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Produção combinada de eletricidade e calor de processo industrial com energia solar

Calor de processo industrial representa uma grande parte da demanda energética das indústrias. Setores como têxtil, bebidas e alimentos demandam por volta de um terço de eletricidade e, o restante, calor de processo. Na busca por fontes renováveis e limpas de energia, é proposta uma planta solar de...

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Main Author: PAES, Marcos Diego Albuquerque Costa
Other Authors: TIBA, Chigueru
Format: masterThesis
Language: por
Published: Universidade Federal de Pernambuco 2019
Subjects:
Energia Nuclear
Energia solar térmica
Calor de processo industrial
Geração elétrica
Indústria leiteira
Ciclo Rankine Orgânico
Online Access: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/29481
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id ir-123456789-29481
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spelling ir-123456789-294812019-02-27T05:05:22Z Produção combinada de eletricidade e calor de processo industrial com energia solar PAES, Marcos Diego Albuquerque Costa TIBA, Chigueru CUNHA, André Felippe Vieira da http://lattes.cnpq.br/4187931520865502 http://lattes.cnpq.br/9914659189514029 Energia Nuclear Energia solar térmica Calor de processo industrial Geração elétrica Indústria leiteira Ciclo Rankine Orgânico Calor de processo industrial representa uma grande parte da demanda energética das indústrias. Setores como têxtil, bebidas e alimentos demandam por volta de um terço de eletricidade e, o restante, calor de processo. Na busca por fontes renováveis e limpas de energia, é proposta uma planta solar de coletores parabólicos funcionando em modo de cogeração que pode atender à demanda térmica e elétrica dessas indústrias, principalmente a médias e baixas temperaturas (<250°C). Simulações utilizando o software System Advisor Model (SAM) e modelagem com o Engineering Equation Solver (EES) foram realizadas para obtenção do sistema solar termoelétrico que visa atender à demanda energética de uma planta de processamento de leite instalada em três localidades no Nordeste do Brasil com diferentes irradiações diretas normais (DNI – Direct Normal Irradiation). A planta solar foi simulada usando diferentes configurações de tubos receptores com e sem vácuo para geração de 1MWe e para fornecimento de calor de processo industrial. Uma comparação entre ciclo Rankine orgânico (ORC – Organic Rankine Cycle) e ciclo Rankine a vapor (CRV) também foi feita para análise da viabilidade e escolha do melhor ciclo de potência a ser aplicado nessas plantas ou usinas. Os resultados revelam melhores eficiências de ciclo (uma diferença de quase dois pontos percentuais em Bom Jesus da Lapa, tanto para os receptores com vácuo como para aqueles com ar) e menores áreas para plantas com ciclo Rankine orgânico e/ou maior DNI, bem como maior fator de capacidade. A análise financeira mostrou custos nivelados de calor (LCOH) entre 2,52 e 3,38 ¢/kWh-t para tubos evacuados e entre 5,95 e 11,67 ¢/kWh-t para tubos com ar, valores aumentando com a diminuição da DNI. Os LCOH usando tubos evacuados são comparáveis ou até melhores que os custos de calor a partir de gás natural nos EUA e Europa. Já o custo nivelado de eletricidade (LCOE) ficou entre 0,23 e 0,31 US$/kWh-t para os tubos com vácuo e entre 0,63 e 2,73 US$/kWh-t para aqueles com ar, aumentando com a diminuição de DNI e também para os casos com CRV. Os LCOE obtidos para tubos evacuados são comparáveis aos das plantas de grande porte existentes atualmente, mas ainda altos comparados a outras fontes renováveis. CNPq Industrial process heat represents a large part of energetic demand in industries. About onethird of the demand for energy in sectors like textile, beverages, and food is in the form of electricity and the rest is in the form of heat. In the search for renewable and clean energy sources, we propose a parabolic trough solar plant working in cogeneration mode that can meet the thermal and electrical demand of these industries, especially at medium and low temperatures (<250°C). In order to obtain the thermoelectric solar system to meet the energy demand of a milk processing plant installed in three locations in the Northeast of Brazil with different Direct Normal Irradiations (DNI), we run simulations using the System Advisor Model (SAM) software and modeled the power block with Engineering Equation Solver (EES). For the simulations of the solar plant, we used different configurations of receivers with and without vacuum to generate 1 MWe and to supply industrial process heat. We also compared the Organic Rankine Cycle (ORC) with the Steam Rankine Cycle (CRV) to analyze their feasibility and choose which one is the best power cycle to use in these plants. The results reveal better cycle efficiencies and smaller areas to plants with ORC and/or higher DNI, as well as a higher capacity factor. The financial analysis showed levelized costs of heat (LCOH) between 2,52 and 3,38 ¢/kWh-t for evacuated tubes and between 5,95 and 11,67 ¢/kWh-t for tubes with air; these values increase with the decrease of DNI. The LCOH using evacuated tubes are comparable to (or even better than) the costs of heat from natural gas in the United States and Europe. The levelized cost of electricity (LCOE) was between 0,23 and 0,31 US$/kWh-t for evacuated tubes and between 0,63 and 2,73 US$/kWh-t for those with air, increasing with the decrease of DNI and also for the cases with CRV. The LCOE obtained for evacuated tubes are comparable to those of the existing large plants, but are still high when compared to other renewable sources. 2019-02-26T20:03:38Z 2019-02-26T20:03:38Z 2017-12-28 masterThesis https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/29481 por openAccess Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ Universidade Federal de Pernambuco UFPE Brasil Programa de Pos Graduacao em Tecnologias Energeticas e Nuclear
institution REPOSITORIO UFPE
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PAES, Marcos Diego Albuquerque Costa
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