Estudo da hibridização heliotérmica : biomassa em diferentes sucroalcooleiras como forma de inserção da tecnologia no Brasil

Abstract

A energia solar concentrada (CSP) é uma forma de emprego da energia solar para gerar energia térmica ou elétrica, em que se utiliza um campo de espelhos para concentrar a radiação solar em um receptor que aquece um fluido de trabalho, e quando ligado a um bloco de potência é capaz de gerar eletricidade por meio de turbogeradores. Para geração de energia elétrica, ela opera de forma similar a uma termelétrica tradicional, porém o calor fornecido ao sistema não se dá através da queima de um combustível e sim por meio do sol. Atualmente no Brasil não existe nenhuma planta que utilize CSP para geração de energia elétrica, mesmo o país possuindo índices relevantes de irradiação solar. Em contrapartida, o Brasil é consolidado no mercado de cana de açúcar, sendo o líder mundial no setor. Grande parte das sucroalcooleiras operam com sistema de cogeração de energia, em que se queima o bagaço da cana de açúcar para geração de energia elétrica e térmica que alimenta os processos de produção de açúcar e etanol, e a energia elétrica excedente desses processos é exportada para rede. O Brasil possui atualmente mais de 400 usinas sucroalcooleiras que operam nesse sistema. Diante disso, esse trabalho se propôs a estudar a viabilidade da hibridização CSP com biomassa da cana de açúcar utilizando disso como uma forma de entrada da energia solar concentrada para geração de energia elétrica no país, visto que as duas fontes compartilhariam o mesmo bloco de potência, reduzindo custos de implantação, além de economizar bagaço no período da safra que poderia ser estocado para estender a geração para o período de entressafra. O estudo foi realizado utilizando 7 usinas de diferentes regiões do país e com diferentes potências instalada. O campo solar foi modelado utilizando a tecnologia de torre central sem armazenamento térmico e foi realizado no SAM, variando a potência para cada usina estudada. A modelagem do sistema híbrido foi feita considerando que o campo solar e a caldeira iriam operar em paralelo fornecendo vapor ao sistema, que opera em ciclo Rankine. Por meio do balanço de energia, foram determinadas as parcelas de vapor fornecidas pelo campo solar e pela caldeira, o que possibilitou o cálculo do consumo e da economia de bagaço. O estudo mostrou que o bloco de potência instalado e a incidência solar são os fatores que mais impactam na eficiência da hibridização, e ainda que as usinas de potência intermediária instalada são que tem melhor desempenho para o modelo proposto. O pior resultado foi obtido para a usina localizada em SP, que teve a DNI média mais baixa, e obteve economia percentual de bagaço de 3% e aumento de energia elétrica de 4,9%. Em contrapartida, a usina localizada no PI, que tinha o bloco de potência mais baixo, mas a média da DNI alta, apresentou 36% de economia de bagaço e 11% de aumento de energia elétrica gerada. A alteração do múltiplo solar afetou de forma significativa apenas a usina de alto bloco de potência instalado. Como forma de inserção da tecnologia no país, a hibridização se mostrou como uma alternativa viável a curto prazo, visto que ela reduz o LCOE para sistemas CSP, as usinas já possuem bloco de potência instalado, já estão inseridas no sistema elétrico brasileiro, utilizam biomassa de baixo custo, e principalmente, devido à disponibilidade solarimétrica do país.