Planta de cogeração a biomassa como alternativa para geração de energia elétrica e térmica em uma indústria frigorífica de frangos

Abstract

Nos últimos anos o setor industrial tem intensificado a busca por novas tecnologias para geração de energia, onde a cogeração tem se apresentado como uma alternativa promissora para suprir as demandas de energia elétrica e térmica, com especial ênfase na indústria de alimentos. Neste contexto, este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de avaliar a viabilidade técnica e econômica de uma planta de cogeração a biomassa, para atender as demandas de energia elétrica e térmica de uma indústria frigorífica de frangos, localizada no estado do Paraná. Em relação à abordagem adotada, o primeiro passo consistiu no levantamento de dados referentes ao perfil de consumo anual de energia elétrica e térmica. Na sequência foi definido um projeto conceitual com configurações e características operacionais identificadas em conjunto com fornecedores nacionais de equipamentos. A planta proposta é equipada com caldeira aquatubular, que produz vapor superaquecido para uma turbina de condensação e extração (Condensing Extraction Steam Turbine - CEST), sendo a extração de vapor utilizada para suprir a demanda de energia térmica do processo. Foram avaliadas quatro configurações distintas, envolvendo dois níveis de pressão e temperatura de vapor superaquecido (43 bar / 450 °C e 68 bar / 520 °C) e também turbinas do tipo ação e reação. Na simulação das configurações propostas decidiu-se pela operação da planta em carga nominal e contínua, considerando operação no modo cogeração nos dias de semana e modo Rankine nos finais de semana. A análise de pré-viabilidade econômica foi realizada considerando-se o Valor Presente Líquido (VPL), Taxa Interna de Retorno (TIR) e tempo de retorno do investimento (payback descontado). Adicionalmente, foi determinado o custo nivelado da eletricidade (Levelized Cost of Electricity - LCOE) da planta de cogeração para comparação com o valor pago à concessionária local. De acordo com resultados obtidos, a planta C2/TG2 (68 bar / 520 ºC e turbina de reação) apresentou o menor consumo de cavaco de lenha e os maiores valores de eficiência global, para ambos os modos de operação. A análise de pré-viabilidade econômica apresentou valores vantajosos, na ordem de 21 % para a TIR, com tempo de retorno de investimento de 6 anos. Nesta mesma configuração, o LCOE encontrado foi de aproximadamente 218 R$/MWh, menor que o valor pago à concessionária local, demonstrando a viabilidade econômica da proposta de cogeração.

Abstract : In the last years, the industrial sector has been searching new technologies for energy conversion, where the cogeneration has been considered a promising alternative to supply the electric and thermal energy demands of food industries. In this scenario, the technical and economic feasibility analysis of a biomass cogeneration plant was evaluated, with the objective of supplying electricity and heat to a slaughterhouse located in the state of Parana. At first, a survey of data referring to the annual consumption of electric and thermal energy was carried out. In addition, a cogeneration plant with different configurations and operational parameters was modeled, considering the characteristics of equipment available in the Brazilian market. The cogeneration plant was equipped with a water tube steam generator for producing superheated steam, which feeds a condensing extraction steam turbine, where the extracted steam is used to supply thermal process. Four different configurations were evaluated, including two levels of steam pressure/temperature (43 bar / 450 °C and 68 bar / 520 °C) as well the use of action and reaction turbines. Nominal load and continuous operation were considered in cogeneration mode on workdays and Rankine mode on the weekends. An economic feasibility analysis was performed, calculating the parameters Internal Rate of Return (IRR), Net Present Value (NPV) and payback time. A Levelized Cost of Electricity (LCOE) was also evaluated and compared to the value paid to the electricity distribution company. The technical analysis pointed out the configuration C2/TG2 (68 bar / 520 ºC and reaction turbine) as the alternative of lowest wood chip consumption and highest overall efficiency values, for both operation modes. Additionally, it was found economic advantages for the configuration C2/TG2, about 21 % for the IRR and payback time of 6 years. Furthermore, the calculated LCOE was approximately 218 R$/MWh, less than the amount paid to the electricity distribution company, demonstrating the economic viability of the biomass cogeneration plant.