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Location Study of Solar Thermal Power Plant in the State of Pernambuco Using Geoprocessing Technologies and Multiple-Criteria Analysis

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Location Study of Solar Thermal Power Plant in the State of Pernambuco Using Geoprocessing Technologies and Multiple-Criteria Analysis energies Article Location Study of Solar Thermal Power Plant in the State of Pernambuco Using Geoprocessing Technologies and Multiple-Criteria Analysis Verônica Wilma B. Azevêdo 1, Ana Lúcia B. Candeias 2 and Chigueru Tiba 1,* 1 Departamento de Energia Nuclear, Centro de Tecnologias e Geociências, Universidade Federal de Pernambuco, Av. Prof. Luiz Freire, 1000, Cidade Universitária, Recife PE 50.740-540, Brazil; [email protected] 2 Departamento de Engenharia Cartográfica, Centro de Tecnologias e Geociências, Universidade Federal de Pernambuco, Av. Acadêmico Hélio Ramos, s/n, 2nd Floor, Cidade Universitária, Recife PE 50.740-530, Brazil; [email protected] * Correspondence: [email protected]; Tel.: +55-81-2126-7976 Academic Editor: Francesco Calise Received: 23 May 2017; Accepted: 13 July 2017; Published: 20 July 2017 Abstract: Solar Thermal Technology for the generation of electricity in large scale has been a reality in the world since the 1980s, when the first large-sized solar plants in the United States were introduced. Brazil presents great potential for the development of large-scale projects, although it is noted that the main barriers for the insertion of this technology in Brazilian market are the lack of incentives and goals and associated costs. In a way to contribute to the insertion of solar thermal technology in Brazil, this paper presents a macro-spatial approach, based on the use of Multiple-Criteria Decision Analysis and Geoprocessing, for the location of solar thermal power plants. The applied methodology for Pernambuco, located in the Northeast Region of Brazil, considered the implantation of parabolic trough solar power plant of 80 MW, operating only in solar mode, without heat storage. Based on performed analysis, it was confirmed that Pernambuco presents great potential for the installation of solar power plants, especially in the backlands of Pernambuco. Performed validations in the model demonstrate that the methodology attended the objective once the consistence between the assigned weights to the thematic layers, individually, and the final Map of site suitability were evidenced. Keywords: Solar Energy; Solar Thermal Power Plant; Geoprocessing Technologies 1. Introduction Notably, in the past few years, electricity generation through renewable sources has presented continuous increase, which mostly relates to the concerns of climate changes, the dependency of fossil fuels and the need to supply power generation with resources that cause less impact to the environment. According to data in the Global Status Report on Renewable Energy [1], the installed capacity of renewable energy in the world, which was of 800 GW in early 2004, reached 1712 GW in the year of 2014 and its participation in the energy matrix also increased, reaching the percentage of 22.8% in 2014. Brazil has a mainly renewable energy matrix. According to data in the National Energetic Statement, about 74.6% of electric energy generated in 2014 came from renewable energy sources, with greater participation of water (65.2%), biomass (7.4%) and wind (2.0%) resources. The remaining percentage (25.4%) came from fossil fuels and nuclear sources, as shown in Figure1. Energies 2017, 10, 1042; doi:10.3390/en10071042 www.mdpi.com/journal/energies Energies 2017, 10, 1042 2 of 23 Energies 2017, 10, 1042 2 of 23 Energies 2017, 10, 1042 2 of 23 Figure 1. Internal offer of electric energy by generation source. However, while the country has a typically renewable energy matrix, the main generation system Figure 1. Internal offer of electric energy by generation source. is the hydraulic utilization, which is very vulnerable to the climate variations and may present the reductionHowever, of its installed while theFigure capacity country 1. Internal has in thea typicallyoffer long of electric term.renewable energy Another energy by generation problem matrix, source.the for main the generation electricity system generation is by waterthe hydraulic resources utilization, in the country which is very the factvulnerable that its to remaining the climate potential variations is and located may inpresent the Amazonthe reductionHowever, of its while installed the country capacity has in athe typically long term. renewable Another energy problem matrix, for the the main electricity generation generation system by is biome, making the energetic use process more thorough and costly in time, due to the environmental thewater hydraulic resources utilization, in the country which is isthe very fact thatvulnerable its remaining to the potentialclimate variationsis located inand the may Amazon present biome, the restrictions [2]. reductionmaking the of itsenergetic installed use capacity process in morethe long thorough term. Another and costly problem in time, for thedue electricity to the environmentalgeneration by Towaterrestrictions contribute resources [2]. in in the the country diversification is the fact that of its the remaining Brazilian potential energy is located matrix, in thisthe Amazon paper biome, presents a methodologymakingTo thecontribute based energetic on thein usethe use process ofdiversification Geographic more thoroughof Information the Brazilianand costly System energy in (GIS)time, matrix, anddue Multiple-Criteriathisto thepaper environmental presents Decision a Analysisrestrictionsmethodology (MCDA) [2]. based to assist on the in identifyinguse of Geographic potential Information areas for System the insertion (GIS) and of Multiple-Criteria solar thermal powerDecision plants. The methodologyAnalysisTo contribute(MCDA) applied to in assist the for indiversification Pernambuco, identifying potential of Northeast the areas Brazilian for region the energy insertion of Brazil, matrix, of solar considered this thermal paper thepower presents implantation plants. a of parabolicmethodologyThe methodology through based applied solar on the power foruse Pernambuco,of plantsGeographic of Northeast 80 Information MW, Solarregion System Energyof Brazil, (GIS) Generating consideredand Multiple-Criteria the Systems implantation Decision (SEGs) of type, operatingAnalysisparabolic only (MCDA) through in solar to solar assist mode, power in identifying without plants heatofpotential 80 storage.MW, areas Solar for The theEnergy solar insertion Generating power of solar plant thermalSystems with power(SEGs) nominal plants. type, power The methodology applied for Pernambuco, Northeast region of Brazil, considered the implantation of of 80operating MW was only chosen in solar because mode, greatwithout majority heat storag ofe. commercial The solar power power plant plants with withnominal parabolic power of cylinder 80 parabolicMW was chosenthrough because solar greatpower majority plants ofof commercial80 MW, Solar power Energy plants Generatingwith parabolic Systems cylinder (SEGs) technology type, technology currently installed in the world present this power. The LCOE (Levelized Cost of Energy) operatingcurrently installedonly in solar in the mode, world without present heat this storagpower.e. TheThe LCOE solar power(Levelized plant Cost with of nominal Energy) powerof a thermal of 80 of a thermal power plant is calculated for a given spatial coordinate (pixel) and depends, for example, MWpower was plant chosen is calculated because great for a majority given spatial of commercial coordinate power (pixel) plants and withdepends, parabolic for example, cylinder ontechnology the local on thecurrentlymeteorological local meteorological installed parameters, in the world parameters, the presentEuclidean this the distancepower. Euclidean Thefrom LCOE distancethis pixel(Levelized fromto main thisCost road, pixelof Energy) water to main ofconduit a thermal road, and water conduitpowertransmission and plant transmission isline calculated or on the line for topography, ora given on the spatial i.e., topography, terrain coordinate slope i.e., (greater(pixel) terrain and or slopelesserdepends, need (greater for for example, land or lessermovement). on needthe local The for land movement).meteorologicalgenerated The electricity generatedparameters, will depend electricitythe Euclidean on the will local distance depend meteor fromological on thethis conditions localpixel to meteorological mainand theroad, technical water conditions specificationsconduit and and the technicaltransmissionof the specifications power lineplant. or on of the the topography, power plant. i.e., terrain slope (greater or lesser need for land movement). The generated electricity will depend on the local meteorological conditions and the technical specifications 1.1. Solarof1.1. the Solar Technology power Technology plant. According to [3], a parabolic trough solar power plant is formed by the following components: (a) According1.1. Solar Technology to [3], a parabolic trough solar power plant is formed by the following components: (a) thethe solar solar collector collector that,that, by reflection reflection and and diffraction diffraction of light, of light, performs performs its collection its collection and concentration; and concentration; (b) the absorberAccording tube to that[3], aabsorbs parabolic the trough light and solar transfers power theplant heat is formedto a thermal by the fluid; following (c) a steam components: generating (a) (b) the absorber tube that absorbs the light and transfers the heat to a thermal fluid; (c) a steam thesystem; solar and collector (d) a conventionalthat, by reflection system and of diffraction thermal energy of light, conversion performs to its electricity,
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