Avaliação do ciclo de vida da geração de electricidade numa central termoelétrica a carvão convertida para biomassa florestal

Abstract

Devido à necessidade de reduzir as emissões de gases de efeito de estufa, em linha com o cumprimento das metas estabelecidas pela União Europeia, é necessário explorar opções para a geração de eletricidade com base em fontes renováveis. Em Portugal, está previsto que as duas centrais termoelétricas de geração de eletricidade a partir de carvão sejam descomissionadas até 2030. Em particular, a conversão da central do Pego para operar a biomassa está a ser equacionada. Esta dissertação tem como objetivo principal avaliar os impactes ambientais de ciclo de vida (CV) associados à geração de eletricidade na central termoelétrica do Pego após a sua conversão para operar exclusivamente com biomassa florestal. A análise foi feita considerando a geração média anual prevista para a central, de 10 % da capacidade atual, e máxima de 25 %. Foram desenvolvidos modelos e inventários de ciclo de vida para cada um dos cenários de geração. Para a geração anual média da central, o modelo inclui os processos de extração e recolha, transporte, destroçamento, secagem e torrefação, arrefecimento, moagem e combustão de biomassa e geração de eletricidade para a unidade funcional de 1 kWh de energia gerada. Foi considerado o abastecimento a partir de biomassa endógena e foram analisadas diferentes condições de torrefação, diferentes consumos energéticos no processo de secagem e diferentes fontes de energia para estes processos. Para o funcionamento da central na sua capacidade máxima foram analisados diversos cenários de importação de biomassa: importação de biomassa do Uruguai, importação de biomassa do Canadá, importação de péletes de biomassa do Canadá e importação de péletes torrificadas do Canadá. Através dos métodos ReCiPe e Cumulative Energy Demand foram avaliados os impactes nas categorias alterações climáticas, depleção da camada de ozono, acidificação terrestre, eutrofização de água doce e requisitos de energia fóssil primária. Os resultados mostram que os processos que apresentam maiores impactes ambientais são o transporte (até 55 %), a secagem e torrefação (até 33 %) e a combustão e geração de eletricidade (até 48 %). Verificou-se que com a utilização de biomassa como fonte de abastecimento para os processos de secagem e torrefação, as condições de torrefação de 250 ºC; 30 minutos se apresentam como as mais favoráveis. No caso da utilização de gás de torrefação, juntamente com biomassa, para o fornecimento de energia para a secagem e a torrefação, verificou-se que as condições de 300 ºC; 30 minutos são as que apresentam menores impactes ambientais. Verificou-se que aumentando as distâncias de transporte para recolha de biomassa para o abastecimento da central em 46 % resultou num aumento de impactes ambientais entre 2 e 29 %. No cenário de geração anual máxima verificou-se que a importação de biomassa do Uruguai e a importação de péletes do Canadá são os cenários de importação de biomassa que apresentam os menores impactes ambientais. No entanto, o transporte é responsável por 55 a 91 % dos impactes ambientais. Os diferentes cenários de geração máxima anual de eletricidade (utilização de biomassa endógena e importada) foram comparados com o cenário de geração média anual (utilização de biomassa endógena) e com outros sistemas de geração de eletricidade em Portugal (carvão e gás natural). Concluiu-se que um aumento da geração de eletricidade na central superior ao valor médio (10 % de capacidade) que necessite de biomassa importada, resulta em impactes ambientais superiores à utilização de carvão ou gás natural na maioria das categorias de impacte. A possível conversão da central para operar a biomassa florestal deve, por isso, ter em conta a disponibilidade de biomassa endógena de modo a minimizar os impactes ambientais.

Due to the need to reduce greenhouse gas emissions in line with meeting the targets set by the European Union, options for renewable sources for electricity generation need to be explored. In Portugal, the two coal-fired thermoelectric power plants are expected to be decommissioned by 2030. In particular, the conversion of the Pego power plant to operate with biomass is being equated. The main objective of this dissertation is to evaluate the life cycle (LC) environmental impacts associated with electricity generation in the Pego thermoelectric power station after its conversion to operate exclusively with forest biomass, based on the Life Cycle Assessment (LCA) methodology. The analysis was made considering the expected annual average generation for the plant of 10% of the current capacity and maximum of 25%. Life cycle models and inventories were developed for each of the generation scenarios. For the average annual generation of the plant, the model includes the processes of extraction and collection, transport, shredding, drying and torrefaction, cooling, milling and combustion of biomass and electricity generation for the 1 kWh functional unit of energy generated. It was considered the supply from endogenous biomass and different torrefaction conditions, different energy consumption in the drying process and different energy sources for these processes were analyzed. In order to operate the plant at its maximum capacity, several scenarios for biomass importation were analyzed: biomass importation from Uruguay, biomass importation from Canada, importation of biomass pellets from Canada, and importation of torrified pellets from Canada. Using the ReCiPe and Cumulative Energy Demand methods the impacts on climate change, ozone depletion, terrestrial acidification, freshwater eutrophication and primary fossil energy requirements were assessed. The results show that the processes with the greatest environmental impacts are transportation (up to 55%), drying and torrefaction (up to 33%) and combustion and electricity generation (up to 48%). It was verified that with the use of biomass as a source of supply for the drying and torrefaction processes, the torrefaction conditions of 250 ºC; 30 minutes are presented as the most favorable. In the case of torrefaction gas, together with biomass, for the supply of energy for drying and torrefcation, the conditions of 300 ° C were found to be; 30 minutes are the ones with the lowest environmental impacts. Increasing the transport distances for biomass collection to power plant supply by 46% resulted in an increase in environmental impacts ranging from 2 to 29%. In the scenario of maximum annual generation it was found that the importation of biomass from Uruguay and the importation of pellets from Canada are the biomass import scenarios with the lowest environmental impacts. Howevwe, transportation is responsible for 55 to 91 % of the environmental impacts. The different scenarios of maximum annual electricity generation (use of endogenous and imported biomass) were compared with the scenario of average annual generation (use of endogenous biomass) and other electricity generation systems in Portugal (coal and natural gas). It was concluded that an increase in power generation at the plant higher than the average value (10% capacity) requiring the use of imported biomass results in higher environmental impacts than the use of coal or natural gas in most impact categories. The possible conversion of the plant to operate forest biomass should therefore take into account the availability of endogenous biomass in order to minimize environmental impacts.