Análise Exergoambiental de Centrais Termelétricas Supercríticas e Ultrassupercríticas.

Abstract

A utilização do carvão mineral para a geração de eletricidade tem importante participação na matriz elétrica global, totalizando quase 40% do total de geração. A perspectiva das agências especializadas é que o cenário de grande importância do carvão para geração de eletricidade seja mantido em longo prazo, devido a sua abundância, baixo custo, e ao mercado estável e diversificado. Neste contexto a busca por melhorias que proporcionem o aumento de eficiência das centrais termelétricas tornou-se prioridade, na intenção de minimizar os impactos oriundos da utilização do carvão, principalmente relacionado às emissões de CO2, além de maximizar o aproveitamento energético do recurso mineral. Sendo assim, a utilização das centrais supercríticas e ultrassupercríticas tem sido priorizada em detrimento das centrais convencionais subcríticas no intuito de atingir altas eficiências. Esse trabalho objetiva a aplicação da análise exergoambiental conforme foi apresentada por Meyer et al. (2009), no intuito de quantificar a redução de impacto ambiental proporcionada pelas centrais termelétricas com tecnologias supercríticas e ultrassupercríticas. Foram realizadas as análises exergéticas dos sistemas de geração de energia abordados, uma análise de ciclo de vida (ACV) de cada componente relevante dos sistemas, assim como dos fluxos de entrada, e por fim a atribuição dos impactos ambientais determinados pelo ACV aos fluxos exergéticos dos sistemas, possibilitando o cálculo das variáveis exergoambientais. Os resultados apontam que para as três centrais estudadas a caldeira se mostra como a principal fonte de irreversibilidades, conforme esperado. O subsistema das turbinas obteve maior eficiência exergética tanto na central supercrítica quanto na ultrassupercrítica, resultado das condições de vapor com altas pressões e temperaturas. A eficiência exergética obtida para a central subcrítica foi de 35,82%, para supercrítica 37,85% e para ultrassupercrítica 41,54%. Identificou-se incremento de impacto ambiental nos fluxos exergéticos que passam por componentes nos quais há fornecimento de calor, trabalho ou combustível, de forma que os fluxos que passam pela caldeira são aqueles que sofrem maior incremento de impacto ambiental. A água de resfriamento, que constitui um rejeito do sistema, apresentou uma taxa de impacto ambiental de 3,13 mPts/kWh para a central subcrítica, 3,09 mPts/kWh para a supercrítica e 1,57 mPts/kWh para ultrassupercrítica. A eletricidade gerada apresentou uma taxa de impacto ambiental de 41,40 mPts/kWh, 38,90 mPts/kWh, e 36,04 mPts/kWh, para as centrais subcrítica, supercrítica e ultrassupercrítica, respectivamente. Verificou-se que para nenhum dos sistemas estudados a taxa de impacto ambiental associada ao componente é significativa nas análises, representado em geral menos de 1% da taxa de impacto ambiental total do sistema. As taxas de impacto relacionadas à destruição de exergia, e a formação de poluentes foram diagnosticadas como principais fontes de impacto ambiental. Foi verificado, portanto, um importante aumento na eficiência das centrais, assim como uma redução significativa do impacto ambiental originado pela geração de eletricidade por centrais supercríticas e ultrassupercríticas.