Modelagem e simulação de sistemas de geração de energia para o setor de petróleo e gás

Abstract

Neste trabalho é definido um cenário de transição entre o uso da energia proveniente de combustíveis fósseis e a utilização ainda restrita de certas fontes renováveis, como as biomassas, em especial, uma vez que o emprego de recursos hídricos e eólicos é dependente da sua disponibilidade, e tecnologias de aproveitamento da energia solar ainda demandam aperfeiçoamentos tecnológicos. Durante essa transição cabe otimizar os ciclos tradicionais que consomem óleo diesel e gás natural, visando diminuir o impacto nas reservas e no meio ambiente, aumentando o tempo disponível para a mudança, caso seja necessário. Após uma descrição dos ciclos avançados mais conhecidos é analisado de forma mais detalhada a utilização do ciclo com injeção de vapor (STIG) utilizando gás natural, em duas plantas processadoras de gás natural, incluindo uma comparação com o ciclo Rankine e Brayton convencionais. Esta análise é principalmente focado em Unidades de Compressão de gás natural, visto a grande ênfase que vêm sendo dada à sua utilização, trazendo como conseqüência a necessidade da extensão das redes de gasodutos. Os ciclos são analisados operando nas condições de projeto e com carga parcial ou sobrecarga, motivo pelo qual são formulados modelos termodinâmicos que são apresentados integrados a programas computacionais, considerando a maior quantidade de informações que permitam uma simulação próxima da realidade. Na simulação são considerados os custos de combustíveis e equipamentos, manutenção e, de forma simplificada, os ganhos potenciais provenientes da venda de créditos de carbono. Os objetivos propostos neste trabalho incluem a criação de modelos termodinâmicos para os ciclos estudados e sua simulação, considerando a operação com carga parcial, disponibilizando os dados utilizados de forma organizada... .

This work considers a transition scenario from fossil combustible energy and the restrict usage of renewable sources, specially biomass, just because water and eolic sources depend on their availability, and solar energy usage depends on technological improvements . During this transition, it is important to optimize traditional cycles that use diesel oil and natural gas, for minimizing the impact on natural reserves and environment, increasing the existing time schedule for changes, if necessary. After describing some advanced cycles, this study evaluates in more detail the usage of steam injection cycle (STIG) burning natural gas, applicable to two natural gas production plant, considering the comparison between Rankine and Brayton conventional cycles. This analysis is focused mainly in natural gas Compression Units due to the great emphasis that it has nowadays, with the necessity of increasing the gas pipeline. In this thesis, the cycles are analyzed considering the project part-load and over-load conditions, explaining why there are thermodynamic modeling to be integrated to computer programs to generate informations for a simulation closer to the real operational condition. In the simulation fuel and equipment prices, maintenance costs and, in a simple way, the potential return of investments coming from carbon dioxide credits sales were considered. Proposal goals from this study include new thermodynamic modelling applicable to the studied cycles and its simulation, considering partial load operation, offering the sparse technical and economic data in an organized way. After ending the study it was possible to conclude that the part load operation must be considered and that the oil and gas installation have a potential in energy savings.