Maximização da valorização energética em aterros sanitários recorrendo a equipamentos baseados no Ciclo Orgânico de Rankine (ORC)

Atualmente, os aterros sanitários representam uma solução para a gestão e tratamento dos resíduos sólidos urbanos. Da deposição, ocorrem duas formas de emissões ao longo do tempo, a produção de biogás e de lixiviados, que resultam sobretudo da decomposição da matéria orgânica. Um dos principais constituintes do biogás é o metano, o qual tem elevado poder calorífico. O presente trabalho aborda, a maximização da valorização energética em aterros sanitários, recorrendo a equipamentos baseados no Ciclo Orgânico de Rankine (ORC) para a produção de eletricidade. É apresentado como caso de estudo a central de valorização energética da Suldouro, em Sermonde, que produz eletricidade a partir do biogás resultante da decomposição da matéria orgânica depositada em aterro. O biogás é utilizado como combustível para os motogeradores utilizados para o seu aproveitamento energético, sendo que apenas cerca de 40% do potencial energético contido no biogás é transformado em eletricidade, registando-se perdas sobretudo nas emissões dos gases de exaustão e na água de arrefecimento dos motores. Para avaliação do potencial da recuperação energética dos gases de escape é avaliado o desempenho termodinâmico do ciclo ORC. Para tal foi desenvolvida uma ferramenta em MATLAB utilizando como modelo a configuração do ORC com recuperador de calor. O cálculo das propriedades termodinâmicas dos fluidos foi obtido através da criação de uma sub-rotina que chama o programa CoolProp. Este programa restitui propriedades como a entalpia, entropia, pressões e temperaturas em cada ponto do ciclo, permitindo assim ao utilizador otimizar o tempo na obtenção de resultados. A avaliação económica é fundamental na tomada de decisões por parte do investidor e dos financiadores do projeto. É então apresentada a análise económica e efetuada uma análise de sensibilidade, onde foram efetuadas variações nos vetores mais importantes de forma a poder avaliar-se o impacto em termos da sua rentabilidade. A ferramenta desenvolvida permite obter de forma prática, os três indicadores económicos extremamente influentes no que se refere à tomada de decisão. A utilização dos sistemas ORC e os seus benefícios não se esgotam na maximização dos aproveitamentos da valorização energética em aterros sanitários. Também a recuperação de calor para a produção de energia elétrica pode ter um impacto importante em muitos setores intensivos de energia, contribuindo significativamente para a redução do consumo e aumentando a eficiência de todo o processo de produção.

Nowadays, landfills represent a solution for the management and treatment of solid urban waste. Throughout time two forms of emissions occur from landfill, the production of biogas and leachate, which result mainly from the decomposition of organic matter. One of the main constituents of biogas is the methane, which has a high calorific power. This work is about the most efficient use of energy in landfills, using equipment’s based on the Organic Rankine Cycle (ORC) for the production of electricity. The Energy recovery Plant of Suldouro, in Sermonde, which produces electricity through biogas coming from the decomposition of the landfill of organic matter, is presented as the case study. The biogas is used as a fuel for motor generators used for its energetic use, and only about 40% of the potential energy contained in the biogas is transformed into electricity, registering losses mainly in the emission of exhaust gases and in the cooling water of motors. In the case of the exhaust gas, which reach a temperature around 450oC, has been recognized a potential for significant energy recovery. To validate the technological option ORC, a program is developed in Matlab, which connected to the CoolProp program, restores characteristics as enthalpy and entropy, etc. The developed tool provides a sensitivity analysis and optimizes the time in achieving results. It was created an industry which generates, in a practical way, three economic indicators which are extremely influential with regard to decision making, the Net Present Value (NPV), the Internal Rate of Return (IRR) and the Payback period. The use of ORC systems and its benefits do not stop at the maximization of hydroelectric energy recovery in landfills. Also, the heat recovery for the production of electricity can have a significant impact in many energy-intensive sectors, contributing significantly to reducing the consumption and increasing the efficiency of the whole production process.