Estudo exergoeconômico de uma planta de cogeração a biomassa com comercialização do excedente de energia no mercado livre de energia elétrica

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2023.O mercado de comercialização de eletricidade passou por sucessivas modificações nos últimos anos. Com o intuito de corrigir a formação dos preços de energia elétrica no mercado de curto prazo, denominado PLD (Preço de Liquidação das Diferenças), que servem de base ao mercado livre de energia, os valores passaram a ser calculados diariamente para cada hora do dia a seguir, através de modelos computacionais. A alteração potencializa a integração de plantas termoelétricas a biomassa do setor sucroenergético à matriz elétrica, possibilitando maior previsibilidade de preços no mercado e incentivando a geração de excedente de energia para comercialização em períodos mais desenvolvidos. Neste trabalho, foi realizado um estudo exergoeconômico de uma planta existente de cogeração, situada no interior de São Paulo, com a perspectiva de negociar o excedente de eletricidade no mercado livre. Além da proposta de Indicador de Desempenho Exergoeconômico, foi desenvolvido o comportamento do PLD nos dois primeiros anos após implementação da precificação horária. Os trabalhos foram focados no ciclo de Rankine e cogeração com capacidade de atender demandas elétricas e térmicas da planta industrial, com potência instalada de 36,05 MW. Diferentes cenários de operação foram considerados no sentido de obter resultados representativos da planta comprovados, incluindo a paridade elétrica e térmica, a variação de preços da tonelada de bagaço de cana-de-açúcar e o atendimento ao consumo interno, afetando a exportação do excedente de eletricidade . Os resultados encontrados comprovam a importância da análise exergoeconômica, bem como proposição de critérios específicos para planejamento de operação da planta e tomadas de decisão relacionadas ao potencial de movimentação do excedente de energia. Dentre os cenários simulados em paridade elétrica, aqueles com melhor indicativo para exportações de eletricidade ocorrem com o aumento nos valores do PLD e queda dos preços da biomassa, tornando viável essa exportação em situações em que o Preço de Liquidação das Diferenças apresenta valores 25 % em relação ao custo do bagaço. Já em paridade térmica, há um aumento significativo nos horizontes propícios à exportação do excedente em decorrência da inversão na relação de preços, com cenários viáveis ??em circunstâncias em que o PLD possui valores até 12,4% menores que o preço da biomassa. A importância da relação entre os preços da eletricidade e a eficiência exergética da planta se justifica pela influência da exportação de energia gerada a partir do bagaço no equilíbrio dos preços no mercado, evidenciando a importância da biomassa como fonte energética exequível para fazer frente às demandas térmicas e elétricas do próprio setor e, especificamente, junto ao mercado livre de eletricidade.Abstract: The electricity commerce market has undergone successive modifications in the last few years. In order to correct the electric energy prices formation in the short-term market, denominated PLD (Differences Liquidation Price), which serve as a base to the free energy market, the values started to be calculated daily for each hour of the next day, through computer models. The change potentializes the integration of biomass thermoelectric plants from the sucroenergetic sector to the electric matrix, allowing a better predictability of the market prices and encouraging energy surplus generation for commercialization in more favorable times. In this essay, an exergoeconomic study of an existing cogeneration plant was carried out, situated in the countryside of São Paulo, with the perspective of negotiating the energy surplus in the free market. Besides the suggestion of Exergoeconomic Performance Indicator, the PLD behavior in the first two years after the implementation of the hourly pricing was analyzed. The research was focused on the Rankine cycle and cogeneration with the capacity to satisfy the electrical and thermic demands of the industrial plant, with an installed power of 36.05 MW. Different operation scenarios were considered in an effort to obtain representative results of the analyzed plant, including the electrical and thermic parity, the sugar cane bagasse ton price variation and internal consumption service, affecting the electricity surplus exportation. The obtained results prove the exergoeconomic analyses importance, as well as proposition of specific criteria for the plant operation planning and decision making related to the energy surplus commercialization potential. Among the simulated scenarios in electrical parity, those with the best electricity exportation indicative occur with the increase in the PLD values and decrease of the biomass prices, making this exportation viable in situations in which the Differences Liquidation Price presents values 25 % bigger regarding the bagasse cost. In regards to electrical parity, there was a significant increase in the horizons suitable for excess exportation in consequence of the price relation inversion, with viable scenarios in circumstances where the PLD has values up to 12.4 % less than the biomass price. The importance of the ratio between the electricity prices and the plant?s energy efficiency justifies itself by the influence of the bagasse generated energy exportation in the market prices balance, evidencing the importance of biomass as a feasible energy source to face up to the thermic and also electric demands of the sector and, particularly, next to the free energy market