Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-02-24Bitstream added on 2014-06-13T18:10:02Z : No. of bitstreams: 1 passolongo_r_me_ilha.pdf: 1135025 bytes, checksum: dbd8595b1dfa21765349cdeb44120185 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Este trabalho analisa, sob o ponto de vista termodinâmico, termoeconômico e econômico a integração da gaseificação da biomassa em uma usina sucroalcooleira. Considera-se a gaseificação da palha e da vinhaça, com a queima do bagaço na caldeira para gerar o vapor necessário para a usina. São considerados cinco casos de estudo. Inicialmente é feita uma análise da planta atual de vapor de uma usina do oeste paulista que utiliza equipamentos modernos e eficientes, incluindo uma caldeira que produz vapor a altos níveis de pressão e temperatura, o qual é utilizado para geração de eletricidade em uma turbina de extração-condensação de múltiplos estágios e em outra turbina de contrapressão. Além disso, todos os acionamentos das moendas são eletrificados. Na sequência são definidos casos de estudo que combinam a gaseificação da vinhaça e da palha da cana com a planta atual de vapor da usina. Por fim, é definida uma planta de uma usina nova com o dobro da moagem considerada inicialmente, incluindo uma caldeira que gera vapor a altos níveis de pressão e temperatura, e uma turbina de extração-condensação de múltiplos estágios, integrando a gaseificação da palha e da vinhaça. Os resultados mostram que as plantas com gaseificação promovem um aumento substancial na geração de eletricidade da usina e na eficiência da planta. Entretanto, sob o ponto de vista termoeconômico e econômico, as plantas que integram a gaseificação apresentam maior custo de geração da eletricidade e maior tempo de retorno do investimento / In this work, the integration of biomass gasification in a sugarcane plant is analyzed from the thermodynamic, thermoeconomic and economic point of view. The gasification of straw and stillage by-products is taken into account, alongside the burning of bagasse in the boilers to generate steam for the plant. Five case studies are considered. At first, an analysis is carried out of the current steam plant from a sugarcane factory in the western region of Sao Paulo State that deploys modern and efficient equipment, including a boiler that produces steam at high pressure and temperature, which is used to generate electricity in a multistage condensation-extraction steam turbine and in a backpressure turbine. All drives of the mills are electrified. Following that, some more case studies are specified, combining the gasification of stillage and straw with the current steam plant of the sugarcane factory. Finally, a new plant is proposed, with twice the milling currently obtained, including a boiler that generates steam at higher pressure and temperature, and a multistage condensation- extraction turbine, integrating the gasification of straw and stillage. The results show that plants with gasification promote a substantial increase in electricity generation and in the efficiency of the plant. However, from the thermoeconomic and economic point of view, the plants that considers gasification presents a higher cost of the electricity and a longer payback

Orientador: Ricardo Alan Verdu Ramos / Banca: Cassio Roberto Macedo Maia / Banca: Arnaldo Cesar da Silva Walter / Resumo: Este trabalho analisa, sob o ponto de vista termodinâmico, termoeconômico e econômico a integração da gaseificação da biomassa em uma usina sucroalcooleira. Considera-se a gaseificação da palha e da vinhaça, com a queima do bagaço na caldeira para gerar o vapor necessário para a usina. São considerados cinco casos de estudo. Inicialmente é feita uma análise da planta atual de vapor de uma usina do oeste paulista que utiliza equipamentos modernos e eficientes, incluindo uma caldeira que produz vapor a altos níveis de pressão e temperatura, o qual é utilizado para geração de eletricidade em uma turbina de extração-condensação de múltiplos estágios e em outra turbina de contrapressão. Além disso, todos os acionamentos das moendas são eletrificados. Na sequência são definidos casos de estudo que combinam a gaseificação da vinhaça e da palha da cana com a planta atual de vapor da usina. Por fim, é definida uma planta de uma usina nova com o dobro da moagem considerada inicialmente, incluindo uma caldeira que gera vapor a altos níveis de pressão e temperatura, e uma turbina de extração-condensação de múltiplos estágios, integrando a gaseificação da palha e da vinhaça. Os resultados mostram que as plantas com gaseificação promovem um aumento substancial na geração de eletricidade da usina e na eficiência da planta. Entretanto, sob o ponto de vista termoeconômico e econômico, as plantas que integram a gaseificação apresentam maior custo de geração da eletricidade e maior tempo de retorno do investimento / Abstract: In this work, the integration of biomass gasification in a sugarcane plant is analyzed from the thermodynamic, thermoeconomic and economic point of view. The gasification of straw and stillage by-products is taken into account, alongside the burning of bagasse in the boilers to generate steam for the plant. Five case studies are considered. At first, an analysis is carried out of the current steam plant from a sugarcane factory in the western region of Sao Paulo State that deploys modern and efficient equipment, including a boiler that produces steam at high pressure and temperature, which is used to generate electricity in a multistage condensation-extraction steam turbine and in a backpressure turbine. All drives of the mills are electrified. Following that, some more case studies are specified, combining the gasification of stillage and straw with the current steam plant of the sugarcane factory. Finally, a new plant is proposed, with twice the milling currently obtained, including a boiler that generates steam at higher pressure and temperature, and a multistage condensation- extraction turbine, integrating the gasification of straw and stillage. The results show that plants with gasification promote a substantial increase in electricity generation and in the efficiency of the plant. However, from the thermoeconomic and economic point of view, the plants that considers gasification presents a higher cost of the electricity and a longer payback / Mestre

No presente trabalho, o desempenho energético e ambiental de potencias rotas de produção de hidrogênio gaseificação da biomassa via leito fixo (LFX) e leito fluidizado (LFL) e de energia solar fotovoltaica foram estudados com base na metodologia de Avaliação do Ciclo de Vida (ACV). Após a revisão da literatura e a descrição dos procedimentos de análise, os resultados da ACV são apresentados e discutidos em termos de Demanda Acumulada de Energia (CED), Tempo de Retorno de Investimento em Energia (EPBT) e danos relacionados à Saúde Humana (SH), Qualidade do Ecossistema (QE) e Recursos Minerais e Combustíveis Fósseis (RMCF). No cômputo geral, o LFL é mais favorável para a produção de hidrogênio, embora os dois sistemas de gaseificação apresentem desempenho energético e ambiental similares. Comparativamente, o sistema fotovoltaico apresenta um EPBT maior (4,55 anos) do que os encontrados nos dois sistemas de conversão da biomassa (1,65 anos no LFL e 1,77 anos no LFX). Por outro lado, o sistema de energia solar fotovoltaico é o mais ambientalmente recomendável para a produção de hidrogênio, tendo em vista a menor contribuição em relação aos danos majoritários (saúde humana). Dentro do escopo do estudo, os sistemas avaliados apresentam mais características de complementaridade do que competição. Neste caso, enfatiza-se a importância de uma análise dos fatores econômicos e sociais pertinentes a cada país ou região, bem como dos processos posteriores de reforma e/ou purificação e eletrólise da água, considerando também o seu inteiro ciclo de vida. / In the present study, the energy and environmental performance of hydrogen potential routes biomass gasification systems by fixed bed and fluidized bed and the solar photovoltaic power plant were studied based on Life Cycle Assessment (LCA) methodology. After reviewing the literature and analytical procedures description, the results of life cycle assessment are discussed in terms of Cumulative Energy Demand (CED), Energy Payback Time (EPBT) and damages related to Human Health (SH), Ecosystem Quality (QE) and Mineral and Fossil Fuels Resources (RMCF). Although the two gasification systems have similar energy and environmental performance, the LFL is more favorable for hydrogen production. Regarding the photovoltaic system, this has a greater EPBT (4.55 years) than those found in the two systems of biomass conversion (1.65 and 1.77 years in the LFL and LFX, respectively). On the other hand, the solar photovoltaic system is the more environmentally suitable for hydrogen production, since its contribution related to human health impact is smaller than gasification systems. Within the scope of the study, the evaluated systems have more features of complementarities than competition. In this case, we emphasize the importance of analyzing the economic and social factors that are relevant in each country or region, as well as the subsequent process for hydrogen production (purification and water electrolysis) also considering the entire life cycle of systems.

No presente trabalho, o desempenho energético e ambiental de potencias rotas de produção de hidrogênio gaseificação da biomassa via leito fixo (LFX) e leito fluidizado (LFL) e de energia solar fotovoltaica foram estudados com base na metodologia de Avaliação do Ciclo de Vida (ACV). Após a revisão da literatura e a descrição dos procedimentos de análise, os resultados da ACV são apresentados e discutidos em termos de Demanda Acumulada de Energia (CED), Tempo de Retorno de Investimento em Energia (EPBT) e danos relacionados à Saúde Humana (SH), Qualidade do Ecossistema (QE) e Recursos Minerais e Combustíveis Fósseis (RMCF). No cômputo geral, o LFL é mais favorável para a produção de hidrogênio, embora os dois sistemas de gaseificação apresentem desempenho energético e ambiental similares. Comparativamente, o sistema fotovoltaico apresenta um EPBT maior (4,55 anos) do que os encontrados nos dois sistemas de conversão da biomassa (1,65 anos no LFL e 1,77 anos no LFX). Por outro lado, o sistema de energia solar fotovoltaico é o mais ambientalmente recomendável para a produção de hidrogênio, tendo em vista a menor contribuição em relação aos danos majoritários (saúde humana). Dentro do escopo do estudo, os sistemas avaliados apresentam mais características de complementaridade do que competição. Neste caso, enfatiza-se a importância de uma análise dos fatores econômicos e sociais pertinentes a cada país ou região, bem como dos processos posteriores de reforma e/ou purificação e eletrólise da água, considerando também o seu inteiro ciclo de vida. / In the present study, the energy and environmental performance of hydrogen potential routes biomass gasification systems by fixed bed and fluidized bed and the solar photovoltaic power plant were studied based on Life Cycle Assessment (LCA) methodology. After reviewing the literature and analytical procedures description, the results of life cycle assessment are discussed in terms of Cumulative Energy Demand (CED), Energy Payback Time (EPBT) and damages related to Human Health (SH), Ecosystem Quality (QE) and Mineral and Fossil Fuels Resources (RMCF). Although the two gasification systems have similar energy and environmental performance, the LFL is more favorable for hydrogen production. Regarding the photovoltaic system, this has a greater EPBT (4.55 years) than those found in the two systems of biomass conversion (1.65 and 1.77 years in the LFL and LFX, respectively). On the other hand, the solar photovoltaic system is the more environmentally suitable for hydrogen production, since its contribution related to human health impact is smaller than gasification systems. Within the scope of the study, the evaluated systems have more features of complementarities than competition. In this case, we emphasize the importance of analyzing the economic and social factors that are relevant in each country or region, as well as the subsequent process for hydrogen production (purification and water electrolysis) also considering the entire life cycle of systems.