GERAÇÃO DE ELETRICIDADE EM SISTEMA HÍBRIDO BIOGÁS-SOLAR FOTOVOLTAICO: ASPECTOS TECNOECONÔMICOS

Abstract

From the shift in the perception of the role of human beings in the face of climate change and population growth in recent decades, the quest for new technologies to production of energy economically competitive with fossil sources is a concern of the new era. The production of biogas from Municipal Solid Waste (MSW) is a solution to two current issues: the destination of urban waste and the generation of renewable energy. The present study proposes the modeling, simulation and evaluation of the potential of electric energy generation and calculation of the energy efficiency in the theoretical biogas-solar photovoltaic hybrid system. This system is composed of a biodigester Kompogas, which will receive the MSW from the Guarapuava Municipal Landfill in the state of Paraná, with an internal combustion engine (ICE) Caterpillar CG260-12 (50Hz) and 36 monocrystalline Silicon photovoltaic panels. As a result, the possibility of generating 7,851.82 kW hybrid energy in the year was proved, being 2,797.42 kW (35.6%) from biogas, and 5,054.40 kW (64.4%) from the photovoltaic panels. In this proposal, the energy efficiency of 17.21 % was obtained, within the expected value, since the combustion exhaust gases are wasted in the biogas fed subsystem. Through the economic analysis of the subsystems, it was verified that in lower amortization periods, the cost of energy produced by the PV subsystem is significantly higher than that of biogas, and at higher amortization periods, the cost of this subsystem is reduced larger than in the biogas subsystem, making the system more egalitarian in its cost composition, bringing them almost to the same cost. This is because, although the higher initial investment of the solar system, it has lower operating and maintenance costs if compared with biogas system. The economic analysis of the electricity produced by the proposed hybrid system ranged from 0.0869 US$ / kWh to 0.1385 US$ / kWh, being these values consistent with those found in the literature.

A partir da mudança de percepção do papel do ser humano frente as mudanças climáticas e o crescimento populacional das últimas décadas, a busca por novas tecnologias para geração de energia economicamente competitiva com as fontes fósseis é uma preocupação da nova era. A produção de biogás a partir de Resíduos Sólidos Municipais (RSU) é uma solução para duas questões atuais: a destinação dos resíduos urbanos e a geração de energia renovável. O presente estudo propõe a modelagem, simulação e avaliação do potencial de geração de energia elétrica e cálculo da eficiência energética no sistema híbrido biogás-solar fotovoltaico teórico. Este sistema é composto por um biodigestor Kompogas, que receberá os RSU do Aterro Municipal de Guarapuava, no estado do Paraná, acoplado a um conjunto motor de combustão interna (MCI) Caterpillar CG260-12 (50Hz) e 36.123 painéis solares fotovoltaicos de Silício monocristalino. Como resultado, foi comprovada a possibilidade de geração de 7.851,82 kW de energia híbrida no ano, sendo 2.797,42 kW (35,6%) provenientes da queima do biogás, e 5.054,40 kW (64,4%) provenientes dos painéis fotovoltaicos. Nesta proposta, foi obtida uma eficiência energética de 17,21%, dentro do valor esperado, uma vez que, no subsistema alimentado a biogás, os gases de exaustão da combustão são desperdiçados. Através da análise econômica isolada dos subsistemas, verifica-se que em períodos de amortização menores, o custo da energia produzida pelo subsistema FV é significativamente maior que o do a biogás, e conforme se aumenta o período de amortização, o custo deste subsistema apresenta reduções maiores que no subsistema a biogás, tornando o sistema mais igualitário em sua composição de custos, aproximando-os da isonomia de custos. Isso ocorre pois, apesar do investimento inicial do sistema solar ser maior, ele possui custos de operação e manutenção menores. A análise econômica da eletricidade produzida pelo sistema híbrido proposto variou entre 0,0869 US$/kWh e 0,1385 US$/kWh, estando esses valores coerentes com os encontrados na literatura.