Metodologia para avaliar o potencial de redução de emissões de CO2 em navios híbridos.

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Vieira, Giovani Giulio Tristão Thibes
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Baterias elétricas; Batteries; Platform supply vessel; Ship CO2 emissions; Ship speed reduction; Sistemas híbrido
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3143/tde-12092023-075848/

Segundo o relatório Emission Database for Global Atmospheric Research (EDGAR) de 2021, as emissões dos navios já ocupam a oitava posição no ranking dos maiores emissores mundiais. Embora a Organização Marítima Internacional (IMO) tenha estabelecido em 2008, uma meta ambiciosa de reduzir em 40% as emissões de 2 até 2030, a falta de uma preocupação global com as emissões dos navios levou a um crescimento de 18% nas emissões de 2 entre 2008 e 2021. Isso mostra que há um longo caminho a ser percorrido na redução das emissões dos navios para que se atinja a meta do IMO. Neste trabalho iremos analisar o sistema de potência de um navio, o navio analisado neste trabalho é um Platform Supply Vessel (PSV), que é um navio que suporta plataformas de óleo e gás. Normalmente, o sistema de potência desse navio é formado por quatro geradores divididos em dois ramos separados por um elo de barramento que em operações de posicionamento dinâmico é mantido aberto. É proposto neste trabalho o uso de baterias como reserva de energia para que a operação com o elo de barramento fechado possa ser realizada. As cargas do navio são as cargas de hotelaria, iluminação, cargas de posicionamento(gps e radares) e os propulsores. As soluções analisadas incluem geradores auxiliares, sets de gerador com tamanhos diferentes e baterias, além da redução de velocidade em trechos de viagem. O principal objetivo deste trabalho é desenvolver uma metodologia para avaliar o potencial de redução de emissão de 2 que cada solução pode alcançar. Para desenvolver essa metodologia, são necessários dados de demanda, dados do navio, curvas de consumo dos geradores e dados da bateria. Através dos resultados obtidos com o uso dessa metodologia, nós conseguimos estimar o potencial de redução de emissões de CO2 e de consumo de diesel em navios novos e em navios existentes. Para realizar cada passo dessa metodologia é necessária uma otimização que considere os diferentes pontos de eficiência do gerador. A otimização usada nesse trabalho é através do software HOMER PRO. Como objetivos secundários, temos o desenvolvimento de modelos que estimem o combustível consumido, as emissões de 2, e a vida útil da bateria desconsiderando o envelhecimento. Primeiramente, esta metodologia possibilitará a avaliação, de qual grupo gerador apresenta a maior redução de combustível em cada parte da missão, esta primeira análise irá considerar um despacho ótimo utilizando bateria apenas como reserva, para calcular o consumo em cada trecho da missão o software HOMER será usado. Além disso, a partir de uma análise estatística dos valores da demanda, é possível obter o melhor set de geradores que se encaixaria considerando os valores de demanda da curva da missão. Como resultado, obtemos o mesmo set de geradores tanto para a análise de consumo quanto para a análise estatística. Como resultado dessa primeira fase, o uso de um set composto de geradores com diversos tamanhos, nomeado como CASE4, mostrou a maior redução de consumo em relação ao set de geradores composto de apenas um tamanho (1820kW). Além da redução em consumo, esse set também obteve ganhos em relação ao tempo em que os geradores operam abaixo de 50%. É mostrado que mesmo quando a operação de posicionamento dinâmico ocorre sem o despacho otimizado, o uso do CASE4 obteve reduções consideráveis em relação ao consumo. Em seguida, o despacho da bateria será considerado, avaliando diferentes profundidades de descarga, eficiencias de carga e descarga e tamanhos de bateria. Esses despachos serão avaliados para cada set de geradores analisado no passo anterior. O despacho de baterias não promove redução de consumo quando aplicada durante operações de viagem. Por outro lado durante operações de baixa carga, como carregamento no porto e espera, o uso de baterias pode promover uma redução de consumo maior do que a obtida apenas com o despacho ótimo para alguns dos casos analisados, o mesmo ocorre quando a bateria é despachada durante a operação de posicionamento dinâmico. Nessas duas primeiras partes da metodologia, a redução de consumo durante os trechos de viagem é percentualmente baixa, considerando que os trechos de viagem são os trechos de maior consumo, uma outra solução que possa promover reduções de consumo maiores deve ser analisada. A solução proposta é a avaliação da redução da velocidade do navio. A velocidade do navio PSV é calculada usando os dados de projeto de um PSV real. A partir desses dados, uma curva relacionando potência e velocidade é gerada. Como não tínhamos uma curva real, apresentamos também uma análise para navios-tanque reais. A partir desta análise, avaliamos os resultados apresentados para a redução da velocidade de um navio PSV. Uma redução relativamente pequena (5%) na velocidade trafegada promove diminuições consideráveis no consumo no caso de navios existentes (12.4% - 13.8%) e em navios novos (16.8% - 17.3%). Essas reduções podem ser ainda maiores se uma redução de velocidade de 10% for analisada, para navios existentes o consumo de diesel pode ser entre 24.1% e 25.2% menor do que o consumo quando o navio opera na velocidade base analisada. Para navios novos esses números são ainda maiores, chegando a valores entre 27.1% e 28.4% dependendo do tipo de viagem analisada. Por fim, as reduções de consumo obtidas quando a velocidade é reduzida em 15% também são mostradas.