Gestão termoecológica de usinas termoelétricas com motores de combustão interna: modelo baseado em aspectos técnicos, econômicos e ambientais

Abstract

Embora no mundo exista uma tendência ao uso das energias renováveis, nas usinas termoelétricas, a principal fonte geradora de energia ainda são os combustíveis fósseis. Essas usinas apesar de gerar a potência elétrica demandada para o consumo, são fontes de poluição ao meio ambiente. Este trabalho desenvolve uma proposta para a gestão termoecológica de usinas termoelétricas, avaliando conjuntamente a eficiência térmica e ambiental de motores à combustão interna acionados por combustíveis fósseis, mas especificamente neste caso, o óleo combustível e o gás natural. De forma a associar as diferentes percepções de eficiência e avaliar a gestão termoecológica, foram criados diferentes modelos matemáticos utilizados no desenvolvimento de procedimentos que integraram os aspectos técnicos (eficiências), econômicos (consumo e custo de combustível) e ambientais (índice de emissões, função ecológica e Ecoeficiência). Por meio do uso de novas teorias, conceitos e lacunas de conhecimentos verificados na literatura, se aplica pela primeira vez o conceito de entransia para avaliar a eficiência dos motores à combustão interna e para criar um aprimoramento para a função ecológica desenvolvida inicialmente por Angulo-Brown. Para possibilitar a gestão termoecológica das usinas foi utilizado também o conceito de Ecoeficiência na otimização multicritério do despacho de carga, permitindo aos gestores avaliar diferentes simulações em busca da maior eficiência termoecológica. A avaliação prática dos procedimentos desenvolvidos foi feita por meio da aplicação dos mesmos em um procedimento computacional criado com parâmetros específicos ao tipo de usinas termoelétricas abordadas. Os principais resultados obtidos foram o avanço da teoria acerca da gestão termoecológica de usinas termoelétricas e a criação de uma ferramenta prática de cruzamento de dados e simulação de cenários para que os gestores utilizem em suas tomadas de decisões. O procedimento e a ferramenta criados possibilitam aos gestores a percepção real da variação dos impactos técnicos, econômicos e ambientais em relação aos efeitos das diferentes formas de operação das usinas termoelétricas. A efetividade dos procedimentos propostos foi comprovada por sua aplicação em casos reais com diferentes cenários de geração e tipo de combustível.

Abstract : Although there is a trend in the world of the use of renewable energy, in power plants, the main source of energy is still the fossil fuels. These plants, despite generating the electric power demanded for consumption, are sources of environmental pollution. This thesis develops a proposal for the thermoecological management of power plants, jointly evaluating the thermal and environmental efficiency of internal combustion engines driven by fossil fuels, but specifically in this case, fuel oil and natural gas. In order to associate the different perceptions of efficiency and to evaluate the thermo-ecological managing, different mathematical models were created, that were used in the development of procedures that integrated technical (efficiencies), economic (fuel consumption and cost) and environmental (emission index, ecological function and Eco-efficiency) variables. With new theories, concepts and knowledge gaps verified in the literature, the concept of entransy is applied for the first time to evaluate the efficiency of internal combustion engines and to create an improvement to the ecological function initially developed by Angulo-Brown. To make possible the thermoecological management of the plants, the concept of Eco-efficiency was included in the multi-objective optimization of load dispatch, allowing managers to evaluate different simulation scenarios for searching a higher thermoecological efficiency. The practical evaluation of the developed procedures was done through their application in a software created with specific parameters related to the type of thermoelectric power plants analyzed. The main results obtained were the advance of the theory about the thermoecological management of power plants and the creation of a practical tool for data analysis and simulations for the managers to use in their decision making process. The procedure and tool created allow the managers the real perception of the variation of the technical, economic and environmental impacts in relation to the effects of the different ways of operation of the thermoelectric power plants evaluated. The effectiveness of the proposed procedures was demonstrated by its application in real cases with different generation and fuel type scenarios