Defesa de Mestrado       Giorgio Spagarino 7702576Orientador: Prof. Dr. Roberto Zilles
Agenda1.   Introdução2.   Célula PEM – Testes experimentais3.   Célula PAFC – Estudo de     engenharia                 eco...
- Produção de Energia ElétricaCélula deCombustívelMáquina de Carnot
•Gás Natural•Propano•Metanol•Etanol•Carvão•Bio-Combustíveis
Baixa      PEM    Rapido start-up   Estacionario emTemperatura                            pequena escala                  ...
Empresas Top de Célula deBaixa Temperatura
Empresas Top de Célula deMédia e Alta Temperatura
1. Análise dos componentes2. Curva de Polarização3. Curva de Potência4. Curva de carregamento do Inversor5. Avaliação econ...
PEMFC stack                                                                     AC                           Dehumidifier ...
Controlador de                    velocidade                    do ventilador                    Painel de                ...
25                      Zona de Ativação             20                                         Perdas ÔhmicasTensão (V)  ...
70                                                  800                                                    70060          ...
Lado DC   Tensão de    20 V -55 V          entrada          Corrente     56 A          máxima de          entradaLado AC  ...
AC                                                                                  Public Grid                           ...
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1             0.9             0.8             0.7             0.6Eficiêmcia             0.5             0.4             0....
Avaliação econômicaCcap = $ 5,000/kW (PEM)Ccap = $ 400/kW (Inversor)n = 5 anos, i = 7.5 %ano  FRC = 0.247FC = 95 %       ...
Avaliação técnica e econômica deuma célula de combustível comercial 1. Descrição do equipamento 2. Avaliação da engenharia...
Potência elétrica           400 kWEficiência elétrica         42 %Eficiência global (com      90 %recuperação térmica)Fato...
Anyang, Coréia do Sul                  Coca-Cola, ConnecticutCapacidade: 4.8 MW                     Capacidade: 800 kW5 % ...
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$ 16,000,000                               $ 14,000,000Fluxo de caixa acumulado ($)                               $ 12,000...
•Payback: 5.37   •Payback Descontado: 5.66   •Valor Presente Líquido (NPV): $ 923,918   •Índice de Lucratividade (IL): 1.5...
$ 1,200,000                                                                  20.00%      $ 1,000,000                      ...
16000        8000$/kW        4000        2000                                                  75 MW        1000          ...
Taxa de desconto: 10%          $ 1,800,000          $ 1,600,000          $ 1,400,000          $ 1,200,000                 ...
Taxa de desconto: 8%          $ 2,200,000          $ 2,000,000          $ 1,800,000          $ 1,600,000          $ 1,400,...
Taxa de desconto: 6%          $ 2,600,000          $ 2,400,000          $ 2,200,000          $ 2,000,000          $ 1,800,...
LNGCusto gás natural         $2,4/MMBtuLiquefação e transporte   $1/MMBtuRegasificação             $0.5/MMBtuMargem de dis...
6200 bilhões dem3                  SHALE GAS                  Custo gás natural        $2.4/MMBtu                  Transpo...
$ 4,600,000          $ 4,400,000          $ 4,200,000          $ 4,000,000          $ 3,800,000          $ 3,600,000      ...
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GIorgio Spagarino: Apresentação defesa mestrado

  1. 1. Defesa de Mestrado Giorgio Spagarino 7702576Orientador: Prof. Dr. Roberto Zilles
  2. 2. Agenda1. Introdução2. Célula PEM – Testes experimentais3. Célula PAFC – Estudo de engenharia econômica4. Conclusões e considerações finais
  3. 3. - Produção de Energia ElétricaCélula deCombustívelMáquina de Carnot
  4. 4. •Gás Natural•Propano•Metanol•Etanol•Carvão•Bio-Combustíveis
  5. 5. Baixa PEM Rapido start-up Estacionario emTemperatura pequena escala Automotivo Portátil AFC Transporte Espacio Média PAFC Cogeração Estacionario emTemperatura grande escala Alta MCFC Possível Estacionario emTemperatura Cogeração grande escala “Reforming” SOFC interno Estacionario
  6. 6. Empresas Top de Célula deBaixa Temperatura
  7. 7. Empresas Top de Célula deMédia e Alta Temperatura
  8. 8. 1. Análise dos componentes2. Curva de Polarização3. Curva de Potência4. Curva de carregamento do Inversor5. Avaliação econômica
  9. 9. PEMFC stack AC Dehumidifier Inverter Public Grid Dehumidifier Cooling air fan H2 N2 O2tanque tanque tanque
  10. 10. Controlador de velocidade do ventilador Painel de controleVentilador PE M Tanque de água Umidificador
  11. 11. 25 Zona de Ativação 20 Perdas ÔhmicasTensão (V) 15 10 5 0 0 10 20 30 40 50 60 Corrente(A)
  12. 12. 70 800 70060 60050 Potência (W) 50040 40030 300 Eficiência20 200 Potência10 100 0 0 0 10 20 30 40 50 Corrente (A)
  13. 13. Lado DC Tensão de 20 V -55 V entrada Corrente 56 A máxima de entradaLado AC Potência 1100 W nominal de saída Corrente 4,8 A nominal de saída Eficiência > 91 %
  14. 14. AC Public Grid Inverter PEMFC stack DC Dehumidifier Voltage Source Public Grid Dehumidifier Cooling air fan H2 N2 O2tanque tanque tanque
  15. 15. + 10 V para o 60 sistema 50 40Corrente (A) 30 20 10 0 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7 10.8 10.9 11 Tensão (V)
  16. 16. 35 24 – 30 Volts 30 25Tensão (V) 20 15 10 5 0 0 10 20 30 40 50 60 Corrente (A)
  17. 17. 1600 1400 Sistema Global 1200 Célula PEM Fonte 1000Potência (W) 800 600 400 200 0 0 10 20 30 40 50 60 Corrente (A)
  18. 18. 1 0.9 0.8 0.7 0.6Eficiêmcia 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Carregamento
  19. 19. Avaliação econômicaCcap = $ 5,000/kW (PEM)Ccap = $ 400/kW (Inversor)n = 5 anos, i = 7.5 %ano  FRC = 0.247FC = 95 % 5400 0.247 US$ CE CC 160 8760 0.95 MWh CO&M = $ 7.5/MWhCH2 = $ 46/m3 US$ 1 m3 3600 kJ US$ CE combustive l 46 3 28,818 m 12770 kJ 0.45 kWh MWh US$ CE 29 kWh
  20. 20. Avaliação técnica e econômica deuma célula de combustível comercial 1. Descrição do equipamento 2. Avaliação da engenharia 3. Avaliação econômica 4. Sensibilidade (taxa de juros e preço do gás)
  21. 21. Potência elétrica 400 kWEficiência elétrica 42 %Eficiência global (com 90 %recuperação térmica)Fator de capacidade Até 95 %Combustível Gás NaturalConsumo 89 m3/hPotência térmica a 121 °C 173 kWPotência térmica a 60 °C 281 kWConsumo de água NuloVida útil 20 anosCusto capital $ 4000/kWCusto de manutenção $ 0.005 - $ 0.010/kWh
  22. 22. Anyang, Coréia do Sul Coca-Cola, ConnecticutCapacidade: 4.8 MW Capacidade: 800 kW5 % off-grid 100% off-grid World Trade Center , NY Capacidade: 4.8 MWThe Octagon, NY St. Helena Hospital, CACapacidade: 400 Capacidade: 400 kWkW 63 % off-grid100 % off-grid
  23. 23. Cogeração de energia 173 kWtérmica de altatemperaturaPoder calorífico Gás 10.932 kWh/m3NaturalGás Natural economizado 15.825 m3/hCogeração de energia 281 kWtérmica de baixatemperaturaÁgua quente recuperada 6.04 m3/h
  24. 24. $ 16,000,000 $ 14,000,000Fluxo de caixa acumulado ($) $ 12,000,000 $ 10,000,000 $ 8,000,000 $ 6,000,000 Célula PAFC $ 4,000,000 $ 2,000,000 Rede Pública+Gás Natural para vapor+Água quente $- 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Anos
  25. 25. •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 EUParticipação IRR Participação IRR 70% 4.5% 30% 60% 80% 4.5% 20% 90% 90% 4.5% 10% 179%
  26. 26. $ 1,200,000 20.00% $ 1,000,000 18.00% $ 800,000 16.00% NPV $ 600,000 IRR 14.00% $ 400,000 12.00% $ 200,000 10.00%NPV IRR $- 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 8.00% -$ 200,000 6.00% -$ 400,000 4.00% -$ 600,000 -$ 800,000 2.00% -$ 1,000,000 0.00% Fator de capacidade
  27. 27. 16000 8000$/kW 4000 2000 75 MW 1000 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1024 Capacidade Total Instalada (MW)
  28. 28. Taxa de desconto: 10% $ 1,800,000 $ 1,600,000 $ 1,400,000 $ 1,200,000 TIC 1000MWNPV ($) $ 1,000,000 TIC 800MW $ 800,000 TIC 600MW TIC 400MW $ 600,000 TIC 200MW $ 400,000 $ 200,000 $0 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% IRR
  29. 29. Taxa de desconto: 8% $ 2,200,000 $ 2,000,000 $ 1,800,000 $ 1,600,000 $ 1,400,000 TIC 1000MWNPV ($) $ 1,200,000 TIC 800MW $ 1,000,000 TIC 600MW $ 800,000 TIC 400MW TIC 200MW $ 600,000 $ 400,000 $ 200,000 $0 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% IRR
  30. 30. Taxa de desconto: 6% $ 2,600,000 $ 2,400,000 $ 2,200,000 $ 2,000,000 $ 1,800,000 $ 1,600,000 TIC 1000MWNPV ($) $ 1,400,000 TIC 800MW $ 1,200,000 TIC 600MW $ 1,000,000 TIC 400MW $ 800,000 TIC 200MW $ 600,000 $ 400,000 $ 200,000 $0 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% IRR
  31. 31. LNGCusto gás natural $2,4/MMBtuLiquefação e transporte $1/MMBtuRegasificação $0.5/MMBtuMargem de distribuição $4/MMBtu
  32. 32. 6200 bilhões dem3 SHALE GAS Custo gás natural $2.4/MMBtu Transporte $1.2/MMBtu Margem de distribuição $4/MMBtu
  33. 33. $ 4,600,000 $ 4,400,000 $ 4,200,000 $ 4,000,000 $ 3,800,000 $ 3,600,000 $ 3,400,000 $ 3,200,000 $ 3,000,000 $ 2,800,000 $ 2,600,000 TIC 1000MWNPV ($) $ 2,400,000 $ 2,200,000 TIC 800MW $ 2,000,000 TIC 600MW $ 1,800,000 $ 1,600,000 TIC 400MW $ 1,400,000 TIC 200MW $ 1,200,000 $ 1,000,000 $ 800,000 $ 600,000 $ 400,000 $ 200,000 $0 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 55% 60% IRR

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