Integração da energia solar térmica por concentradores do tipo calha parabólica com uma usina termelétrica operando em ciclo combinado

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Botamede, Bernardo Bergantini
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Modelagem termodinâmica; Energia solar concentrada; Coletor de calha parabólica; Planta termelétrica; Ciclo combinado integrado a solar; Integrated solar combined cycle; Open Modelica; Thermodynamic modeling; Concentrated solar power; Parabolic trough collector; Power Plant
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/242973

A energia solar térmica é atualmente usada para a geração de energia como uma fonte confiável e livre de carbono em muitos países. Infelizmente, não existe este tipo de projeto comercial em operação no Brasil, embora se verifique um grande potencial solar. Nesse contexto, uma estratégia de transição é o desenvolvimento de uma usina solar híbrida que possa ser aplicada nas atuais usinas termelétricas. Desta forma, o presente trabalho investiga algumas alternativas de layout para o acoplamento de uma usina solar térmica com uma usina em operação de ciclo combinado (ciclo Brayton e Rankine) localizada na região centro-oeste do Brasil. Um sistema com coletor solar de calha parabólica foi selecionado para este estudo, considerando óleo sintético e sal fundido como fluidos de transferência de calor (HTF) na planta solar e água como fluido de trabalho no ciclo de potência. A modelagem termodinâmica e os modelos matemáticos foram desenvolvidos no software de código aberto OpenModelica. A modelagem termodinâmica da configuração atual da usina termelétrica foi validada através de dados operacionais reais cedidos por empresa privada. A usina solar térmica com concentrador solar com armazenamento térmico foi modelada e validada através do software de referência System Advisor Model (SAM) do National Renewable Energy Laboratory (NREL). Uma proposta de acoplamento da usina solar com armazenamento térmico foi feita através da caldeira de recuperação de calor (HRSG), considerando seis layouts com óleo sintético e seis layouts com sal fundido como fluido de trabalho na planta solar, nos quais a usina solar é usada para pré-aquecer a água, evaporar o vapor, superaquecer o vapor ou em uma combinação destes processos em paralelo com a caldeira. Dados horários de um ano meteorológico típico (TMY) foram utilizados como dados de entrada para cada simulação. Os resultados mostraram que os layouts que utilizam a energia solar para superaquecimento do vapor saturado apresentaram o melhor desempenho termodinâmico, com eficiência de conversão da energia solar para a elétrica de até 32,3%, e aumento de 1,5% na potência bruta média diária da turbina a vapor, em condições nominais de irradiação solar (DNI). Em uma base anual, a planta híbrida com o campo solar de 13.080 m² tem o potencial de evitar o consumo de combustível fóssil em até 34.410 MMBtu, representando até 1.997 ton CO2 de redução de emissões e até US$ 458.682,00 de economia de custos de combustível.