Análise e otimização termoeconômica aplicada a Usina Termelétrica de Figueira

Abstract

Resumo: Este trabalho apresenta a análise e a otimização termoeconômica da usinatermelétrica de Figueira, localizada no município de Figueira, centro leste do estadodo Paraná, Brasil, tendo a usina dois circuitos de geração que trabalham no ciclotérmico de Rankine a vapor d’água. A análise e a otimização termoeconômica foramrealizadas pela metodologia desenvolvida pelo professor George Tsatsaronis daUniversidade Técnica de Berlin (TU Berlin), onde é calculado um balanço de custospara cada componente, o qual depende dos fluxos de exergia que unem essescomponentes, e para cada circuito de geração. Pelo cálculo dos parâmetrostermoeconômicos que são a eficiência exergética, a soma dos custos de operação emanutenção com os custos de destruição de exergia, a diferença relativa de custo, ofator termoeconômico, a razão de exergia destruída e a razão de exergia perdida,para cada componente a para a cada circuito de geração da usina, se elaborou olevantamento termoeconômico da situação atual da usina, obtendo-se assim umaindicação segura das condições termoeconômicas de cada componente e de cadacircuito de geração, incluindo o custo do produto final, a energia elétrica gerada emcada circuito de geração. Baseado no levantamento termoeconômico da situaçãoatual foi analisada a substituição dos componentes considerados ineficientes, pormeio de um processo de otimização, o qual se baseia no cálculo do investimentototal de capital, a partir de uma equação específica que relaciona a eficiênciaexergética e o produto exergético do sistema em análise seja um componente outodo um circuito de geração, através de expoentes, o expoente de capacidade e oexpoente de eficiência exergética. Por meio de formulações adequadas, a equaçãode investimento de capital é relacionada com os parâmetros termoeconômicos,fornecendo para cada componente e para cada circuito de geração os valores ótimose os valores reais possíveis, dos parâmetros termoeconômicos, com componentesreais cujos custos foram obtidos no mercado, obtendo-se uma visão geral quepermite comparar não só o melhor valor que pode ser obtido para os parâmetrostermoeconômicos em uma determinada configuração com o real obtido naconfiguração possível com componentes de mercado, como também comparar asnovas configurações reais obtidas para os circuitos de geração, com as configurações atuais. Por meio de nova análise energética, exergética etermoeconômica aplicadas às novas configurações dos circuitos de geração da usinade Figueira, obteve-se a confirmação da eficiência das mudanças propostas, onde omaior indicativo foi o custo do produto final, energia elétrica que, nas novasconfigurações alterou-se para um patamar de aproximadamente 50% em relação àsconfigurações atualmente existentes na usina de Figueira.

Abstract: This work presents the thermoeconomic analyses and optimization of Figueira Powerplant, located in center east of Paraná State, South Brazil. The power plant has twopower circuits. The thermoeconomic analyses, was made following the methodologydeveloped by professor George Tsatsarons, from Berlin Technical University (TUBerlin), where is calculated the cost balance for every component and every powercircuit. This balance depends on the exergetic flows, which link these components.The calculation of some parameter, which are the exergetic efficiency, the sum of theoperation and maintenance costs plus the cost of exergy destruction, the relative costdifference, the thermoeconomic factor, the exergy destruction ratio and the exergyloss ratio, gives a safe indication of the thermoeconomic condition of an isolatedcomponent and every power circuit, including the cost of the products of the plant,electric power. Based on the thermoeconomic diagnostic, were studied desubstitution of some components considered inefficient, using an approach ofoptimization. The optimization approach is based in the calculation of the total capitalinvestment by a formula that relates the product of the system and its efficiency byexponents, the capacity exponent and the efficiency exponent. By adequateformulations, the total capital investment formula is related with the thermoeconomicparameters, giving for every component and every power circuit the optimal and thereal values of such parameters, permitting to get an overview that permits comparesthe optimal values to that real possible with market components of thethermoeconomic parameters in the new configurations and permitting a comparisonbetween the present configurations with the new ones. New energetic, exergetic andthermoeconomic analysis were made in the new configurations of the two powercircuits what shows the efficacy of the changes, particularly in the cost of the finalproduct of the plant, which became almost a half of that in the present values.