Análise termodinâmica de uma microturbina a gás em operação híbrida solar-etanol

Abstract

Turbinas a gás híbridas solar-biocombustível são interessantes do ponto de vista econômico e ambiental. Desta maneira diversas pesquisas estão sendo desenvolvidas nesse campo, assim como implementadas em indústrias nos últimos anos. O objetivo desta dissertação é avaliar o desempenho de uma microturbina híbrida operando com etanol ou gás natural e energia solar, além da viabilidade econômica da hibridização da turbina. A microturbina simulada computacionalmente foi a Capstone C30, a qual é uma turbina a gás regenerativa que opera com gás natural em condição padrão. A fim de simular as condições específicas de operação, foi utilizado o software GateCycleTM 6.1.2, utilizando como combustíveis o etanol e o gás natural, simulando um receptor solar posicionado tanto na linha de alta pressão como na linha de baixa pressão. Os resultados mostraram uma redução significativa em consumo de combustível conforme o receptor aumenta a temperatura do ar, principalmente quando este está posicionado na linha de alta pressão, afetando diretamente o custo da energia gerada. No ciclo híbrido, apesar da maior potência obtida utilizando-se gás natural, a relação energia do combustível por potência produzida é menor ao utilizar o etanol. O custo de geração de energia elétrica sem energia solar é mais atrativo para o combustível gás natural, mas a turbina a etanol é mais atrativa à solarização. O menor tempo de retorno financeiro foi de 4,4 anos, obtido para a microturbina híbrida solar-etanol com o receptor solar na linha de alta pressão e o maior de 14,3 anos, obtido para a microturbina híbrida solar-gás natural com o receptor posicionado na linha de baixa pressão. A solarização destas duas turbinas representa uma receita em 20 anos de US$ 376 227 e US$ 39 221, respectivamente.