagar pelas emiss es de CO Po P s combust o a 70 ton CO emitido Utiliza o da Central B 64 C 95 A Cen rio 1 15 ton CO 153 4 231 0 Cen rio 2 31 ton CO 108 8 163 8 A Fig 10 3 resulta dos dados da Tabela 10 3 onde se pode verificar que o CELE pode vir a desempenhar um papel importante nos custos do CO capturado 300 0 E 250 0 231 0 1
183. olu o esperada dos pre os dos combust veis f sseis at 2030 segundo a AIE EU 2010 120 00 Fossil Fuel Prices in Baseline Constant USD of 2008 per boe 100 00 20 00 60 00 40 00 20 00 sy a iy a fry oy Pu ny amp E bal D rk ar ep Ah 4 Hy PP PP SL PK ASS oil Gas N Cv Co a Fig 11 2 Pre os dos combust veis f sseis no mundo EU 2010 O Mercado Ib rico de Electricidade MIBEL constitui uma iniciativa conjunta dos Governos de Portugal e Espanha visando a constru o de um mercado regional de electricidade Com a concretiza o do MIBEL passou a ser poss vel a qualquer consumidor no espa o ib rico adquirir energia el ctrica num regime de livre concorr ncia a qualquer produtor ou comercializador que actue em Portugal ou Espanha 2 A partir do Programa Nacional de Barragens de Elevado Potencial Hidroel ctrico o governo adjudicou a instala o de 941 MW de pot ncia distribu da por 8 aproveitamentos hidroel ctricos sendo 6 deles dotados de reversibilidade cujo inicio de funcionamento se prev que seja entre 2013 2018 INAG 2010 7 boe barril de petr leo equivalente Mariana Sardinha 101 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Tamb m as pol ticas ambientais v o ter uma grande influ ncia nos custos da gera o de electricidade daqui para a frente principalmente no que se refere produ o a partir de
184. ontece principalmente noite uma hora de vazio em que a produ o e lica significativa e a energia importada mais barata Devido a esta gest o da rede e uma vez que depende principalmente das condi es meteorol gicas a produ o de energia nas centrais termoel ctricas tem cada vez mais a tend ncia em ficar para segundo plano porque n o conv m desperdi ar recursos energ ticos end genos e de menor custo como o vento ou a precipita o O aumento da quota de produ o a partir de formas de energia prim ria com maior n vel de intermit ncia e mais dif cil previsibilidade exigir maior capacidade de regula o do sistema el ctrico As centrais hidroel ctricas permitem disponibilizar reserva operacional de mobiliza o r pida contribuindo para assegurar n veis de flexibilidade de opera o ao sistema electroprodutor indispens veis face elevada penetra o de energias intermitentes e n o despach veis Estanqueiro 2008 2 8 3 An lise da incorpora o de renov veis no sistema electroprodutor A forte aposta do Governo na energia e lica justificada pelas excelentes condi es meteorol gicas do pa s MEID 2010 No entanto este tipo de produ o caracteriza se por ser superior nos per odos nocturnos e por depender das condi es de vento ao longo do dia pelo que promove dificuldades de gest o da rede Assim a Integra o de produ o renov vel com car cter intermitente e aleat rio obriga a
185. onvers o das caldeiras existentes para as novas As temperaturas mais altas na caldeira fazem aumentar a condi es de queima transfer ncia de calor e poder se o construir caldeiras mais Prevenir entrada de ar para a caldeira sem ser apenas O pequenas puro Os volumes de g s a tratar s o mais pequenos Garantir que os materiais constituintes da caldeira resistam s altas temperaturas e s condi es corrosivas que se formam 7 4 Pr combustao Princ pio de funcionamento A principal aplica o da captura por pr combust o em centrais a g s de ciclo combinado e como tal este subcap tulo vai ser mais sucinto do que os anteriores uma vez que n o est em causa a aplica o desta tecnologia central do Pego mas importante referir ainda uma terceira op o de captura do CO O principio de captura do CO por pr combust o a separa o do CO antes de o combust vel ser queimado come ando por transform lo numa mistura de CO e H5 o g s de s ntese Depois deste primeiro passo o g s de s ntese tratado atrav s de uma reac o shift que visa convert lo numa mistura composta por um fluxo de H que ser usado para produ o de energia e outro de CO Para produzir o g s de s ntese a partir do combust vel necess rio adicionar ao combust vel vapor de gua Mariana Sardinha 16 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s num pro
186. or efici ncia e maior pot ncia debitada e que um sistema de oxi combustao consegue ter menores penaliza es na efici ncia e pot ncia relativamente a um sistema de captura por p s combust o com base em aminas O mesmo estudo comparou ainda as emiss es de NOx e SO e os resultados foram os evidenciados na Fig 7 16 7 6 5 4 3 il 1 0 25 0 NOX emissions Ib M Wh SO2 emissions lb M Wh Ib MWh m Base Plant mPost combustion amines Oxy combustion Fig 7 16 Compara o das emiss es de NOx e SO numa central com e sem sistema de captura Adaptado de Parsons e Shelton 2002 Pelas raz es j apresentadas no cap tulo referente oxi combustao 7 3 a implementa o de um sistema de oxi combustao conduz diminui o das emiss es de NOx pelo facto da queima acontecer numa atmosfera maioritariamente composta por O e diminui o das emiss es de SOx devido ao menor volume de gases resultantes da queima J num sistema de p s combust o as emiss es tanto de um composto como do outro aumentaram relativamente central sem captura porque foi necess rio queimar mais combust vel para fornecer a energia extra que fizesse funcionar o sistema de captura Relativamente aos custos da electricidade Fig 7 17 o sistema de p s combust o fez aumentar o custo de produ o el ctrica em cerca de 1 8 vezes mais para 76 7 MWh enquanto o sistema de captura por oxi combust o em cerca de 1 6 vezes mais
187. ormance da Central do Pego relativamente a emiss es poluentes para a atmosfera foi melhorada uma vez que se verificou uma diminui o significativa das emiss es de SO e NOx pela chamin da Central que actualmente s o 0 40 g kWh e 0 64 g kWh respectivamente Compara o das emiss es de part culas entre 2007 e 2009 90 foots nee 4 Na gl 4 n y 60 7 ye 4 O mams O 4 A O S o e ee FA ks a 30 bs RE a x o o e O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 M s Part culas 2007 Part culas 2009 Fig 4 35 Emiss es de part culas em 2007 e 2009 Tamb m a emiss o de part culas foi reduzida com a melhoria da performance dos precipitadores electrost ticos Fig 4 35 tendo registado em 2009 um valor m dio por electricidade produzida de 0 03 g kWh Como se pode observar pelos gr ficos das Figuras 5 5 e 5 6 a entrada em funcionamento das unidades FGD SCR e a melhoria de funcionamento dos precipitadores electrost ticos permitiram reduzir substancialmente as emiss es de SQ NOx e part culas para a atmosfera e melhorar a performance ambiental da Central do Pego Mariana Sardinha 50 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s 5 Monitoriza o da Central As emiss es de GEE resultantes da actividade da Central dependem do tipo de combust vel queimado pois a composi o dos carv es condiciona a composi o do fluxo de gases A an lise dos carv
188. os 25 50 Qualquer dos estudos reconhece que o desenvolvimento do CSS vai conduzir diminui o dos custos No entanto a ind stria n o consegue sozinha atingir estas metas para ajudar na tarefa o papel dos governos Importante porque t m a capacidade de criar regulamenta o apropriada para criar as condi es de confian a para as empresas investirem na rea Simbeck e Roekpooritat 2009 fizeram uma an lise implementa o de uma unidade de captura numa central sub cr tica com 543 MWe ja existente e apresentaram valores de emiss es de CO evitadas na ordem dos 74 ton CO com as emiss es a descerem de 0 95 Mt MWh para 0 13 Mt MWh A efici ncia da central passaria de 33 6 para 24 7 e os Investimentos seriam na ordem dos 528 Com a unidade de captura o novo output da central passou a 398 MWe uma perda de 27 da energia despachada para a rede Mariana Sardinha 92 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s 10 Cen rios de Evolu o do Funcionamento da Central Apesar das previs es de evolu o do sistema electroprodutor apontarem para o aumento da instala o de pot ncia instalada renov vel como j abordado no Cap tulo 3 relativo Caracteriza o Energ tica a instabilidade financeira por que atravessamos pode condicionar os investimentos futuros nas renov veis A Central do Pego tem a vantagem de queimar carv o uma mat ria prima relativamente b
189. ot ncia instalada at Agosto de 2010 REN 2010 16 Fig 2 21 Evolu o mensal da produ o e lica em Portugal Continental DGEG 2010 17 Fig 2 22 Evolu o mensal da produ o em grandes h dricas gt 30 MW em Portugal Continental DGE OO a a 17 Fig 2 23 Pot ncia instalada em Portugal at Agosto de 2010 REN 2010 e 18 Fig 2 24 Cen rios de evolu o da pot ncia instalada em Portugal at 2020 REN 2008 21 O gr fico da Fig 2 25 foi feito com base em v rios pressupostos REN 2008 21 Fig 2 26 Cen rio de evolu o do consumo de energia final em Portugal para o per odo 2010 2020 POSER ZOLO raae E aati RR a tata eatin 23 Fig 2 27 Quota de energia proveniente de fontes renovaveis no consumo final de energia PNAER Fig 3 1 Principais fontes emissoras de CO em 2007 em Portugal Continental 25 Fis S 2 Objeciivos do projecto WENO ss ssses assa ian as cadens S 25 Fig 3 3 Brochura de apresenta o do projecto KTEJO eee erre eerreeerre renas 26 Fig 3 4 Cronograma do projecto KTEJO e eerrree eee rrea aerea rena rreaaeareaaananea 27 Fig 4 1 Localiza o da Central Termoel ctrica do Pego oossonnssseesssseessseeessserrssseressseresserresseeees 29 Fig 4 2 Dois novos grupos da CCGT Fotografia tirada dia 8 d
190. ou menos cont nua por longos per odos de tempo Por outro lado as centrais hidroel ctricas que podem entrar e sair de servi o rapidamente concentravam a sua produ o nas horas de ponta do diagrama de cargas excepto nos dias de muita hidraulicidade em que devem operar continuamente de modo a regularizar os caudais descarregados pelas barragens Estanqueiro 2008 Hoje em dia Portugal tem um regime de acesso rede el ctrica que d prioridade produ o a partir das fontes renov veis de energia quer ao n vel do planeamento e desenvolvimento da rede quer ao n vel da gest o da rede sendo obrigat ria a sua entrada na rede de transporte ou de distribui o Estando a PRE e as centrais a fio de gua na base do diagrama pela impossibilidade e imprevisibilidade de controlo de produ o el ctrica a PRO que regul vel consoante as necessidades deve fazer o fecho do diagrama cobrindo as restantes exig ncias energ ticas ao longo do dia para n o desperdi ar energia que n o pode ser armazenada A energia hidroel ctrica pode ter pap is distintos no diagrama de cargas num dia seco a energia hidroel ctrica colocada apenas nas horas de ponta pois s o centrais com capacidade r pida de resposta enquanto a energia t rmica e a PRE fazem a base do diagrama de cargas num dia chuvoso as barragens de fio de gua e a PRE operam continuamente fazendo a base do diagrama conjuntamente com as centrais t rmicas mais econ micas
191. oveitado para produzir energia Air DS Fuel s CO2 Energy e Conversion Separation 77 H2 A conversion 7 Power Air CO2 Flue Gas Fig 7 4 Pr combust o Feron e Hendriks 2005a Um sistema de captura pode representar 70 a 80 DOE 2007a IEA GHG 2007a dos custos totais da cadeia do CCS que engloba a captura o transporte e o armazenamento geol gico do CO libertado por fontes industriais e significar um aumento do consumo de gua na ordem dos 116 DOE NETL 2007a Um dos objectivos deste trabalho consiste na selec o da tecnologia de captura do CO mais apropriada para aplica o na Central Termoel ctrica do Pego e como tal os cap tulos seguintes ir o Mariana Sardinha 61 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s incidir neste tema Resta no entanto clarificar que a aplica o de uma tecnologia de captura n o depende s da disponibilidade desta as caracter sticas de funcionamento da Central o contexto em que ela est introduzida no panorama energ tico assim como a aceita o publica s o factores determinantes para a aplica o de um sistema de captura de CO 7 2 1 Captura por P s Combust o O processo convencional de produ o de energia numa uma central termoel ctrica gera um fluxo de gases com concentra es de CO a rondar os 10 a 15 v v e
192. pel importante na diminui o das emiss es de CO para a atmosfera uma vez que permite capturar transportar e armazenar em forma es geol gicas adequadas o CO emitido por fontes industriais Cada uma destas fases do CCS bastante intensiva em termos energ ticos causando um aumento no custo da electricidade produzida e uma diminui o da sua efici ncia Esta disserta o de mestrado insere se no projecto KTEJO o primeiro projecto portugu s que pretende estudar a implementa o de um sistema de captura transporte e armazenamento de CO na Central Termoel ctrica a carv o do Pego a segunda maior fonte de emissora de CO em Portugal Assim na presente trabalho faz se uma an lise das tecnologias de captura dispon veis actualmente para adaptar Central do Pego assim como a avalia o do papel que a Central ir ter num futuro pr ximo uma vez que esta Central se insere no contexto do sistema electroprodutor portugu s Palavras chave CCS Captura de CO Carv o Central Termoel ctrica do Pego Portugal 1V Lista de Abreviaturas bar BP CCGT CCS Ars nio Unidade de pressao British Petroleum Combined Cycle Gas Turbine Carbon Capture and Storage Cadmio Comiss o Europeia Mon xido de Carbono Di xido de Carbono Di xido de carbono equivalente Compostos org nicos vol teis Cr mio Cobre European Energy Programme for Recovery Enhanced Gas Recovery Estrat gia Nacional para a Energia Enhanced Oil R
193. press o de cerca de 1 bar Lecomte Broutin e Lebas 2010 IPCC 2005 Herzog Meldon e Hatton 2009a O CO pode ser capturado desta mistura por absor o em solventes qu micos f sicos ou mistos adsor o em s lidos separa o por membranas ou separa o criog nica assim como por outras t cnicas em desenvolvimento como o recurso a sistemas biol gicos de algas e enzimas especializadas para o efeito Lecomte Broutin e Lebas 2010 Tabela 7 3 M todos de captura do CO por p s combust o Adaptado de Lecomte Broutin e Lebas 2010 e IPCC 2005 Qu micos Recorrendo a compostos base de aminas e ammonia esta a t cnica que oferece actualmente maiores possibilidades de aplica o a m dio curto prazo uma t cnica que tem mais sucesso no tratamento de fluxos gasosos com baixa concentra o do CO e quando se pretende um fluxo com elevada pureza F sicos Um solvente f sico absorve o CO sem a ocorr ncia de reac o qu mica Dissolvem num l quido os compostos presentes no g s sem ocorr ncia de reac o qu mica A regenera o feita apenas pela varia o de press o mais econ mica As condi es de opera o de um sistema convencional de queima baixa concentra o do COs press o dos gases baixa e temperaturas de cerca de 50 C n o s o muito favor veis utiliza o deste tipo de solventes para captura S o mais adequados ao tratamento de fluxos gasosos com elevada concentra o e p
194. ptura transporte e armazenamento usar qualquer uma das tecnologias de captura dispon veis e aplicar o CCS em variadas regi es do mundo em instala es que emitem grandes quantidades de CO como o sector da produ o de electricidade da ind stria dos cimentos do ferro e do a o e da ind stria qu mica TEA 2010c Para serem atingidas as metas do G8 necess rio o empenho dos governos que dever o reconhecer nas suas estrat gias que o CCS deve fazer parte do portfolio para combater as altera es clim ticas e dar instrumentos regulamentares e incentivos financeiros a quem pretender desenvolver tais projectos necess rio tamb m que a opini o p blica compreenda que o CCS faz parte das medidas para evitar as altera es clim ticas 2 5 Estrat gia Europeia para a Energia Em 2007 o desafio das altera es clim ticas a crescente depend ncia energ tica externa e o aumento do pre o da energia levou a que o Conselho Europeu tomasse medidas e aproveitasse estes problemas para procurar solu es que contribu ssem para o desenvolvimento economia europeia promover o emprego e fornecimento de energia aos consumidores a pre os acess veis assente em princ pios que preservassem o ambiente A nova pol tica energ tica da Europa adoptada em Mar o daquele ano fixou objectivos vinculativos que constituem os pilares da nova Estrat gia Europeia para a Energia e Altera es Clim ticas para 2020 e que se resumem pelos seguintes
195. quecedor secund rio situado sobre o corpo da chama na c mara de combust o que o aquece at aos 460 C O vapor passa ainda pelo sobreaquecedor final sa da da c mara de combust o onde a temperatura dos fumos de cerca de 1100 C para um ltimo aquecimento onde fica com uma temperatura final de 530 C No entanto e porque os valores de press o e temperatura entrada da turbina de alta press o t m que ser vigiados para evitar acidentes que poderiam causar dilata es excessivas da turbina devido a valores de press o e temperatura superiores aos previstos e evitar a diminui o do rendimento t rmico devido a valores inferiores existem os dessobreaquecedores sistemas de injec o de gua a alta press o cerca de 200 bar e 191 C colocados entre os sobreaquecedores O primeiro dessobreaquecimento realizado com uma injec o de gua em cada uma das linhas que transportam o vapor entre o sobreaquecedor prim rio e secund rio fazendo com que a temperatura entrada do sobreaquecedor secund rio diminua de 403 C para 391 C O segundo dessobreaquecimento acontece com a injec o de gua entre o sobreaquecedor secund rio e o sobreaquecedor final diminuindo a temperatura entrada deste em 10 C de 460 para 450 C Ainda existe o dessobreaquecimento de emerg ncia que apenas feito quando a temperatura sa da da turbina de alta press o demasiado elevada e a injec o de gua feita neste caso
196. r o eventualmente ser implementadas na central a curto m dio prazo No entanto e uma vez que a central do Pego se insere no contexto do sistema electroprodutor portugu s outro dos objectivos foi avaliar o papel que a Central ir ter num futuro pr ximo neste contexto A instala o e a opera o de um sistema de captura s o demasiado dispendiosas para serem tomadas apenas com base na disponibilidade ou n o de tecnologias de captura que possam ser aplicadas a esta Central No Cap tulo 2 faz se a descri o do panorama energ tico mundial e portugu s onde s o descritas a evolu o da procura da energia e as emiss es de CO da decorrentes O Cap tulo 3 aborda os objectivos do projecto KTEJO O Cap tulo 4 descreve a opera o e a produ o de energia el ctrica na Central do Pego desde a chegada do carv o Central at produ o de energia no gerador No Cap tulo 5 explicada a forma como se realiza o controlo das emiss es de gases resultantes da queima do carv o enquanto o Cap tulo 6 descreve as principais caracter sticas destes O Cap tulo 7 descreve a evolu o da produ o de energia da Central desde 2005 assim como apresenta os ndices de produ es previstos pela Central at 2012 Depois de descrita a forma de produ o de energia el ctrica na Central a composi o das suas emiss es gasosas e as previs es de funcionamento at 2010 o Cap tulo 8 apresenta as tecnologias de captura que poder o
197. randes quantidades de CO de fluxos gasosos provenientes de centrais de produ o de electricidade est a dar os seus primeiros passos Para aplica o de solventes base de aminas no CCS tem se procurado melhorar o processo para aumentar a sua selectividade para o CO e foram incorporados inibidores que t m o papel de reduzir a degrada o do solvente e a corros o dos equipamentos do sistema de captura Herzog Meldon e Hatton 2009a Funcionamento do sistema de captura Geralmente a concentra o t pica das aminas em solu o de 20 30 por volume sendo o resto preenchido por gua Esta quantidade de gua ajuda a controlar a temperatura do solvente assim como a sua viscosidade e a corros o durante a absor o que exot rmica DOE NETL 2010 O princ pio b sico de captura do CO recorrendo ao uso de aminas em p s combust o pode ser descrito pelo esquema da Fig 7 6 Mariana Sardinha 64 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s O Product lt VENTGAS Washing Water Condenser Tie ve Vapbur RE Lean Amine Cooler Lean Amine ion ich Amine P2 o b Solution Lean Amine Pump Solution Spliter Fig 7 6 Esquema geral da captura do COs num processo de p s combust o baseado em aminas Adaptado de Abu Zahra et al 2007 Depois da passagem por um sistema de tratamento de gases convencional os gases de
198. rdas de gua resultantes do funcionamento das caldeiras e das turbinas O circuito de condensados faz a recolha impuls o e aquecimento da gua desde o hotwell tamb m designado por pote de condensados do condensador principal at ao tanque de alimenta o N O circuito de gua de alimenta o que vai desde o tanque de alimenta o at entrada do economizador tem a fun o de recircular a gua necess ria caldeira para produ o de vapor Torre de capta o Reservat rio de Tanque de Circuito de Tanque de i 1 gt gt ITA m z m Hotwell i z gua industrial compensa o condensados alimenta o Circuito de gua de alimenta o y Economizador Fig 4 20 Circuito de gua 4 4 1 Circuito de Condensados Para fazer o aquecimento da gua desde o hotwell at ao tanque de gua de alimenta o recorre se ao aproveitamento do vapor seco das extrac es feitas s turbinas de baixa e m dia press o por quatro pr aquecedores de baixa press o que fazem parte do sistema Mariana Sardinha 39 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s A gua de alimenta o obrigada a passar sequencialmente pelos pr aquecedores de baixa press o BP1 BP2 BP3 e BP4 Os pr aquecedores de baixa press o s o permutadores de calor por superf cie cujas
199. refor ar o sistema electroprodutor com meios complementares de produ o que permitam a cada momento assegurar o equil brio entre a oferta e a procura Para fazer face a esta problem tica est prevista a implementa o de um conjunto de medidas diversas quer do lado da procura quer do lado da oferta que podem contribuir para evitar limita es produ o renov vel nos per odos de vazio investimentos em equipamentos revers veis nas barragens capacidade de bombagem de 3266 MW at 2020 obrigatoriedade de realiza o de investimentos por parte dos produtores e licos no sentido de aumentar a estabiliza o do sistema el ctrico PNAER 2010 o refor o das interliga es com Espanha que permitir a exporta o de energia renov vel em excesso a promo o de ve culos el ctricos e as redes inteligentes Com o uso de equipamentos revers veis nas barragens existe a possibilidade de bombeamento da gua para um reservat rio a montante a qual ser turbinada mais tarde quando as necessidades forem maiores e ou a produ o e lica for menor e assim os aproveitamentos revers veis operar o como acumuladores de energia De um modo simplificado nos per odos de produ o acima da procura poderemos dizer que a energia do vento aproveitada e transformada em energia potencial que mais tarde ira ser turbinada pela barragem Segundo a Resolu o do Conselho de Ministros n 20 2009 de 20 de Fevereiro que aprova o Programa para
200. ress o parcial de CO Actualmente n o s o considerados competitivos para o CCS porque teriam que se usar quantidades significativas de solvente e n o se atingiria mais que 90 de captura Mistos Os solventes mistos associam um solvente qu mico e um solvente f sico N o s o usados para a escala de captura do CCS pretendida O CO n o apresenta press o parcial suficientemente grande para que este m todo de captura tenha sucesso assim como a temperatura dos gases de combust o demasiado elevada a quantidade de CO recuperado por esta t cnica tanto maior quanto menor a temperatura dos gases e maior a press o parcial do g s a capturar Os materiais actualmente dispon veis para realizar esta separa o n o s o suficientemente eficazes sendo at mais selectivos para capturar a gua e o azoto presente nos gases e as necessidades energ ticas s o compar veis s da absor o por solventes qu micos Est o em desenvolvimento outros compostos que a longo prazo poder o ser eficazes para a captura do CO por adsor o os MOF Metal Organic Frameworks mas actualmente esta n o uma t cnica suficientemente desenvolvida para aplica o a curto m dio prazo Uma vez que a separa o depende principalmente da press o parcial e da concentra o do CO nos gases de combust o os baixos valores apresentados destes dois par metros dificulta esta tarefa pela Membranas pouca for a para que a separa o a
201. roveniente do absorsor pois quanto maior temperatura este apresentar entrada do stripper menor ser a penaliza o energ tica para desencadear a reac o qu mica de desabsor o do CO no stripper H Herzog 2009a Bailey e Feron 2005 Fisher et al 2005 No stripper 3 o aumento de temperatura conseguido gra as ao reboiler que mant m as condi es ideais de calor atrav s da extrac o de vapor central induz a regenera o do solvente a 100 140 C Korkmaz Oeljeklaus e G rner 2009 Como consequ ncia liberta se um fluxo de CO a cerca de 120 C e press es n o muito maiores do que a press o atmosf rica Korkmaz Oeljeklaus e G rner 2009 Mariana Sardinha 65 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s O fluxo de CO dirige se no sentido ascendente da coluna passando pelo condensador estrutura onde arrefecido e desumidificado at cerca de 40 C e deixa a coluna de desabsor o pelo topo para ser comprimido at cerca de 100 bar e transportado para os locais de armazenamento Korkmaz Oeljeklaus e G rner 2009 O solvente j regenerado b encaminhado novamente para o absorsor 1 para ser reutilizado saindo do stripper pela base e conduzido para o permutador de calor 2 onde se cruza com o solvente rico em CO c de forma a haver a troca de calor j mencionada entre o solvente pobre em CO b e o solvente rico em CO c A utiliza o c
202. s Science and Technology Rev IFP 2005 475 484 E ON 2010 http www eon com en downloads 090910 US CCSO9 kompl pdf acedido em 27 de Agosto de 2010 ERSE RELAT RIO ANUAL PARA A COMISS O EUROPEIA Julho 2010 Entidade Reguladora para os Servi os Energ ticos 2010 Estanqueiro Ana Folhas da Cadeira de Redes de Energia El ctricas do Curso de Mestrado Integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente FCUL 2008 EU EU Trends to 2030 Update 2009 European Union 2010 Feron P Progress in post combustion capture European CO2 Capture and Storage conference towards zero emissions power plants Brussels 13 15 April 2005b Feron P H M The potential for improvement of the energy performance of pulverized coal fired power stations with post combustion capture of carbon dioxide Energy Procedia 2009 1067 1074 Feron P H M e C A Hendriks CO2 Capture Process Principles and Costs Oil amp Gas Science and Technology Vol 60 2005a 451 459 Figueroa J D T Fout S Plasynski H Mcllvried e R D Srivastava Advances in CO2 capture technology the U S Department of Energy s carbon sequestration program Journal of Greenhouse Gas Control 2008 9 20 Fisher K S C Beitler J D Figueroa M Jassim G Rochelle e C Rueter Integrating MEA Regeneration with CO2 Compression to Reduce CO2 Capture Costs Fourth Annual Conference on Carbon Capture and Sequstration May 2 5 Washington
203. s neste tipo de combust o assim como as maiores concentra es de CO no fluxo gasoso obtido relativamente a uma combust o convencional s o factores que podiam contribuir para o sucesso desta tecnologia No entanto enquanto a separa o do O se fizer em unidades de separa o do ar esta tecnologia fica muito cara devido s grandes necessidades energ ticas desta unidade Figueroa et al 2008 A optimiza o e integra o da ASU na central contribuiriam para um grande passo na optimiza o energ tica da central pois o modo como se obt m o O puro actualmente a principal quest o que pode contribuir para aumentar significativamente a competitividade da oxi combust o comparativamente p s combust o Em Setembro de 2008 a Vattenfall come ou a operar uma central piloto de captura de CO por oxi combust o de 30 MW em Schwarze Pumpe na Alemanha Esta unidade piloto vai contribuir com dados fundamentais para continuar o desenvolvimento desta tecnologia A empresa prev ainda que para uma central de captura de grande escala o custo da oxi combustao rondar os 40 tonelada de CO capturado H Herzog 2009a A tabela seguinte pretende resumir os aspectos mais importantes da captura por oxi combustao Tabela 7 8 Vantagens e desafios da oxi combust o Vantagens Desafios Os produtos da combust o s o formados maioritariamente por Redu o dos custos da produ o de O CO e HO que s o facilmente separaveis C
204. s projectos de constru o dos 8 novos grupos de centrais a g s de ciclo combinado CCGT combined cycle g s turbine que se encontram licenciados e da informa o mais recente sobre as inten es de investimento pelos produtores REN 2008 De acordo com o Relat rio sobre seguran a do abastecimento ao n vel da produ o de electricidade para o per odo de 2009 a 2020 REN 2008 a evolu o expect vel do sistema electroprodutor em regime ordin rio no per odo 2009 2013 e at 2020 descrita na Fig 2 24 6000 27000 5000 22500 3 E o 4000 18000 3 2 a 3000 13500 z 3 gt z a 2000 9000 8 al 3 E 1000 L 4500 E z 5 y J z 0 0 E A 5 1000 L 4500 2 5 ao 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2019 2020 ZO mm G s Natural Carv o CCS EEE Hdrica Refor os Pot E Hidrica Novos Aprov SEPRE mm Fuel leo mm Gas leo mM Carv o Capacidade total instalada Fig 2 24 Cen rios de evolu o da pot ncia instalada em Portugal at 2020 REN 2008 O gr fico da Fig 2 25 foi feito com base em v rios pressupostos REN 2008 O cen rio de evolu o da Produ o em Regime Especial PRE traduz a melhor estimativa que no momento se pode fazer do crescimento da PRE Na sua elabora o foi tida em conta a evolu o verificada em 2007 e as metas definidas pelo Governo Admitiu se que a partir do final de 2014 poder ser instalada uma central
205. saad adsnasanadasaccandieds 29 4 1 PNT Se A C AON CUI aar 29 42 Do Parque de Carv o a Entrada da Caldeira sissien e a E RA 32 4 2 1 DISLCINANIO Ai CCUG IAC ORE Si cascas pancada nana aca da Rca ad Aa RA A A A A E 34 4 3 COn ae aC dC eee Dee nn een en a A me ene A A A ener a mr r ete mre meer tnt 35 4 3 1 Prode OEN p OF acai nad nn E 36 4 3 2 Famos cP recipitadOr PCCIEOS AICO asas asss asas aieu aetna ier ns aa adie SS a aa a E 38 Vil 4 4 1 Circuito de CondensadoS sandra SEDE 39 4 4 2 Circuito de gua de Alimentaclo ccccsssssscssscecesssceccsscecesssceccsevececssseacensscsavsseaees 40 4 4 3 Asua de RC Er CO eee oe re ne a eR 41 4 5 Conde AC OR raias datas la here ORE AS nha insane OS AO O ARO ROS acs RS OSS A RS O aa 42 O OMS a aadncneuaedeeaduaaseandes oseundscace acca 43 4 6 1 Turbina de Ala PressdoO asics tebds ncschods noduhede ncdasebe ncdnsubencdesatcndbansecncdus conachunedeactoncddeossauans 43 4 6 2 Pit ata de Media Press Osa tees cates O 44 4 6 3 Turbinas de Baixa PRESS O aiii da heel el eee 44 T AMVC TIAAC OF a aaa E 45 AS Controloda cnital sida RA e ea aa 46 4 9 Controlo de Emiss es Gasosas na Central Termoel ctrica do Pego cccceeccccseeeceneeeeeneees 47 4 10 Redu o do Teor em xidos de Azoto NOx ccccccccssssscessesscesscescessceseesseeseessceseesecessesenseenes 48 Al Reduc o de ParicUIAS iss artosovtes ass nega DUO A EEEN 48 4 12 Redu o do Teor em Di xido de Enxofre SOo ccc eccccc
206. situados nas paredes exteriores da caldeira passando depois pelos pain is de vaporiza o situados no interior desta onde vai sendo aquecida at voltar novamente ao barrilete agora sob a forma de vapor A mistura gua vapor que chega ao barrilete proveniente dos pain is de vaporiza o tem de passar por uma s rie de estruturas como o separador prim rio helicoidal o separador secund rio e um secador que t m como fun o garantir que o vapor entregue turbina n o apresente got culas de gua Depois de no barrilete se fazer a separa o de fases e a secagem do vapor o g s orientado para v rios sobreaquecedores que v o aumentar ainda mais a temperatura deste que numa ltima fase ira ser expandido na turbina Os sobreaquecedores situados em diferentes pontos da caldeira t m um papel importante na performance e tempo de vida das turbinas pois o aumento da temperatura do vapor permite evitar a condensa o de got culas de gua que poderiam fomentar o atrito destas com o metal constituinte das Mariana Sardinha 36 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s turbinas para al m de tamb m se conseguir aumentar o rendimento t rmico do grupo pelo aumento da temperatura de entrada deste nas turbinas O sobreaquecedor prim rio situado na c mara de convec o recebe o vapor vindo do barrilete e aquece o at aos 403 C De seguida o vapor passa pelo sobrea
207. spanholas E uma vez a pagar por isso valer a pena n o investir na tecnologia pelo aumento de custos da electricidade produzida mas pagar na mesma esse aumento resultante da energia vinda de Espanha A implementa o do MIBEL em 1 de Julho de 2007 levou ao aumento das transac es de energia el ctrica entre os dois pa ses contribuindo para que o saldo importador e exportador seja cada vez mais significativo Numa altura em que a energia produzida em Portugal escoada para o mercado Ib rico de Energia e vice versa valer a pena continuar a falar de saldo importador A produ o vai ser escala da pen nsula ib rica A Gest o da rede ter que ser integrada num contexto Portugu s e Espanhol A incorpora o cada vez maior das energias renov veis no mix energ tico contribui para atingir as metas de redu o de emiss es e para a seguran a do abastecimento energ tico pela diversifica o do mix energ tico mas causa alguns problemas de gest o de rede que se prendem com a sua imprevisibilidade Neste sentido a instala o de barragens dotadas de reversibilidade previstas no PNBEPH e a incorpora o de carros el ctricos e de smart grids v o contribuir para o equil brio do sistema electroprodutor A competitividade dos pre os do carv o relativamente ao g s natural pode contribuir para que n o se abandone t o rapidamente a produ o de electricidade a partir de centrais a carv o Na Fig 11 2 podemos ver uma ev
208. sporte S 20 Transporte S ctricida 23 e calor 21 Electricidad ee calor 41 utros Ind stri 16 Ind stria 27 Residencial 10 20 Residencial Outros 6 10 outros inclui servi os publicos comerciais agricultura silvicultura pesca outras ind strias sem ser para produ o de electricidade e calor e outras emiss es n o especificadas Fig 2 8 Emiss es mundiais de CO por sector adaptado de IEA 2009b Um dado importante a reter da Fig 2 8 b que a fatia correspondente ao sector dos transportes e da electricidade j representa mais de metade 64 das emiss es totais em 2007 e a previs o de que Mariana Sardinha 7 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s esta percentagem continue a aumentar pelas raz es referidas anteriormente de aumento das necessidades de energia el ctrica nos pa ses em desenvolvimento Desde os anos 70 o combust vel mais usado para produ o de electricidade a n vel mundial o carv o E a o n7 jas 4 mas a contribui o das outras fontes prim rias no mix energ tico tem vindo a variar O petr leo a segunda fonte energ tica mais usada nos anos 70 foi sendo substitu do pelo g s natural ao longo dos anos Produ o de Electricidade 1973 a Produ o de electricidade 2007 b Outros Outros H dri 1 H drica 3 o 15 21 Carv o 38 Nuclear Carv o Nuclear
209. ta uma boa performance da central a menos que se recorra produ o de vapor a partir de outra fonte Ee Modifica es pequenas necessidade de electricidade extra para fazer funcionar bombas e Auxiliares el ctricos vento nhas Modifica es significativas a instala o de bombas ventoinhas sistema para comprimir e Balan o da central secar o CO Como evidenciado na Tabela 7 10 o retrofitting de centrais com captura do CO por p s combust o n o acarreta grandes barreiras t cnicas Estes sistemas t m ainda a vantagem de oferecer flexibilidade na medida em que se a unidade de captura deixar de funcionar por qualquer raz o a produ o de electricidade pode continuar a decorrer sem preju zo para a energia entregue rede uma vez que s o sistemas independentes J o mesmo n o acontece na captura por oxi combustao devido integra o da unidade de captura com a Central podendo a prejudicar neste aspecto Herzog et al 2009 A distribui o da energia gasta num sistema de p s combust o segundo H Herzog 2009b est evidenciada na Fig 7 13 P s combust o m Perdas energ ticas relacionadas com a extrac o de vapor m Energia para bombas e ventoinhas m Energia para compress o do CO2 Fig 7 13 Adaptado de H Herzog 2009b J um sistema de captura por oxi combust o apresenta outras caracter sticas para realiza o de retrofitting Tabela 7 11 Tabela 7 11 Modifica es que a Ce
210. te constantes e prop cias ao seu desenvolvimento ap s o processo de condensa o Para evitar estas situa es recorre se a duas t cnicas de limpeza dos tubulares a limpeza qu mica atrav s de injec o de cloro e a limpeza mec nica atrav s da injec o de bolas de borracha esponjosa com di metro ligeiramente superior ao di metro interno dos tubos misturadas na gua de circula o que ao percorrerem os tubos possibilitam a remo o de eventuais incrusta es 4 6 Turbinas As turbinas t m a fun o de transformar a energia do vapor em energia mec nica que transmitida ao gerador se transforma em energia el ctrica Cada grupo constitu do por quatro turbinas uma de alta press o uma de m dia press o e duas de baixa press o todas colocadas sobre 0 mesmo veio e a este associado um alternador que converte a energia mec nica em energia el ctrica produzida a 18kV que depois transformada em 400 kV por um transformador principal com a pot ncia nominal de 340 MVA l Turbina de alta press o 2 Turbina de media press o 3 Turbina de baixa press o 4 Alternador Fig 4 26 Esquema das turbinas e do alternador 4 6 1 Turbina de Alta Press o A turbina de alta press o TAP do tipo ac o reac o e de fluxo simples o vapor expande se ao longo da turbina num s sentido produzindo energia mec nica devido s expans es de vapor sobreaquecido ao longo das suas p s fixas e m veis A entra
211. tida vai se fazer uma an lise simples do pre o a pagar por estas emiss es a partir de 2013 altura em que o sector de produ o de energia el ctrica ter que adquirir a maioria das licen as de emiss o de CO em leil o ao contr rio do que acontece actualmente onde as licen as s o atribu das s instala es industriais gratuitamente UE 2010b Segundo o Point Carbon Point Carbon 2010a o pre o das emiss es de CO no Com rcio Europeu de Licen as de Emiss o CELE nos ltimos meses Setembro e Outubro de 2010 tem variado entre os 13 e os 15 por tonelada de CO emitido No entanto entre 2004 e 2009 os valores da transac o destas licen as j registaram pre os mais altos e mais baixos principalmente na primeira fase do CELE 2005 e 2007 Point Carbon 2010b Para 2020 este organismo prev que o valor das emiss es seja de 31 por tonelada de CO emitido Assim os dois valores que se v o utilizar na constru o dos cen rios ser o 15 ton CO2 um valor que pode ser representativo do custo por tonelada de CO emitido nos ltimos meses e o valor expect vel para 2020 do pre o por tonelada de CO emitido de 31 ton CO Point Carbon 2010b Partindo das estimativas de emiss es de CO feitas pela Tejo Energia para os tr s regimes de utiliza o Fig 10 1 construiu se a Tabela 10 2 que assume pre o de 70 por tonelada de CO capturado valor dentro do intervalo de custos apresentados no Cap tulo 12 Tabe
212. tidos entre as outras reas mencionadas Em Junho de 2009 foi tamb m aprovada a Directiva 2009 31 CE sobre o armazenamento geol gico de CO reconhecendo que o CCS dever fazer parte do portfolio para atenuar as altera es clim ticas e estabelecendo um enquadramento legal para o armazenamento geol gico ambientalmente seguro do CO Actualmente a directiva est a ser transposta para os estados membros 2 6 Estrat gia Nacional para a Energia A 15 de Abril de 2010 foi aprovada atrav s da Resolu o do Conselho de Ministros n 29 2010 RCM 29 2010 a Estrat gia Nacional para a Energia ENE2020 que substituiu a anterior RCM n 169 2005 e tem como objectivos a redu o da depend ncia energ tica do pa s face ao exterior para 74 em 2020 a garantia do cumprimento dos compromissos de combate s altera es clim ticas de modo a que em 2020 60 da electricidade produzida tenha origem em fontes renov veis a cria o de riqueza e a consolida o de um cluster energ tico no sector das renov veis e da efici ncia energ tica a promo o de redu o das emiss es de CO a cria o at 2012 de um fundo de equil brio tarif rio que minimize as varia es das tarifas de electricidade beneficiando os consumidores e criando um quadro de sustentabilidade econ mica que suporte o crescimento a longo prazo da utiliza o das energias renov veis As metas para cada uma das tecnologias de energia re
213. tiliza o de ze litos A obten o de O poder ser feita por adsor o baseando se na selectividade que alguns materiais t m para adsorver preferencialmente o azoto como por exemplo os ze litos que s o minerais microporosos de aluminosilicatos que adsorvem preferencialmente as mol culas de azoto O princ pio de funcionamento simples num recipiente o fluxo de ar pressurizado atravessa uma camada com estes compostos e o azoto fica retido obtendo se um fluxo de O Para regenerar a camada e continuar o processo de adsor o promove se o aumento da temperatura no recipiente ou reduz se a press o da camada que afectar o equil brio do zeolite para adsorver o azoto Membranas A utiliza o de membranas outra t cnica promissora para separa o de O pois aproveita a diferen a da velocidade de difus o do oxig nio e do azoto para atravessarem a membrana A natureza electroqu mica do processo promovido por este tipo de membranas faz com que o fluxo de oxig nio obtido seja maior mas no entanto n o deixa de ser uma t cnica muito consumidora de energia devido as altas temperaturas necess rias para fazer desencadear a passagem dos 10es oxig nio pela membrana Anheden Jinying e De Smedt 2005 Uma vantagem relevante a redu o significativa da energia gasta na produ o de O relativamente ao m todo de separa o criog nica sendo que este m todo o que melhor capacidade poder ter para substituir as un
214. tricidade produzida com um sistema de captura do CO e como era de esperar existe um aumento destes relativamente a uma central sem sistema de captura Nota se ainda que uma central mais eficiente tem um menor aumento dos custos com a electricidade produzida relativamente a centrais mais antigas por exemplo uma central SubC com captura por aminas tem um aumento nos custos da electricidade na ordem dos 3 52 cents kWh enquanto uma central SC o ter na ordem dos 2 65 cents kWh A captura do CO recorrendo s aminas desenvolvida por v rias empresas e de uma forma geral poder se dizer que uma tecnologia sobejamente conhecida podendo at considerar se que a t cnica de absor o qu mica do CO melhor posicionada para ser implementada a curto prazo escala comercial devido aos in meros projectos de demonstra o que est o a ser desenvolvidos um pouco por todo o mundo A investiga o de outros solventes menos intensivos energeticamente est a acontecer Um desses exemplos a captura atrav s de solventes base de am nia explicados no ponto seguinte b Captura de CO por solventes base amonia A captura do CO por um solvente base de amonia outra t cnica para capturar o CO que tamb m poder ser aplicada a curto prazo em instala es industriais As solu es base de am nia oferecem a vantagem de absorver o CO num processo menos corrosivo e mais est vel sendo no entanto fundamental evitar a sua li
215. tual de 450 ppm Caso a temperatura aumente mais de 2 C prev em se efeitos devastadores no nosso planeta com a ocorr ncia de epis dios clim ticos extremos que ter o consequ ncias em todas as esp cies IEA 2008a Dado que os combust veis f sseis continuar o a desempenhar um papel central na produ o de energia durante a primeira metade do s culo XXI principalmente o g s natural e o carv o torna se necess rio implementar pol ticas e desenvolver novas tecnologias que permitam reduzir as emiss es de GEE para a atmosfera evitando as altera es clim ticas entre elas o aumento da temperatura da terra em certas zonas do globo A tecnologia CCS assume um papel preponderante na diminui o das emiss es de GEE para a atmosfera uma vez que permite diminuir as emiss es de CO atrav s da sua captura nas instala es industriais transporte e armazenamento em profundidade para locais apropriados e ao mesmo tempo fazer face s necessidades energ ticas mundiais crescentes pela conjuga o entre a produ o de energia por fontes f sseis e a mitiga o dos efeitos que esta produ o tem para o ambiente No Special Report on Carbon Capture and Storage publicado em 2005 o IPCC reconhece que a tecnologia CCS tem potencial para mitigar os efeitos das altera es clim ticas alertando para o facto de que apostar apenas noutras formas de diminuir as emiss es ser muito mais dispendioso para atingir as redu es necess rias IPC
216. ture Efficiency increse Fig 7 19 Efeito do sistema de captura por oxi combustao na efici ncia da central Adaptado de MIT 2007 Segundo a mesma publica o MIT 2007 a performance de um sistema de 90 de captura por aminas numa central sub critica de 500 MWe pode ver se na Tabela 7 15 Tabela 7 15 Valores de refer ncia Adaptado de MIT 2007 Custos do CO evitado to 3 J a publica o CO capture ready coal power plants DOE NETL 2008 analisa os custos inerentes aplica o de um sistema de 90 de captura por aminas numa central existente a carv o de 550 MW com uma efici ncia de 39 1 Na tabela Tabela 7 16 pode se ver um resumo dos resultados Tabela 7 16 DOE NETL 2008 po Sem captura Com 90 de captura Aminas Efici ncia HHV 34 3 25 1 CO emitido kg MWh Custo do CO capturado Ston OT Custos do CO evitado ton 10 O Todos os estudos aqui apresentados no geral apontam para uma diminui o significativa do CO emitido mas com redu o da efici ncia da central original a rondar os 10 J os custos do CO por tonelada de CO capturado variam entre os 41 e os 103 ton 2 USD Mariana Sardinha 83 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s 7 5 1 Oxi Combust o ou P s Combust o na Central do Pego De um modo geral a queima do combust vel na presen a de O2 CO conduz produ o de CO com elevado
217. ue embora lentas t m respostas na ordem de 30 minutos a algumas horas se estiveram a funcionar normalmente isto se n o estiverem em situa es de arranque Estanqueiro 2008 Mariana Sardinha 18 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s A classifica o das centrais quanto ao modo de opera o feita segundo o seu funcionamento em 13 14 15 horas de vazio de cheia ou de ponta Estanqueiro 2008 as centrais que operam em horas de vazio tendem a ser unidades de grande dimensao com custos de opera o baixos como as termoel ctricas Recentemente a esse tipo tem que se juntar todas as centrais renov veis as centrais de resposta aos per odos de cheia s o aquelas projectadas para fazer face a varia es de carga di rias tendo efici ncias mais baixas que as centrais de base as centrais usadas em horas de ponta funcionam uma pequena parte do tempo do dia m s ou ano e fazem face s necessidades de consumo nas situa es de carga m ximas Em Portugal estas centrais s o normalmente as h dricas de albufeira embora se possa recorrer a centrais de ciclo combinado Antes do grande desenvolvimento da produ o de electricidade a partir de energias renov veis em Portugal principalmente da energia e lica as centrais t rmicas asseguravam toda a produ o de base devido menor flexibilidade de funcionamento uma vez que devem operar de forma mais
218. ue este reservat rio permita reter o CO por gt 1000 anos GHG R amp D Programme 2007 A par da injec o do CO tamb m est a acontecer a monitoriza o do armazenamento e os dados referentes a este projectos contribuem para aumentar o conhecimento e sustentar a fiabilidade do armazenamento em aqu feros salinos Em 2000 foi lan ado o projecto Weyburn no Canad que o mais completo projecto nesta rea incluindo a captura o transporte atrav s de um gasoduto que liga os EUA e o Canad com cerca de 330 km e o armazenamento geol gico anual de um milh o de toneladas de CO provenientes de uma central de gasifica o nos EUA O CO injectado contribui para actividades de EOR significando uma produ o acrescida de 1300 milh es de barris de petr leo por ano BRGM 2007 Desde 2004 que em In salah na Arg lia s o injectadas anualmente um milh o de toneladas de CO num aquifero salino associadas produ o de g s natural num cons rcio entre a BP Sonatrach e Statoil O teor de CO excessivo resultante da extrac o do g s natural neste campo separado para depois ser comprimido e infectado no mesmo local Statoil 2010 Mariana Sardinha 90 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s 9 Custos do CCS Uma vez que o CCS ainda n o uma tecnologia aplicada em condi es reais no tratamento de um grande volume de gases a estimativa dos custos n o
219. ue o EOR um impulsionador para o CCS por trazer benef cios econ micos que podem contribuir para a diminui o de custos relacionados com a captura Os custos relacionados com a produ o da energia el ctrica consoante as fontes tamb m s o um facto importante a ter em conta uma vez que o carv o mais barato do que os restantes combust veis f sseis Resta clarificar se no actual contexto econ mico sustent vel continuar a pagar pelas energias renov veis que s o altamente subsidiadas pelo estado portugu s As tarifas m dias indicativas das energias renov veis com mais express o para produ o de energia est o indicadas na Tabela 11 1 Tabela 11 1 Tarifas m dias indicativas Energias Renov veis PNAER 2010 Tarifas m dias indicativas Energias Renov veis 74 15 MWh H drica at 10 MW 75 77 MWh Fotovoltaico gt 5KW 310 317 MWh Solar t rmico lt 10 MW 267 273 MWh Mariana Sardinha 100 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Tarifas m dias indicativas Energias Renov veis 107 109 MWh 102 104 MWh Outra questao importante prende se com o facto de Espanha ter nos seus planos implementar projectos de CCS Numa altura em que a energia produzida tento em Portugal como em Espanha circulam no MIBEL ser que Portugal n o vai pagar pelo aumento dos custos de produ o associados energia produzida nas centrais e
220. ugu s ii Viabilidade de efectuar o retrofitting da Central do Pego isto a adapta o da Central e dos seus equipamentos e espa os comparando as alternativas existentes do ponto de vista t cnico e econ mico J os estudos referentes ao transporte v o incidir sobre 1 Alternativas de transporte do CO nomeadamente atrav s de pipelines de transporte rodovi rio ou ferrovi rio em termos de viabilidade econ mica e de operacionalidade e seguran a do sistema ii Estudo das implica es em termos de ocupa o de solo da eventual constru o de pipelines ou de outras estruturas dedicadas ao transporte do CO e defini o dos corredores mais favor veis para a implementa o desse sistema de transporte Os estudos referentes ao armazenamento geol gico do CO v o ter como ponto de partida os locais e forma es geol gicas identificados no estudo efectuado em 2007 pelo INETI Machado et al 2007 Embora se presuma que existam algumas zonas com potencial para armazenamento nacional on shore a algumas dezenas de quil metros da Central do Pego importa considerar a possibilidade da exist ncia de zonas de sequestro no off shore nacional A dura o desta primeira fase do projecto de 12 meses e caso se conclua pela viabilidade desta op o tecnol gica para a Central do Pego deste projecto resultar a indica o da tecnologia de captura mais favor vel a caracteriza o das altera es t cnicas a implementar na Ce
221. umentar O carv o ser o combust vel que ter maior crescimento neste per odo devido import ncia que representa para a economia chinesa que est em grande expans o e tamb m pelo facto ser uma fonte energ tica barata fi vel e dispon vel em muitas partes do globo Dos pa ses da OCDE fazem parte Alemanha ustria Austr lia B lgica Canad Coreia Dinamarca Espanha Eslov quia Estados Unidos Finl ndia Fran a Gr cia Holanda Hungria Irlanda Isl ndia It lia Jap o Luxemburgo M xico Noruega Nova Zel ndia Pol nia Portugal Reino Unido Rep blica Checa Su cia Su a e Turquia International Energy Agency IEA em portug s Ag ncia Internacional da Energia AIE um organismo que foi estabelecido em Novembro 1974 no mbito da Organiza o para a Coopera o e Desenvolvimento Econ mico OCDE para implementar um programa internacional para a energia ppm partes por milh o gt Medida usada para comparar as emiss es de v rios GEE baseando se no seu potencial de aquecimento global Mariana Sardinha 4 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Na Fig 2 3 pode se observar se a evolu o e reparti o da procura de energia prim ria segundo o Cen rio de Refer ncia do WEO at 2030 Other renewables Mtoe Biomass Hydro Nuclear Gas Oil Coal WEO 2008 total 1980 1990 2000 2010 2020 2030 Fig 2 3 Procura
222. utas dear Fig 4 12 Entrada de ar no queimador Fig 4 13 Queimador O sistema principal da queima constitu do pelos queimadores o under fire e o over fire sendo que por grupo existem quatro linhas de queima cada uma constitu da por um silo um alimentador de carv o um moinho e quatro queimadores de carv o Sendo assim cada caldeira tem 16 queimadores distribu dos por quatro n veis que t m o papel de ejectar e queimar a mistura ar combust vel na c mara de combust o regulados para que a queima se fa a o melhor poss vel dentro da c mara de combust o Cada queimador tem canas de dispers o de combust vel independentes e adequadas aos tr s tipos de combust vel e s o regulados de modo que a queima se fa a o mais poss vel dentro da c mara de combust o Mariana Sardinha 34 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s Num arranque a frio o in cio da reac o dado pela igni o do propano atrav s de uma descarga el ctrica de 6 kV criando uma chama que por sua vez provoca a igni o do fuel leo que provoca a igni o do carv o O propano introduzido na c mara de combust o pelos queimadores e n o requer nenhum cuidado em especial ao contr rio do fuel leo que necessita de ser aquecido previamente pois requer condi es de temperatura e viscosidade espec ficas Depois de alcan adas as temperaturas necess rias queima pode dar se in cio
223. vez mais se tenda a desactivar as centrais a carv o e substitu las por centrais a g s natural menos poluentes TEA 2009b O mix energ tico a distribui o percentual das fontes de energia prim ria na produ o da energia el ctrica Mariana Sardinha 8 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s 2 4 A Problem tica das Altera es Clim ticas e o Potencial do CCS O carbono entra na atmosfera a partir de v rias fontes naturais nomeadamente pela respira o pela combust o por processos industriais e pela actividade vulc nica sendo removido nos oceanos o maior reservat rio de fixa o de carbono natural nas plantas e microrganismos e pela forma o de dep sitos a base de carbono S I Plasynski et al 2009 Durante muitos anos este equil brio foi mantido uma vez que o CO que se formava era removido pelos mecanismos naturais referidos sendo as concentra es deste g s na atmosfera de cerca de 280 ppm Contudo desde a revolu o industrial os n veis de CO t m vindo a aumentar e a influenciar este equil brio S I Plasynski et al 2009 Em 2007 o IPCC alertou para o facto de o aquecimento do clima ser inequ voco e provocado pelas actividades antropog nicas chamando aten o para o facto de que a temperatura m dia global na terra subir entre 2 4 C e 6 4 C a menos que estabilizemos as concentra es de CO equivalente na atmosfera no seu n vel ac
224. zer funcionar o sistema de compress o e os restantes componentes da unidade pode significar uma redu o no output energ tico de 25 para uma central com 90 de captura H Herzog 2009a Uma outra forma de poupar energia utilizada na captura dotar a coluna de regenera o com compressores nos v rios est gios por onde passa o fluxo gasoso que v o fazendo o aumento progressivo da press o do CO ao longo da coluna e assim contribuir para poupan as de energia relacionadas com o sistema de compress o que pode ser de 8 4 nos custos da captura de CO pelo MEA Fisher et al 2005 A escolha da taxa de captura do CO que tipicamente se situar entre os 80 e os 95 depender principalmente das condicionantes econ micas taxas mais elevadas de recupera o do CO implicarao Mariana Sardinha 66 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do Pego no Contexto Energ tico Portugu s colunas de absor o mais altas maiores gastos energ ticos e consequente um aumento dos custos Herzog Meldon e Hatton 2009a Korkmaz Oeljeklaus e G rner 2009 Blomen 2009 A captura do CO pelo MEA tem algumas limita es significativas como a diminui o da efici ncia da central a baixa capacidade de absor o do CO por parte do MEA e as elevadas taxas de degrada o do solvente causadas pela presen a de outros componentes no fluxo gasoso a tratar que influenciarao a velocidade de reac o e absor o do MEA com o CO Por
225. zo Nos pontos seguintes apresentam se as tecnologias de p s combust o relevantes no contexto actual para aplica o a curto m dio prazo assim como uma an lise que permite tecer considera es quanto tecnologia que eventualmente se poder aplicar na Central em estudo 7 2 2 Captura do CO por Absor o Quimica Fisicamente a unidade de captura do CO posicionada ap s a passagem dos gases de combust o pelos precipitadores electrost ticos ESP pelas unidades de redu o de SO Flue Gas Desulphurisation FGD e de NOx Selective Catalytic Reduction SCR prevenindo se desta forma a passagem de contaminantes que possam interferir com o sistema de captura Fig 7 5 Bohm 2006 a ES F l l Flue gas Clean fine spei me Eds o bb l SLAC Coal scmubber sea IP A Boiler l l superheater da a seal Air HP steam Ste a turbine Sulvenl i electrical Condenser regen p O generator i A LP steam Return water Fly ash Fig 7 5 Esquema simplificado de uma central a carvao com uma unidade de pos combustao para captura de CO Bohm 2006 Na captura por absor o qu mica os gases resultantes da queima do combust vel entram em contacto em altas colunas de absor o com um solvente l quido selectivo para o CO que o dissolve e o transporta para outra coluna a de regenera o onde acontece a liberta o do fluxo de CO por ac o do aumento da temperatura H Herzog 2009
226. zog 2009a sendo que dentro deste portfolio as centrais a carv o s o as mais poluentes No mapa da Fig 2 6 est o representadas a vermelho as fontes de emiss o de CO e a azul os projectos de CCS a decorrer No total este mapa representa cerca de 8700 fontes de emiss o cerca de 53 das emiss es totais de CO no mundo e 40 das emiss es de GEE para a atmosfera Bellona 2010a Como se pode verificar a maior concentra o de emiss es na zona da ndia da China e da Am rica do Norte assim como um pouco por toda a Europa 9 Sverige I POCCHA Ee t yar Pd tr Kazakhstan 7 ia anada A k Alg ria Libya Mauritanda Mali Niger Chad sudan Nigeria Ethiopia Y 5 r Kenya DR Congo gt 4 Tanzania Panua Nev R Brasil Guinea E Brazil I Angola Bolly pa y i 4 ni Madagascar esa e South a South Australia Pacific He 2 renas Ocean do tv cean Sout i b a Africa Argentina Fig 2 6 Fontes de emiss o de CO e projectos CCS a decorrer Bellona 201 0a CCS Carbon Capture and Storage ou em portugu s Captura e Armazenamento de Di xido de Carbono Envolve a captura do di xido de carbono CO2 em instala es industriais e o seu transporte e injec o em locais geologicamente favor veis que o armazenam durante milh es de anos evitando desta forma que alcance a atmosfera Mariana Sardinha 6 Captura do CO na Central Termoel ctrica a Carv o do

Captura de CO2 na Central Termoeléctrica a Carvão do Pego no

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