Analise Técnica e Econômica do Uso de Gas de Biomassa Para a Geração de Energia Otimização de Sistemas Energéticos: Conservação e Geração Grupo de Pesquisa

Analise Técnica e Econômica do Uso de Gas deBiomassa Para a Geração de Energia

Otimização de Sistemas Energéticos: Otimização de Sistemas Energéticos: Conservação e GeraçãoConservação e Geração

Grupo de Pesquisa

Prof. Dr. José Luz Silveira

Prof.Dr. Julio Santana Atunes

Prof. Dr. Celso Eduardo Tuna

M.Sc. Antonio Caetano de Souza

Mestrando Ronney Arismel Mancebo Boloy

Téc. Rodolfo dos Santos


-Sistemas de Gaseificação de Biomassa Integrado a Ciclo -Sistemas de Gaseificação de Biomassa Integrado a Ciclo Combinado de 30 MWeCombinado de 30 MWe

-Sistemas de Gaseificação de Biomassa Integrado a Ciclo de -Sistemas de Gaseificação de Biomassa Integrado a Ciclo de cogeração de pequeno porte (15 kWe)cogeração de pequeno porte (15 kWe)

Com queima suplementar (30%)

Sem queima suplementar


Sistemas de Gaseificação de Biomassa Integrado a Ciclo Sistemas de Gaseificação de Biomassa Integrado a Ciclo Combinado de Potencia (BIGCC) de 30 MWeCombinado de Potencia (BIGCC) de 30 MWe



Dados da Turbina de Vapor AlstomTipo Potencia (MW) Temperatura de Entrada

(ºC)Pressão de Entrada (MPa) Pressão de Exhaustão (MPa)

ST2 10 480 8 1

O

N

OOVCI

N

IIVC HMWHMQ

11

SQS

GOG IG

SLSH SSG TTC p

HHMM

7 0,0

GOG IG

COM BSLSH SSG TTC p

EHHMM

7 0,0

)2 1,0(CQS


Sistemas de Gaseificação de Biomassa Integrado a Ciclo Combinado Sistemas de Gaseificação de Biomassa Integrado a Ciclo Combinado de Potencia (BIGCC) de 30 MWede Potencia (BIGCC) de 30 MWe

Valores de fluxo de calor, vapor, syngas e trabalho calculados para cada sistema estudado

Parametro Turbina deVapor

Condensador Bomba Camara deCombustion

Trabalho (kW) 9500,00 - 380 -

Fluxo de Calor (kW) - -33586,67 - 92392,91

Fluxo de Vapor (kg/s) 16,67 -Fluxo de Syngas (kg/

s)- SQS CQS

1,31 1,08

System Gas Flow (Kg/s)

SQS CQS

Gas Temperature(K)

Heat Recovery SteamGenerator (HRSG)

174,26 107,83 673124,47 77,02 77396,81 59,91 87379,21 49,01 973

Valores de fluxo de gas e temperatura calculados para o sistema de recuperação de calor



Parametros das turbinas a gas selecionadas e avaliadas

Tipo EPTG (kW) HR (BTU/kWH) Pp Mg (kg/s) Temperaturade Sáida (K)

GT10 24630 9970 14 78,64 807PG5371 (PA) 26300 11990 10,2 122,73 760,37

TG-2500 21960 9550 18,8 67,27 815,37



650 700 750 800 850 900 950 1000

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Demanda de Fluxo de Gases

GT10

PG5371 (PA)

TG-2500

Fluxo de Gases (kg/s)

Temperatura dos gases na saída da turbina (°K)

Seleção da Turbina para o sistema de BIGCC-SQS



650 700 750 800 850 900 950 1000

0

20

40

60

80

100

120

140

Demanda de Fluxo de Gases

GT10

PG5371 (PA)

TG-2500

Fluxo de Gases (kg/s)

Temperatura dos gases na saída da turbina (°K)

Seleção da Turbina para o sistema de BIGCC-CQS



Valores de eficiência calculados para cada ciclo

Cyclo Eficiência (% )CQS SQS

Turbina a Vapor 31,31 20,82Turbina a Gás 35,74 28,47Combinado 67,05 49,29

COM B

PTGTG E

E

COM B

BPTVTV E

WE

3 4 1 3

HREE PTG

COM B



Analise Econômica

Os calculos forão realizados tomando como referencia o ano base 2007 e um preço de eletricidade 174,68 R$/MWh or 0,1078 US$/kWh (ANEEL 2007)

Equipmentos Investimentos (USD) Manutenção (USD/kWh)

Gas TurbineSQS CQS

7250000,00 7510320,00 0,015HRSG 2900000,00 0,001

Steam Turbine 10000000,00 0,015Pu mp 400000,00 0,008

Gasifier 14185000,00 0,02Condenser 2000000,00 0,008

TotalSQS CQS

51429000,00 51939227,200,067



Analise Econômica

Equações utilizadas para o calculo dos parametros economicos, de acordo com (Silveira, J.L., 1990)

GasifierSyngas

bb

Syngas

GasifierSyngas CM

E

EC

EH

fIC

CMCPoEPPlanta

EcombtgEcombCsyngas

EPplantaH

fInvplantaCQSCel

sup)(

CMCPoEPPlanta

EcombtgCsyngas

EPplantaH

fInvplantaSQSCel

)(



0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

CQS 12%

SQS 12%

CQS 4%

SQS 4%

Custo de Produção de Eletricidade

(US$/kWh)

Payback (ano)

Comparação dos Custos de Produção de Eletricidade para os Sistemas SQS e CQS da BIGCC



0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

-35000000

-30000000

-25000000

-20000000

-15000000

-10000000

-5000000

0

5000000

10000000

CQS 12%

SQS 12%

CQS 4%

SQS 4%

Receita Anual Esperada (US$/ano)

Payback (ano)

Comparação da Receita Anual Esperada para os Sistemas SQS e CQS da BIGCC


Sistemas de Gaseificação de Biomassa Integrado a Ciclo Sistemas de Gaseificação de Biomassa Integrado a Ciclo de cogeração de pequeno porte (15 kWe)de cogeração de pequeno porte (15 kWe)

Gaseificador Tipo Downdraft de simples estagio, 25 kg/h de Biomassa

Motor Gerador Compacto 5 kWe

Filtro de manga

Trocador de Calor Agua-Gás


Cogerador Compacto



Gaseificador Tipo Downdraft de duplo estagio, 25 kg/h de Biomassa

Sistema de Alimentação de Biomassa

Ciclone com sistema de preaquecimento de ar



Parametro Valor Parametro Valor

Fluxo de Biomassa 25 kg/h Tempo de Operação 5 000 h –7000 h

Ar nas condições ISO P=101325 Pa, T=25 °C Investimento do Trocador 700 US$

Temperatura de Agua Quente40 °C, 45 °C, 50 °C, 55 °C,

60 °C

Investimento do Sistema de Gaseificação

20.000,00 US$

Temperatura de Gaseificação * 800 °C Custo de manutenção do Cogerador 0.08 US$/kWh

Conteudo de Umidade * 20% Custo de manuntenção do Trocador 0.003 US$/kWh

Efficiencia do Trocador do Calor 70% Custo de manuntenção do gaseificador 0.015 US$/kWh

Calor especifico da Agua 4,19 kJ/kgK Relação ar/biomassa* 0,20

Entalpia do Syngas* -2470,25 kJ/kg Fluxo de cinzas** 0,25 kg/h

Investimento do Cogerador 1437,02 US$ Juros 12%

Dados do sistema de cogeração a ser estudado



Resultados do analise tecnico do sistema Gaseificador-Cogerador de 15 kWe

Efficiencia de Geração de Eletricidade 28,54 %

Efficiencia em Frío do Gaseificador 32,52 %

Efficiencia da Produção de Agua Quente 2,63%

Efficiencia Global do Sistema de Cogeração 31,18%

Ecomb do syngas 52,55 kW

Energia do syngas 1,98 kW

Calor especifico do syngas 1,47 kJ/kgK

Fluxo de Ar 9,88 Nm3air/h

Ar teórico para gaseificação 3,56 Nm3air/kgb

Fluxo de syngas 29,90 Nm3gas/h

Gas de biomassa por kilogramos de biomassa 1,23 Nm3gas/kgb

Entalpia de formação de biomassa 8502,47 kJ/kg

Entalpia de biomassa 5030,73 kJ/kg

Entalpia de cinzas 538,28 kJ/kg

Perdas de calor no Gaseificador 4,86 kW


Analises Econômico

Equações utilizadas para o calculo dos parâmetros econômicos, de acordo com (Silveira, J.L., 1990)

Sistemas de Gaseificação de Biomassa Integrado a Ciclo de Sistemas de Gaseificação de Biomassa Integrado a Ciclo de generação de calor e potencia elétrica (cogeração) de pequeno generação de calor e potencia elétrica (cogeração) de pequeno porte (15 MWe)porte (15 MWe)

CMegEPeg

FPeCsyngas

EPegH

fIegCel

GasifierSyngas

bb

Syngas

GasifierSyngas CM

E

EC

EH

fIC

CMheEhw

FPhwCsyngas

EhwH

fIheChw

EhwEPeg

EPegFPe

EhwEPeg

EhwFPhw

)( CelPelHEegGPEL

)( ChwPhwHEhwGPhw

GPhwGPELR


Resultados do analise economica do sistema Gaseificador-Cogerador

0 1 2 3 4 5 6 7 8

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

Custo do Syngas

Custo de Produção de Eletricidade

Custo de Produção de Agua Quente

Payback (anos)

Custo (US$/kWh)

Comparação dos custos de produção de eletricidade, produção de agua quente e produção de syngas para um 12% de juros


Resultados do analise econômica do sistema Gaseificador-Cogerador

0 1 2 3 4 5 6 7 8

-6000

-4000

-2000

0

2000

4000

6000

8000

10000

Receita Anual Esperada para o Sector Rural

Receita Anual Esperada para o Sector Residencial

Payback (anos)

Receita Anual Esperada (US$/ano)

Comparação da Receita Anual Esperada do sector rural e residencial para um 12% de juros

Tarifa de Eletricidade Setor Rural 0,07 U$/kWh

Tarifa de Eletricidade Setor Residencial 0,12

U$/kWh

Tarifas de Acuerdo ANEEL, 2008










Programação Preliminar

Documents

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