Balanço energético e análise econômica de geração distribuída de energia a biogás no meio rural

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Rimoldi, Andriele
Orientador(a): Souza, Samuel Nelson Melegari de
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
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:
Balanço energético (Geofísica)
Biogás
Resíduos agrícolas
Engenharia Sanitária
Link de acesso: https://hdl.handle.net/1884/96280
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Samuel Nelson Melegari de Souza
id UFPR_6562e4d6c4dd2817096e8a140c7c8338
oai_identifier_str oai:acervodigital.ufpr.br:1884/96280
network_acronym_str UFPR
network_name_str Repositório Institucional da UFPR
repository_id_str
spelling Universidade Federal do Paraná. Setor Palotina. Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia AmbientalSouza, Samuel Nelson Melegari deRimoldi, Andriele2025-04-29T19:09:15Z2025-04-29T19:09:15Z2025https://hdl.handle.net/1884/96280Orientador: Prof. Dr. Samuel Nelson Melegari de SouzaTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor Palotina, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia Ambiental. Defesa : Palotina, 24/02/2025Inclui referênciasResumo: A geração de energia elétrica a partir de fontes alternativas tem ganhado crescente relevância, impulsionada pela necessidade de diversificar o fornecimento energético e mitigar os impactos ambientais. Neste contexto, este estudo investigou cinco diferentes arranjos de sistemas de geração de energia elétrica (SGE) em propriedades rurais do Oeste do Paraná, Brasil. Esses sistemas operam no modelo de geração distribuída (GD) e utilizam biogás proveniente da biodigestão de resíduos da suinocultura e da avicultura de postura como matéria-prima. A pesquisa foi estruturada em duas etapas. Na primeira, realizou-se o balanço energético das plantas, com base nas metodologias propostas por Berglund & Börjesson (2006), Havukainen et al. (2014) e Pöschl et al. (2010). Na segunda, analisaram-se os parâmetros econômicos dos sistemas, conforme modelos propostos por Santos et al. (2019), Govender et al. (2019) e Branker et al. (2011), considerando três taxas de juros, de 13% para BNDES Finem – Geração de energia, 8,5% para RenovAgro e 3,5% com subsídio RenovaPR, e cinco diferentes tarifas de energia, variando de R$ 0,40 a R$ 0,80. Os resultados revelaram que a planta que possui um reator CSTR (Planta D) apresentou o melhor desempenho energético, com 87% de eficiência no subsistema de biodigestão e 16% no subsistema completo, fator de energia gerada por sólidos voláteis bruto de 2.798 e líquido de 2.319 kJ.kgsv-1, eficiência de geração de eletricidade bruta de 22% e líquida de 20%, destacando-se tanto na eficiência do biodigestor quanto no motor-gerador. As demais plantas obtiveram eficiências entre 33 e 44% no subsistema biodigestor e entre 4 e 8% no subsistema completo, com com fator de energia gerada por sólidos voláteis bruto entre 693 e 1.250 kJ.kgsv-1 e líquido entre 484 e 1.131 kJ.kgsv-1, e eficiências de geração de eletricidade bruta entre 15 e 21% e líquida entre 10 e 19%. Todas as plantas apresentaram 100% de eficiência de energia renovável, com a exceção da planta com reator CSTR, que utiliza óleo diesel no transporte do dejeto de aves e obteve 93%. Em termos de viabilidade econômica, a Planta B, que utiliza um biodigestor de lagoa coberta adaptado num reator plug flow, mostrou-se a melhor opção para projetos de menor custo e retorno mais rápido, com um valor presente líquido de R$ 556.925, taxa interna de retorno de 21% e payback de 6 anos e 9 meses, considerando a tarifa e taxa de juros intermediárias (R$ 0,60 e 8,5%). Por outro lado, a planta com reator CSTR, apesar do investimento inicial elevado, é recomendada para produtores que desejam maximizar a geração de energia em longo prazo, especialmente em cenários de tarifas de energia mais altas. O custo nivelado de energia variou conforme a dimensão e a eficiência de cada sistema, demonstrando competitividade em relação a outras fontes, com destaque para a Planta B, que obteve o menor custo por unidade de energia gerada, com R$ 0,32 para a taxa de juros de 8,5%. A Planta D atingiu o custo mais alto entre as plantas, com R$ 0,80, na mesma taxa de juros. Esses resultados podem orientar produtores rurais e outros interessados na escolha do melhor arranjo de geração de energia elétrica, adaptando-o à sua realidade para possíveis replicaçõesAbstract: The generation of electricity from alternative sources has gained increasing relevance, driven by the need to diversify energy supply and mitigate environmental impacts. In this context, this study investigated five different configurations of electricity generation systems (EGS) in rural properties in western Paraná, Brazil. These systems operate under the distributed generation (DG) model and use biogas from the biodigestion of swine farming and layer poultry farming waste as raw material. The research was structured in two stages. In the first stage, an energy balance of the plants was conducted based on the methodologies proposed by Berglund & Börjesson (2006), Havukainen et al. (2014), and Pöschl et al. (2010). In the second stage, the economic parameters of the systems were analyzed, following models proposed by Santos et al. (2019), Govender et al. (2019), and Branker et al. (2011), considering three interest rates: 13% for BNDES Finem – Energy Generation, 8.5% for RenovAgro, and 3.5% with RenovaPR subsidy, along with five different energy tariffs, ranging from R$ 0.40 to R$ 0.80. The results revealed that the plant with a CSTR reactor (Plant D) demonstrated the best energy performance, with 87% efficiency in the biodigestion subsystem and 16% in the complete subsystem, a gross volatile solids energy generation factor of 2,798 kJ.kgsv?¹ and a net factor of 2,319 kJ.kgsv?¹, a gross electricity generation efficiency of 22%, and a net efficiency of 20%. This plant stood out in both biodigester and engine-generator efficiency. The other plants achieved efficiencies between 33% and 44% in the biodigester subsystem and between 4% and 8% in the complete subsystem, with a gross volatile solids energy generation factor ranging from 693 to 1,250 kJ.kgsv?¹ and a net factor between 484 and 1,131 kJ.kgsv?¹. Their gross electricity generation efficiencies ranged from 15% to 21%, while net efficiencies were between 10% and 19%. All plants exhibited 100% renewable energy efficiency, except for the plant with a CSTR reactor, which uses diesel fuel for poultry waste transportation and achieved 93%. In terms of economic feasibility, Plant B, which employs a covered lagoon biodigester adapted to a plug-flow reactor, proved to be the best option for lower-cost projects with faster returns, with a net present value of R$ 556,925, an internal rate of return of 21%, and a payback period of 6 years and 9 months, considering the intermediate tariff and interest rate (R$ 0.60 and 8.5%). On the other hand, the plant with a CSTR reactor, despite its high initial investment, is recommended for producers aiming to maximize energy generation in the long term, especially in scenarios with higher energy tariffs. The levelized cost of energy varied depending on the size and efficiency of each system, demonstrating competitiveness compared to other sources. Plant B stood out with the lowest cost per unit of generated energy, at R$ 0.32 for the 8.5% interest rate, whereas Plant D had the highest cost, reaching R$ 0.80 at the same interest rate. These findings can guide rural producers and other stakeholders in selecting the best electricity generation arrangement, adapting it to their specific reality for potential replications1 recurso online : PDF.application/pdfBalanço energético (Geofísica)BiogásResíduos agrícolasEngenharia SanitáriaBalanço energético e análise econômica de geração distribuída de energia a biogás no meio ruralinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - T - ANDRIELE RIMOLDI.pdfapplication/pdf48002933https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/96280/1/R%20-%20T%20-%20ANDRIELE%20RIMOLDI.pdfcba8e17d75adf5d25862fba065d9c49aMD51open access1884/962802025-04-29 16:09:15.741open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/96280Repositório InstitucionalPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestinformacaodigital@ufpr.bropendoar:3082025-04-29T19:09:15Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
dc.title.pt_BR.fl_str_mv Balanço energético e análise econômica de geração distribuída de energia a biogás no meio rural
title Balanço energético e análise econômica de geração distribuída de energia a biogás no meio rural
spellingShingle Balanço energético e análise econômica de geração distribuída de energia a biogás no meio rural
Rimoldi, Andriele
Balanço energético (Geofísica)
Biogás
Resíduos agrícolas
Engenharia Sanitária
title_short Balanço energético e análise econômica de geração distribuída de energia a biogás no meio rural
title_full Balanço energético e análise econômica de geração distribuída de energia a biogás no meio rural
title_fullStr Balanço energético e análise econômica de geração distribuída de energia a biogás no meio rural
title_full_unstemmed Balanço energético e análise econômica de geração distribuída de energia a biogás no meio rural
title_sort Balanço energético e análise econômica de geração distribuída de energia a biogás no meio rural
author Rimoldi, Andriele
author_facet Rimoldi, Andriele
author_role author
dc.contributor.other.pt_BR.fl_str_mv Universidade Federal do Paraná. Setor Palotina. Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia Ambiental
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Souza, Samuel Nelson Melegari de
dc.contributor.author.fl_str_mv Rimoldi, Andriele
contributor_str_mv Souza, Samuel Nelson Melegari de
dc.subject.por.fl_str_mv Balanço energético (Geofísica)
Biogás
Resíduos agrícolas
Engenharia Sanitária
topic Balanço energético (Geofísica)
Biogás
Resíduos agrícolas
Engenharia Sanitária
description Orientador: Prof. Dr. Samuel Nelson Melegari de Souza
publishDate 2025
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2025-04-29T19:09:15Z
dc.date.available.fl_str_mv 2025-04-29T19:09:15Z
dc.date.issued.fl_str_mv 2025
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://hdl.handle.net/1884/96280
url https://hdl.handle.net/1884/96280
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv 1 recurso online : PDF.
application/pdf
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFPR
instname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)
instacron:UFPR
instname_str Universidade Federal do Paraná (UFPR)
instacron_str UFPR
institution UFPR
reponame_str Repositório Institucional da UFPR
collection Repositório Institucional da UFPR
bitstream.url.fl_str_mv https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/96280/1/R%20-%20T%20-%20ANDRIELE%20RIMOLDI.pdf
bitstream.checksum.fl_str_mv cba8e17d75adf5d25862fba065d9c49a
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)
repository.mail.fl_str_mv informacaodigital@ufpr.br
_version_ 1847526203464876032

Registros relacionados