Otimização multiobjetivo de uma usina termelétrica de ciclo combinado nas condições de projeto e fora de projeto

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: SANTOS, Eudes Müller D’Oliveira
• Orientador(a): NASCIMENTO, Marco Antônio Rosa
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Itajubá
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia Mecânica
• Departamento: IEM - Instituto de Engenharia Mecânica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Otimização multiobjetivo; Usina termelétrica de ciclo combinado; Sistema de cogeração CGAM; Algoritmo genético; Enxame de partícula e recozimento simulado
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA
• Link de acesso: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3316

Há uma busca constante pela maior disponibilidade de recursos energéticos, uma vez que a energia é um item vital para o desenvolvimento de um país. Projeções para a demanda de eletricidade até 2030 sinalizam para seu aumento, no qual 20% do total da geração de eletricidade será proveniente de usinas termelétricas de ciclo combinado a gás natural, considerada uma das tecnologias mais desenvolvidas para produção de eletricidade. Dada a relevância do combustível gás natural e das usinas termelétricas de ciclo combinado na matriz elétrica e energética, é importante o uso dos recursos disponíveis da forma mais eficiente. Nesta tese foram analisadas três técnicas de otimização (algoritmo genético, enxame de partícula e recozimento simulado) aplicadas a uma usina termelétrica de ciclo combinado em regime permanente, nas condições de projeto e fora de projeto, para realização de uma otimização multiobjetivo. O método proposto foi aplicado previamente no sistema de cogeração CGAM para validação e posteriormente aplicado na usina termelétrica de ciclo combinado. Análises termodinâmica, exergética tradicional e avançada, e econômica foram empregadas. O programa GateCycleTM em conjunto com a ferramenta CycleLink foram utilizados para simulação do modelo do sistema energético na condição de projeto e nas cargas parciais de 90%, 80%, 70%, 60%, 50% e 40%. As funções objetivo minimizadas foram o custo de eletricidade e a taxa de destruição de exergia inevitável total. As variáveis de decisão foram razão de pressão do compressor de ar, eficiência isentrópica do compressor de ar, eficiência isentrópica da turbina a gás, temperatura dos gases de exaustão na entrada da turbina a gás, vazão mássica de combustível para o queimador suplementar, eficiência isentrópica da turbina a vapor e eficiência isentrópica da bomba. O programa modeFRONTIERTM foi utilizado para aplicação das três técnicas de otimização a fim de avaliar as funções objetivo. Os dois sistemas energéticos foram otimizados com cada uma das técnicas de otimização em todas as condições analisadas. Não houve uma técnica unânime no desempenho em todas as condições. Na condição de projeto a UTE de ciclo combinado apresentou custo de eletricidade 11,11% menor e exergia destruída inevitável 23,48% menor, ao aplicar a técnica de enxame de partícula na busca pelos melhores valores das variáveis de decisão, sendo o algoritmo de melhor desempenho nesta condição específica. Em todas as demais condições uma solução ótima também foi obtida.