OTIMIZAÇÃO de Superestruturas para a Recuperação de Calor Residual de uma Termelétrica Brasileira a Motores Alternativos de Combustão Interna
Nome: ALEXANDRE PERSUHN MORAWSKI
Tipo: Tese de doutorado
Data de publicação: 31/08/2021
Orientador:
Nome |
Papel |
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| JOSÉ JOAQUIM CONCEIÇÃO SOARES SANTOS | Orientador |
Banca:
| Nome |
Papel |
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| ELECTO EDUARDO SILVA LORA | Examinador Externo |
| JOÃO LUIZ MARCON DONATELLI | Coorientador |
| JOSÉ JOAQUIM CONCEIÇÃO SOARES SANTOS | Orientador |
| JULIO AUGUSTO MENDES DA SILVA | Examinador Externo |
| MÔNICA CARVALHO | Examinador Externo |
Páginas
Resumo: .As termelétricas brasileiras foram originalmente projetadas para servir como suporte ao sistema elétrico, suportado principalmente pelas usinas hidrelétricas. Termelétricas equipadas com motores alternativos de combustão interna (MACI) rejeitam grandes quantidades de calor residual através dos gases de exaustão e água de resfriamento. O atual cenário elétrico brasileiro tem levado ao aumento do despacho destas termelétricas. Uma solução atrativa para aumentar a potência gerada e eficiência nesta situação é a recuperação de calor residual. Uma variedade de tecnologias e configurações podem ser usadas para recuperação de calor. A escolha do melhor sistema não é uma tarefa simples, e a solução não deve ser generalizada para diferentes aplicações. Neste contexto, métodos de otimização matemática apresentam vantagem de fornecer uma metodologia sistemática e independente do domínio. Nesta tese, um método de superestruturas é utilizado para otimização termoeconômica estrutural e paramétrica, visando selecionar o melhor sistema de recuperação de calor para uma termelétrica brasileira a MACI, considerando a UTE Viana como estudo de caso. As especificidades e incertezas do cenário elétrico brasileiro são estabelecidas através de diferentes condições de contorno operacionais e econômicas. A escolha da função objetivo que melhor caracterize as particularidades de uma termelétrica brasileira é analisada, assim como a influência destas funções objetivo nos resultados das otimizações. Além disso, é avaliada a influência da utilização de diferentes métodos de acoplamento na recuperação de calor e da aplicação de economia de escala. Quatro tecnologias são consideradas: ciclo Rankine convencional (CRC), ciclo de Rankine orgânico (ORC), ciclo Kalina (KA), e chillers por absorção para resfriar o ar de admissão do motor (ChA). As funções objetivo adotadas são: lucro bruto, potência líquida, custo específico de investimento e custo específico da potência gerada. Os resultados demonstram grande influência das funções objetivo nas respostas das otimizações, principalmente quando diferentes tipos de tecnologias são comparados. As análises dos resultados determinam que a utilização da função objetivo lucro bruto é a mais adequada à recuperação de calor de termelétricas brasileiras, permitindo a contabilização das incertezas do cenário brasileiro através das horas anuais de despacho e custo variável unitário (CVU). A alternativa ORC apresentou os melhores resultados para a maximização do lucro bruto, sendo indicado como melhor alternativa para a recuperação de calor residual de termelétricas brasileiras com MACI. A importância de uma otimização termoeconômica estrutural e paramétrica completa e simultânea, utilizando o método de superestruturas, foi evidenciada com a extensa variação da síntese e parâmetros ótimos do ORC. Os resultados mostraram que as influências da função objetivo, das diferentes condições de contorno operacionais e econômicas, do método de acoplamento e da economia de escala estão presentes tanto na mudança das variáveis paramétricas, como das variáveis estruturais. Para um cenário otimista de horas de despacho e CVU, a recuperação de calor com sistemas ORC possibilita um aumento da capacidade de geração da termelétrica em 9,4%. Para um cenário mais realista das condições de contorno, a utilização de um sistema ORC possibilita um aumento na capacidade de geração de 5,4%.
