Recuperação de Calor Residual de Baixa Qualidade em Usinas Termelétricas de Ciclo Combinado.

Abstract

Para minimizar os impactos ambientais gerados pelo consumo de combustíveis fósseis é necessário diversificar a matriz energética com foco nas fontes renováveis e aumentar a eficiência dos processos de conversão de energia existentes. As usinas térmicas de ciclo combinado são exemplos de processos com alto rendimento na conversão de energia térmica em elétrica, chegando a valores acima de 50%. No entanto, mesmo nessas usinas, há pontos de dissipação de calor que reduzem a sua eficiência. Neste trabalho, uma planta termelétrica de ciclo combinado foi analisada com o intuito de identificar estes pontos e avaliar a possibilidade de recuperar o calor residual, convertendo-o em energia elétrica adicional por meio de ciclos Rankine orgânicos (ORC). Para isto, a usina termelétrica de Uruguaiana, localizada no estado do Rio Grande do Sul, Brasil, foi modelada no programa GateCycle. Os fluxos com possibilidade de recuperação de calor foram identificados e analisados. Em seguida, os ciclos Rankine orgânicos foram simulados para diferentes fluidos de trabalho. Para isso, foi utilizado a ferramenta CoolProp. Finalmente, análises técnica e econômica foram realizadas para avaliar o potencial de cada fluido de trabalho. Os resultados mostram que é possível recuperar o calor residual em quatro pontos do ciclo combinado e gerar uma potência adicional de 7,91 MW utilizando dois ORCs com tolueno e dois com ciclopentano. Isso representa um aumento de 1,31% na potência liquida total e um aumento de 0,63 ponto percentual na eficiência global da planta. O custo de investimento total para os quatro ORCs foi estimado em 31,58 milhões de dólares e o custo nivelado de energia (LCOE), para uma taxa de juros de 14%, foi estimando em 56,25 US$/MWh para o tolueno e 98,23 US$/MWh para o ciclopentano. Além da energia elétrica adicional gerada e da receita extra que pode ser obtida, a integração dos ORCs é importante para redução no consumo específico de combustível e diminuição dos impactos ambientais, associados à emissão de poluentes gasosos.