BR102012021603A2

BR102012021603A2 - MOBILE MODULAR THERMAL ELECTRIC POWER PLANT AND PROCESS FOR ELECTRIC POWER GENERATION

Info

Publication number: BR102012021603A2
Application number: BR102012021603A
Authority: BR
Inventors: Tainan Viana Caballero; Carlos Sonier Cardoso Do Nascimento
Original assignee: Tainan Viana Caballero; Carlos Sonier Cardoso Do Nascimento
Priority date: 2012-08-28
Filing date: 2012-08-28
Publication date: 2014-10-29
Also published as: WO2014032145A1

Abstract

MICRO USINA TERMOELÉTRICA MODULAR MÓVEL E PROCESSO PARA GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA. A presente invenção tem o intuito de sanar algumas demandas levantadas pelos grupos geradores de energia elétrica, propondo: uma micro usina termoelétrica compacta constituída por módulos desmontáveis e acopláveis, e móvel capaz de ser instalada tanto em zonas urbanas como em zonas rurais, marítimas, industriais e residenciais devido a sua facilidade de mobilidade.MODULAR MOBILE THERMOELECTRIC POWER PLANT AND PROCESS FOR ELECTRICITY GENERATION. The present invention aims to solve some of the demands raised by the electric power generating groups, proposing: a compact thermoelectric micro plant consisting of demountable and pluggable modules, and mobile capable of being installed both in urban areas, in rural, maritime, industrial areas and residential due to its ease of mobility.

Description

MICRO USINA TERMOELÉTRICA MODULAR MÓVEL E PROCESSO PARAMOBILE MODULAR THERMAL ELECTRIC POWER PLANT AND PROCESS FOR

GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICAELECTRIC POWER GENERATION

Setor tecnológico da invenção De uma maneira geral, a presente invenção pertence ao setor tecnológico de grupos geradores de energia, e refere-se, mais especificamente a uma nova disposição aplicada à micro usina termoelétrica modular móvel capaz de gerar energia elétrica a partir de matéria orgânica.Technological Sector of the Invention In general, the present invention belongs to the technology sector of power generating sets, and relates more specifically to a new arrangement applied to the mobile modular thermal power plant capable of generating electric energy from organic matter. .

Estado da técnica conhecido Atualmente, no setor energético, existem diversas formas utilizadas para gerar energia, ou seja, são conhecidas diferentes usinas para este fim. As usinas hidrelétricas são basicamente unidades geradoras de energia elétrica a partir da transformação de energia potencial em energia elétrica. Este tipo de usina causa um impacto considerável ao meio ambiente, uma vez que para sua instalação é necessário que o rio seja represado alterando totalmente seu curso. Isto consequentemente altera o ambiente prejudicando muitas espécies de seres vivos. Além disso, o represamento de um rio pode inundar áreas extensas próximas a ele, resultando possivelmente na extinção da flora e fauna que ali se encontravam.State of the art Known Currently, in the energy sector, there are several ways used to generate energy, that is, different plants are known for this purpose. Hydroelectric plants are basically units that generate electricity from the transformation of potential energy into electricity. This type of plant has a considerable impact on the environment, since for its installation it is necessary that the river is dammed completely altering its course. This consequently alters the environment harming many species of living beings. In addition, a river dam can flood extensive areas near it, possibly resulting in the extinction of the flora and fauna that were found there.

No caso das usinas nucleares, que por muitos é vista como uma fonte de energia limpa por não liberar gases causadores do efeito estufa, bem como uma pequena quantidade de resíduos e independer de fatores climáticos, como sol, ventos, etc., é visível a preocupação com o lixo nuclear radioativo que deve ser armazenado em locais seguros e isolados, bem como o risco de acidentes. Além disso, é previsto o seu custo elevado quando comparada a outras formas e os problemas ambientais devido ao aquecimento de ecossistemas aquáticos pela água de resfriamento dos reatores.In the case of nuclear power plants, which many see as a source of clean energy for not releasing greenhouse gases, as well as a small amount of waste and independent of weather factors such as sun, wind, etc., it is visible to concern about radioactive nuclear waste that must be stored in safe and isolated locations, as well as the risk of accidents. In addition, its high cost compared to other forms and environmental problems due to the heating of aquatic ecosystems by the cooling water of the reactors is predicted.

As energias renováveis provenientes dos recursos naturais disponíveis, como sol, vento, chuvas, marés, etc. estão sendo muito incentivadas devido ao fato de serem naturalmente abastecidas, contudo é inegável que dependem inteiramente das condições climáticas, sendo que não seriam suficientes para abastecer totalmente a demanda exigida.Renewable energy from available natural resources such as sun, wind, rain, tides, etc. They are being greatly encouraged because they are naturally supplied, but it is undeniable that they depend entirely on climatic conditions and would not be sufficient to fully meet the demand.

Ainda existem as usinas termoelétricas, que consistem basicamente em um grupo capaz de gerar energia elétrica a partir da energia liberada na forma de calor. O calor é gerado normalmente pela combustão de um combustível renovável ou não, tais como carvão natural, biodiesel, bagaços de diversos tipos de plantas, urânio enriquecido, materiais orgânicos, entre outros, todos apresentando um alto grau de poluição ao meio ambiente. A patente MU8900867-7 propõe uma “Usina de lixo termoelétrica gasogênica” capaz de, a partir de grupos geradores acionados por motores a combustão interna alimentados por gases provenientes da queima anaeróbia de lixo. A solução descrita em tal pedido visa encontrar um recurso para lixos tanto residenciais como hospitalares, lodo das estações de tratamento, etc., contudo o fato de que a matéria orgânica deve ser desidratada dentro do reator a uma temperatura de 800°C, mostra uma condição operacional elevada para ser controlada. Além disso, são gerados resíduos consideráveis, tais como cinzas, metais e vidros.Thermoelectric plants still exist, which basically consist of a group capable of generating electric energy from the energy released in the form of heat. Heat is normally generated by combustion of a renewable or non-renewable fuel, such as natural coal, biodiesel, pomace from various types of plants, enriched uranium, organic materials, among others, all presenting a high degree of pollution to the environment. MU8900867-7 proposes a “Gasogenic Thermoelectric Waste Plant” capable of, from generator sets powered by internal combustion engines, powered by gases from anaerobic waste burning. The solution described in such an application seeks to find a resource for both residential and hospital waste, sludge from treatment plants, etc., however the fact that organic matter must be dehydrated within the reactor at a temperature of 800 ° C shows a elevated operating condition to be controlled. In addition, considerable waste is generated such as ash, metals and glass.

Também são conhecidas soluções com ciclo combinado de gás natural e combustível sólido, com isso, podemos citar as patentes americanas US5724807, US 4957049 e US 5072675 que abordam as vantagens do gás natural para aumentar o rendimento da usina. Contudo as mesmas não solucionam o gargalo do elevado consumo de gás natural, que é um combustível fóssil e, consequentemente, a liberação de gases causadores do efeito estufa. Ainda podemos citar a patente PI0701249-7 que faz o uso de um sistema semelhante a partir da combinação de gás natural e resíduos sólidos urbanos, ou seja, lixo. É importante ainda salientar que as usinas conhecidas no estado da técnica propõem uma solução fixa e normalmente ocupam uma área extensa, impossibilitando que sejam instaladas em qualquer terreno e tornando limitados os espaços que possam receber tais instalações.Combined natural gas and solid fuel cycle solutions are also known, so we can cite US patents US5724807, US 4957049 and US 5072675 that address the advantages of natural gas to increase plant throughput. However, they do not solve the bottleneck of the high consumption of natural gas, which is a fossil fuel and, consequently, the release of greenhouse gases. We can also cite patent PI0701249-7 which makes use of a similar system from the combination of natural gas and municipal solid waste, ie waste. It is also important to note that plants known in the state of the art propose a fixed solution and usually occupy an extensive area, making it impossible to install them on any ground and limiting the spaces that can receive such installations.

Sumário da invenção Visando propor uma nova alternativa sustentável energética, a presente invenção trata-se de um inovador processo para geração de energia, bem como uma micro usina termoelétrica geradora de energia a partir de materiais orgânicos. A solução proposta faz o uso de pelo menos um reator anaeróbico, um conversor eletromecânico de potência e um quadro de comando, os quais combinados permitem gerar não só energia elétrica, mas também diversos subprodutos (como biofertilizantes, energia térmica, gás combustível, créditos de carbono, CH4, SO2, etc.) que podem ser devidamente armazenados e reaproveitados. O grande caráter inovador que evidentemente é percebido na invenção proposta é que se trata de uma usina modular e móvel, ou seja, é possível um fácil deslocamento bem como a plena fixação da usina tornando-se, assim, uma alternativa com propriedade de variação configurativa, devido a esta versatilidade. Desta forma, a usina proposta pode ser instalada em qualquer lugar que disponibilize o espaço necessário para a correta instalação de seus equipamentos e um ponto de conexão na rede de distribuição.SUMMARY OF THE INVENTION Aiming at proposing a new sustainable energy alternative, the present invention is an innovative process for power generation as well as a micro thermal power plant generating energy from organic materials. The proposed solution uses at least one anaerobic reactor, an electromechanical power converter and a control board, which combined generate not only electrical energy, but also various by-products (such as biofertilizers, thermal energy, fuel gas, energy credits). carbon, CH4, SO2, etc.) which can be properly stored and reused. The great innovative character that is evidently perceived in the proposed invention is that it is a modular and mobile plant, that is, it is possible an easy displacement as well as the full fixation of the plant, thus becoming an alternative with configurative variation property. , because of this versatility. This way, the proposed plant can be installed anywhere that provides the necessary space for the correct installation of its equipment and a connection point in the distribution network.

Descrição dos desenhos anexos A fim de que a presente invenção seja plenamente compreendida e levada à prática por qualquer técnico deste setor tecnológico, a mesma será descrita de forma clara, concisa e suficiente, tendo como base o fluxograma abaixo: Figura 1 representa um fluxograma do processo de geração de energia elétrica.Description of the accompanying drawings In order for the present invention to be fully understood and practiced by any person skilled in the art, it will be described clearly, concisely and sufficiently, based on the flow chart below: Figure 1 represents a flow chart of the present invention. process of electric power generation.

Descrição detalhada da invenção A micro usina termoelétrica modular móvel, objeto da presente invenção, compreende uma disposição alternativa para gerar energia elétrica a partir de matéria orgânica sob determinadas condições operacionais. A invenção propõe uma micro usina termoelétrica compacta constituída por módulos desmontáveis, acopláveis e móveis capaz de ser instalada tanto em zonas urbanas como em zonas rurais, marítimas, industriais e residenciais devido a sua facilidade de mobilidade.Detailed Description of the Invention The modular mobile thermoelectric microelectric plant, object of the present invention, comprises an alternative arrangement for generating electrical energy from organic matter under certain operating conditions. The invention proposes a compact thermoelectric micro plant consisting of detachable, coupling and mobile modules capable of being installed in both urban and rural, marine, industrial and residential areas due to its ease of mobility.

Dita micro usina proposta constitui de pelo menos um reator anaeróbico modular, um conversor eletromecânico de potência modular, e um quadro de comando modular que atuam de forma associada e integrada. Ainda é possível alternativamente que tal disposição seja envolvida por um invólucro metálico com dimensões entre 10m3 e 250m3, subdividido internamente por compartimentos constituindo os equipamentos anteriormente citados. O processo em questão é apto para transformar diversos tipos de matérias orgânicas em energia elétrica. O material orgânico será depositado no reator anaeróbico. O reator trata-se de um compartimento constituído de pelo menos um alimentador (1), um reator digestivo (2), um compartimento de descarte de sólidos e líquidos (3), um compartimento de descarte de gases (5), um reservatório de gases (4), uma tubulação de saída de gases (12) e uma entrada/saída auxiliar de fluidos (11) para o controle da temperatura. O reator anaeróbico irá separar o gás combustível de subprodutos gerados. As reações digestivas geradas pelo material orgânico pelo alimentador (1) ocorrem no reator digestivo (2), liberando gases que são conduzidos ao reservatório de gases (4), enquanto isso, os derivados sólidos e líquidos serão direcionados para o compartimento de descarte de sólidos/líquidos (3) e devidamente armazenados (9). No reservatório de gases (4), ocorre um estágio de separação de gases onde os gases residuais serão conduzidos a um compartimento de descarte (5) e posteriormente armazenados (10). O gás combustível gerado através do reator é então conduzido para um conversor eletromecânico de potência. O referido conversor se refere a um compartimento preferencialmente metálico com dimensões, preferencialmente, de 0,2m3 e 40m3 constituído de pelo menos uma sala de conversão (14), uma tubulação para a entrada de gases (13) e uma tubulação de entrada/saída auxiliar de fluidos (14) para o controle da temperatura. A partir do gás combustível, o conversor gera energia elétrica que ao sair do conversor por uma corrente elétrica (16) é injetada na rede de distribuição de energia (17).This proposed micro plant consists of at least one modular anaerobic reactor, one electromechanical converter of modular power, and a modular control panel that act in an integrated and integrated way. Alternatively, it is still possible for such an arrangement to be surrounded by a metal enclosure of dimensions between 10m3 and 250m3, internally subdivided by compartments constituting the aforementioned equipment. The process in question is apt to transform various types of organic matter into electrical energy. The organic material will be deposited in the anaerobic reactor. The reactor is a compartment consisting of at least one feeder (1), a digestive reactor (2), a solid and liquid disposal compartment (3), a gas disposal compartment (5), a (4), a gas outlet pipe (12) and an auxiliary fluid inlet / outlet (11) for temperature control. The anaerobic reactor will separate fuel gas from generated byproducts. The digestive reactions generated by the organic material by the feeder (1) occur in the digestive reactor (2), releasing gases that are conducted to the gas reservoir (4), while solid and liquid derivatives will be directed to the solid disposal compartment. / liquids (3) and properly stored (9). In the gas reservoir (4), a gas separation stage occurs where the waste gases will be led to a disposal compartment (5) and then stored (10). The fuel gas generated through the reactor is then conducted to an electromechanical power converter. Said converter refers to a preferably metallic housing having dimensions preferably of 0.2m3 and 40m3 consisting of at least one conversion room (14), a gas inlet pipe (13) and an inlet / outlet pipe. fluid aid (14) for temperature control. From the fuel gas, the converter generates electrical energy which upon exiting the converter by an electric current (16) is injected into the power distribution network (17).

Para que o processo tenha correto funcionamento, é necessário manter uma temperatura preferencialmente entre 30°C e 80°C, para isso foi inserida uma tubulação auxiliar de entrada/saída de fluidos a fim de que através da troca de fluidos entre o reator digestivo (2) e a sala de conversão (14) do conversor seja estabelecido um controle de temperatura do sistema. O quadro de comando está inserido no compartimento do conversor através de uma sala de controle (15). Este, monitora todas as atividades do sistema proposto, desde o reator anaeróbico até o conversor eletromecânico de potência, bem como as interações entre estes mecanismos que dão origem a toda a atividade da micro usina aqui exposta.In order for the process to function correctly, it is necessary to maintain a temperature preferably between 30 ° C and 80 ° C. For this purpose, an auxiliary fluid inlet / outlet line was inserted so that through the exchange of fluids between the digestive reactor ( 2) and the conversion room (14) of the converter is established a system temperature control. The control cabinet is inserted into the drive compartment through a control room (15). This monitors all activities of the proposed system, from the anaerobic reactor to the electromechanical power converter, as well as the interactions between these mechanisms that give rise to all the micro plant activity exposed here.

Ainda os subprodutos, tais como biofertilizantes, créditos de carbono, energia térmica, gás combustível, créditos de carbono, S02, CH4, etc. serão armazenados e aproveitados, uma vez que possuem aplicação industrial.Also by-products such as biofertilizers, carbon credits, thermal energy, fuel gas, carbon credits, SO2, CH4, etc. will be stored and used once they have industrial application.

As figuras e descrição realizadas não possuem o condão de limitar as formas de execução do conceito inventivo ora proposto, mas sim de ilustrar e tornar compreensíveis as inovações conceituais reveladas nesta invenção, de modo que as descrições e imagens devem ser interpretadas de forma ilustrativa e exemplificativa, mas não limitativa, podendo existir outras formas equivalentes ou análogas de implementação do conceito inventivo ora revelado e que não fujam do espectro de proteção delineado nesta invenção. É imperioso destacar, além do benefício técnico gerado ao estado da arte, o benefício ambiental e social resultante do processo desenvolvido, tendo em vista a geração de energia proporcionada, valor sensível na atualidade, e o aproveitamento de todos os sub-produtos gerados em forma de resíduos do processo.The figures and description made do not limit the embodiments of the inventive concept proposed herein, but rather illustrate and make understandable the conceptual innovations disclosed in this invention, so that the descriptions and images must be interpreted in an illustrative and exemplary manner. but not limiting, and there may be other equivalent or analogous forms of implementation of the inventive concept disclosed herein that do not escape the protective spectrum outlined in this invention. It is imperative to highlight, in addition to the technical benefit generated by the state of the art, the environmental and social benefit resulting from the process developed, in view of the generation of energy, a sensitive value today, and the use of all by-products generated in a timely manner. waste from the process.

Tratou-se no presente relatório descritivo de uma peculiar e original disposição aplicada a micro usina termoelétrica modular móvel e processo para a geração de energia elétrica, capaz de aperfeiçoar sobremaneira sua utilização, dotado de novidade, atividade inventiva, suficiência descritiva e aplicação industrial e, consequentemente, revestido de todos os requisitos essenciais para a concessão do privilégio pleiteado. 1 - MICRO USINA TERMOELÉTRICA MODULAR MÓVEL PARA GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA constituída basicamente por pelo menos um reator anaeróbico modular, um conversor eletromecânico de potência modular e um quadro de comando caracterizada por atuarem de forma associada e integrada.This descriptive report deals with a peculiar and original arrangement applied to the mobile modular thermoelectric micro power plant and process for the generation of electric power, capable of greatly improving its use, endowed with novelty, inventive activity, descriptive sufficiency and industrial application and, consequently, having all the essential requirements for granting the claimed privilege. 1 - MOBILE MODULAR THERMAL ELECTRIC POWER PLANT FOR GENERATION OF ELECTRIC POWER consisting basically of at least one modular anaerobic reactor, a modular power electromechanical converter and a control board characterized by acting in an associated and integrated manner.

2 - MICRO USINA TERMOELÉTRICA MODULAR MÓVEL PARA GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA conforme reivindicação 1, caracterizada por ser móvel e modular.MOBILE MODULAR THERMAL ELECTRIC POWER PLANT FOR ELECTRIC POWER GENERATION according to claim 1, characterized in that it is mobile and modular.

3 - MICRO USINA TERMOELÉTRICA MODULAR MÓVEL PARA GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA conforme reivindicação 1 e 2, e ainda caracterizada por estar envolvido por um invólucro metálico subdividido internamente por compartimentos.MOBILE MODULAR THERMAL ELECTRIC MICRO PLANT FOR GENERATION OF ELECTRIC POWER according to claims 1 and 2, further characterized by being surrounded by a metal housing internally subdivided by compartments.

4 - MICRO USINA TERMOELÉTRICA MODULAR MÓVEL PARA GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA conforme reivindicações 1 e 2, e ainda caracterizada por ser possível ser concretizada em dimensões preferencialmente entre 10m3 e 250m3.MOBILE MODULAR THERMAL ELECTRIC POWER PLANT FOR GENERATION OF ELECTRIC POWER according to claims 1 and 2, further characterized in that it is possible to be realized in dimensions preferably between 10m3 and 250m3.

5 - MICRO USINA TERMOELÉTRICA MODULAR MÓVEL PARA GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA conforme reivindicado em 1e 2, e ainda caracterizada por ser inserida uma tubulação auxiliar de entrada/saída de fluidos (11) entre o reator digestivo (2) do reator anaeróbico e a sala de conversão (14) do conversor. 6 - PROCESSO PARA GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA caracterizado por compreender as seguintes etapas:5 - MOBILE MODULAR THERMAL ELECTRIC POWER PLANT FOR ELECTRIC POWER GENERATION as claimed in 1 and 2, and further characterized by the insertion of an auxiliary fluid inlet / outlet line (11) between the anaerobic reactor digestive reactor (2) and the converter conversion (14). 6 - ELECTRIC POWER GENERATION PROCESS characterized by the following steps:

Claims

1. The organic material is deposited in the anaerobic reactor from the feeder (1);

2. The released gases are carried to the gas reservoir (4), while the solid and / or liquid derivatives will be directed to the disposal compartment (3);

3. In the gas reservoir (4), there is a stage of separation of gases, fuels and waste, where the gases will be led to a disposal compartment (5) and later stored (10);

4. The fuel gas generated by the reactor is conducted to an electromechanical power converter;

5. The converter generates electricity from the fuel gas;

6. The electrical energy exiting the system (16) is then injected into the power distribution network (17).

A process for generating electric power as claimed in claim 6, and further characterized in that a temperature is preferably maintained between 30 ° C and 80 ° C of the system.

Process for generating electric power as claimed in claim 6, and further characterized in that the control board monitors all activities of the proposed system, from the anaerobic reactor to the electromechanical power converter.

A process for generating electric power according to claims 6, 7 and 8 and further characterized by the fact that by-products are stored and reused.