Avaliação termoeconômica de propostas de unidades de cogeração de energia: um estudo de caso com gás de síntese, gás natural e biogás

Abstract

As políticas de emissões e a busca pela independência da matriz energética dos combustíveis fósseis reforçam o emprego de fontes alternativas de energia. Nesse cenário, a geração de energia através da biomassa tende a crescer, sendo aplicada de diferentes formas. A transformação da biomassa em um combustível gasoso pode ser realizada por processos termoquímicos ou bioquímicos. A gaseificação da biomassa, processo termoquímico, é uma técnica que produz um combustível gasoso conhecido como gás de síntese, o qual possui baixo poder calorífico, capaz de gerar energia elétrica por meio de motores de combustão interna e de turbinas a gás. Já o biogás é produzido pelo processo bioquímico, auxiliado pela decomposição da matéria orgânica. Esse trabalho trata de um estudo de propostas de unidades de cogeração de energia em um centro de pesquisa autoprodutor de energia elétrica e que necessita, também, de demanda térmica para refrigeração. Por meio da termoeconomia, são avaliadas três tipos de unidades de cogeração com motores de combustão interna que operem com o gás natural, biogás ou o gás de síntese. As análises energéticas, exergéticas e termoeconômicas das três propostas foram obtidas através do software Engineering Equation Solver (EES) e a comparação delas mostrou que o gás natural e o biogás são mais competitivos para geração de potência. O gás de síntese, embora não esteja na maturidade da tecnologia, poderá ser, no futuro, economicamente vantajoso nos projetos de cogeração de energia. ABSTRACT: Emissions policies and the search for independence from the energy matrix from fossil fuels reinforce the use of alternative energy sources. In this scenario, energy generation through biomass tends to grow, being applied in different ways. The transformation of biomass into a gaseous fuel can be carried out by thermochemical or biochemical processes. Biomass gasification, a thermochemical process, is a technique that produces a gaseous fuel known as synthesis gas, which has a low calorific value, capable of generating electrical energy through internal combustion engines and gas turbines. Biogas is produced by the biochemical process, aided by the decomposition of organic matter. This work deals with a study of proposals for energy cogeneration units in a self-producing electrical energy research center that also needs thermal demand for cooling. Through thermoeconomics, three types of cogeneration units with internal combustion engines that operate with natural gas, biogas or synthesis gas are evaluated. The energetic, exergetic and thermoeconomic analyzes of the three proposals were obtained using the Engineering Equation Solver (EES) software and their comparison showed that natural gas and biogas are more competitive for power generation. Synthesis gas, although not yet at the maturity of the technology, could be, in the future, economically advantageous in energy cogeneration projects.