Geração de vapor de processo na indústria a partir de gás natural, pellet de biomassa e energia termossolar

Abstract

Resumo: No mundo, o setor industrial consome uma parcela expressiva da energia primária, sabendo que a maior parte do consumo de energia na indústria é o calor encontrado, em sua maioria, em temperaturas abaixo de 400 °C. Com isso, há a busca por alternativas que possam reduzir o consumo de combustíveis fósseis nas indústrias, na qual a energia solar se apresenta como uma opção para integrar as tecnologias solares térmicas a sistemas já consolidados no mercado. Assim, o presente estudo tem como objetivo analisar o potencial econômico de quatro cenários: sendo dois utilizando somente o combustível (gás natural e pellets de madeira); o terceiro apresenta o sistema híbrido gás natural - solar térmico; e, por último, a energia solar térmica combinada com caldeiras de pellets de madeira para gerar vapor de processo, empregando a tecnologia de concentradores Fresnel, sem armazenamento, em diversas cidades do Brasil. A planta foi modelada usando o software SAM, para a geração de vapor pelo campo solar. A análise dos custos do vapor de processo foi obtida através do cálculo que utilizou os parâmetros de Valor Presente Líquido, Taxa Interna de Retorno e tempo de retorno do investimento. Os resultados alcançados por meio do estudo quanto aos custos para gerar vapor de processo mostram que parâmetros como o DNI, os preços dos combustíveis e o custo do campo solar têm um impacto no estudo econômico de plantas híbridas. Dessa maneira, observou-se que, a caldeira que faz uso de pellets de madeira é uma alternativa viável, com LCOH que varia de 112,16 R$/MWhth a 200,27 R$/MWhth. Para a operação híbrida, a concepção gás natural - solar térmica se mostrou viável, principalmente para as cidades de Fortaleza, Belo Horizonte e Recife, promovendo redução no consumo de combustível, e com custo nivelado do calor de 294,35 R$/MWhth, 251,32 R$/MWhth e 248,04 R$/MWhth, respectivamente. A hibridização do sistema Fresnel com a biomassa de madeira não foi viável, por ter o payback descontado maior que 25 anos para todas as cidades estudadas. Nesse sentido, a implantação do SHIP em determinadas regiões brasileiras pode ser uma alternativa viável, dessa maneira possibilitando a redução do consumo de combustíveis fósseis no setor industrial, como o gás natural, e por consequência, minimizar a emissão de gases de efeito estufa.

Abstract: In the world, the industrial sector is an expressive part of the primary energy, knowing that most of the energy consumption in the industry is the heat found, in its majority, in temperatures below 400 °C. There is a search for alternative consumption, with savings of fuel raw materials in the facilities, in which solar energy presents an option for systems already consolidated in the market. Thus, the present study aims to analyze the economic potential of four scenarios: two using only natural fuels and wood pellets; the third presents the natural gas - solar thermal hybrid system; and, finally, solar thermal technology combined with process wood pellet boilers, using Fresnel energy without storage, storage in several cities in Brazil. The plant was modeled using SAM software to generate steam by the solar field. Analysis of return on investment costs and time of use of the present value return process, Internal Rate of Return on investment. The profitable results through the study as to the costs to generate NI, the economic costs of the steam field have an impact on the hybrid study. In this way, it was observed that the boiler that uses wood pellets is a viable alternative, with LCOH ranging from 112.16 R$/MWhth to 200.27 R$/MWhth. For the hybrid operation, the creation of natural gas - solar thermal proved to be viable, mainly for the cities of Fortaleza, Belo Horizonte, promoting a reduction in fuel consumption, and with a leveled cost of heat of 294.35 R$/MWhth, 251 32 BRL/MWhth and 248.04 BRL/MWhth, respectively. Hybridization of the Fresnel system with non-viable wood biomass, as the discounted return is greater than 25 years for all cities studied. In this sense, the implementation of SHIP under certain Brazilian conditions can be an alternative, a way to reduce the consumption of fossil fuels in the industrial sense, such as natural gas, and consequently, minimize the emission of greenhouse gases in the industrial sector.