Energy and exergy analysis of a cogeneration system using an internal combustion engine

Dentre as alternativas de geração de energia, os sistemas de cogeração provaram ser uma boa opção para a produção de energia distribuída em locais de carga elétrica e térmica coincidente. Estas demandas podem variar numa ampla faixa, o que faz com que os sistemas de cogeração atinjam alto fator de utilização de energia (FUE) em horas de coincidência de alta demanda e baixo FUE em horas de baixa demanda. As demandas de energia local podem variar de acordo com a hora do dia, nível de atividade e condição climática, sendo estas comparadas com a energia da máquina térmica para avaliar as diferentes opções de capacidade e de configurações do sistema de cogeração. A simulação de sistemas térmicos é uma ferramenta poderosa para o desenvolvimento de projetos e análises adequadas de usinas de energia, ajudando os projetistas a avaliar várias possibilidades e, assim, tentar tornar técnica e economicamente viável os sistemas de cogeração. Este estudo apresenta a avaliação de um sistema de cogeração com um motor de combustão interna a gás natural utilizando as demandas gerais do HC-UNICAMP. Programas computacionais são utilizados para a avaliação do sistema de cogeração, onde parâmetros e relações termodinâmicas são estabelecidos para uma condição de projeto e de operação anual. A performance do sistema de cogeração para um ano de operação é analisada através de oito conjuntos de perfis de demanda, classificados nas quatro estações do ano e, nestas, em dias úteis e dias não úteis. A análise de energia do sistema de cogeração permite visualizar a economia de energia que se pode obter com esta tecnologia, enquanto a análise exergética dos componentes do sistema identifica em forma qualitativa e quantitativa que componente pode ser otimizado para melhorar o desempenho do sistema de cogeraçãoAmong the alternatives of power generation, the cogeneration system proved to be a good option for distributed power production in sites of coincident electrical and thermal loads. These can vary in a large range making cogeneration systems achieve high-energy utilization factor (EUF) at hours of coincident high demands and low EUF at hours of small coincident demands. The site energy demands may vary with the hour of the day, level of activity and weather conditions, being compared with the energy of the prime mover to evaluate the different options for capacity and configuration of the cogeneration system. The simulation of thermal systems is a powerful tool for the development of suitable projects and analysis of power plants, helping designers to evaluate various possibilities trying to turn technically and economically feasible the cogeneration system. This study presents the evaluation of a cogeneration system with an internal combustion engine powered by natural gas, using the general demands of the HC-UNICAMP. Computational programs are used for the evaluation of the cogeneration system, where thermodynamic parameters and relations are established for conditions of project and annual operation. The performance of the cogeneration system for one-year of operation is analyzed using eight demand profile sets, classified in the four weather seasons and in weekdays and weekends. The energy analysis visualizes the energy savings that can be achieved with this technology, while the exergy analysis of the components identifies qualitative and quantitative, which component could be optimized to improve the performance of the cogeneration syste