Produção combinada de eletricidade e calor de processo industrial com energia solar

Abstract

Calor de processo industrial representa uma grande parte da demanda energética das indústrias. Setores como têxtil, bebidas e alimentos demandam por volta de um terço de eletricidade e, o restante, calor de processo. Na busca por fontes renováveis e limpas de energia, é proposta uma planta solar de coletores parabólicos funcionando em modo de cogeração que pode atender à demanda térmica e elétrica dessas indústrias, principalmente a médias e baixas temperaturas (<250°C). Simulações utilizando o software System Advisor Model (SAM) e modelagem com o Engineering Equation Solver (EES) foram realizadas para obtenção do sistema solar termoelétrico que visa atender à demanda energética de uma planta de processamento de leite instalada em três localidades no Nordeste do Brasil com diferentes irradiações diretas normais (DNI – Direct Normal Irradiation). A planta solar foi simulada usando diferentes configurações de tubos receptores com e sem vácuo para geração de 1MWe e para fornecimento de calor de processo industrial. Uma comparação entre ciclo Rankine orgânico (ORC – Organic Rankine Cycle) e ciclo Rankine a vapor (CRV) também foi feita para análise da viabilidade e escolha do melhor ciclo de potência a ser aplicado nessas plantas ou usinas. Os resultados revelam melhores eficiências de ciclo (uma diferença de quase dois pontos percentuais em Bom Jesus da Lapa, tanto para os receptores com vácuo como para aqueles com ar) e menores áreas para plantas com ciclo Rankine orgânico e/ou maior DNI, bem como maior fator de capacidade. A análise financeira mostrou custos nivelados de calor (LCOH) entre 2,52 e 3,38 ¢/kWh-t para tubos evacuados e entre 5,95 e 11,67 ¢/kWh-t para tubos com ar, valores aumentando com a diminuição da DNI. Os LCOH usando tubos evacuados são comparáveis ou até melhores que os custos de calor a partir de gás natural nos EUA e Europa. Já o custo nivelado de eletricidade (LCOE) ficou entre 0,23 e 0,31 US$/kWh-t para os tubos com vácuo e entre 0,63 e 2,73 US$/kWh-t para aqueles com ar, aumentando com a diminuição de DNI e também para os casos com CRV. Os LCOE obtidos para tubos evacuados são comparáveis aos das plantas de grande porte existentes atualmente, mas ainda altos comparados a outras fontes renováveis.