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https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3147
Tipo: | Tese |
Título: | Potencial de geração de eletricidade proveniente dos gases efluentes da produção de carvão vegetal em Minas Gerais |
Autor(es): | OLIVEIRA, Guilherme Mandelo |
Primeiro Orientador: | PALACIO, José Carlos Escobar |
metadata.dc.contributor.advisor-co1: | VENTURINI, Osvaldo José |
Resumo: | Minas Gerais é o Estado brasileiro que mais produz carvão vegetal, e esta produção se dá através de fornos de carbonização que emitem gases nocivos à atmosfera, desperdiçando energia útil e causando um impacto ambiental. Este trabalho se propõe a realizar uma avaliação do potencial de geração de eletricidade proveniente dos gases efluentes da produção de carvão vegetal em Minas Gerais a partir de diferentes tecnologias de conversão de eletricidade. Foi realizado um levantamento dos produtores de carvão vegetal no Estado e da sua produção a fim de conhecer o potencial energético disponível em 2020 com uma projeção até 2030. Nos estudos de geração de eletricidade, foram consideradas três tecnologias, a saber: o ciclo Rankine à vapor (SRC), o ciclo Rankine orgânico (ORC) e a turbina a gás de queima externa (EFGT). Para cada tecnologia, calcularam-se as eficiências de conversão que foram aplicadas em cada um dos empreendimentos previamente levantados. As eficiências variaram de 5% à 24%, dependendo do tipo de tecnologia para as faixas de potência de 100 kW à 2000kW. Mapas temáticos dos potenciais de geração em Minas Gerais foram criados, evidenciando uma concentração da produção nas regiões Norte e Nordeste do Estado. O maior potencial de geração para o estado foi de 1348 GWh/ano utilizando o ciclo ORC com regeneração e superaquecimento tendo como fluido de trabalho o n-decano. Também foi conduzida uma análise econômica levando em conta a venda de energia em leilões no mercado de energia, juntamente com uma análise de sensibilidade para cada variável de potência, preço de venda da energia, taxa mínima de atratividade, impostos, horas de operação da planta e preço de aquisição de bens consideradas. Os menores custos específicos de investimento foram do SRC, variando de 2.371,03 US$/kW à 2000 kW e 3.795,25 US$/kW à 500 kW. Os resultados demonstram que os atuais cenários técnicos e econômicos não são favoráveis para a implantação de usinas de geração de eletricidade baseadas na recuperação de gases residuais em plantas de produção de carvão vegetal no Estado de Minas Gerais, sendo praticamente impossível a viabilidade em plantas menores que 10 MW em um horizonte de 10 anos. Todas as tecnologias apresentaram preços de venda de energia acima dos 100 US$/MWh, que é acima da média dos últimos 3 anos. Contudo, o amadurecimento tecnológico dos meios de produção de carvão e tecnologias de conversão de eletricidade, aliados à um incentivo econômico baseado nos benefícios ambientais, podem propiciar uma melhora deste cenário futuramente. |
Abstract: | Minas Gerais is the biggest charcoal producer in Brazil. This production happens in carbonization kilns that emit waste gases to the atmosphere, wasting useful energy and causing an environmental impact. In this work, an evaluation of the electricity generation potential from the effluent gases of the charcoal production in Minas Gerais was carried out using different electricity conversion technologies. A survey of charcoal producers in the State and their production was conducted in order to calculate the energy potential available in 2020 with a projection until 2030. For the electricity generation studies, three technologies were considered, namely: The Steam Rankine Cycle (SRC), the Organic Rankine Cycle (ORC) and the Externally Fired Gas Turbine (EFGT). For each technology, the efficiencies were calculated and applied for each of the previously surveyed producers. Efficiencies ranged from 5% to 24% depending on the type of technology power, ranging from 100kW to 2000kW. Maps of the power generation potentials in Minas Gerais were created, showing a concentration in the North and Northeast regions of the state. The highest power generation potential for the state was 1348 GWh/year using the ORC cycle with regeneration, superheating and n-decane as the working fluid. An economic analysis was also made, taking into account auctions for the energy sale in the energy market, together with a sensitivity analysis for each variable considered: Power, energy sale price, minimum attractiveness rate of return, taxes, plant operation time, and capital expenditure. The results demonstrate that the current technical and economic scenarios are not favorable for the implementation of electricity generation plants based on waste heat recovery from gases in charcoal production plants in the State of Minas Gerais, making feasibility in plants smaller than 10 MW practically impossible over a 10-year horizon. All technologies had energy sales prices above 100 US$/MWh, which is higher than the average of the last 3 years. However, the technological development in the charcoal production kilns and electricity conversion technologies, combined with an economic incentive based on environmental benefits, may provide an improvement in this scenario in the future. |
Palavras-chave: | Carvão vegetal Recuperação de calor residual Ciclo Rankine orgânico Ciclo Rankine a vapor Turbina a gás de queima externa |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editor: | Universidade Federal de Itajubá |
Sigla da Instituição: | UNIFEI |
metadata.dc.publisher.department: | IEM - Instituto de Engenharia Mecânica |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia Mecânica |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
URI: | https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3147 |
Data do documento: | 17-Dez-2021 |
Aparece nas coleções: | Teses |
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