Estudo da viabilidade tecnica e economica do aproveitamento da energia vertida turbinavel da Usina Hidreletrica de Itaipu para a sintese de amonia

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Galeano Espinola, Michel Osvaldo
Data de Publicação: 2008
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1608817
Resumo: Orientadores: Newton Pimenta Neves Jr., Ennio Peres da Silva
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spelling Estudo da viabilidade tecnica e economica do aproveitamento da energia vertida turbinavel da Usina Hidreletrica de Itaipu para a sintese de amoniaTechno-economical study of the use of the Itaipu dam's spilled turbinable energy to produce ammoniaHidrogênioAmôniaFertilizantes nitrogenadosUsinas hidrelétricasElectrolytic hydrogenSpilled turbinable energyAmmoniaNitrogen fertilizersOrientadores: Newton Pimenta Neves Jr., Ennio Peres da SilvaDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecanicaResumo: Em muitas usinas hidrelétricas, quando as afluências são maiores que a demanda de energia, uma parcela de água que ainda poderia ser utilizada para gerar eletricidade é desviada para o vertedouro e literalmente desperdiçada. Essa energia, cuja denominação é Energia Vertida Turbinável, poderia ser aproveitada para gerar algum outro produto ou vetor energético que possibilitasse seu armazenamento e posterior utilização, já que nessas ocasiões os reservatórios de água estão cheios. Este trabalho estuda a viabilidade técnica e econômica do aproveitamento da energia vertida turbinável da Usina Hidrelétrica de Itaipu para produção de hidrogênio eletrolítico que, juntamente com o nitrogênio do ar, é matéria-prima essencial para a síntese da amônia, utilizada na produção de fertilizantes nitrogenados. O custo mínimo de produção do hidrogênio eletrolítico foi estimado em US$ 0,246/m3 ou US$ 2,750/kg para uma planta com capacidade de produção de 55.000 m3/h, correspondendo a 247,5 MW de potência, proveniente de 82% de energia vertida turbinável e 18% de energia garantida. Junto a uma planta de hidrogênio eletrolítico com essa capacidade, é possível acoplar uma planta de amônia com produção de aproximadamente 500 t/dia, operando 350 dias/ano, com um custo de produção de aproximadamente US$ 562,81/t. Com esta capacidade é possível atender a 38,5% da demanda de amônia estimada para a região abrangida pelo projeto, de 1.300 t/dia. Atualmente a amônia está cotada no mercado brasileiro em torno de US$ 525,60/t. Portanto, conclui-se que a produção de amônia via associação de energia garantida e vertida turbinável junto à Usina Hidrelétrica de Itaipu não é viável economicamente no momento, o que pode ser acreditado principalmente ao elevado custo dos eletrolisadores importados. No entanto, com a instalação de uma planta de amônia via eletrólise da água junto à Usina Hidrelétrica de Itaipu seriam evitadas as emissões relacionadas ao uso do gás natural e, mesmo considerando as emissões de metano e dióxido de carbono do reservatório da usina haveria um decréscimo nas emissões anuais da ordem de 234 mil toneladas de carbono. Caso o projeto seja aprovado pelo Mecanismo de Desenvolvimento Limpo, essa diminuição do impacto ambiental representaria um montante anual de ¿ 3,8 milhões1, valor próximo a US$ 5,5 milhões ou R$ 9,9 milhões. Embora essa receita melhore o fluxo de caixa do projeto, ainda não seria suficiente para torná-lo viável economicamente em comparação com os processos de produção de amônia que utilizam gás natural a preços vigentes.Abstract: In many hydroelectric power plants, when the inflows are greater than the demand for energy, a portion of the water that could be used to generate energy is diverted to the spillway and literally wasted. This energy, designated as "Spilled Turbinable Energy", could be used advantageously to generate other products or an energy vector that could be stored for later use, since in these occasions the dam is full. The present work studies the feasibility of using the spilled turbinable energy of the Itaipu Hydroelectric Power Plant to produce electrolytic hydrogen that, together with the nitrogen from air, is an important feedstock for the ammonia synthesis, used to produce nitrogen fertilizers. The minimum production cost of electrolytic hydrogen was estimated in US$ 0,246/m3 or US$ 2,750/kg, for a plant with capacity of 55 mil m3/h, which correspond to 247,5 MW of electrical power deriving from 82% of spilled turbinable energy and 18% of guaranteed energy. Next to that hydrogen plant it is possible to install an ammonia plant of approximately 500 t/day, operating 350 days/year, with a production cost of approximately US$ 562,81/t. This capacity is enough to supply 38,5% of the ammonia demand estimated for the region focused in the project, 1.300 t/day. Nowadays, ammonia is commercialized in the Brazilian market by approximately US$ 525,60/t. For that reason, it can be concluded that ammonia production through the association of spilled turbinable and guaranteed energy next to Itaipu Hydroelectric Power Plant is not economically feasible by the moment, mainly due to the high cost of imported electrolysers. Nevertheless, with the installation of an ammonia plant based on water electrolysis next to Itaipu Hydroelectric Power Plant, it could be avoided an annual carbon emission of 234 thousand tons, even considering methane and carbon dioxide emissions of the Itaipu's reservoir. If such project were approved by the Clean Development Mechanism, that environmental impact decrease would represent an amount of ¿ 3.8 million2, approximately US$ 5.5 million or R$ 9.9 million. Even with that revenue, the project would not be economically feasible yet, mainly because of the low prices of natural gas used as feedstock to produce ammonia nowadays.MestradoMestre em Planejamento de Sistemas Energéticos[s.n.]Neves Júnior, Newton Pimenta, 1955-Silva, Ennio Peres da, 1956-Jr., Newton Pimenta NevesCavaliero, Carla Kazue NakaoRossi, Luiz AntonioUniversidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Planejamento de Sistemas EnergéticosUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASGaleano Espinola, Michel Osvaldo2008info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf129p. : il.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1608817GALEANO ESPINOLA, Michel Osvaldo. Estudo da viabilidade tecnica e economica do aproveitamento da energia vertida turbinavel da Usina Hidreletrica de Itaipu para a sintese de amonia. 2008. 129p. Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1608817. Acesso em: 15 mai. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/438003porreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2017-02-18T05:25:53Zoai::438003Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2017-02-18T05:25:53Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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