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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2005.tde-16082023-080940
Document
Author
Full name
Leonardo Moneci Zamboni
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2005
Supervisor
Committee
Tribess, Arlindo (President)
Oliveira Junior, Silvio de
Walter, Arnaldo Cesar da Silva
Title in Portuguese
Avaliação comparativa de sistemas híbridos de cogeração a gás natural e bagaço de cana.
Keywords in Portuguese
Cogeração de energia elétrica
Gás natural
Sistemas híbridos
Usinas termoelétricas
Abstract in Portuguese
O consumo de eletricidade no Brasil e principalmente no Estado de São Paulo vem aumentando gradativamente. Por outro lado, o potencial hidráulico no Estado de São Paulo está praticamente esgotado. Uma possível solução é a construção de usinas termoelétricas com a utilização de gás natural e bagaço de cana. O gás natural tem a vantagem de estar disponível em grande quantidade e de ser um combustível menos poluidor. E o bagaço de cana (biomassa), além de ser um subproduto de baixo valor, não causa uma poluição global (apenas local), pois ao replantar a cana de açúcar para a próxima safra, o carbono liberado na queima será absorvido por fotossíntese. Estes combustíveis apresentam ainda a vantagem de poderem ser utilizados em ciclo combinados, na associação de turbinas a gás com turbinas a vapor. Estes ciclos operam com maiores rendimentos termoelétricos podendo resultar em menores custos de geração. No presente trabalho foram realizadas avaliações de sistemas de cogeração utilizando-se o gás natural e o bagaço de cana (na queima direta ou gaseificado). O trabalho consiste na determinação da melhor opção considerando critério de mínimo custo por kWh de energia produzida. Para tal foi realizada análise termoeconômica com avaliação dos custos de produção de vapor e de eletricidade em base exergética, variando o consumo de gás natural e os preços do bagaço de cana, da caldeira de recuperação, do gaseificador de bagaço de cana e do secador de bagaço de cana. Osresultados mostram que o sistema híbrido de cogeração com ciclo combinado a gás natural e queima de bagaço de cana em uma caldeira de recuperação apresenta o menor custo de geração de eletricidade e vapor (mesmo não sendo o sistema com maior rendimento exergético). ) Por outro lado, para um preço do gás natural de 140 US$/t e custo do bagaço de cana superior a 10,50 US$/t, a planta de cogeração com ciclo combinado utilizando somente gás natural (e, portanto sem a queima ou gaseificação de bagaço de cana) apresentou o menor custo de geração de eletricidade e vapor. Os resultados da avaliação comparativa de sistemas híbridos de cogeração a gás natural e bagaço de cana, mostraram que os custos dos equipamentos e do bagaço de cana têm uma forte influência nos custos de geração. Portanto, se houver um barateamento tanto nos insumos como nos preços dos equipamentos, os sistemas híbridos poderão ser uma alternativa promissora para a geração de eletricidade e vapor.
Title in English
Untitled in english
Keywords in English
Electricity cogeneration
Hybrid systems
Natural gas
Thermoelectric plants
Abstract in English
The consumption of electricity in Brazil and mainly in the State of São Paulo is increasing gradually. On the other hand, the hydraulic potential is practically exhausted and the government has no resources for such new investments. One solution is the construction of thermoelectrical plants with the use of the natural gas and sugar cane bagasse. The natural gas has the advantage of being available in great amount and of being a less pollutant fuel. And the sugar cane bagasse (biomass), besides being a by-product of low value, doesn't cause a global pollution (just local), because by replanting the sugar cane for the next harvest, the carbon generate in the burn will be absorbed by photosynthesis. These fuels still present the advantage of could be used in combined cycles, in the association of gas turbines with steam turbines. These cycles operate with larger thermoelectrical incomes and can result in smaller generation costs. In the present work some hybrid cogeneration plants using natural gas and sugar cane bagasse (in direct burn or gasified) were studied. The work consists of the determination of the best option considering criterion of minimum cost for kWh of energy produced. For such, thermoeconomic analysis with electricity and steam production costs evaluation in exergetic basis, was accomplished. In the evaluations the consumption of natural gas and the costs of the sugar cane bagasse, of the recovery boiler, of the sugar cane gasifier and of thesugar cane bagasse dryer were varied. The results show that the cogeneration plant with combined cycle using natural gas and burning sugar cane bagasse in the recovery boiler presents the smallest cost of electricity and steam generation (even not being the cycle with larger exergetic efficiency). ) On the other hand, for a natural gas cost of 140 US$/t and a cost of sugar cane bagasse superior to 10,50 US$/t, the cogeneration plant with combined cycle using only natural gas (and, therefore not burning or gasifying sugar cane bagasse) presented the smallest cost of electricity and steam generation. The results of the comparative evaluation of hybrid cogeneration plants using natural gas and sugar cane bagasse, showed that the costs of the equipment and of the sugar cane bagasse have a strong influence in the generation costs. Therefore, if there is a reducing in the inputs and in the prices of the equipment, the hybrid systems can be a promising alternative for the generation of electricity and steam.
 
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Publishing Date
2023-08-16
 
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