Geradores a gás, uma ótima opção para geração de energia

Tradicionalmente, a escolha entre geradores a diesel ou gás tem sido relativamente simples. A capacidade energética e os custos para aplicações de grande potência tendem a favorecer ao diesel, para a geração de emergência de 150 kVA ou mais em aplicações comerciais e industriais.
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Inovações tecnológicas estão fazendo dos geradores a gás uma opção mais potente e rentável. Além disso, questões relacionadas com o armazenamento de combustível e a confiabilidade dos geradores a diesel estão se tornando um grande desafio. Mais e mais empresas procuram reduzir sua emissão de carbono e estão abertas a opções mais amigáveis ao meio ambiente.

Como resultado, os projetistas de sistemas de geração de energia de emergência, engenheiros elétricos têm atualmente mais opções com o gás do que no passado.

Grupos geradores a gás X diesel

Geradores a diesel e gás tem características a serem consideradas ao projetar uma solução de energia de emergência. A característica que mais se destaca em um gerador a gás é o tempo de operação prolongado pelo fornecimento contínuo de gás natural. A infra-estrutura de gás natural tem se provado extremamente confiável em situações de queda de energia.

Em comparação, os geradores a diesel fornecem energia de emergência em áreas remotas que não têm infra-estrutura de gás. Quando aplicado para gerar 150 ou mais kW de emergência um gerador a diesel oferece um menor custo por quilowatt de eletricidade que um gerador a gás. As tentativas de reduzir essa diferença, tais como a conversão de diesel industrial para abastecer motores só aumentam os custos para projetos de engenharia. Como resultado, os geradores a diesel tem uma vantagem de custo sobre os geradores a gás, para aplicações de grande capacidade em modo de emergência, definida como padrão no mercado tradicional.

Além disso, uma parte significativa do mercado, especialmente os segmentos de aplicações críticas de carga, tais como hospitais e centros de emergência utilizam geradores a diesel pela exigência e necessidade de se ter combustível disponível no local. Os geradores a diesel geralmente se tornam a solução preferida pela vantagem do custo operacional quando se tem combustível disponível no local.

Ambos, tanto geradores a diesel como a gás, são escolhidos em aplicações abaixo de 150 kW. Os geradores a gás são muitas vezes escolhidos para aplicações de emergência em residências e comércio de pequeno porte. Os motores utilizados nestas máquinas estão disponíveis em grandes quantidades, tornando-os extremamente rentável. O fornecimento de gás natural para estas aplicações torna-se a escolha ideal

Desafios dos geradores a diesel

Apesar de seu uso generalizado para aplicações de emergência de grande capacidade, os geradores a diesel podem ter algumas desvantagens que muitas vezes são esquecidas. Principalmente considerações como o armazenamento e confiabilidade do combustível além de questões ambientais.

Armazenamento de combustível

Não há dúvida de que a capacidade de se armazenar óleo diesel no local supre a necessidade de geração de energia de emergência para cargas críticas em áreas remotas, onde não existe infra-estrutura para o gás. No entanto, geralmente, se for armazenado por longos períodos, a poluição e a degradação do diesel são preocupações reais.

De acordo com a Exxon Mobil, o diesel pode ser armazenado por até um ano sem redução na qualidade, se mantido limpo, fresco e seco. Períodos mais longos de armazenamento exigem filtragem periódica e adição de estabilizadores de combustível e biocidas. No caso de um gerador a diesel, seria possível utilizar um único tanque com capacidade para 72 horas de funcionamento a plena carga, por cerca de 20 anos. Sem a manutenção adequada, o combustível será contaminado com água e micro-organismos.

A água entra no tanque como umidade do próprio ar que se condensa. Os aditivos absorvem a umidade do combustível, mas quando estes são saturados, a água começa a acumular-se no fundo do tanque. Se o motor for operado, pode causar perda de energia, e má lubrificação e corrosão. A água também cria um ambiente que favorece o surgimento de micro-organismos no combustível. Quando esses microrganismos entram no motor, podem entupir os filtros de combustível, resultando em perda de potência e até mesmo a parada do motor. Para minimizar estes efeitos, os tanques de combustível necessitam de um local de captação e armazenamento desta água, para a realização de uma drenagem mensal. A filtragem periódica do combustível, pode ser necessária.

Além da poluição, a degradação do combustível parece ser mais freqüente em combustíveis com baixo teor de enxofre. O processo necessário para a remoção do enxofre pode também remover alguns dos elementos que dão estabilidade ao combustível. Como o diesel envelhece, são formados finos sedimentos e piche, causados pela reação dos componentes dos motores diesel com o oxigênio. Os aditivos são úteis no tratamento de problemas de degradação de combustível quando integrados em um programa de manutenção preventiva. No entanto, em algum momento o combustível precisará ser substituído.

Em contrapartida, o gás natural é continuamente fornecido pela infra-estrutura local, de modo que o armazenamento não é um problema.

Confiança no fornecimento de combustível

O fornecimento de diesel nem sempre é simples, muitos problemas podem ocorrer, desde a dificuldade do combustível chegar ao gerador por estar em local remoto, muitas vezes sendo necessário o abastecimento com galões, a indisponibilidade de veículos de transporte, estradas interditadas e até mesmo a baixa qualidade do combustível.

Preocupações ambientais

Mais e mais empresas estão analisando como suas atividades impactam o meio ambiente. Esta é uma tendência em quase todas as áreas de negócios, e o mercado de grupos geradores não é exceção. Neste sentido, os geradores a diesel enfrentam grandes desafios. Não apenas fazer com que os motores a diesel emitam menos óxidos de nitrogênio e partículas em comparação com o gás, mas os motores a diesel também estão sendo cada vez mais controlados para minimizar o seu impacto ambiental.

Por exemplo, os motores a diesel estão sob intensa regulamentação para restringir o nível de emissões. Esta supervisão adicional aumentou o custo total dos motores a diesel e gasolina. Futuras regulamentações governamentais e comerciais, devido ao aumento das emissões de CO₂, podem causar aumento de impostos sobre os motores a diesel.

Grandes quantidades de combustível são tipicamente armazenados num tanque principal e, em seguida, transferidos para um tanque menor. Além disso, uma falha no sistema de abastecimento de combustível pode resultar no derramamento de diesel. Muitas cidades têm o sua própria legislação que abrange a contenção de combustível e suprimentos, alguns dos quais incluem contenção secundária, paredes de concreto, tubos de parede dupla, tanques a prova de fogo, requisitos especiais para o fornecimento, licenças especiais, etc .. O custo das licenças para o armazenamento de diesel também vão continuar subindo à medida que os governos locais tentarem controlar o impacto ambiental de derramamentos, odores e outros fatores.

Assim, enquanto geradores a diesel acima de 150 kVA oferecem vantagens econômicas significativas em comparação com unidades a gás semelhantes, o gerenciamento de armazenamento de combustível, confiabilidade e preocupações ambientais tendem a minimizar a diferença de custo.

Evolução tecnológica nos geradores a gás

Graças a avanços tecnológicos, os geradores a gás estão crescendo em popularidade para aplicações maiores. Estes avanços incluem a otimização da velocidade de rotação do motor (RPM), integração em paralelo e Bi-Combustível (combinação de gás e diesel). Estas tecnologias estão reduzindo a vantagem histórica do custo dos geradores a diesel contra os geradores a gás.

Otimização do RPM do motor

A tensão de saída do gerador é em função da velocidade do motor e do alternador. Para atingir 60 Hz, o rotor do alternador deve rodar a uma velocidade específica para uma determinada configuração dos polos do alternador. Cinquenta anos atrás, a maioria dos motores operava em velocidades abaixo de 900 RPM. Nos últimos 30 anos, no entanto, a velocidade do motor foi aumentada. Assim, a velocidade dos motores para geração foi alterada para 1500 a 1800 RPM.

Esta tendência tem afetado os geradores a gás em aplicações de até 150 kVA. Historicamente operado a 1800 RPM, a tecnologia atual otimiza os motores automotivos para operar em 2300, 3000 e 3600 RPM. Alguns fabricantes utilizam uma caixa de redução simples entre motor e alternador de quatro polos para obter o melhor rendimento mecânico / elétrico dos equipamentos.

Aumentar a velocidade dos motores proporcionam muitas vantagens, incluindo melhor desempenho transitório, menos stress sobre os rolamentos do motor e aumento da densidade de potência. O gráfico abaixo ilustra o aumento associado à otimização do desempenho transitório da velocidade em RPM dos motores.

Mais importante, esta tendência significa motores mais potentes e com custos reduzidos.

Paralelismo entre geradores

É possível a utilização de geradores a gás menores, com velocidade otimizada, conectados em paralelo assim somando suas potências. Desta maneira eles são capazes de proporcionar uma alternativa eficaz em comparação com um único e grande gerador a diesel. As soluções de geração em paralelo têm oferecido vantagens significativas, incluindo redundância, escalabilidade e flexibilidade de aplicação. No entanto, a implementação destas soluções fica limitada a grandes projetos em grande parte devido às limitações do painel de controle, incluindo os custos, espaço e problemas de gerenciamento, se comparados com uma única fonte para cargas críticas. Soluções de geração paralela tradicionais também são extremamente complexas.

Um sistema típico com dois geradores tem entre nove e catorze controladores (incluindo o controlador mestre) para gerenciar a regulação de velocidade, regulação de tensão, controle de tempo, reles de proteção, etc.

Hoje em dia, os fabricantes têm mitigado o custo e complexidade por meio de um módulo microprocessado, melhorando significativamente a confiabilidade e o desempenho do sistema. Alguns têm integrado o disjuntor de proteção no skid do grupo gerador, eliminando o espaço necessário para os painéis de controle e proteção externos. Hoje em dia, três geradores a gás que operam em paralelo com 300 kVA de potência cada podem substituir um grupo gerador diesel de 1000 kVA, com um custo um pouco mais elevado, mas com o benefício adicional de redundância incorporada. Com uma unidade de 1000 kVA, se o gerador falhar a instalação irá ficar sem energia. Em uma solução paralela, no entanto, se um dos geradores de 300 kVA não funcionar, as cargas críticas serão distribuídas entre os outros dois geradores.

Geradores bi-combustível

Os geradores Bi-combustível combinam a potência e os benefícios de custos dos motores diesel com tempo de funcionamento prolongado do gás natural. Utilizando-se o motor diesel produzido em grande escala, geradores bi-combustível operam normalmente. Quando a carga é aumentada, o gás natural é adicionado à combustão enquanto o óleo diesel é reduzido. Em condições típicas de carga, os geradores Bi-combustível operam com um coeficiente de 25% de diesel e 75% de GN, sem perda de potência. Um exemplo de uma mistura de combustível de um gerador de 600 kWe é ilustrado abaixo.

Apenas um pouco mais caro do que os projetos que operam exclusivamente a diesel, geradores Bi-combustível oferecem várias vantagens importantes. Por um lado, o menor custo de operação de um motor de ignição por compressão, embora com muitas das vantagens do gás preservadas, tais como a melhoria do perfil de emissão.

O tempo de funcionamento é ampliado devido à redução do consumo de óleo diesel. Isto pode ser muito importante, uma vez que pode ser difícil reabastecer o grupo gerador. Você também pode instalar tanques menores de óleo diesel porque o gás natural é o combustível predominante. Com tanques de combustível menores, reduzindo significativamente o risco de contaminação de combustível e custos de manutenção.

Finalmente a redundância de combustível está incluída no sistema. Se a alimentação de gás natural, for interrompida por qualquer razão, ou se houver uma falha no sistema de fornecimento, os controles retornam automaticamente para 100% do funcionamento à óleo diesel sem interrupções.

Emissões de CO2

Para avaliar a situação ambiental, é importante comparar o custo do fornecimento de combustível usado em geradores a diesel e gás no local. Este é o custo total associado com o uso de combustível. Inclui outras questões, tais como custos de transporte, o preço atual do combustível e o custo por kW / h. As emissões totais de CO₂ são fundamentais para determinar o impacto ambiental. É possível quantificar todos estes pontos e considerar a análise custo / benefício em relação à escolha do combustível para o gerador.

A tabela seguinte mostra a eficiência e as comparações de CO₂ em geradores a gás e diesel.

A combinação dos custos de combustível e impacto ambiental irá gerar nas empresas mudanças importantes e mudarão a forma de escolha do grupo gerador e seu sistema de combustível. Por exemplo, um motor diesel de 100 kW é 23% menos eficiente do que um motor a gás natural (coluna J), o custo do combustível utilizado é de quase duas vezes (coluna I) e as emissões totais de CO2 são 16% maiores. além disso o custo de geração a gás natural é historicamente menor que o custo por geração a diesel.

As novas tecnologias associadas aos geradores a gás além das vantagens em termos de confiabilidade e custo do combustível, influenciam na escolha dos clientes que podem estar mais dispostos a considerar uma solução a gás natural ao invés de uma a diesel.

Resumo

Os geradores a gás estão se tornando cada vez mais atraentes para aplicações em emergência. O custo de operação e vantagens sobre a eficiência térmica dos geradores a gás natural em relação ao diesel foram mitigados pelos desafios de manutenção e confiabilidade do armazenamento do diesel por longos períodos de tempo. Além disso, uma série de recentes inovações tecnológicas na implementação de soluções a gás em aplicações de grande capacidade está permitindo que as soluções a gás sejam mais competitivas que as soluções a diesel.

Além disso, o fato dos motores à gás natural emitirem menos poluentes por terem uma queima melhor do combustível, torna os geradores a gás mais atraentes para o crescente número de empresas que procuram reduzir a emissão de carbono.

Certamente geradores com óleo diesel irão continuar a servir o mercado de energia. Geradores de gás, no entanto, são cada vez mais rentáveis.

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Este post tem 2 comentários

  1. Favor entrar em contato comigo
    Claudio dos Reis CORRÊA
    011982849907
    Quero marcar uma apresentação do grupo gerador a gás
    E grupo gerador no combustível
    Quero conhecer a linha com e sem carenagem
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