Avaliação da viabilidade técnica de sistemas BECCS na geração de eletricidade em usinas do setor sucroenergético

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Restrepo-Valencia, Sara, 1991-
Data de Publicação: 2018
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/20.500.12733/1634210
Resumo: Orientador: Arnaldo Cesar da Silva Walter
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spelling Avaliação da viabilidade técnica de sistemas BECCS na geração de eletricidade em usinas do setor sucroenergéticoTechnical assessment of BECCS systems in power units in the sugarcane sectorBioenergéticaSequestro de carbonoTurbina a gásGaseificaçãoBiomassa - GaseificaçãoBioenergeticCarbon sequestrationGas turbineGasificationBiomass - GasificationOrientador: Arnaldo Cesar da Silva WalterDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: A efetiva mitigação das mudanças climáticas requer modificações dos atuais sistemas de energia e, em particular, o perfil da geração de eletricidade deve ser profundamente alterado em relação à configuração atual. Por exemplo, para evitar o aumento acima de 2°C na temperatura média do planeta ao longo deste século, o fator de emissão médio na geração de eletricidade deve ser reduzido dos atuais 524 kgCO2/MWh para quase zero em 2060. Sistemas de bioenergia com captura e armazenamento de carbono (Biomass energy with carbon capture and storage - BECCS) são uma tecnologia emergente que combina aplicações de energia de biomassa em grande escala com captura e armazenamento de CO2, e têm o potencial de remover carbono da atmosfera. A maioria dos cenários do IPCC que consideram o limite superior de 2°C apresenta a adoção do BECCS em grande escala. Este trabalho tem como objetivo a avaliação da viabilidade de BECCS associados a unidades de geração de eletricidade baseadas na gaseificação de biomassa, integrada com ciclos combinados (Biomass integrated gasifier - combined cycle - BIG-CC). Também foi analisada, comparativamente, uma moderna instalação de cogeração baseada em ciclos a vapor e, adicionalmente, foi considerada a captura do CO2 produzido na fermentação, na produção de etanol. É considerado o uso da biomassa residual da cana de açúcar (bagaço e palha), disponível em larga escala e com custo relativamente baixo nas usinas brasileiras de cana de açúcar. Os resultados são baseados em simulação computacional da turbina a gás ABB GT11N2, em condições off-design. Para os sistemas de captura e armazenamento de carbono (CCS), foram usadas as informações disponíveis na literatura para estimar a eficiência de captura e os requerimentos de energia. Os resultados indicam que a captura de CO2, tanto da combustão quanto da fermentação, é tecnicamente possível nas usinas, ainda restando eletricidade excedente para comercialização. Mas as penalidades energéticas são muito significativas ¿ 38%, no caso do sistema BIG-CC, e de 52% no caso do sistema de cogeração convencional ¿ e é recomendável que sejam estudadas tecnologias de captura alternativas, além de que sejam exploradas as opções de otimização energética dos principais componentes dos sistemas de potência, de captura, e a integração de ambos com a usinaAbstract: Effective climate change mitigation requires deep changes in current energy systems and, in particular, the profile of electricity generation shall be deeply modified regarding the current status. For instance, to avoid the increase of Earth¿s temperature over 2°C along this century, the average emission factor in electricity generation, worldwide, shall be reduced from current 524 kgCO2/MWh to nearly zero in 2060. Biomass Energy with Carbon Capture and Storage (BECCS) is an emerging technology that combines large scale biomass energy applications with the capture and storage of CO2, and has the potential to remove carbon from the atmosphere. Most IPCC scenarios that consider the upper limit of 2°C require BECCS at a large scale. This work aims to assess the viability of BECCS associated to power plants based on Biomass Integrated Gasification to Combined Cycles (BIG-CC), integrated to sugarcane mills. Comparatively, it was also assessed a modern cogeneration plant and, additionally, it was evaluated the capture of CO2 produced during the fermentation process, that is part of ethanol production. It was considered the use of residual sugarcane biomass (bagasse and straw), available in large-scale and at relatively low cost in Brazilian sugarcane mills. The results are based on computational simulations of the ABB GT11N2 gas turbine, in off-design conditions. For the CCS systems, information available in the literature has been used in order to estimate capture efficiencies and energy requirements. The results indicated that CO2 capture, both from combustion and fermentation, is technically possible in sugarcane mills, and in both cases surplus electricity would be available. But, energy penalties are meaningful, - 38% in case of the BIG-CC system and, 52% in case of the conventional cogeneration system -, and it necessary to study alternative technologies for capturing, besides optimization options for the main devices of power and carbon capture systems, and their integration to sugarcane millsMestradoPlanejamento de Sistemas EnergéticosMestra em Planejamento de Sistemas EnergéticosCNPQ131196/2017-0[s.n.]Walter, Arnaldo César da Silva, 1957-Moreira, Jose RobertoSeabra, Joaquim Eugênio AbelUniversidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Planejamento de Sistemas EnergéticosUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASRestrepo-Valencia, Sara, 1991-20182018-02-22T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (93 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1634210RESTREPO-VALENCIA, Sara. Avaliação da viabilidade técnica de sistemas BECCS na geração de eletricidade em usinas do setor sucroenergético. 2018. 1 recurso online (93 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1634210. 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