Orientador: Ricardo Alan Verdú Ramos / Banca: Cassio Roberto Macedo Maia / Banca: Robson Leal da Silva / Resumo: No presente trabalho foram apresentadas diferentes simulações para a operação de uma planta sucroalcooleira produtora de açúcar, etanol e bioenergia, a qual passou por uma ampliação recente, havendo momentaneamente a necessidade de compra de bagaço para atender aos contratos de venda de energia. Para tanto, foram considerados variações na moagem (de 1.500.000 até 1.800.000 toneladas de cana por safra) e no mix de produção (de 40 a 80 %), mantendo-se a potência gerada em 39,3 MW e 45 MW para cada situação. Além disso, também foi considerada o efeito da variação da taxa condensação na turbina (entre 50 e 70 t/h). Para cada caso são apresentadas análises termodinâmica, termoeconômica e econômica, identificando as vantagens e desvantagens de cada situação, incluindo a verificação da viabilidade e atratividade do empreendimento. Os resultados mostram que a ampliação da termoelétrica geram benefícios tanto para a produção de açúcar e etanol, através do aumento da capacidade de moagem, como, também, proporciona uma possibilidade de ganho na comercialização de energia através do aumento de mais de 82 % na energia exportada / Abstract: In this work, different simulations for the operation of a sugarcane mill that produces sugar, ethanol and bioenergy, which has undergone a recent expansion requiring purchase of bagasse to meet energy sales contracts, were carried out. For this was taking into account the variations in the milling (from 1,500,000 to 1,800,000 tons of cane by harvest) and in the sugar-alcohol production mix (from 40 to 80 %), keeping the power output of 39.3 MW and 45 MW for each situation. Furthermore, the effect of the variation in the turbine condensation rate (from 50 to 70 t/h) was also considered. For each case, thermodynamic, thermoeconomic and economic analyzes are presented, identifying the advantages and disadvantages of each situation, including the viability and attractiveness of the investment. The results show that the expansion of plant generates benefits both for the production of sugar and ethanol, by increasing the milling capacity, as provides a chance to gain on sale of energy through the increase of over 82 % in the energy exported / Mestre

O Brasil alavanca novamente sua economia, o desenvolvimento tão esperado durante as décadas de 80 e 90 é realidade. Esse crescimento exige novas tecnologias, novas pesquisas e uma infra-estrutura que suporte este crescimento.A energia elétrica faz parte dessa infra-estrutura, porem o país não esta preparado para esse desenvolvimento. Surge a possibilidade de cogeração de energia elétrica utilizando o bagaço de cana-de-açúcar. As usinas de açúcar e álcool já possuem essa prática com um volume de geração pequeno, com algum investimento esse volume de geração poderá ser aumentado, acrescentando cerca de 10% a matriz energética nacional. O objetivo do trabalho é apresentar uma análise da utilização de um subproduto da cana, o bagaço, como cogerador de energia elétrica. O presente trabalho apresenta a situação energética do país, algumas experiências já implantadas em alguns países no mundo e algumas opções para melhoria dos equipamentos utilizados nas usinas de açúcar e álcool. São mostradas as fontes alternativas de geração de energia elétrica estudadas no país, bem como a forma como a Eletrobrás planeja o programa energético nacional. O trabalho analisa mais detalhadamente a utilização do bagaço de cana-de-açúcar, que já é utilizado nas usinas do Estado de São Paulo para gerarem energia elétrica. São discutidos os possíveis sistemas viáveis e os problemas para a implantação deste nas usinas de açúcar e álcool. / Brazil impels its economy again. A development expected in \'80 and \'90 years it\'s real. This growth demands new technologies, new researches and bases that bear that growth. Electric power is in these bases, but Brazil is not ready for that. Electric power cogeneration possibility appears, using sugar cane bagasse. Alcohol and sugar plants have already that practice working with a low generation volume, with some investment this volume can be increased, adding about 10% to national energetic matrix. The aim of this work is present a short time alternative for national electric matrix. This work shows country electric situations, some experiences already implanted in some countries around the world and some options to equipment improvement used in alcohol and sugar plants. It\'s shown alternatives fonts of electric power generation studied on Brazil, as well how Eletrobrás projects its National Energetic Program. It analyses detailed bagasse cane sugar use, which is working on São Paulo plants to generate electric power. It\'s discussed possibles systems and troubles on its implantation on sugar and alcohol plants.

A produção de etanol no Brasil é baseada na extração do caldo de cana-de-açúcar para fermentação e destilação, enquanto o bagaço é queimado nas caldeiras para a cogeração de energia. Embora, este processo aproveite de modo geral toda a biomassa disponível, também gera grande quantidade de resíduo, conhecido como vinhoto ou vinhaça, que ao ser utilizado na fertirrigação pode causar diversos problemas ambientais. Além disso, a necessidade de expandir a produção de biocombustíveis gera uma grande problemática com relação à utilização de terras destinadas à produção de alimentos. Nesse sentido, a produção de etanol de segunda geração (2G) surge como alternativa para aumentar a produtividade do bioetanol, mantendo a mesma área de cana plantada, mas trazendo consigo a problemática do aumento da vinhaça gerada. Tendo em vista os desafios criados em torno desta temática, foi desenvolvido um modelo onde se empregou o tratamento biológico anaeróbio de vinhaça para a produção de metano a ser utilizado como fonte de energia em uma usina autônoma de etanol. O bagaço que seria queimado para este fim foi então conduzido para a produção de etanol 2G, aumentando a produtividade deste combustível. Utilizando a ferramenta Solver, do software Excel, foi possível obter com este modelo até 23 L t-1cana de etanol 2G sem comprometer a autossuficiência energética da planta, de modo que os 9,82 m³ t-1cana de metano produzido pela biodigestão possibilitou o redirecionamento de 17% do bagaço para a produção deste combustível. Desta forma seria possível obter, uma receita anual de até R$ 58 mi. Além do aumento da produtividade, este modelo também previu a redução de impactos ambientais causados pela aplicação da vinhaça no solo, como a prevenção de emissões de cerca de 33.000 tN2O safra-1, e a geração de valor econômico com a venda de produtos e créditos de carbono, que poderiam custear a operação da biodigestão na unidade. / The ethanol production process is commonly performed in Brazil by extracting the sugarcane juice for fermentation and distillation, while the bagasse is burned in boilers for energy cogeneration. Although these processes generally utilize all the available biomass, it also generates large amount of residue, known as stillage or vinasse, which when used in fertigation is responsible for many environmental problems. Moreover, the need to expand biofuel production generates a considerable problem regarding the land use for food production. In this sense, the production of second generation (2G) ethanol is an alternative to increase bioethanol productivity while maintaining the same area of planted ​​cane, but bringing the problem of the vinasse generation increase. In view of the challenges created around this issue, a model was developed considering the biological anaerobic treatment of vinasse for the production of methane to be used as a source of energy in an autonomous plant ethanol. The bagasse supposed to be burned for this purpose was then conducted to produce 2G ethanol, increasing the productivity of the fuel. Using the Solver tool of Excel software, it was possible to obtain with this model up to 23 L t-1cane 2G ethanol without compromising the energy self-sufficiency of the plant, so that 9.82 m³ t-1cane of methane produced by digestion allowed liberation of 17% of bagasse from cogeneration to produce this fuel. Thus, it would be possible to obtain an annual income of up to R $ 58 mi. In addition to increased productivity, this model also foresee the reduction of environmental impacts caused by the application of vinasse in the soil, such as preventing emissions of around 33.000 tN2O season-1, and the generation of economic value by selling products and carbon credits that could fund the operation of biodigestion in the unit.

Em função do crescimento populacional e econômico brasileiro, o sistema elétrico nacional está sempre em modificação a fim de atender às necessidades do país. Na última década, ganhou destaque o aumento da geração termoelétrica na matriz elétrica nacional, primeiro proveniente do gás natural, e mais recentemente de fontes renováveis, como a cogeração termoelétrica proveniente do bagaço de cana. Em virtude desta realidade, é importante que, frente ao volume significativo e crescente de centrais de cogeração no país, seja pensada uma forma de administrar esta parcela da geração de maneira a se aprimorar de forma constante o desempenho destes sistemas. No entanto, verifica-se que os programas de eficiência energética no Brasil e no mundo estão geralmente associados aos usos finais de energia elétrica e praticamente inexiste uma ação estruturada de gestão da eficiência nas transformações energéticas para geração de eletricidade ao longo de sua operação. Portanto, este trabalho tem como objetivo, propor uma metodologia de gestão continuada da eficiência energética de centrais de cogeração a biomassa que operam em ciclo Rankine no Brasil. A metodologia está baseada no ciclo de melhoria contínua da qualidade, conhecido como PDCA. São estabelecidas as etapas para implementação da metodologia: enquadramento, cálculo, medição, verificação e ação. O parâmetro escolhido para cálculo e medição na metodologia é o fator de utilização de energia (FUE). A implementação da metodologia permite passar por cada fase do ciclo PDCA: planejamento, execução, verificação e ação. O ciclo Rankine foi o escolhido para o desenvolvimento do modelo de aplicação por representar a totalidade das centrais de cogeração a biomassa no Brasil. É apresentado um estudo de caso no qual a metodologia foi aplicada a duas centrais de cogeração enquadradas em classes semelhantes. Os resultados demonstram a validade da metodologia para o propósito de implementar um sistema de gestão continuada da eficiência energética global em centrais de cogeração a biomassa. São por fim recomendadas as ações de melhoria decorrentes da aplicação do ciclo nas centrais, e recomendações de desenvolvimento futuro complementares a este trabalho. / Due to the Brazilian population and economic growth, the national grid is in continuous change in order to meet the country needs. During the last decade, the highlights are the thermoelectric generation expansion, first by natural gas plants growth and recently by alternative renewable cogeneration sugarcane bagasse plants. Due to this situation, face to the significant growing number of biomass cogeneration plants in Brazil, it is important to think a way to manage this electric generation portion in order to have a continuous improvement of its performance. However, it is noticed that the energy efficiency policies either in Brazil or worldwide are usually connected to end uses of electricity and actually there is not any structured action towards the energy efficiency management for electricity generation along operation. Thus, this work proposes a methodology for energy efficiency management in Rankine cycle operated biomass cogeneration plants in Brazil. The methodology is based on the so called PDCA continual improvement cycle. The steps for implementation of the methodology: classification, calculation, measurement, verification and action, are established. The energy utilization factor (EUF) was chosen for calculation and measurement in the methodology. The implementation of it permits to pass through each phase of PDCA cycle: plan, do, check and act. The Rankine cycle was chosen for the application model development because it represents 100% of biomass cogeneration commercial plants operating in Brazil. A application of the methodology for two cogeneration plants with the same class is presented in the study case. The results show the validity of the application of the proposed methodology for establishment of an overall energy efficiency management system in biomass cogeneration plants. Improvement actions are recommended as results from the application of the cycle. Further development recommendations for this work are also presented.

A busca de segurança energética nos principais centros de consumo vem se estabelecendo como alta prioridade no contexto mundial dado o crescimento da população e da demanda por alimentos e energia. Nacionalmente a matriz energética vincula-se majoritariamente à fonte hídrica fazendo com que, em períodos de escassez pluvial, a segurança energética seja comprometida. Nesse contexto, a energia termelétrica, em especial, a produzida por meio de biomassa de cana-de-açúcar, mostra-se como uma alternativa sustentável ao abastecimento e segurança energética do país. Com isso, o estudo tem por objetivo identificar qualitativa e quantitativamente o potencial e disponibilidade de biomassas de canade- açúcar, bagaço e palha, para uso energético na operação de cogeração e como matéria-prima, a produção de etanol de segunda geração na região Centro-Sul. Para isso foi realizado um levantamento de dados para a safra 2013/14 com 77 usinas visando o desenvolvimento de indicadores agronômicos (quantificação da oferta de bagaço e palha de cana-de-açúcar), tecnológicos (potencial de cogeração do setor) e mercadológicos (preços de energia elétrica, participação nos diferentes ambientes de comercialização). A partir dessas informações foi proposto um modelo matemático visando a maximização do lucro do setor canavieiro avaliado em 4 cenários: 1. Cenário A: base relativa às informações levantadas na pesquisa; 2. Cenário B: considerando-se o aumento do limite de exportação à rede e dos preços de energia aos níveis registrados na safra 2014/15; 3. Cenário C: solicitando a entrada dos principais municípios candidatos das mesorregiões potenciais a instalação de unidades stand alone e; Cenário D: considerando-se parâmetros secundários de investimento e de custos em E2G no curto e médio prazo. Os resultados da pesquisa foram divulgados de forma média para o Brasil e mesorregiões localizadas na região Centro-Sul. De modo geral, os indicadores agronômicos para uma usina típica no Brasil apresentam moagem média de 3 milhões de toneladas de cana, 12% de impureza vegetal e 88% de colheita mecanizada. Tais indicadores proporcionam uma oferta de bagaço e palha ao sistema de aproximadamente 1 milhão de toneladas de biomassa por unidade industrial. Os indicadores tecnológicos no Brasil evidenciaram que 39% das caldeiras amostradas apresentaram tecnologia de baixa pressão de vapor (21 bar), 22% (até 48 bar), 5% (até 65 bar) e 34% (acima de 65 bar). Os turbogeradores amostrados foram de 69% contrapressão simples, 14% contrapressão com extração e 17% condensação. Já para os indicadores mercadológicos verificou-se, para as usinas que exportaram energia, a participação 53% no mercado livre a preços médios de R$ 230,00/MWh e 47% no mercado regulado com precificação de R$ 191,00 MWh. Relativamente aos resultados verificados na modelagem proposta, foi possível avaliar a alocação ótima de biomassa nas mesorregiões e potencial de exportação de energia, etanol celulósico e investimentos de expansão. A partir de tais resultados possibilita-se o direcionamento mais assertivo do planejamento estratégico, de investimentos e de políticas públicas para o aumento da sustentabilidade do setor canavieiro. / The search for energy security in major consumption centers has established itself as a high priority in the global context, given the population growth and the demand for food and energy. Nationally the energy matrix is mainly linked to the water source so that, in periods of rain shortage, energy security is compromised. In this context, the thermoelectric power, in particular, produced by sugarcane biomass, shows up as a sustainable alternative promoting energy security. Thus, the study aims to identify qualitatively and quantitatively the potential and availability of biomass from sugarcane, bagasse and straw for energy use in cogeneration operation and as raw material for second generation ethanol production in South- Center region. For this, it was conducted a data collection for the 2013/14 season with 77 sugarcane mills in order to develop agronomic indicators (measurement of bagasse and straw sugarcane supply), technological indicators (industry cogeneration potential) and market indicators (electricity prices and participation in different marketing environments). From this information it was proposed a mathematical model aimed at maximizing the profit of the sugarcane industry valued at four scenarios: 1. Scenario A: based on the information gathered in the survey; 2. Scenario B: considering increasing the export limit for the network and energy prices to levels recorded in 2014/15 crop; 3. Scenario C: requesting the input of the main potential mesoregions installing stand alone units and; Scenario D: considering other parameters of investment and costs in E2G on the short and medium periods. The survey results were released to Brazil and mesoregions located in the Center-South region. In general, agronomic indicators for a typical sugarcane mill in Brazil have medium crush of 3 million tons of sugarcane, 12% of plant impurity and 88% of mechanized harvesting. These indicators provide a supply of bagasse and straw to the system of approximately 1 million tons of biomass. Technological indicators in Brazil showed that 39% of sampled boiler had a low vapor pressure technology (21 bar), 22% (up to 48 bar), 5% (up to 65 bar) and 34% (over 65 bar). The sampled turbogenerators were 69% simple counter, counter with 14% and 17% extraction condensation. As for the market indicators, for energy exported mills, the share was 53% in the open market at an average price of R$ 230.00 / MWh and it was 47% in the regulated market with pricing R$ 191.00 MWh. In relation to results obtained in the proposed model, it was possible to evaluate the optimal allocation of biomass in mesoregions and energy export potential, cellulosic ethanol and expansion investments. From these results it is possible to propose a more assertive targeting of strategic planning, investment and public policy to increase the sustainability of the sugarcane industry.

O objetivo do presente trabalho é avaliar o potencial do setor sucro-alcooleiro paulista no mercado de carbono internacional (MCI), sob a perspectiva da cogeração de energia elétrica excedente baseada na queima de bagaço da cana. Estudos com foco nestes dois segmentos podem representar maior incentivo a novos investimentos em projetos para a geração de reduções certificadas de emissões (RCE) sob o mecanismo de desenvolvimento limpo (MDL). O processo de cogeração de energia elétrica por bagaço de cana torna-se importante no contexto mundial devido ao fato de ser uma forma adequada de substituição da queima de combustíveis fósseis pela queima de combustível renovável (bagaço), reduzindo assim, os impactos causados ao meio ambiente pelas emissões de gases do efeito estufa. Essa característica renovável da cogeração, a partir do bagaço da cana, pode fomentar investimentos por países desenvolvidos em projetos que visualizem o atendimento das obrigações de reduções de gases do efeito estufa (GEE), estabelecidas pelo protocolo de Kyoto. Visando atingir o objetivo proposto, foram realizados levantamentos bibliográficos sobre dados setoriais, com base em literatura especializada, simulações computacionais a partir de tais dados para definir o potencial de geração de eletricidade excedente e o potencial de comercialização de RCE pelo setor no mercado de carbono, bem como entrevistas com profissionais ligados às áreas de estudo de forma levantar opiniões e expectativas da participação do setor sucro-alcooleiro no mercado de carbono, foco central deste trabalho. Esta pesquisa visou contribuir para a divulgação da importância do comportamento do setor sucro-alcooleiro paulista em relação ao MC, em termos de atração de novos projetos sob o enfoque do MDL. / The objective of this dissertation is to assess the prospects of cogeneration projects by the sugar-alcohol industry of the largest sugarcane-producing region in Brazil - the state of Sao Paulo - in the context of clean development mechanism (CDM) and of the international carbon credit market. This study with focus in exceeding electricity cogeneration from sugarcane bagasse can influence the development of projects complying with the rules of the CDM, established by the Kyoto protocol. The process of cogeração from sugar cane bagasse becomes important in world-wide context because bagasse burnig substitute fossil fuels, reducing the impacts caused by the greenhouse gases (GHG) emissions. This renewable characteristic of the bagasse electricity cogeneration, can encourage investments from sugar-cane enterprinsing in bagasse cogeneration CDM projects. Aiming to reach the proposed objective, bibliographical research based on specialized literature about sectorial data was done. Computational simulations from such data was used to define the exceeding electricity potencial generation and the certified emission reduction (CER) commercialization potential from sugar-cane sector in the carbon trade and interviews with specialists linked to the study areas. This study can contribute for spreading the importance of the Sao Paulo sugar-alcohol sector in carbon trade, in terms of attract new investiments on clean development mechanisms.

O trabalho tem por objetivo fazer uma ampla análise das proteções utilizadas no desacoplamento entre a planta termoelétrica industrial operando em co-geração e um grande sistema elétrico. São também analisados os vários tipos de plantas termoelétricas e suas formas operacionais, com relação a planta industrial e a rede da concessionária. Para estes casos foram consideradas as proteções específicas para cada tipo de planta em função das possíveis perturbações a que estas estiverem envolvidas. São apresentadas as principais proteções utilizadas nestes casos, o principio operacional destes relés, e ainda as tecnologias disponíveis para estes componentes. O modelo dinâmico das cargas é analisado com maior precisão, especificamente para o caso das plantas estudadas. Sendo que esse parâmetro tem sido avaliado de forma superficial nos grandes estudos de estabilidade, que nem sempre consideram o desempenho dinâmico das cargas no seu barramento de utilização. Também são analisados os aspectos práticos para determinar a localização das proteções na rede interna, em função da topologia existente e do nível de tensão em que opera a autogeração, caracterizando o comportamento esperado para cada proteção escolhida. Algumas conclusões são tiradas para o modelo de proteção empregada no desacoplamento da autogeração, para as plantas com processos contínuos, enfocando principalmente os problemas de colapso de tensão durante as perturbações, antes e depois da proteção atuar. Também apresentamos um caso típico, por meio de uma simulação dinâmica, onde foram consideradas as principais perturbações provenientes da rede externa e com o sistema isolado, definindo as proteções específicas para este caso simulado. / This paper\'s aim is a broad analysis of the protection elements used for the disconnection of an industrial thermoelectric plant, operating in cogeneration mode, from an important electric public service system. The different types of thermoelectric plant are analysed, considering their relations with the industrial plant and the public network. The usual protections have been considered for each type of plant as a function of the disturbances to which they could be subjected. The main protection elements used in these cases, their operational principles, and the available technologies have been discussed. The dynamic model of the loads has been analysed with greater precision than usual for the plants under consideration. This aspect has been treated superficially in the present stability studies, which not always account for the dynamic performance of loads at their connection bars. The practical considerations that determine the location of protection elements in the plant internal net are analysed as a function of the circuit topology and generation voltage level, showing the behaviour to be expected for each chosen protection. Some conclusions have been drawn for the protection model used for self-generation disconnection in industrial plants with continuous processes, with special regard for the voltage collapse problems during the disturbances, before and after protection operation. A typical case is also presented, by means of dynamicsimulation, considering the main disturbances introduced by the external network and also for the system when isolated, establishing the specific protection to be used in the case under study

Submitted by Maicon Juliano Schmidt (maicons) on 2015-05-29T13:07:07Z No. of bitstreams: 1 Deisi Oliveira Machado.pdf: 1353316 bytes, checksum: 10319f490479f2c20ded13e4dfa610d9 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-29T13:07:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Deisi Oliveira Machado.pdf: 1353316 bytes, checksum: 10319f490479f2c20ded13e4dfa610d9 (MD5) Previous issue date: 2014-12-23 / Nenhuma / Este trabalho buscou analisar o funcionamento de um gerador, equipado com um motor de combustão ciclo Otto operando com biogás e o aproveitamento dos gases de combustão em um sistema de cogeração para aquecimento de água. Também foi objetivo realizar um comparativo deste sistema com um motor, do mesmo fabricante, utilizando gasolina como combustível. Os ensaios foram realizados em um moto gerador, da marca Branco, modelo B4T-5000 BIO, monocilíndrico, com a alteração da carga do gerador realizada através de uma bancada de resistências elétricas. A análise realizada contempla a potência elétrica gerada pelo equipamento, o consumo específico, a eficiência, a taxa de transferência de calor na cogeração e a sua efetividade, o fator Lambda, as emissões de monóxido de carbono e de oxigênio. Os resultados mostraram que é possível obter energia elétrica através de um bio combustível e utilizar os gases do escapamento para aquecimento de água, embora o sistema tenha apresentado baixa eficiência. Esta baixa eficiência foi compensada pelo alto potencial de energia térmica disponível no sistema operante com biogás, quando comparado com o sistema com gasolina. Os resultados de oxigênio e de Lambda mostraram uma combustão com excesso de ar para todas as configurações. As emissões de monóxido de carbono, para o biogás, foram inferiores a 900 ppm enquanto para a gasolina as emissões ao redor de 17.400 ppm para a razão de compressão de 10,2:1 e de 70.500 ppm para a razão de 8,2:1. / This study aimed to analyze a generator set equipped with an Otto-cycle combustion engine operating with biogas. In addition, it was an objective to perform a comparative analysis between this system and other one using gasoline as fuel. The tests were performed in a Branco generator, model B4T-5000 BIO, mono cylinder, with the generator charge variation performed through a resistance bench. Performed analysis contemplates electric power generated by the equipment, specific consumption, efficiency, rate of heat transfer in the cogeneration and its effectiveness, λ factor, CO and O2 emissions. The results showed that is possible to obtain electric power through a clean fuel, but the system presented low efficiency. The results of O2 and λ indicate that the combustion is performed with excess air to all configuration and the CO emissions for the biogas were lower than 900 ppm whereas for the gasoline the CO emissions were around 17.400 ppm for the compression rate of 10.2:1 and 70.500 ppm for the rate of 8.2:1.

Orientador: José Alexandre Matelli / Banca: Eliana Vieira Canettieri / Banca: Carlos Manuael Romero Luna / Resumo: Os modelos energéticos atuais são baseados majoritariamente na utilização de combustíveis fósseis, os quais, além de serem fontes finitas, ainda geram gases poluentes que contribuem para o efeito estufa e, consequentemente, para o aquecimento global. As células a combustível, por possuírem alta eficiência de conversão, baixa emissão, simplicidade de operação e flexibilidade em sua utilização, vêm sendo estudadas como opção mais limpa de geração. A célula a combustível de carbonato fundido, em particular, além de ter vantagens estruturais por operar a alta temperatura, possui calor residual que pode ser aproveitado para cogeração. O presente trabalho propõe uma configuração de ciclo combinado de uma célula a combustível de carbonato fundido de 10 MW, que possui reforma interna de gás natural, com um ciclo a vapor que aproveita o calor residual da célula. A reforma a vapor do gás natural, simulada pelo software STANJAN Chemical Equilibrium Solver, apresentou valores satisfatórios de produção de H2 na temperatura de operação da célula. As análises energética e exergética, simuladas através do software Engineering Equation Solver (EES), apontaram aumentos nas respectivas eficiências globais de 4,8 e 4,6%, respectivamente. A análise exergoeconômica indicou custo de geração de 0,4679 USD/kWh, valor acima das tarifas nacionais. Entretanto, a análise de sensibilidade mostrou que plantas de grande porte com essa configuração podem ser economicamente competitivas em diferentes cenários... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Current researches point to a significant increase in energy demand over the next few years. Energy models are mostly based on fossil fuels, which generates greenhouse gases that contribute to global warming. Thus, it becomes necessary to develop equipment and cycles that operate with greater efficiency, as well as new technologies of energy generation with both fossil and renewable sources. Fuel cells are being widely investigated due to their high conversion efficiency, low emissions, structural simplicity and flexibility. Among several fuel cell types, molten carbonate fuel cell has advantages such as fuel flexibility and high operating temperature, which leads to high thermal energy residue. This residue can be used for cogeneration and combined cycles, in order to enhance the global efficiency. This study aimed to introduce a 10 MW internal reforming molten carbonate fuel cell and steam turbine combined cycle. Steam reforming of natural gas was simulated by STANJAN Chemical Equilibrium Solver and presented satisfactory H2 production at MCFC operating temperature. Simulation in Engineering Equation Solver (EES) of energetic and exergetic analysis showed efficiency increases of 4,8 and 4,6%, respectively. Exergoeconomic analysis pointed to a 0,4679 USD/kWh power cost. However, sensitivity analysis showed that higher plants can achieve economic viability in different scenarios / Mestre

O trabalho tem por objetivo fazer uma ampla análise das proteções utilizadas no desacoplamento entre a planta termoelétrica industrial operando em co-geração e um grande sistema elétrico. São também analisados os vários tipos de plantas termoelétricas e suas formas operacionais, com relação a planta industrial e a rede da concessionária. Para estes casos foram consideradas as proteções específicas para cada tipo de planta em função das possíveis perturbações a que estas estiverem envolvidas. São apresentadas as principais proteções utilizadas nestes casos, o principio operacional destes relés, e ainda as tecnologias disponíveis para estes componentes. O modelo dinâmico das cargas é analisado com maior precisão, especificamente para o caso das plantas estudadas. Sendo que esse parâmetro tem sido avaliado de forma superficial nos grandes estudos de estabilidade, que nem sempre consideram o desempenho dinâmico das cargas no seu barramento de utilização. Também são analisados os aspectos práticos para determinar a localização das proteções na rede interna, em função da topologia existente e do nível de tensão em que opera a autogeração, caracterizando o comportamento esperado para cada proteção escolhida. Algumas conclusões são tiradas para o modelo de proteção empregada no desacoplamento da autogeração, para as plantas com processos contínuos, enfocando principalmente os problemas de colapso de tensão durante as perturbações, antes e depois da proteção atuar. Também apresentamos um caso típico, por meio de uma simulação dinâmica, onde foram consideradas as principais perturbações provenientes da rede externa e com o sistema isolado, definindo as proteções específicas para este caso simulado. / This paper\'s aim is a broad analysis of the protection elements used for the disconnection of an industrial thermoelectric plant, operating in cogeneration mode, from an important electric public service system. The different types of thermoelectric plant are analysed, considering their relations with the industrial plant and the public network. The usual protections have been considered for each type of plant as a function of the disturbances to which they could be subjected. The main protection elements used in these cases, their operational principles, and the available technologies have been discussed. The dynamic model of the loads has been analysed with greater precision than usual for the plants under consideration. This aspect has been treated superficially in the present stability studies, which not always account for the dynamic performance of loads at their connection bars. The practical considerations that determine the location of protection elements in the plant internal net are analysed as a function of the circuit topology and generation voltage level, showing the behaviour to be expected for each chosen protection. Some conclusions have been drawn for the protection model used for self-generation disconnection in industrial plants with continuous processes, with special regard for the voltage collapse problems during the disturbances, before and after protection operation. A typical case is also presented, by means of dynamicsimulation, considering the main disturbances introduced by the external network and also for the system when isolated, establishing the specific protection to be used in the case under study