O estudante Felipe Gesser Battisti, orientado pelo Prof. Alexandre Kupka da Silva, defenderá sua tese na próxima sexta-feira (20/03), às 8h, no Auditório do Polo (Bloco A/EMC). A defesa é vinculada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. O auditório tem capacidade para cerca de 80 pessoas.

Banca:

Prof. Alexandre Kupka da Silva, Ph.D. (Presidente/Orientador)

Prof. José Antônio Perrella Balestieri, Dr.Eng. (Relator/UNESP)

Prof. Louis Gosselin, Dr. (Universidade Laval, Quebec, Canadá) – videoconferência

Prof. Edson Bazzo, Dr.Eng.

Prof. Jader Riso Barbosa Jr., Ph.D.

Título: “Technical and economic assessment of transient supercritical carbon dioxide brayton cycles with thermal energy storage systems”

Resumo:

Esta tese explora o comportamento transiente de plantas de produção de potência com fontes intermitentes de calor, dióxido de carbono supercrítico (s-CO2) como fluido de transferência de calor (HTF), ciclos Brayton e sistemas de armazenamento de energia térmica (TES). Este documento compreende três estudos intercomplementares principais. Primeiro, a tese discute o comportamento transiente de um ciclo de Brayton recuperativo utilizando s-CO2, que inclui TES sólido e sistema de armazenamento de massa. O comportamento transiente do ciclo é promovido através de um perfil de temperatura da fonte de calor que imita o de uma planta
híbrida (usina solar assistida por combustível fóssil) – ou seja, um perfil idealizado de temperatura semelhante ao fluxo solar associado a uma linha base constante. Para permitir as discretizações espacial e temporal dos principais componentes do ciclo, foram desenvolvidas rotinas numéricas em volumes finitos. Em segundo lugar, o comportamento transiente de um sistema TES packed-bed cilíndrico com s-CO2 é investigado. O modelo computacional 1-D desenvolvido é responsável pela troca de calor entre o meio poroso e o HTF através de uma formulação de duas temperaturas, permitindo o cálculo das perdas de carga e de calor para o ambiente
derivadas do escoamento de fluido pelo do tanque do TES. A análise termo-hidráulica investiga, por pontos de vista paramétrico e de otimização, os efeitos de parâmetros operacionais e de projeto, como tamanho do tanque e razão de aspecto, tamanho médio de partículas do meio poroso, temperatura de carregamento. Em terceiro lugar, é apresentada uma avaliação econômica da viabilidade de um sistema integrado de campo de energia solar concentrada (CSP), bloco de potência e sistema TES packed-bed considerando s-CO2 como HTF. A análise considera dados de ano meteorológico típico (TMY) para determinar os custos anuais de produção de
energia de uma usina de ~10 MW também usando a abordagem do custo nivelado de energia (LCOE). Com base em análises paramétricas, o estudo considera combinações de tamanhos de campo CSP e TES, considerando custos de equipamentos, operação e manutenção, aquecimento auxiliar e ambientais. Sobre a primeira parte, a análise mostra que os efeitos inerciais térmicos são capazes de alterar drasticamente a entrega de energia dos ciclos, já que o sistema pode requerer vários dias para atingir um padrão operacional periódico representativo, e que as hipóteses de regime permanente e de processo quase estático devem ser
cuidadosamente consideradas quando um sistema TES é empregado. Além disso, dada uma estratégia de controle adequada para os processos de carga e descarga do TES, seu uso pode estender significativamente a produção da planta, permitindo um melhor ajuste ao perfil de demanda. Sobre a segunda parte, os resultados sugerem claramente as tendências de design para sistemas TES packed-bed com s-CO2 mostrando que não apenas a eficiência termo-hidráulica combinada de carga-descarga do TES é altamente dependente dos parâmetros de projeto e operação, mas também e mais importante, que este pode ser otimizado com relação a
tais parâmetros. Sobre a terceira parte, a avaliação exploratória encontrou tendências econômicas para a planta integrada. Embora as soluções com o sistema TES packed-bed possam não ter melhorado o LCOE em comparação com as respectivas referências, a avaliação geral revelou não apenas a possível viabilidade do sistema integrado usando esse TES com s-CO2, mas também evidenciou caminhos para exames mais aprofundados, como otimizaçãomultiobjetivo também considerando aspectos ambientais.

Palavras-chave: Dióxido de carbono supercrítico, Simulação transiente, Armazenamento de energia térmica, Packed-bed, Análise paramétrica & otimização, Avaliação econômica.