Tecnologia inovadora captura energia do calor residual

Geradores isentos de combustível e de emissões convertem o calor residual de baixa qualidade dos geradores a diesel em energia.

Em 2014, três geradores orgânicos de ciclo Rankine (ORC) foram instalados para transformar em energia o calor residual de três grupos geradores a diesel na usina de Dutch Harbour, nas remotas Ilhas Aleutas do Alasca. Os geradores capturam o calor residual em temperaturas tão baixas quanto 170F da água da camisa de dois motores diesel Wärtsilä W12V32 e dois motores diesel Caterpillar C280-16.

Mesmo a esta baixa temperatura de calor residual, os geradores fornecem aproximadamente 75 kW de potência bruta para o local. A energia gerada é enviada diretamente para a rede, onde os custos residenciais da energia chegam a US$ 0,50/kWh, alguns dos mais altos da América do Norte e quatro vezes a média nacional dos EUA de US$ 0,12/kWh.

1. O POWER+ GENERATOR 4400 gera até 75 kW e é ideal para calor residual de baixo fluxo. Nesta imagem, um operador monitora a operação da unidade utilizando a interface homem-máquina. Cortesia: ElectraTherm

A cidade de Unalaska e a Autoridade de Energia do Alasca adquiriram os três geradores (Figura 1) para utilizar o recurso de calor residual inexplorado existente na usina, percebendo o potencial de economia de dezenas de milhares de dólares por ano em custos de combustível. A redução das cargas de refrigeração é um benefício adicional porque as instalações reduzem o trabalho necessário de refrigeração do radiador para os motores diesel. Todos os três geradores ORC utilizam um circuito de resfriamento, fornecido por água do mar com uma temperatura de entrada média de 45F.

Os geradores foram fornecidos pela ElectraTherm e são controlados por um controlador lógico programável (PLC) AutomationDirect, que fornece todas as funções de controle e monitoramento necessárias. Uma interface homem-máquina (HMI) também é fornecida pelo AutomationDirect, permitindo que os operadores visualizem e ajustem a operação conforme necessário.

Em um motor alternativo estacionário típico movido a diesel, gás natural ou biogás, apenas cerca de 33% da energia do combustível aplicada (combustão) é convertida em energia, com a energia restante perdida como calor residual. Algumas das principais perdas em baixa temperatura incluem 27% perdidas por calor do radiador e 5% perdidas por fricção. Um adicional de 35% é perdido como calor de alta temperatura nos gases de escape.

Este nível de calor residual é comum em motores alternativos. Além disso, os gases quentes da chaminé de exaustão de praticamente todos os processos de combustão – como aqueles usados ​​para acender fornos, fornalhas, fornos, incineradores, oxidantes térmicos e caldeiras – contêm uma grande fração da energia original do combustível consumido. Quando esse calor é recuperado e convertido em eletricidade, a eficiência geral da planta aumenta.

No passado, não existiam muitos produtos comerciais comprovados para converter estes tipos de calor residual em energia, pelo que os operadores não tinham outra escolha senão aceitar a perda de calor para a atmosfera. Hoje, a ElectraTherm implantou mais de 70 unidades em todo o mundo, com mais de 1,2 milhão de horas de experiência acumulada em frota, economizando milhões de dólares aos clientes no processo.

O design POWER+ GENERATOR e suas tecnologias proprietárias associadas permitem a geração de energia a partir de fontes de calor de baixa temperatura variando de 170F a 270F. Esta tecnologia de calor residual em energia converte várias fontes de energia em energia, incluindo calor residual gerado por motores de combustão interna, pequena energia geotérmica, biomassa, energia solar concentrada e calor de processo.

A principal aplicação é transformar o calor residual de motores estacionários de combustão interna em energia. Os locais de instalação típicos incluem a produção de energia principal em áreas remotas, ilhas e países em desenvolvimento; grupos geradores de biogás, incluindo aterros sanitários e estações de tratamento de águas residuais; estações de compressão de gás natural; e biocombustíveis renováveis.

O ElectraTherm utiliza tecnologia ORC (Figura 2), processo semelhante ao utilizado em uma máquina a vapor. A principal diferença com a tecnologia ORC é que a água usada em uma máquina a vapor é substituída por um fluido com ponto de ebulição muito mais baixo. O processo ORC é como um refrigerador funcionando ao contrário, onde o fluxo de calor é usado para gerar energia.