Avaliação de modelos de microturbina a gás single shaft para estudos de microgeração distribuída com cogeração térmica

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Please use this identifier to cite or link to this item: https://tede.unioeste.br/handle/tede/1033

Tipo do documento:	Dissertação
Title:	Avaliação de modelos de microturbina a gás single shaft para estudos de microgeração distribuída com cogeração térmica
Other Titles:	Evaluation of single shaft gas microturbine for distributed microgeneration with thermal cogeneration studies
Autor:	Rauber, Jeremy Gustavo
Primeiro orientador:	Reginatto, Romeu
Primeiro membro da banca:	Dechechi, Eduardo Cesar
Segundo membro da banca:	Ando Junior, Oswaldo Hideo
Resumo:	A contundente necessidade do uso de fontes energéticas renováveis para geração elétrica permitiu o uso de microturbinas a gás (MTG) em aplicações de geração distribuída (GD) e cogeração energética. Estudos para previsão do comportamento de microturbinas aplicadas neste contexto demandam o uso de modelos dinâmicos. Dentre os diversos modelos de microturbinas a gás existente na literatura, selecionou-se três modelos dinâmicos de microturbinas a gás: o mais recorrente na literatura, modelo de Rowen; o modelo simples, modelo GAST; um modelo que representativo das equações termodinâmicas, modelo Termomecânico. Entretanto, carecem de estudos que permitam representar a mesma microturbina sob os mesmos aspectos utilizando modelos diferentes de microturbinas e que busquem estabelecer relações paramétricas maneira que possam verificar alguma correlação entre eles e, ainda, não há poucos estudos acerca do impacto do uso de modelos simplificados de MTG em aplicações de GD e Cogeração. Pois, os trabalhos na literatura de microturbinas a gás tipicamente abordam o problema da GD e cogeração energética em separado. Este trabalho visa contribuir com análises acerca da aplicabilidade de modelos de MTG para estudos simultâneos de GD e cogeração energética, buscando encontrar correlação entre as equações e parâmetros que regem os tais modelos e, ainda, elucidar o impacto de simplificações nos modelos de MTG para os estudos de GD e cogeração. Estes modelos foram avaliados quanto às possíveis relações analíticas e paramétricas entre si, bem como quanto às suas características operativas estáticas e dinâmicas. A microturbina foi considerada conectada à rede elétrica via inversor de frequência e operando em cogeração energética representada por um motor Stirling realizando o aproveitamento térmico dos gases de exaustão. A primeira avaliação dos modelos e das simplificações foi realizada de forma qualitativa e comparativa, elucidando as principais diferenças de modelagem de cada modelo de MTG. Posteriormente, foi executada análise estática das equações que preveem o torque e a temperatura. Por fim, foi avaliado a aplicação dos modelos em GD e cogeração com auxílio de simulação dinâmica envolvendo testes que induziram a MTG a mudanças no ponto de operação da geração elétrica, bem como a reação do sistema a um cenário de falta elétrica na rede. As análises dos resultados da simulação permitiram concluir que os três modelos de microturbinas compõem três filosofias diferentes de modelagem que não possuem relações algébricas diretas entre si, mas que possuem relações paramétricas. A principal diferença entre os modelos resulta da distinta modelagem do sistema de combustível da microturbina. Frente aos resultados obtidos, o modelo GAST apresentou resultados mais semelhantes ao modelo de Rowen, ao contrário do modelo Termomecânico. As simplificações de modelos dinâmicos de MTG se mostraram sensíveis à consideração do sistema de combustível, pois sua ausência impacta na representação dos fenômenos de cogeração e GD.
Abstract:	The overwhelming need to use renewable energy sources for electricity generation allowed the use of gas microturbines (MTG) in distributed generation applications (GD) and energy cogeneration. Microturbine behavior prediction for studies applied in this context require the use of dynamic models. Among the many microturbines existing gas in the literature, we selected three dynamic models of gas microturbines: recurrent in the literature, Rowen model; the simple model, GAST model; a model representative of the thermodynamic equations, thermomechanical model. However, lack of studies to represent the same microturbine under the same ways using different types of microturbines and seeking to establish parametric relationships so that they can check for any correlation between them and there is few studies on the impact of the use of simplified models MTG in DG and CHP applications. For work on the gas microturbine literature, typically address the problem of GD and energy cogeneration separately. This work aims to contribute analysis on the applicability of MTG models for simultaneous studies of GD and energy cogeneration, seeking to find correlation between the equations and parameters governing such models and elucidate the impact of simplifications in MTG models for studies of GD and cogeneration. These models were evaluated for possible analytical and parametric relationships to each other, as well as to their static and dynamic operating characteristics. The microturbine was considered connected to the mains via a frequency inverter and operating in cogeneration energy represented by a Stirling engine by performing heat recovery from the exhaust gases. The first evaluation of models and simplifications was performed qualitative and comparative manner, elucidating the main differences modeling each MTG model. It was later performed static analysis of the equations that predict the torque and temperature. Finally, the application of models in GD and cogeneration with the aid of dynamic simulation involving tests that induced MTG to changes in the operating point of electricity generation, as well as the system's response to an electrical failure in the network scenario was evaluated. The analysis of the simulation results showed that the three models of microturbines make up three different philosophies of modeling that have no direct algebraic relations between them, but have parametric relationships. The main difference between the results of different models modeling the micro turbine s fuel system. Based on the results obtained, Gast model showed similar results to model more Rowen, unlike thermomechanical model. The simplifications of dynamic models of MTG were sensitive to the consideration of the fuel system, because its absence influences the representation of cogeneration and GD phenomena.
Keywords:	Análise de modelos de microturbina cogeração, microturbinas a gás microgeração distribuída Analysis of microturbine models cogeneration gas microturbines distributed microgeneration
CNPq areas:	CIENCIAS EXATAS E DA TERRA:MATEMATICA:GEOMETRIA E TOPOLOGIA:SISTEMAS DINAMICOS
Idioma:	por
País:	BR
Publisher:	Universidade Estadual do Oeste do Parana
Sigla da instituição:	UNIOESTE
Departamento:	Centro de Engenharias e Ciências Exatas
Program:	Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Computação
Campun:	Foz do Iguaçu
Citation:	RAUBER, Jeremy Gustavo. Avaliação de modelos de microturbina a gás single shaft para estudos de microgeração distribuída com cogeração térmica. 2016. 144 f. Dissertação (Mestrado em Sistemas Dinâmicos e Energéticos) - Universidade Estadual do Oeste do Parana, Foz do Iguaçu, 2016.
Tipo de acesso:	Acesso Aberto
Endereço da licença:	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
URI:	http://tede.unioeste.br:8080/tede/handle/tede/1033
Issue Date:	8-Jun-2016
Appears in Collections:	Mestrado em Engenharia Elétrica e Computação (FOZ)

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