Projeto de microturbina de baixo custo alimentada a gás de síntese para geração distribuída de energia elétrica

Abstract

A geração distribuída de energia elétrica é uma alternativa que se mostra muito promissora para diversificar a matriz elétrica brasileira, principalmente utilizando a biomasssa como combustível. Para isso, uma das opções mais viáveis é a utilização de microturbinas à gás, que possuem boa eficiência, porém geralmente são muito onerosas. Portanto, o presente trabalho teve como objetivo realizar a análise de viabilidade termodinâmica e econômica de construção, instalação e operação de uma microturbina de baixo custo utilizando turbocompressores automotivos e gás de síntese como combustível para geração distribuída de energia elétrica. Os parâmetros da biomassa utilizada foram levantados bibliograficamente, assim como as especificações de plantas de potência e seus respectivos equipamentos e processos, bem como os turbocompressores automotivos e suas similaridades com plantas de geração de potência de ciclo Brayton. Os resultados do estudo apontaram para um grande potencial de aplicação da planta de geração de energia projetada, principalmente em regiões remotas com grande disponibilidade de biomassa, já que o ciclo de geração de potência apresentou rendimento termodinâmico de cerca de 27%, com custo total de construção e instalação de cerca de R$ 90.000,00, o que equivale a menos de 25% do preço comercial de microturbinas disponíveis no mercado. Além disso, o custo de geração de energia foi estimado em cerca de R$0,37/kWh, sendo 35% menor que a tarifa de energia elétrica da CELESC em novembro de 2022 e 32% menor que o custo de geração de microturbinas disponíveis no mercado. Porém, a necessidade de utilização do sistema em conjunto com um gaseificador de leito fixo contracorrente aumenta o custo total da planta de geração, bem como a necessidade de compressão do combustível antes do mesmo ser injetado na câmara de combustão pode reduzir drasticamente a eficiência do ciclo de geração de potência.

Distributed electricity generation is an alternative that shows great promise to diversify the Brazilian electricity matrix, especially using biomass as fuel. For this, one of the most viable options is the use of gas microturbines, which have good efficiency, but are generally very expensive. Therefore, the present work aimed to perform the thermodynamic and economic viability analysis of the construction, installation and operation of a lowcost microturbine using automotive turbochargers and syngas as fuel for distributed electric power generation. The parameters of the biomass used were bibliographically surveyed, as well as the specifications of power plants and their respective equipment and processes, as well as automotive turbochargers and their similarities with Brayton cycle power plants. The results of the study pointed to a great potential of application of the projected power generation plant, mainly in remote regions with great availability of biomass, since the power generation cycle presented thermodynamic efficiency of about 27%, with a total cost of construction and installation of about R$ 90,000.00, which is equivalent to less than 25% of the commercial price of microturbines available in the market. In addition, the cost of power generation was estimated to be about R$0.37/kWh, which is 35% less than CELESC electricity tariff in November 2022 and 32% less than the cost of generation of microturbines available in the market. However, the necessity of using the system in combination with a updraft gasifier increases the total cost of the generation plant, as well as the need for fuel compression before it is injected into the combustion chamber can drastically reduce the efficiency of the power generation cycle.