Análise de uma planta de cogeração a gás natural assistida por energia solar

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2018
Autor(a) principal: Marín, Juan Sebastián Zuleta
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Engenharia mecânica
Energia solar
Energia eletrica e calor -
Gás natural
Link de acesso: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/195801
Resumo: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2018.
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Os gases de exaustão são conduzidos para uma caldeira de recuperação para pré-aquecer a água de alimentação e produzir vapor saturado. O calor remanescente associado aos gases de exaustão e a água de resfriamento do motor são considerados para aquecer água requerida por um chiller de absorção para a produção de água gelada. O segundo cenário consistiu na mesma planta de cogeração, agora integrada a um campo solar baseado na tecnologia Fresnel para a produção direta de vapor saturado (DSG), de modo a reduzir o consumo de combustível e as emissões de CO2. Ambos cenários são comparados com um caso base, típico para a indústria têxtil em Santa Catarina, onde eletricidade é importada da rede pública, vapor saturado é produzido por caldeiras convencionais e água gelada é fornecida por chillers elétricos. O campo solar foi analisado durante um ano meteorológico típico para a cidade de Florianópolis. A planta de cogeração foi analisada de acordo com a primeira lei da termodinâmica, tendo como dados de entrada as caraterísticas técnicas disponibilizadas em catálogos técnicos fornecidos pelos fabricantes do motor e chiller de absorção. No caso da caldeira de recuperação, foram consideradas pressões típicas do setor têxtil, levando em conta valores de pinch point e de approach point recomendados na literatura técnica. O Valor Presente Líquido (VPL), a Taxa Interna de Retorno (TIR) e o Payback (PB) foram considerados no estudo de pré-viabilidade econômica dos cenários propostos. Uma análise de sensibilidade foi também realizada, considerando diferentes valores de área do campo solar, incidência de radiação, custos dos coletores Fresnel, preço de gás natural e tarifas de eletricidade. Como esperado, foi identificado um grande potencial de redução do consumo de combustível a das emissões de CO2 nos sistemas híbridos, mas ainda com uma elevação significativa nos valores de investimento, devido principalmente aos altos custos dos coletores Fresnel e baixo preço do gás natural.Abstract : A solar-aided natural gas cogeneration plant is proposed asa promising alternative for supplying the thermal and electricalenergy demands of a typical textile plant in Santa Catarina. Thetextile sector is responsible by about 5 % of the total energyconsumption in the state. As it is known, natural gas is widelyused by these facilities for producing saturated steam. However,the burning of traditional fossil fuels is causing negative impactsfrom an environmental point of view, such as global warming, airpollution, among others. As an important alternative to reducethese negative impacts, solar energy has been considered in therecent years. In this context, the main objective of this workconsisted on the technical and economic evaluation of two differentscenarios proposed for supplying the thermal and electrical energydemands of a medium-sized textile plant. The first alternativeconsisted on the operation of a natural gas engine and a HeatRecovery Steam Generator (HRSG) to produce electricity andsaturated steam, respectively. The engine exhaust gas remainingheat and the water s engine radiator are used for an absorptionchiller for producing chilled water for air conditioning purposes.Under the second proposed concept, a linear Fresnel solar field isintegrated into the cogeneration plant in order to provide fueleconomy during the sunny hours in which the conventional naturalgas steam generator operates at part load. Thereby, this hybridconcept is able to reduce natural gas consumption and CO2emissions. The proposed concepts were compared to a base caseplant scenario in which electricity is imported from the grid,saturated steam is produced by a natural gas steam generator andchilled water is provided by electric chillers. Simulations wereperformed by using Engineering Equation Solver (EES) simulationtool by implementing mass and energy conversation equations, byusing performance cost and data provided by equipmentmanufacturers and by considering the Typical Meteorological Year(TMY) data for the city of Florianopolis as an approximation ofthe solar data in Santa Catarina. The economic analysis ofproposed concepts was performed by calculating the Net PresentValue (NPV), the Internal Rate of Return (IRR) and the PaybackPeriod (PB) of investments. Finally, a sensitive analyses wereperformed to evaluate the influence of parameters such as DirectNormal Irradiation (DNI), Fresnel collectors cost, solar field size,natural gas cost and electricity tariffs on the economic andtechnical feasibility of the proposed plants. As expected, it wasidentified a great potential of the hybrid system for reducing thefuel consumption and CO2 emissions. However, the highinvestments associated to the Fresnel collectors coupled to lowprices of natural gas have turned it economically unfeasible.Nonetheless, it is expected that the hybrid systems have animportant role in the near future, once Concentrated Solar Power(CSP) technology costs are expected to decrease, due to itssubstantially contribution to the global energy transition to a lowcarbon future.Bazzo, EdsonBurin, Eduardo Lucas KonradUniversidade Federal de Santa CatarinaMarín, Juan Sebastián Zuleta2019-05-09T15:14:52Z2019-05-09T15:14:52Z2018info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis144 p.| il., gráfs., tabs.application/pdf357280https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/195801engreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2019-05-13T11:25:31Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/195801Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732019-05-13T11:25:31Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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