Análise Termoeconômica Comparativa de Ciclos Avançados de Usinas Termoelétricas a Carvão Mineral e Usinas Termonucleares.

Abstract

Com legislações ambientais cada vez mais restritivas para as usinas termoelétricas a carvão, as usinas termonucleares vêm sendo consideradas boas alternativas para geração tendo em vista a produção firme de eletricidade, garantia de fornecimento, altos fatores de capacidade, confiabilidade, segurança e menores requerimentos de áreas de empreendimento. Há várias tecnologias associadas às termoelétricas a carvão e termonucleares, sendo o objetivo deste trabalho aplicar as análises energética, exergética e termoeconômica a três tipos de usinas termoelétricas: uma subcrítica, uma supercrítica e uma ultrassupercrítica. Com relação às usinas termonucleares foram aplicadas apenas a análise energética e exergética a duas usinas termonucleares da geração II com reatores do tipo CANDU e PWR, e uma usina termonuclear da geração III+ com reator avançado AP-1000, não sendo realizadas para estas usinas, as análises termoeconômicas, devido aos resultados inconsistentes gerados pelo método matemático utilizado. Com as avaliações dos resultados das análises foi possível fazer uma comparação entre as tecnologias. Das usinas termoelétricas estudadas, a que apresentou maior rendimento global foi a ultrassupercrítica com 43,77 %, ficando a supercrítica com 40,46 % e a subcrítica com 37,07 %. Este rendimento de 43,77 % representa um aumento de 6,7 % em relação à termoelétrica convencional de Nanticoke e de 3,31 % em relação à termoelétrica supercrítica, conferindo maior economia no consumo de combustíveis e menores taxas de emissões de CO₂ e particulados. As maiores irreversibilidades tiveram lugares nos geradores de vapor, turbinas de baixas pressões e condensadores. Os valores monetários se mostram competitivos para as termoelétricas avançadas, supercrítica e ultrassupercrítica. No caso das termonucleares o maior rendimento (33,47 %) foi apontado pela usina com reator AP-1000 que também é o mais seguro, pois apresenta sistema de segurança passiva. A de menor rendimento (28,62 %) foi apontada pela termonuclear com reator PWR. As maiores irreversibilidades se deram nos reatores, nas turbinas de altas e baixas pressões, no condensador e no gerador de vapor. Para geração firme em carga de base, as usinas termoelétricas apresentam melhor rendimento. Quando se busca diminuir as emissões de gases de efeito estufa com menores variações dos custos da eletricidade as usinas termonucleares se apresentam como uma melhor alternativa. As análises realizadas nos seis estudos de caso e a demonstração das tecnologias avançadas para as usinas termoelétricas e usinas termonucleares, já consolidadas, trazem como contribuição desse trabalho a confirmação de que para geração de grandes potências elétricas de saída as usinas termoelétricas supercríticas e ultrassupercríticas, assim como as usinas termonucleares da geração III e III+ com sistema de segurança passiva são fundamentais e necessárias para geração firme de energia, com segurança econômica, energética e ambiental.