giorgio spagarino: apresentação defesa mestrado
DESCRIPTION
Low and Medium temperature fuel cells: experimental tests and economic assessmentTRANSCRIPT
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Defesa de Mestrado
Giorgio Spagarino 7702576
Orientador: Prof. Dr. Roberto Zilles
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Agenda
1. Introdução
2. Célula PEM – Testes experimentais
3. Célula PAFC – Estudo de
engenharia
econômica
4. Conclusões e considerações finais
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Célula de
Combustível
Máquina de Carnot
- Produção de Energia Elétrica
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•Gás Natural
•Propano
•Metanol
•Etanol
•Carvão
•Bio-Combustíveis
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Baixa
Temperatura
PEM Rapido start-up Estacionario em
pequena escala
Automotivo
Portátil
AFC Transporte
Espacio
Média
Temperatura
PAFC Cogeração Estacionario em
grande escala
Alta
Temperatura
MCFC Possível
Cogeração
“Reforming”
interno
Estacionario em
grande escala
SOFC Estacionario
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Empresas Top de Célula de
Baixa Temperatura
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Empresas Top de Célula de
Média e Alta Temperatura
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1. Análise dos componentes
2. Curva de Polarização
3. Curva de Potência
4. Curva de carregamento do Inversor
5. Avaliação econômica
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O2
tanque
N2
tanque
H2
tanque
fan
Cooling airDehumidifier
Dehumidifier
PEMFC stack
Public GridInverter
AC
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Ventilado
r
PE
M
Tanque de
água
Umidificador
Controlador de
velocidade
do ventilador
Painel de
controle
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0
5
10
15
20
25
0 10 20 30 40 50 60
Te
ns
ão
(V)
Corrente(A)
Zona de Ativação
Perdas Ôhmicas
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0
100
200
300
400
500
600
700
800
0
10
20
30
40
50
60
70
0 10 20 30 40 50
Po
tên
cia
(W)
Corrente (A)
Eficiência
Potência
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Lado DC Tensão de
entrada
20 V -55 V
Corrente
máxima de
entrada
56 A
Lado AC Potência
nominal de
saída
1100 W
Corrente
nominal de
saída
4,8 A
Eficiência > 91 %
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O2
tanque
N2
tanque
H2
tanque
fan
Cooling airDehumidifier
Dehumidifier
PEMFC stack
Voltage Source
DC
Public Grid
Public Grid
Inverter
AC
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0
10
20
30
40
50
60
10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7 10.8 10.9 11
Co
rre
nte
(A
)
Tensão (V)
+ 10 V para o
sistema
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0
5
10
15
20
25
30
35
0 10 20 30 40 50 60
Te
ns
ão
(V)
Corrente (A)
24 – 30 Volts
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0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
0 10 20 30 40 50 60
Po
tên
cia
(W
)
Corrente (A)
Sistema Global
Célula PEM
Fonte
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0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Efi
ciê
mc
ia
Carregamento
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Avaliação econômica
Ccap = $ 5,000/kW (PEM)
Ccap = $ 400/kW (Inversor)
n = 5 anos, i = 7.5 %ano FRC = 0.247
FC = 95 %
CO&M = $ 7.5/MWh
CH2 = $ 46/m3
kWh
$US29CE
MWh
$US160
95.08760
247.05400CE
CC
MWh
$US818,28
kWh
kJ
45.0
3600
kJ
m
12770
1
m
$US46CE
3
3lcombustive
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Avaliação técnica e econômica de
uma célula de combustível comercial
1. Descrição do equipamento
2. Avaliação da engenharia
3. Avaliação econômica
4. Sensibilidade (taxa de juros e preço do
gás)
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Potência elétrica 400 kW
Eficiência elétrica 42 %
Eficiência global (com
recuperação térmica)
90 %
Fator de capacidade Até 95 %
Combustível Gás Natural
Consumo 89 m3/h
Potência térmica a 121 °C 173 kW
Potência térmica a 60 °C 281 kW
Consumo de água Nulo
Vida útil 20 anos
Custo capital $ 4000/kW
Custo de manutenção $ 0.005 - $ 0.010/kWh
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Anyang, Coréia do Sul
Capacidade: 4.8 MW
5 % off-grid
Coca-Cola, Connecticut
Capacidade: 800 kW
100% off-grid
The Octagon, NY
Capacidade: 400
kW
100 % off-grid
World Trade Center , NY
Capacidade: 4.8 MW
St. Helena Hospital, CA
Capacidade: 400 kW
63 % off-grid
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Cogeração de energia
térmica de alta
temperatura
173 kW
Poder calorífico Gás
Natural
10.932 kWh/m3
Gás Natural economizado 15.825 m3/h
Cogeração de energia
térmica de baixa
temperatura
281 kW
Água quente recuperada 6.04 m3/h
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$ -
$ 2,000,000
$ 4,000,000
$ 6,000,000
$ 8,000,000
$ 10,000,000
$ 12,000,000
$ 14,000,000
$ 16,000,000
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Flu
xo
de c
aix
aacu
mu
lad
o($
)
Anos
Célula PAFC
Rede Pública+Gás Natural para vapor+Água quente
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•Payback: 5.37
•Payback Descontado: 5.66
•Valor Presente Líquido (NPV): $ 923,918
•Índice de Lucratividade (IL): 1.58
•Taxa Interna de Retorno (IRR): 17.93 %
•Taxa Interna de Retorno Modificada (MIRR):
7.21 %
BNDES EU
Participação IRR Participação IRR
70% 4.5% 30% 60%
80% 4.5% 20% 90%
90% 4.5% 10% 179%
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0.00%
2.00%
4.00%
6.00%
8.00%
10.00%
12.00%
14.00%
16.00%
18.00%
20.00%
-$ 1,000,000
-$ 800,000
-$ 600,000
-$ 400,000
-$ 200,000
$ -
$ 200,000
$ 400,000
$ 600,000
$ 800,000
$ 1,000,000
$ 1,200,000
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
NP
V
Fator de capacidade
NPV
IRR
IRR
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75 MW1000
2000
4000
8000
16000
1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1024
$/k
W
Capacidade Total Instalada (MW)
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Taxa de desconto: 10%
$ 0
$ 200,000
$ 400,000
$ 600,000
$ 800,000
$ 1,000,000
$ 1,200,000
$ 1,400,000
$ 1,600,000
$ 1,800,000
0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40%
NP
V (
$)
IRR
TIC 1000MW
TIC 800MW
TIC 600MW
TIC 400MW
TIC 200MW
![Page 30: GIorgio Spagarino: Apresentação defesa mestrado](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022103117/559e75e71a28ab7d388b470d/html5/thumbnails/30.jpg)
Taxa de desconto: 8%
$ 0
$ 200,000
$ 400,000
$ 600,000
$ 800,000
$ 1,000,000
$ 1,200,000
$ 1,400,000
$ 1,600,000
$ 1,800,000
$ 2,000,000
$ 2,200,000
0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40%
NP
V (
$)
IRR
TIC 1000MW
TIC 800MW
TIC 600MW
TIC 400MW
TIC 200MW
![Page 31: GIorgio Spagarino: Apresentação defesa mestrado](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022103117/559e75e71a28ab7d388b470d/html5/thumbnails/31.jpg)
Taxa de desconto: 6%
$ 0
$ 200,000
$ 400,000
$ 600,000
$ 800,000
$ 1,000,000
$ 1,200,000
$ 1,400,000
$ 1,600,000
$ 1,800,000
$ 2,000,000
$ 2,200,000
$ 2,400,000
$ 2,600,000
0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40%
NP
V (
$)
IRR
TIC 1000MW
TIC 800MW
TIC 600MW
TIC 400MW
TIC 200MW
![Page 32: GIorgio Spagarino: Apresentação defesa mestrado](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022103117/559e75e71a28ab7d388b470d/html5/thumbnails/32.jpg)
LNG
Custo gás natural $2,4/MMBtu
Liquefação e transporte $1/MMBtu
Regasificação $0.5/MMBtu
Margem de distribuição $4/MMBtu
![Page 33: GIorgio Spagarino: Apresentação defesa mestrado](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022103117/559e75e71a28ab7d388b470d/html5/thumbnails/33.jpg)
SHALE GAS
Custo gás natural $2.4/MMBtu
Transporte $1.2/MMBtu
Margem de distribuição $4/MMBtu
6200 bilhões de
m3
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$ 0
$ 200,000
$ 400,000
$ 600,000
$ 800,000
$ 1,000,000
$ 1,200,000
$ 1,400,000
$ 1,600,000
$ 1,800,000
$ 2,000,000
$ 2,200,000
$ 2,400,000
$ 2,600,000
$ 2,800,000
$ 3,000,000
$ 3,200,000
$ 3,400,000
$ 3,600,000
$ 3,800,000
$ 4,000,000
$ 4,200,000
$ 4,400,000
$ 4,600,000
0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 55% 60%
NP
V (
$)
IRR
TIC 1000MW
TIC 800MW
TIC 600MW
TIC 400MW
TIC 200MW
![Page 35: GIorgio Spagarino: Apresentação defesa mestrado](https://reader038.vdocuments.site/reader038/viewer/2022103117/559e75e71a28ab7d388b470d/html5/thumbnails/35.jpg)