Estudo da queima de diferentes espécies do sorgo para geração de energia: simulação e análise econômica

Abstract

O desenvolvimento econômico de um país está diretamente ligado ao consumo e produção de energia, com isso, o mercado de eletricidade sofre algumas transformações trazida pela demanda da economia digital e veículos elétricos. Deste modo, diferentes rotas tecnológicas são estabelecidas com a finalidade de promover o desenvolvimento de novas fontes renováveis. O uso da bioenergia oriunda de biomassa, por exemplo, é considerado uma opção estratégica de produção de energia, pois é considerada uma técnica de baixo carbono renovável. Diferentes recursos podem ser aplicados na transformação da biomassa para fins energéticos, para isso, essa dissertação tem como objetivo avaliar e simular o efeito termoquímico de diferentes espécies do sorgo. Para simulação, foi utilizado o programa computacional Aspen Plus V11.0, onde os princípios fundamentais da modelagem incluem a 1ª e 2ª leis da termodinâmica e equações da mecânica dos fluidos. O ciclo Rankine foi proposto operando em diferentes condições de pressão e temperatura e foi validado por meio da comparação dos resultados obtidos no simulador com dados obtidos experimentalmente disponível na literatura. A partir dessa validação, foi possível verificar que a espécie BD 5404 apresentou a maior potência de energia gerada. Após realizar uma análise econômica, foi verificado que preço de venda sugerido para essa espécie é de USD 0,13, USD 0,14 e USD 0,15 nas configurações de operação da caldeira à 40 bar, 70 bar e 140, respectivamente, deste modo o presente estudo confirmou a potencialidade do uso do sorgo para geração de energia, utilizando a rota termoquímica. Palavras-chave: Biomassa. Bioenergia. Reaproveitamento. Cogeração. AspenPlus. Modelagem.

The economic development of a country is directly linked to the consumption and production of energy, with that, the electricity market undergoes some transformations brought about by the demand of the digital economy and electric vehicles. In this way, different technological routes are established in order to promote the development of new renewable sources. The use of bioenergy from biomass, for example, is considered a strategic option for energy production, as it’s considered a renewable low carbon technique. Different resources can be applied in the transformation of biomass for energy purposes, for this purpose, this dissertation aims to evaluate and simulate the thermochemical effect of different sorghum species. For simulation, the software Aspen Plus V11.0 was used, where the fundamental principles of modeling include the 1st and 2nd laws of thermodynamics and equations of fluid mechanics. The Rankine cycle was proposed operating under different conditions of pressure and temperature and was validated by comparing the results obtained in the software with data obtained experimentally available in the literature. From this validation, it was possible to verify that the BD 5404 species presented the highest power of generated energy. After carrying out an economic analysis, it was verified that the suggested selling price for this species is USD 0.13, USD 0.14 and USD 0.15 in the boiler operating configurations at 40 bar, 70 bar and 140, respectively, of this Thus, the present study confirmed the potential of using sorghum to generate energy, using the thermochemical route. Keywords: Biomass. Bioenergy. Reuse. Cogeneration. AspenPlus. Modeling.