Repositório UNIFEI UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Teses
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Tipo: Tese
Título: Determinação dos potenciais técnico e econômico da geração de eletricidade a partir da biomassa: estudo de caso do estado de Minas Gerais
Autor(es): DOVICHI FILHO, Fernando Bruno
Primeiro Orientador: LORA, Electo Eduardo Silva
metadata.dc.contributor.advisor-co1: PALACIO, José Carlos Escobar
Resumo: A presente investigação tem como finalidade determinar os potenciais técnicos e econômicos da geração de eletricidade a partir de diferentes tipos de biomassa no estado de Minas Gerais, utilizando para isso diferentes tecnologias de geração de eletricidade, suportadas por diferentes rotas termoquímicas de combustão e gaseificação. Foram selecionadas as cinco biomassas de maior disponibilidade no estado de Minas Gerais: milho, soja, café, eucalipto e cana de açúcar, cujas culturas produzem resíduos que podem ser aproveitados para a geração elétrica. Considerando os dados técnicos, logísticos e econômicos das biomassas selecionadas, a pesquisa procurou definir os tipos de biomassa residual mais viáveis para a geração de eletricidade, em diferentes localidades do estado, por meio de uma abordagem de tomada de decisão multicritério (MCDM). Foi realizada uma revisão bibliográfica da maturidade dos diferentes tipos de tecnologias de geração de eletricidade a partir da biomassa a partir de informações disponíveis, esquemas e parâmetros operacionais de instalações reais. O nível de prontidão tecnológica das diferentes alternativas também foi avaliado através de uma pesquisa com especialistas do setor, concluindo-se que as tecnologias com maior nível de prontidão são o ciclo Rankine convencional, o ciclo Rankine orgânico e o uso de gaseificadores integrados com motores de combustão interna. Essas três alternativas tecnológicas foram adotadas como opções para a geração de eletricidade a partir da biomassa, obtendo-se uma escala dos tipos de biomassa disponíveis, através de uma metodologia multicritério. A determinação do peso dos critérios foi realizada a partir de uma integração com o processo de hierarquia analítica (AHP). Em conjunto com uma abordagem GIS MCDA, foram avaliadas diferentes microrregiões considerando os seus respectivos recursos de biomassa, permitindo a estimativa dos custos e o desempenho de diferentes tecnologias de produção de eletricidade. Foi desenvolvido um algoritmo lógico para a seleção das alternativas de produção de energia a partir da biomassa, dando prioridade à viabilidade técnica, e considerando fatores como a disponibilidade da biomassa e suas características tais como poder calorífico, umidade e granulometria. Foram levantados os custos de investimento, custos operacionais, bem como custos logísticos para a geração de energia elétrica da usina, de acordo com a tecnologia empregada. As eficiências energéticas típicas destes ciclos situam-se entre 8 e 30 %, com a eficiência de conversão aumentando com a escala de geração. Para serem analisados, os sistemas de produção foram divididos de acordo com os seus intervalos de potência em aplicação industrial através de curvas de potências, sendo usinas com potência acima de 5 MWe utilizando o ciclo Rankine convencional, potência entre 0,5 e 4,1 MWe utilizando ciclos Rankine orgânicos, e os potenciais de menor capacidade adotando os ciclos de gaseificação e queima do gás de síntese em motores de combustão interna. Verificou-se que o eucalipto prevaleceu como a biomassa mais adequada para a maioria dos casos analisados, devido ao seu alto poder energético, vindo em seguida os resíduos da cana de açúcar, que são produzidos em maiores quantidades no estado. O ciclo Rankine convencional foi identificado como a tecnologia mais madura e também apresentou os menores custos de geração. Nos aproveitamentos que apresentaram viabilidade econômica, os custos da geração ficam entre US$ 0,10/kWh e US$ 0,24/kWh.
Abstract: The present investigation aims to determine the technical and economic potentials of electricity generation from different types of biomasses in the state of Minas Gerais, using different electricity generation technologies, supported by different thermochemical combustion and gasification routes. The five most available biomasses in the state of Minas Gerais were selected: corn, soybeans, coffee, eucalyptus and sugar cane, whose crops produce residues that can be used for electricity generation. Considering the technical, logistical and economic data of the selected biomasses, the research sought to define the most viable types of residual biomass for electricity generation, in different locations within the state, through a multi-criteria decision-making approach (MCDM). A bibliographic review of the maturity of different types of electricity generation technologies from biomass was carried out, based on available information, schemes and operational parameters of real installations. The level of technological readiness of the different alternatives was also evaluated through a survey with specialists in the sector, concluding that the technologies with the highest level of readiness are the conventional Rankine cycle, the organic Rankine cycle and the use of gasifiers integrated with internal combustion. These three technological alternatives were adopted as options for the generation of electricity from biomass, obtaining a scale of the types of biomasses available, through a multicriteria methodology. The determination of the criteria weight was carried out from an integration with the analytical hierarchy process (AHP). In conjunction with a GIS-MCDA approach, different micro-regions were evaluated considering their respective biomass resources, allowing the estimation of costs and performance of different electricity production technologies. A logical algorithm was developed for the selection of alternatives for energy production from biomass, giving priority to technical feasibility, and considering factors such as the availability of biomass and its characteristics such as calorific value, humidity and granulometry. Investment costs, operating costs, as well as logistical costs for generating electricity from the plant, according to the technology used, were surveyed. Typical energy efficiencies for these cycles are between 8 and 30%, with conversion efficiency increasing with generation scale. To be analyzed, the generation systems were divided according to their power ranges in industrial application through power curves, in which plants with power above 5 MWe were to use the conventional Rankine cycle, power between 0.5 and 4.1 MWe using organic Rankine cycles, and the lower capacity potentials adopting the gasification and syngas burning cycles in internal combustion engines. It was found that eucalyptus prevailed as the most suitable biomass for most of the cases analyzed, due to its high energy power, followed by sugarcane residues, which are produced in greater quantities in the state. The conventional Rankine cycle was identified as the most mature technology and also had the lowest generation costs. In the projects that showed economic viability, the generation costs were between US$ 0.10/kWh and US$ 0.24/kWh.
Palavras-chave: Potencial teórico
Potencial técnico
AHP
Biomassa
Minas Gerais
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/123456789/3347
Data do documento: 2-Mai-2022
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