Análise técnica de um sistema híbrido composto de célula a combustível de carbonato fundido e turbina a gás.

Abstract

Sistemas híbridos representam uma alternativa importante considerando sua proposta de aproveitamento de energia, em geral, não aproveitada nos processos de geração de energia elétrica, apresentando eficiências progressivamente altas, conforme estudos são desenvolvidos sobre o tema. Células a combustível de carbonato fundido (MCFC) têm sido propostas como componentes de sistemas híbridos de usinas térmicas devido ao seu alto potencial de produção energética, alta eficiência e a possibilidade do aproveitamento da energia térmica liberada no processo de geração de eletricidade. O presente estudo tem por objetivo a análise técnica de um sistema híbrido MCFC / turbina a gás (TG). A influência das variáveis de operação (temperatura, pressão, relação vapor-carbono, utilização de combustível na célula) no desempenho e eficiência do sistema é avaliada através da modelagem individual da MCFC para determinação de seu ponto de projeto. Após, o sistema híbrido é modelado por meio do software CycleTempo. Através dos resultados obtidos foi possível concluir que a MCFC responde pela maior parcela da potência de saída do sistema para valores de pressão de operação inferiores a 6 atm, podendo ser responsável por até 70% da energia total produzida, com eficiência líquida do sistema híbrido de cerca de 64%. Ainda, foi possível perceber que o desempenho foi favorecido em ordem decrescente de significância pela relação vapor-carbono, seguido da taxa de utilização no anodo, da temperatura e, por fim, da pressão de operação da célula, indicando que a maior eficiência do sistema está relacionada à utilização do combustível na célula em detrimento da sua utilização direta como combustível para a turbina.