Modelagem Matemática da Operação Integrada do Sistema Híbrido Solar/Biomassa, Utilizando Tecnologias Disco/Stirling, CCP-ORC Solar e Gaseificação/MCI com Sistema de Acumulação Hidráulico Tipo Bexiga

Abstract

O objetivo principal desta tese de doutorado foi desenvolver a modelagem matemática do sistema híbrido Solar/Biomassa integrado a um sistema de acumulação hidráulica, utilizando a ferramenta computacional MATLAB/SIMULINK. A novidade do presente estudo é o arranjo das tecnologias alternativas de geração utilizadas para a integração do sistema híbrido, tais como: sistema Ciclo Orgânico Rankine (ORC) utilizando concentradores cilíndricos parabólicos (CCP), um sistema de gaseificação da biomassa acoplado a um motor de combustão interna (gaseificação/MCI) e um sistema de acumulação hidráulica (AH), além de utilizar um sistema Disco/Stirling conectados à rede elétrica. A finalidade é integrar tecnologias alternativas que utilizam fontes naturais como Solar/Biomassa para determinar o comportamento dinâmico de cada um dos parâmetros envolvidos na geração de eletricidade. Para integrar as tecnologias ao sistema de acumulação hidráulica, foram projetados os controles das válvulas dos sistemas de compensação (MCI e AH), que permitiram manter a frequência do gerador em seu valor nominal (60 Hz). O trabalho apresenta a interação mecânica das tecnologias alternativas propostas utilizando sistemas de acumulação hidráulica tipo bexiga. O comportamento dinâmico do sistema híbrido foi analisado para modo ilhado (stand-alone) e conectado à rede elétrica. Os resultados das simulações mostraram que o uso do recurso solar para a geração de energia elétrica apresenta uma desvantagem devido à intermitência da irradiação solar. Então o sistema de (AH) opera como compensação, controlado pelas válvulas de regulação que permite manobras de operação. Neste caso o sistema de acumulação hidráulica consegue atingir uma queda de potência de 400 W por 1 hora e 25 minutos ou 7.5 kWe por 4 minutos. Os resultados das simulações do sistema híbrido do aporte de energia para cada tecnologia proposta foram: CCP/ORC (8.3%), Gaseificação/MCI (81.6%) e o sistema de (AH) (10.1%).