Viabilidade da aplicação da energia solar no reaquecimento de uma central termoeléctrica

Dissertação para a obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Na presente tese é feita a análise da viabilidade de aplicação de um campo colectores solares parabólicos no ciclo de Rankine da central Termoeléctrica do Ribatejo. Com o recurso à ferramenta informática de simulação termodinâmica Cycle-Tempo® é simulado um ciclo combinado similar ao da central do Ribatejo em funcionamento a carga nominal e a carga parcial de 75%. Após a simulação do funcionamento do ciclo sem integração solar, com os devidos ajustamentos no modelo, simula-se a integração solar no ciclo da central. Com o objectivo de estudar as diferenças registadas no ciclo da central com a variação da quantidade de energia concentrada nos colectores solares dois casos diferentes são estudados nesta dissertação. A energia proveniente do campo de colectores solares é introduzida na central sob a forma de vapor sobreaquecido. No primeiro caso a quantidade de vapor proveniente do campo solar é pequena, resultado de uma área menor do campo solar, essa quantidade de vapor provoca uma redução pequena na potência total do grupo. Já no segundo caso estudado, com uma área do campo de colectores solares maior, a quantidade de vapor introduzida no ciclo da central é grande ao ponto de provocar uma grande diminuição da potência total do grupo. Neste último caso a potência total do grupo é próxima à potência deste quando a turbina a gás opera a 75% da carga sem inclusão de um campo solar. Esta perda de potência em ambos os casos deve-se à redução da carga de operação da turbina a gás pois parte da energia obtida por queima de gás natural é obtida no campo de colectores solares pela concentração da energia solar térmica. A quantidade de calor absorvido pelos espelhos colectores solares, por depender da radiação solar normal directa e do ângulo de incidência, varia ao longo do dia e do ano e por isso para cada um dos casos de integração solar, diversos cenários de quantidade de calor absorvido pelos espelhos são simulados com o recurso à ferramenta Cycle-Tempo®. Em cada simulação, os valores obtidos e registados são os seguintes: potência total do grupo, gás consumido, CO2 enviado para a atmosfera e MW solares. Para que seja possível comparar a quantidade de gás e CO2 poupado, sempre que se faz uma simulação de integração solar, realiza-se uma simulação sem integração solar em que a potência total do grupo é igual. Conhecendo o custo de investimento, operação e manutenção e o valor monetário de cada um dos valores retirados da simulação termodinâmica, toneladas de CO2 não enviadas para a atmosfera, toneladas de gás poupado, MWh solares produzidos e potência do grupo não produzida devido a inclusão solar, procede-se à análise de investimento com diferentes factores de carga para cada um dos casos acima apresentados. O valor actual líquido, VAL, para cada um dos casos ajuda a definir se o investimento é ou não viável.