Exemplo: UTE Gás natural (Ciclo Simples CS x Ciclo Combinado CC)
- Potência instalada (100 MW); FC (20% CS; 50% CC);
- Composição de gás natural majoritariamente de
;
- Eficiência térmica média (38% CS e 47% CC);
a) Qual a geração de energia por ano?
b) Qual a demanda de combustível por ano?
c) Qual o EROI, considerando o EROI do gás natural de 18.
a) Qual a geração de energia por ano?
b) Qual a demanda de combustível por ano?
c) Qual o EROI, considerando o EROI do gás natural de 18.
Passo 1
O enunciado fornece os seguintes dados e pede três coisas (a, b e c):
- Potência instalada:
. - Fator de capacidade (FC):
para Ciclo Simples (CS) e para Ciclo Combinado (CC). - Composição: gás natural majoritariamente
(informação qualitativa). - Eficiência térmica média:
e . - Perguntas:
(a) Qual a geração de energia por ano?
(b) Qual a demanda de combustível por ano?
(c) Qual o EROI da usina, considerando o EROI do gás natural igual a?
Observação: vamos tratar os dois cenários (CS e CC) como alternativas com a mesma potência instalada
mas com fatores de capacidade diferentes. Ou seja, calculamos geração, combustível e EROI separadamente para CS e para CC.
Passo 2
Entendendo e definindo fórmulas úteis (aula rápida e prática).
- Horas em um ano:
(365 dias × 24 h). - Geração elétrica anual (energia gerada por ano) é dada por:
onde
-
é a potência instalada (em ), -
é o fator de capacidade (número adimensional, por ex. para ), -
o produto dá energia em
(pois ). -
Eficiência térmica
é a razão entre energia elétrica produzida e energia térmica do combustível:
Logo a energia térmica de combustível necessária por ano é:
onde
e
devem ter a mesma unidade (ex.:
).
- EROI (Energy Return on Energy Invested) do sistema “usina + combustível” quando consideramos apenas o investimento energético associado à extração/fornecimento do combustível: se o gás tem
, então a energia investida upstream para obter o combustível é . Assim:
Isso implica uma fórmula simples e útil:
Explicando em palavras: o retorno energético líquido da usina é o retorno energético do combustível vezes a eficiência de conversão da usina — faz sentido físico.
Passo 3
Cálculo da geração anual para cada cenário usando a fórmula de
.
- Para Ciclo Simples (CS),
:
Calculemos:
Convertendo para
(dividindo por
):
- Para Ciclo Combinado (CC),
:
Calculemos:
Convertendo:
Passo 4
Cálculo da demanda anual de combustível (energia térmica do combustível) usando
. Vou apresentar em
, em
e em
(1
) para ficar prático na prova.
- Para CS (
):
Em
:
Em
(usar
):
- Para CC (
):
Em
:
Em
:
Observação didática: se precisar converter a energia térmica em volume de gás (m³), seria necessário o valor do poder calorífico do gás (LHV ou HHV). Como o enunciado não fornece esse valor, não fazemos essa conversão sem assumir um valor adicional.
Passo 5
Cálculo do EROI da usina a partir de
. Dado
:
- Para CS:
- Para CC:
Interpretação rápida: um
de
significa que, considerando apenas o investimento energético para obter o gás, para cada 1 unidade de energia investida upstream se obtêm
unidades de energia elétrica líquida produzida na usina.
Resposta
(a) Geração anual — Ciclo Simples:
; Ciclo Combinado:
.
(b) Demanda de combustível anual — Ciclo Simples:
(
); Ciclo Combinado:
(
).
(c) EROI (considerando
) — Ciclo Simples:
; Ciclo Combinado:
.