Análise termoeconômica de um ciclo Rankine cogerativo integrado a um ciclo de captação de energia solar no município São Mateus-ES

Abstract

A energia solar heliotérmica é uma forma renovável de geração de energia pela concentração de radiação solar. Os coletores parabólicos são atualmente a tecnologia mais madura de concentração solar. É usual a integração de um ciclo solar a um ciclo de potência a vapor para geração de energia, e que numa planta de potência seja produzida energia elétrica e térmica num mesmo equipamento, gerando dois produtos com valor agregado. Logo, o objetivo desse trabalho é estudar e comparar a ocupação física, geração e custo exergético dos produtos finais de um ciclo Rankine cogerativo integrado a um ciclo solar, na região de São Mateus. O ciclo a vapor é analisado de duas formas: com turbina de contrapressão e com turbina de condensação e extração de vapor. Esse ciclo produz vapor destinado a gerar potência líquida e atender a um processo. O processo de dessalinização foi usado nesse estudo visto a dificuldade sofrida no abastecimento de água do município devido a ocorrência de água salgada. Dados meteorológicos da região foram obtidos no site do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET), e usados no modelo apresentado por Kalogirou (2014) para análise da energia térmica concentrada no coletor parabólico. O programa Engineering Equation Solver (EES) foi usado para estudo do sistema. O coletor solar foi avaliado em relação a radiação na região e a vazão de óleo no coletor. Para o ciclo a vapor com turbina de contrapressão e com turbina de condensação, foram calculadas a potência líquida, a produção de água doce e a área do campo de coletores, variando radiação solar e pressão na entrada da turbina. Os resultados obtidos foram comparados, para cada disposição do ciclo. Aplicando os modelos E e H&S foi feita a análise termoeconômica do sistema nas com turbina de contrapressão e com turbina de condensação. Os resultados obtidos dos custos exergéticos unitários referentes aos dois produtos finais da planta (potência líquida e a vazão da água dessalinizada) foram comparados. Para a mesma taxa de radiação e pressão na entrada da turbina verificou-se que: o sistema de condensação ocupa maior área, porém gera mais potência líquida e a água doce tem um custo exergético unitário menor. Já o sistema de contrapressão apresenta menor custo exergético unitário da potência líquida.