Avaliação de oportunidades de melhoria da eficiência energética num sistema de trigeração

A crise atual tem tido o mérito de despertar as consciências no sentido do uso mais racional da energia, conduzindo assim à utilização de tecnologias de otimização energética. É neste contexto que surge a cogeração/trigeração. Esta tecnologia é uma das mais utilizadas a nível industrial como forma de combate ao desperdício de energia. Esta tese de mestrado teve como objetivo o estudo de oportunidades de poupança de energia de um sistema de trigeração de um hospital e se possível minimizar as perdas existentes através da implantação de um depósito de água quente adicional na instalação. Neste documento encontra-se descrito o processo de cogeração/trigeração, a situação da cogeração em Portugal, os vários tipos de sistemas de cogeração e trigeração que se encontram atualmente no mercado, uma pequena apresentação da instalação em estudo, os resultados obtidos, a análise económica para o novo projeto e conclusões. Após a análise do problema, verificou-se que, em períodos em que o tarifário elétrico é menos bem remunerado e só funciona um motor de combustão, a produção de energia térmica é insuficiente para satisfazer as necessidades de água quente e de frio no processo. Assim, a caldeira de água quente tem de ser acionada e a produção de água fria não é suficiente somente através do chillers de absorção sendo necessário ligar o chiller elétrico. Sendo estes aparelhos auxiliares à trigeração, onera os custos de gás natural e eletricidade de toda a central aquando da sua utilização. Optou-se por analisar dois meses distintos do ano, janeiro e junho e identificar o que os distingue. Em janeiro, a excessiva necessidade de água quente por parte do hospital, levou a que fosse necessário utilizar a caldeira auxiliar de água quente. Em contrapartida, no mês de junho, a caldeira nunca foi ligada. Em janeiro, a caldeira produziu um caudal médio de 159,9m3 /h e 437,7 MWh de energia. Uma vez que o período em que a caldeira está ligada é muito variável, havendo dias em que está ligada 24horas, seria preciso um depósito com um volume exorbitante para fornecer calor equivalente ao produzido pela caldeira durante 24 horas de funcionamento. Desta forma optou-se por atribuir diferentes volumes ao novo depósito e calcular custos de investimentos e poupança de energia. Os volumes escolhidos foram 30m3 , 60m3 , 90m3 e 150m3 , e irão ser poupado 6,8MWh, 13,6MWh, 20,5MWh e 34 MWh por mês, respetivamente, resultantes de uma proporcionalidade direta entre grandezas Quanto ao chiller elétrico, calculou-se a quantidade de energia que este removeu de uma corrente de água em janeiro e junho, nomeadamente 420,68 GJ e 598,15 GJ respetivamente. Assim, calculou-se qual o volume médio diário de água que foi necessário para o chiller retirar essa energia, obtendo-se volumes de 2234,3 m3 e 2647,4 m3 para janeiro e junho respetivamente. Depois calculou-se o volume médio diário de água quente que alimentou o CHAS. Os valores calculados foram 421,62 m3 em janeiro e 1344,15 m3 em junho. Desta forma, foi possível calcular o volume médio diário do novo depósito, tendo em consideração os volumes médios diários dos dois chillers. Para janeiro obteve-se um volume de 826 m3 e para junho de 1739 m3 . Uma vez que se tratam de volumes muito elevados, optou-se pela mesma estratégia já utilizada anteriormente e atribuiu-se volumes diferentes e calculou-se a poupança de eletricidade para cada um deles. Em janeiro obteve-se uma poupança de 2,5 MWh, 4,9 MWh, 7,4 MWh e 12,3 MWh e para junho, de 2,5 MWh, 5 MWh, 7,5 MWh e 12,5 MWh para os volumes de 30, 90, 60 e 150 m3 respetivamente Pode-se observar que em ambos os meses a poupança foi muito semelhante, no entanto em junho foi ligeiramente mais elevada. Isto deve-se a que, como nesta época do ano existe uma temperatura ambiente mais elevada, a água fria que retorna do ospital para ser novamente arrefecida está a uma temperatura mais elevada, o que implica uma maior remoção de energia por parte do CHC para enviar esta corrente de novo para o hospital com a temperatura necessária. Depois disto foi proposto um investimento para este projeto dependendo do volume do depósito escolhido e calculado o seu payback time. Desta forma, calculou-se o investimento de 80 k€ para o projeto com depósito de 30 m3 e que irá ter um payback time de 261,8 meses, 123 k€ para o de 60 m3 com payback time de 200,4 meses, 166 k€ para 90 m3 com payback time de 179,8 meses e por fim, 250 k€ para 150 m3 com payback time de 163,4 meses. Chega-se por fim à conclusão que o depósito com maior capacidade é aquele que apresenta menor período de amortização e por isso o de maior viabilidade económica. No entanto a instalação não possui área disponível capaz de suportar um depósito com um volume tão elevado. Desta forma a escolha mais acertada recaí sobre o depósito de 60 m3 uma vez que possui um período de amortização mais baixo do que o depósito de menor volume e satisfaz a restrição de espaço existente nas instalações da centraThe current crisis has had the merit of awakening consciences towards a more rational use of energy, thus leading to the use of energy optimization technologies. It is in this context that cogeneration/trigeneration appears. This technology is one of the most used industrial level in order to combat energy waste. This master's degree thesis was aimed to the study of energy saving opportunities of a trigeneration system of an hospital and if possible reduce existing losses through the deployment of an additional hot water tank inside the facility. In this document is described the process of cogeneration/trigeneration, the situation of cogeneration in Portugal, the various types of cogeneration and trigeneration systems which are currently on the market, a short presentation of the facility in study, results, economic analysis for the new project and conclusions. After analyzing the problem, it was found that in periods when the electricity tariff is less well paid and it only works one combustion engine, the thermal energy production is insufficient to meet the hot and cold water needs in the process. So, the hot water boiler must be activated and the cold water production is not sufficient only by absorption chillers, being necessary to enable the electric chiller. Being these auxiliary devices to trigeneration, charged on natural gas and electricity costs throughout the usage. It was decided to analyze two different months of the year, January and June and identify what distinguishes them. In January, the excessive need of hot water from the hospital, led it to it being necessary the use of the auxiliary hot water boiler. In contrast, in June, the boiler was never on. In January, the boiler produced an average flow of 159,9m3 /h and 437,7 MWh of energy. Since the period in which the boiler is on is variable, with days that it is on 24 hours, it would require a deposit with a very large volume to provide equivalent heat produced by the boiler 24 hours of operation. Thus it was decided to assign different volumes to the new deposit and calculate investment costs and energy savings. The chosen volumes were 30m3 , 60m3 , 90m3 and 150m3, and it will be saved monthly 6,8MWh, 13,6MWh, 20,5MWh and 34 MWh, resulting from a direct proportionality between magnitudes. After this, it was proposed an investment for this project depending on the chosen deposit volume and calculated their payback time. As for the electric chiller, the amount of energy it removed from a stream of water in january na june, was calculated as 420,68 GJ e 598,15 GJ respectively. It was calculated the average daily volume of water that was necessary for the chiller to withdraw this energy, obtaining volumes of 2234,3 m3 and 2647,4 m3 for january na june respectively. It was calculated the daily volume of hot water that fed CHAS. The calculated values were 421,64 m3 in january and 1344,15m3 in june. It was possible to calculate the average daily volume of the new hot water tank, taking into account the average daily volumes of the two chillers. For january was obtained a volume of 826,32 m3 and for june of 1739,22 m3. Since they are very high volumes, I use the same strategy that was used previously and assign different volumes to the new deposit and calculated the electicity saving by the new hot water tank. In january, savings og 2,5 MWh, 4,9MWg, 7,4 MWh and 12,3 MWh and for june 2,5 MWh, 5MWh, 7,5MWh e 12,5MWh. were achieved for volumes of 30, 60, 90 and 150 m3 respectively. It can be observed that in both months the saving was very similar, however in June was slightly higher. This is because, as there is a higher ambient temperature at this time of year, the cold water returning from the hospital to be cooled again is at a higher temperature, which implies a greater withdrawal of energy by the CHC to send this back to the hospital with the necessary temperature. So, it was calculated an investment of 80 k€ for the project with deposit of 30 m3 and it will have a 261,8 months of payback time, 123 k€ for the 60 m3 with a payback time of 200,4 months, 166 k€ for 90 m3 with 179,8 months of payback time and finally 250 k€ to 150 m3 with a payback time of 163,4 months. Getting finally to the conclusion that the deposit with the greater capacity is the one that has the shorter amortization period and therefore the greater economic viability. However the facility. Does not have available space capable of supporting a deposit with such a high volume. In this way, the most appropriate choice is to recharge the 60 m3 deposit as it has a lower amortization period and being also mentioned that this solution meets the existing space restrictions at the plant site