Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 2011

Made available in DSpace on 2018-08-02T00:03:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_9330_Claudio Vill Lovati.pdf: 2829948 bytes, checksum: b192881a620455c211fc1e5eae182534 (MD5) Previous issue date: 2015-10-01 / Este trabalho visa apresentar e discutir os procedimentos e resultados da otimização das estratégias operacionais de um sistema de trigeração de um centro de pesquisa para atender a demanda horosazonal de eletricidade, vapor e água gelada de modo que, minimize o custo de operação da planta. Nos dias atuais cada vez mais os sistemas térmicos estão mais complexos. Com isso, busca-se o melhor aproveitamento, com o objetivo de ter uma melhor produção e minimização dos custos produtivos. O centro de pesquisa em questão é composto de um sistema de cogeração que produz eletricidade e também calor (na forma de vapor e água quente) para acionar dois chillers por absorção (um a vapor e outro a água quente). Este centro ainda conta com outros grupos geradores e chillers complementares. Além destes equipamentos também tem a opção de usar uma demanda elétrica adicional contratada com a concessionária. O principal objetivo da otimização é determinar como operar o sistema de trigeração do centro e quando ou como usar a demanda contratada. Para se chegar a este resultado, todos os dados dos equipamentos e custos da central, e também os dados da demanda do centro, foram levantados e o modelo matemático foi desenvolvido. Nessa visão de otimização existe muitos métodos que podem ser empregados. Neste trabalho é usada a otimização matemática através do método do gradiente reduzido generalizado (GRG), com o auxílio do Solver no Microssoft Excel. Os resultados mostram que o método de otimização é muito eficaz dando resultados favoráveis a sua utilização.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-05-30Bitstream added on 2014-06-13T18:48:30Z : No. of bitstreams: 1 takaki_at_me_ilha.pdf: 1453305 bytes, checksum: 0ba83e01600d7f0ddfb6ab048c8af3be (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho é analisada a possibilidade de utilização do gás natural como combustível em indústrias frigoríficas em substituição aos combustíveis tradicionalmente utilizados, como a lenha e o óleo. Os estudos são feitos com base numa planta de um frigorífico bovino bastante representativo do setor, que utiliza equipamentos e combustíveis tradicionais para a produção de vapor para processos e compra energia elétrica de uma concessionária. São consideradas algumas opções para a ampliação da capacidade de produção, incluindo a implantação de plantas de cogeração e trigeração a gás natural que são capazes de produzir simultaneamente eletricidade, vapor para os processos e refrigeração para as câmaras frigoríficas. Para fins de avaliação do desempenho são feitas análises energéticas e exergéticas para cada uma das configurações propostas. Por fim, é realizada uma análise termoeconômica, através da Teoria do Custo Exergético, que possibilita determinar os custos exergéticos e monetários e depois avaliar os reflexos dos custos de investimento de capital e do combustível na composição dos custos dos produtos (energia elétrica, vapor e refrigeração). / In this work, the possibility of the use of natural gas as fuel in slaughterhouses, substituting the traditional fuels used (firewood and oil), is analyzed. The studies are based on a plant of a quite representative bovine slaughterhouse, which uses equipment and fuels traditional for production of steam for processes and buys electricity of a dealership. Some options for the enlargement of the production capacity are considered, including the implantation of natural gas cogeneration and trigeneration plants, which are capable to produce, simultaneously, electricity, steam for the processes and cooling for the refrigerating chambers. For effect of performance evaluation, energetic and exergetic analyses for each one of the proposed configurations are performed. Finally, a thermoeconomic analysis is accomplished, by means of the Theory of Exergetic Cost, which makes possible to determine the exergetic and monetary costs and to evaluate the reflexes of the costs of capital investment and of the fuel in the composition of the costs of the products (electric power, steam and cooling).

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-09-25T13:55:05Z No. of bitstreams: 1 arthurgoncalvesgivisiez.pdf: 15097769 bytes, checksum: e434481fde7014f783d8b75137429fba (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-10-01T18:11:02Z (GMT) No. of bitstreams: 1 arthurgoncalvesgivisiez.pdf: 15097769 bytes, checksum: e434481fde7014f783d8b75137429fba (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-01T18:11:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arthurgoncalvesgivisiez.pdf: 15097769 bytes, checksum: e434481fde7014f783d8b75137429fba (MD5) Previous issue date: 2018-08-29 / O mundo está tentando mudar para um ambiente de energia mais limpa, especialmente no setor de geração de eletricidade, que é responsável por uma grande parcela das emissões de CO2. No Brasil, fontes renováveis são responsáveis por grande parte da geração de eletricidade, mas mudanças atuais no clima brasileiro trouxeram uma necessidade de diversificação na matriz energética. Logo, a geração distribuída é uma boa maneira de diversificar a matriz energética brasileira. Considerando que os sistemas de cogeração se enquadram na geração distribuída, e que os prédios brasileiros necessitam de resfriamento, devido ao clima quente, o uso de cogeração adicionado à um chiler de absorção ou absorção pode ser muito útil. O sistema de trigeração é um processo altamente eficiente, que pode produzir eletricidade, aquecimento e resfriamento a partir da mesma fonte de energia primária. No entanto, existem poucas pesquisas sobre os sistemas de trigeração no Brasil, especialmente em pequena e micro escala. Assim, esta dissertação fará uma avaliação técnica e econômica de sistemas de micro e trigeração para diferentes edifícios sob políticas tarifárias distintas no Brasil. Para tanto, este trabalho otimizará o dimensionamento e o cronograma de despacho mensal dos sistemas de trigeração para cada um dos quatro estudos de caso. Em seguida, avaliará o valor presente líquido máximo (VPL) considerando a variação da taxa de desconto e da taxa de conversão do dólar norte-americano. Na sequência, o índice de dependência da rede (GDI), o payback descontado, o custo nivelado da energia (LCOE) e a razão da energia primária (PER) para os melhores VPLs serão apresentados e analisados. Como resultado, esta dissertação mostrará que as plantas de trigeração podem ser lucrativas e certamente ser uma maneira eficiente de utilização de uma geração distribuída confiável e controlável. Além disso, provará que é possível encontrar situações em que a planta de trigeração possa oferecer uma alta taxa de energia primária (PER), um adequado custo de energia nivelado (LCOE) e, ao mesmo tempo, pode proporcionar economia financeira com tempo de retorno razoável em edifícios brasileiros. / The world is trying to move to a cleaner energy environment, especially on the electricity generation sector, which is responsible for a large share of CO2 emissions. In Brazil,crenewable energy sources are responsible for a great part of the electricity generation, but current changes in the Brazilian climate brought a necessity of diversification on the energy matrix. Then, distributed generation is a good way to diversify the Brazilian power matrix. Considering that cogeneration systems are distributed generation, and Brazilian buildings have need of cooling, due to the warm weather, the use of cogeneration equipped with an absorption or adsorption chiller could be beneficial. The trigeneration system is a highly efficient process, which can produce electricity, heating and cooling from the same primary energy source. However, there are really few researches concerning trigeneration systems in Brazil, especially on small and micro plants. Thus, this thesis will make and provide a technical and economical evaluation of small and micro trigeneration systems to different buildings under distinct tariff policies in Brazil. To do so, this work will optimize the sizing and monthly schedule the dispatch of the trigeneration systems to each one of the four study cases. Then, it will evaluate the maximum net present value (NPV) considering the variation of discount rate and US Dollar conversion rate. In the sequence, the grid dependence index (GDI), the discounted payback, the levelized cost of energy (LCOE) and the primary energy ratio (PER) to the best NPVs will be presented and analysed. As a result, this thesis will show that trigeneration plants can be profitable and can be certainly an efficient way to adopt a reliable and controllable distributed generation. Also, it will prove that it is possible to find situations in which the trigeneration plant can offer a high primary energy ratio, a fair levelized cost of energy, and in the meantime, it can provide financial savings with fair payback time in Brazilian buildings.

Esta dissertação analisa a viabilidade técnico-econômica de pequenas centrais de cogeração a gás natural no setor terciário do estado de São Paulo, os estudos de cogeração foram baseados em casos reais de estabelecimentos comerciais dos principais segmentos do setor terciário com demanda elétrica e térmica compatível ao balanço energético para a configuração de cogeração. A análise dos resultados inclui o fator de utilização de energia (FUE), investimentos iniciais, economia operacional (fluxo de caixa), retorno dos investimentos (Payback), taxa interna de retorno (TIR) e valor presente líquido (VPL). As tecnologias empregadas nos estudos foram gerador do tipo Motor a Combustão Interna (MCI) e Microturbina (TG), resfriador de líquido por absorção (ABS) e resfriador de líquido elétrico convencional. Foi realizada análise do potencial de mercado para aplicação de cogeração através do mapeamento dos principais segmentos do setor terciário e realizado o levantamento do estado da arte. Foram estudadas as legislações brasileiras tanto no que se refere à cogeração qualificada como geração distribuída, realizado análise de emissões com destaque ao comparativo entre emissão de CO2 das centrais de cogeração e a emissão de CO2 das termelétricas a gás natural. Foi realizado estudo do cenário energético brasileiro do ponto de vista geração e distribuição de energia elétrica, cenário da oferta de gás natural no Brasil e a sua estrutura de distribuição no estado de São Paulo e, por fim, foram destacados os benefícios e barreiras da cogeração no Brasil. Os resultados alcançados apontam para um revés na viabilidade financeira da cogeração devido aos consecutivos aumentos no preço da tarifa de gás natural, apesar de bastante racional e com benefícios diretos ao meio ambiente e ao país, fazem-se necessários incentivos específicos relacionados à tarifa do gás natural para o crescimento da aplicação de cogeração no setor terciário do estado de São Paulo. / This dissertation examines the technical and economic feasibility of small cogeneration plants powered by natural gas in the tertiary sector of the state of São Paulo. Cogeneration studies were based on real cases of commercial facilities of the main segments of the tertiary sector with electrical and thermal demands compatible for energy usage in cogeneration configuration. The analysis results include energy utilization factor (EUF), initial investments, operational savings (cash flow), return on investment (payback), internal rate of return (IRR) and net present value (NPV). The technologies investigated in the study were Internal Combustion Engine (ICE) and Microturbine (TG) generator, absorption chiller (ABS) and conventional electrical chiller. It was carried out an analysis of the potential market for application of cogeneration by mapping the main segments of the tertiary sector and conducted a survey of the state of the art. Brazilian laws were studied both with regard to qualified cogeneration and distributed generation, performed emissions analysis with emphasis on the comparative between CO2 emission from cogeneration plant and CO2 emission from power plants by natural gas. It was made a study of Brazilian energy scenario from the viewpoint of generating and distributing of electricity, scenario of supply of natural gas in Brazil and its distribution structure in the São Paulo state and, finally, it was appointed the benefits and barriers of cogeneration in Brazil. The results indicate a setback on the financial viability of cogeneration due to consecutive increases in the price of natural gas, although quite rational and with direct benefits to the environment and the country, it\'s necessary specific incentives related to the natural gas price for the growth of the application of cogeneration in the tertiary sector of the state of São Paulo.

Esta dissertação analisa a viabilidade técnico-econômica de pequenas centrais de cogeração a gás natural no setor terciário do estado de São Paulo, os estudos de cogeração foram baseados em casos reais de estabelecimentos comerciais dos principais segmentos do setor terciário com demanda elétrica e térmica compatível ao balanço energético para a configuração de cogeração. A análise dos resultados inclui o fator de utilização de energia (FUE), investimentos iniciais, economia operacional (fluxo de caixa), retorno dos investimentos (Payback), taxa interna de retorno (TIR) e valor presente líquido (VPL). As tecnologias empregadas nos estudos foram gerador do tipo Motor a Combustão Interna (MCI) e Microturbina (TG), resfriador de líquido por absorção (ABS) e resfriador de líquido elétrico convencional. Foi realizada análise do potencial de mercado para aplicação de cogeração através do mapeamento dos principais segmentos do setor terciário e realizado o levantamento do estado da arte. Foram estudadas as legislações brasileiras tanto no que se refere à cogeração qualificada como geração distribuída, realizado análise de emissões com destaque ao comparativo entre emissão de CO2 das centrais de cogeração e a emissão de CO2 das termelétricas a gás natural. Foi realizado estudo do cenário energético brasileiro do ponto de vista geração e distribuição de energia elétrica, cenário da oferta de gás natural no Brasil e a sua estrutura de distribuição no estado de São Paulo e, por fim, foram destacados os benefícios e barreiras da cogeração no Brasil. Os resultados alcançados apontam para um revés na viabilidade financeira da cogeração devido aos consecutivos aumentos no preço da tarifa de gás natural, apesar de bastante racional e com benefícios diretos ao meio ambiente e ao país, fazem-se necessários incentivos específicos relacionados à tarifa do gás natural para o crescimento da aplicação de cogeração no setor terciário do estado de São Paulo. / This dissertation examines the technical and economic feasibility of small cogeneration plants powered by natural gas in the tertiary sector of the state of São Paulo. Cogeneration studies were based on real cases of commercial facilities of the main segments of the tertiary sector with electrical and thermal demands compatible for energy usage in cogeneration configuration. The analysis results include energy utilization factor (EUF), initial investments, operational savings (cash flow), return on investment (payback), internal rate of return (IRR) and net present value (NPV). The technologies investigated in the study were Internal Combustion Engine (ICE) and Microturbine (TG) generator, absorption chiller (ABS) and conventional electrical chiller. It was carried out an analysis of the potential market for application of cogeneration by mapping the main segments of the tertiary sector and conducted a survey of the state of the art. Brazilian laws were studied both with regard to qualified cogeneration and distributed generation, performed emissions analysis with emphasis on the comparative between CO2 emission from cogeneration plant and CO2 emission from power plants by natural gas. It was made a study of Brazilian energy scenario from the viewpoint of generating and distributing of electricity, scenario of supply of natural gas in Brazil and its distribution structure in the São Paulo state and, finally, it was appointed the benefits and barriers of cogeneration in Brazil. The results indicate a setback on the financial viability of cogeneration due to consecutive increases in the price of natural gas, although quite rational and with direct benefits to the environment and the country, it\'s necessary specific incentives related to the natural gas price for the growth of the application of cogeneration in the tertiary sector of the state of São Paulo.