Avaliação de opportunidades do uso de energia solar térmica em aplicações industriais no Brasil

Abstract

O consumo de energia pela indústria se dá, em sua maioria, na forma de calor. Sendo responsável por mais de um terço da energia consumida no mundo, as emissões causadas pela queima de combustíveis são motivo de preocupação no setor. Desta forma, o uso de energia limpa para este fim atrai cada vez mais atenção. Estudos acerca do potencial de utilização de sistemas de aquecimento solar, por diferentes setores industriais, são realizadas ao redor do mundo. Para isso, entretanto, é necessária uma primeira avaliação dos setores e seus processos. O objetivo principal da presente dissertação é identificar setores com potencial de aplicação de energia solar em processos industriais (Solar Heat for Industrial Processes – SHIP). Com base em dados de literatura, são analisadas as demandas térmicas dos principais processos de diferentes setores. Nesse momento, selecionaram-se os seguintes setores: alimentício, têxtil, químico, e de papel e celulose. Ao identificar setores promissores, ou seja, aqueles cujos processos demandam temperaturas dentro da faixa de operação dos coletores solares térmicos disponíveis, busca-se, então, dados sobre o consumo energético dos mesmos. Com isso é possível identificar os combustíveis, ou fontes de calor, a serem substituídas pela energia solar. Em seguida, a localização das indústrias é relacionada com os valores de irradiação solar média anual disponíveis. Esta relação permite a escolha do tipo de coletor que oferece o melhor desempenho em cada região, e que atenda à demanda das indústrias. Adicionalmente, dados sobre instalações que aderiram ao uso de SHIP ao redor do mundo são analisados. Esses exemplos de aplicações, ao apresentar o padrão existente nas instalações, validam as conclusões acerca dos setores nacionais. Dentre os setores avaliados, o que possui maior investimento em ativos imobilizados é o setor de papel e celulose, sendo seguido pelos setores químico, de carnes, de laticínios e têxtil. O setor químico é o que apresenta a demanda térmica mais elevada, sendo indicado o uso de coletores concentradores. Dentre as regiões do país, nas quais existem instalações desse setor, os estados de MG e CE se destacam por possuírem alta irradiação média diária horizontal anual. O setor têxtil apresentou o menor potencial, por investir menos e pela concentração de suas indústrias, em SC, se localizar em uma área de baixa irradiação média anual. Para os setores alimentícios, o uso de coletores estacionários é possível em diversos estados, como por exemplo, SP, MG e RS.

The energy consumption by the industry is mostly in the form of heat. Being responsible for over a third of the global total final energy use, the emissions caused by the burning fuels are cause for concern in the sector. In this way, the use of clean energy for this purpose attracts more and more attention. Studies about the potential of using solar heating systems, by different industrial sectors, are carried out around the world. For this, however, a first evaluation of the sectors and their processes is necessary. The objective of this dissertation is to identify sectors with potential of applying Solar Heat for Industrial Processes (SHIP). Based on literature data, the thermal demands of the main processes of different sectors are analyzed. At this moment, the following sectors are selected: food, textile, chemical, pulp and paper. By identifying promising sectors, i.e. those whose processes demand temperatures within the range of available collectors, data are then sought on their energy consumption. With this it is possible to identify the fuels, or sources of heat, to be replaced by solar energy. Next, the location of the industries is related to the available average annual solar irradiance values. This allows to relate the choice of the type of collector that offers the best performance in each region, and that meets the demand of the industries. In addition, data on facilities that have adhered to the use of SHIP around the world are analyzed. These examples of applications, by presenting the existing pattern of installations, validate the conclusions made on the national sectors. Among the evaluated sectors, the largest investment in fixed assets is the paper and pulp sector, followed by the chemical, meat, dairy and textile sectors. The chemical sector has the highest thermal demand, and the use of concentrating collectors is indicated. Among the regions of the country, in which there are facilities of this sector, the MG and CE states stand out for having high annual average annual horizontal irradiation. The textile sector had the lowest potential, due to its lower investment and the concentration of its industries in an area of low annual average irradiance, in the SC state. For the food sectors, the use of stationary collectors is possible in several states, such as SP, MG and RS.