Desenvolvimento de um modelo computacional para projeto e otimização multiobjetivo de ciclos ORC e S-CO2

Abstract

A demanda global de energia cresce nas últimas décadas de forma constante, e com isso o aumento dos poluentes atmosféricos e gases de efeito estufa. Em contrapartida, a acentuação da busca por processos industriais e métodos de geração de energia mais eficientes, favoráveis ambientalmente e economicamente, é uma decorrência do alinhamento das políticas públicas mundiais com respeito à mitigação dos problemas ambientais, em paralelo à conscientização da limitação dos recursos de combustíveis fósseis. Nas mais diversas atividades industriais, uma quantidade enorme de calor residual é rejeitada na atmosfera. A recuperação desta energia não aproveitada é uma forma efetiva de proporcionar o aumento da eficiência de sistemas térmicos. Neste contexto, ciclos ORC e S-CO2 despontam como duas das mais promissoras tecnologias para geração de energia elétrica, por meio do aproveitamento de fontes de calor a baixas temperaturas. Estes ciclos são alternativas para transformação de energia em que as condições das fontes de calor aproveitadas limitam técnica e economicamente a aplicação de outras tecnologias. A presente tese apresenta a metodologia do desenvolvimento de uma ferramenta de cálculo computacional para projeto de ciclos ORC e S-CO2 avaliando as propriedades da operação dos ciclos, além do projeto conceitual de seus principais equipamentos: o expansor e os trocadores de calor. A ferramenta computacional é utilizada na otimização multiobjetivo da operação em nível de sistema e de equipamentos, com o algoritmo genético NSGAII, visando maximizar a capacidade de geração de energia e minimizar a área do ciclo. Neste estudo foi avaliada a aplicação dos ciclos ORC e S-CO2 para geração de eletricidade pela recuperação de calor dos processos de uma plataforma FPSO (Floating Productions Storage Offloading) de exploração e processamento de petróleo offsshore. O suporte à demanda de eletricidade em FPSOs é um grande desafio devido principalmente às suas restrições ao espaço físico, limitação de peso e segurança. A análise desenvolvida nesta Tese visa apontar soluções ótimas para operação dos ciclos avaliados, tendo em vista o aumento da geração de eletricidade e eficiência dos processos de uma FPSO brasileira.