Economical and environmental contributions of installing a solar heating system in an industrial process

Abstract

Aware of the harmful consequences of climate change, several industrial sectors search for alternatives to minimize the environmental impact of their production processes. The use of thermal solar collectors is a promising alternative for the heatsupply in industrial processes, contributing to the reduction of fossil fuel consumption for this purpose and, consequently, mitigating the environmental impact caused by greenhouse gas emissions. The present research analyzes the contribution of a Solar Heating for Industrial Processes (SHIP) system in an industry’s environmental and economic spheres on the outskirts of Porto Alegre, south Brazil. A solar field of Linear Fresnel concentrating collectors is simulated in SAM software. The field has an aperture area of 352 m² and operates in the supply of saturated steam for a given industrial process. The results indicate that the SHIP system would be able to supply 729 GJthto the industrial process annually. It means a reduction of greenhouse gas emissionsin the magnitude of tens of tons of CO2-equivalent each year, whose value increases as the operation of the conventional steam-generating boiler moves away from ideal (theoretical efficiency of 100%). Two methodologies are used to calculate LCOH, resulting in 52 and 54 U$D/MWhthvalues for the analyzed SHIP system. Compared with the heat supply through burning natural gas and mineral coal, a solar thermal heating system can be evaluated as an environmentally responsible and economically advantageous alternative for the industrial sector that decides on this investment.

Cientes das conseqüênciasprejudiciais da mudança climática, vários setores industriais buscam alternativas para minimizar o impacto ambiental de seus processos de produção. O uso de coletores solares térmicos é uma alternativa promissora para o fornecimento de calor em processos industriais, contribuindo para a redução do consumo de combustíveis fósseis para este fim e, conseqüentemente, mitigando o impacto ambiental causado pelas emissões de gases de efeito estufa. A presente pesquisa analisa a contribuição de um sistema de Aquecimento Solar para Processos Industriais (SHIP) nas esferas ambiental e econômica de uma indústria na periferia de Porto Alegre, no sul do Brasil. Um campo solar de coletores de concentração Linear Fresnel é simulado no software SAM. O campo tem uma área deabertura de 352 m² e opera no fornecimento de vapor saturado para um determinado processo industrial. Os resultados indicam que o sistema SHIP seria capaz de fornecer 729 GJth ao processo industrial anualmente. Isto significa uma redução das emissões de gases de efeito estufa na magnitude de dezenas de toneladas de CO2 equivalente a cada ano, cujo valor aumenta à medida que a operação da caldeira geradora de vapor convencional se afasta do ideal (eficiência teórica de 100%). Duas metodologias são utilizadas para calcular LCOH, resultando em valores de 52 e 54 U$D/MWhth para o sistema SHIP analisado. Em comparação com o fornecimento de calor através da queima de gás natural e carvão mineral, um sistema de aquecimento solar térmico pode ser avaliado como uma alternativa ambientalmente responsável e economicamente vantajosa para o setor industrial que decide sobre este investimento.