PROCESSOS DE COGERAÇÃO. Equipamentos, Custos e Potenciais Manoel Regis Lima Verde Leal Centro de Tecnologia Copersucar BNDES 26/08/2003

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1 PROCESSOS DE COGERAÇÃO Equipamentos, Custos e Potenciais Manoel Regis Lima Verde Leal Centro de Tecnologia Copersucar BNDES 26/08/2003

2 Energia da Cana 1 TON OF CANA (COLMOS) Energia (MJ) 140 kg de açúcar kg de bagaço (50% umidade) kg de palha (50% umidade) TOTAL (0.165 TEP) 300 milhões de toneladas de cana 50 milhões TEP Nota: Consumo de energia primária no Brasil é de TEP/ano (BEN 2002)

3 Alternativas de Aproveitamento Açúcar Álcool Fibra Energia Elétrica e/ou Álcool

4 Potencial Energético - Resíduos de Cana Produção de cana Produção de bagaço (1) Produção de palha (1) Biomassa Total TEP (2) Mundo (10 6 t) Brasil (10 6 t) Consumo Energia Primária no Brasil TEP (BEN 2002) (1) 50% de umidade (2) base PCS

5 Alternativas de Geração em Usinas Tecnologia Operação Consumo Processo kgv/tc Excedente Energia kwh/tc Potencial Brasil GWh MW % Consumo Brasil 22bar-300C TG Contrapressão Safra bar-480C TG Contrapressão Safra bar-480C TG Condensação Ano todo BIG/GT Ano todo < Obs.: Consumo residencial médio 150 kwh/mês Consumo nacional de energia elétrica ³ GWh/ano (BEN 2002) Moagem anual de 300 milhões de toneladas de cana

6 Balanço Energético das Alternativas Energia Útil (kwh/tc) Alternativa Eletromecânica Térmica Total EM/ETotal 22bar-300C TG Contrapressão ,08 80bar-480C TG Contrapressão ,21 80bar-480C TG Condensação ,44 BIG/GT ,64

7 Diagrama das Tecnologias Convencional cogeração só safra Condensação/Extração geração ano todo BIG/GT geração ano todo

8 Convencional Cogeração Safra Vapor 82 bar TG Extração e contrapressão Vapor 22 bar Bagaço Processo Caldeira Vapor 2,5 bar Turbinas AM

9 Convencional Condensação ano todo Vapor 82 bar Vapor 22 bar TG Extração e condensação Turbinas AM Bagaço Palha Processo Caldeira Condensador Vapor 2,5 bar Torre de resfriamento

10 Sistema de Gaseificação e Limpeza de Gás Gás limpo BIG/GT ano todo Bagaço Palha Caldeira de recuperação de calor Vapor 82 bar Condensador Vapor 22 bar TG Extração e condensação Turbinas AM TG a gás Processo Vapor 2,5 bar Torre de resfriamento

11 Logística do Combustível Bagaço Excedente (50% umid) 500 kgv/tc 340 kgv/tc 280 kgv/tc Palha Recolhida (15 % de umidade) 50 % 70 % kg/tc kwh térm /tc

12 Layout Convencional BIG/GT

13 Layout - convencional

14 Layout BIG/GT

15 Principais Equipamentos Convencional safra Caldeira AP TG extração/cp Tratamento d água Subestação US$ 500 a 600 / kwinst. Convencional - ano Caldeira AP TG extr/condensação Condensador Sistema resfriamento Tratamento d água Subestação Equipamento redução consumo processo US$ 600 a 800 / kwinst. BIG/GT - ano Gaseificador Sist. Limpeza gases TG a gás Caldeira recuperação TG extr/condensação Condensador Sistema resfriamento Tratamento d água Subestação Equipamento redução consumo processo US$ / kwinst.

16 Perspectivas de Melhorias e Redução de Custos do BIG/GT Curva de aprendizado Melhoria nas turbinas a gás Co-combustão com Gás Natural

17 FONTE: NAKICENOVIC ET. AL. Curvas de Aprendizado

18 Geração com Bagaço e Gás Natural

19 Motivação para estudar a queima conjunta Bagaço / GN complementar em Usinas de Açúcar e Álcool Vantagens: Permite gerar energia durante o ano todo Aumenta o potencial de geração de energia Período da safra => estação mais fria do ano e consumo maior de GN Período da entressafra => estação mais quente do ano e consumo menor de GN maior fator de utilização das instalações e menor tempo de amortização dos investimentos realizados maior flexibilidade operacional fator indutor da compra interruptível de GN => otimização da utilização de gasodutos e de estocagem de Bagaço

20 Motivação para estudar a queima conjunta Bagaço / GN complementar em Usinas de Açúcar e Álcool Desvantagens: Dificuldade para otimizar o uso associado de combustíveis com características muito diferentes Preço do GN da ordem de 2 a 3 vezes maior por milhão de BTU do que o Bagaço oportunidade para antecipar soluções para geração de energia no caso da tecnologia de aproveitamento de Bagaço como matéria-prima na produção de açúcar e álcool difundir-se.

21 Alternativa em Análise Turbogerador a gás de 8 MW Caldeira de recuperação de calor integrada ao sistema de vapor da usina (22 bar) Turbogerador a vapor de condensação de 8,5 MW Operação o ano todo Energia elétrica exportável (GWh/ano) Gás natural + bagaço : 112 Só bagaço : 34 Só gás natural : 94

22 Usina Moderna Eletrificação de acionamentos Redução do consumo de vapor de processo Colheita de cana sem queimar com recolhimento de palha Uso do biogás Uso do gás natural Outros produtos

23 Aspectos Econômicos 1 t de cana R$ 80 l álcool a 150 kwh 5 a a 75 kg CO 2 evitado 0,40 a 1,20

24 Agricultura Indústria Balanço Energético da Produção e Etanol produzido Excedente de bagaço Processamento da Cana Fluxos Externos de Energia Valores Médios Consumo MJ/tc Produção MJ/tc Melhores Valores Consumo MJ/tc Produção MJ/tc Totais Produção/Consumo 9,2 11,2 Nota: Etanol de milho = 1,3 (USDA, 2002)

25 Balanço de CO 2 Uso de combustíveis fósseis na agroindústria Emissões de metano na queima da cana Emissões de N 2 O Substituição de gasolina por etanol Substituição de bagaço por óleo combustível (indústria química e de alimentos) Contribuição líquida (redução na emissão de CO 2 ) 10 3 t CO 2 (equiv./ano) Esta redução nas emissões de CO 2 (equivalente) corresponde a quase 20% de todas as emissões de combustíveis fósseis no Brasil

26 Melhorias Futuras no Balanço de CO 2 Geração de Energia Elétrica Tecnologia existente, caldeiras e turbogeradores de alta pressão: 150 kwh/tc Deslocando termoelétricas a gás natural: 500 kg CO 2 /MWh Safra de cana no Brasil: 300 milhões de t/ano Emissões evitadas de CO 2 : 22 milhões de toneladas / ano

27 FIM Obrigado!

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