Metodologia de cálculo do impacto das ineficiências no rendimento de usinas termelétricas a carvão

Abstract

Este trabalho apresenta uma metodologia de cálculo de eficiência de usinas termelétricas a carvão que visa possibilitar a quantificação do impacto das ineficiências e perdas energéticas na eficiência total da usina analisada, seja ela composta por uma ou mais unidades, conectadas ou não por coletores de fluido de trabalho. A metodologia introduz à uma equação que é um produtório de eficiências, onde cada eficiência corresponde ao balanço de massa e energia em determinados volumes de controle. Para verificação da metodologia proposta, foram utilizados dados de literatura de um ciclo de potência a vapor, e a eficiência calculada pelo produtório. Também foi realizado um estudo de caso de uma usina termelétrica a carvão, operando em dois ciclos de Rankine com regeneração de vapor e conexão entre as unidades através de coletores de fluido de trabalho. A eficiência total dessa usina foi calculada de acordo com a metodologia apresentada, e algumas das principais perdas energéticas foram identificadas e estudadas. Foi analisado qual seria o impacto na eficiência total da usina, caso os principais responsáveis pelas perdas energéticas tivessem sua eficiência aumentada quantitativamente em 5%, que apesar de ser um valor arbitrário, é coerente com a performance esperada para esses equipamentos. O método se mostrou uma ferramenta de cálculo válida e útil principalmente para empreendimentos que visam planejar seus investimentos com base nos ganhos de eficiência da planta.

This paper presents a methodology for calculating the efficiency of coal-fired power plants, which aims to enable quantification of the impact of inefficiencies and energy losses in the overall efficiency of the plant analyzed, whether composed of one or more units, connected or not by collecting fluid work. The methodology introduces an equation that is a multiplicand of efficiencies, and each one corresponds to the efficiency of mass and energy balance in specific control volumes. To verify the proposed methodology, we utilized data from the literature of a steam power cycle, and the efficiency calculated by the multiplicand. It was performed a case study of a coal power plant, operating in two Rankine cycles with steam regeneration and connection between units via the collectors working fluid. The total efficiency of this plant was calculated using the methodology presented, and some of the main energy losses were identified and studied. We analyzed the impact on the overall efficiency of the plant if the main causes of energy losses were quantitatively increased its efficiency by 5%, which, despite being an arbitrary value, is consistent with the expected performance of such equipments. The method proved to be a valid and useful tool especially for enterprises that seek to plan their investments based on the gain of efficiency of the plant.