PRODUÇÃO DE VAPOR E ELETRICIDADE A EVOLUÇÃO DO SETOR SUCROALCOOLEIRO

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1 PRODUÇÃO DE VAPOR E ELETRICIDADE A EVOLUÇÃO DO SETOR SUCROALCOOLEIRO II GERA: Workshop de Gestão de Energia e Resíduos na Agroindustria Sucroalcooleira FZEA - USP Pirassununga, 12 de junho de 2007 Helcio M. Lamonica Divulgação Livre Divulgar a Fonte

2 Centro de Tecnologia Canavieira Em 2004 a Copersucar abriu para o mercado nacional o seu Centro de Tecnologia, constituindo o Centro de Tecnologia Canavieira. O Centro de Tecnologia Canavieira - CTC é voltado a P&D de tecnologias para a produção e transformação da cana-de de-açúcar. Atualmente mais de 159 associados compõem o novo CTC,, representando 50% da produção total do Brasil. Base: Atualizado em junho/2007

3 Fabricação de AçúA çúcar e Álcool

4 Matéria Prima Cana-de-açúcar Tabela 1 - Composição média da cana-de-açúcar. Composição Teor (%) Água Açúcares Fibras 8-14 Sólidos solúveis 12-23

5 Fluxograma FLUXOGRAMA DE PROCESSO Geral - AÇÚCAR do E ÁLCOOL Processo AÇÚCAR ÁLCOOL ETÍLICO

6 Uso da Energia na Usina

7 Energia Consumida na Usina Usina necessita de duas formas básicas de energia: Eletromecânica (acionamentos, iluminação, etc.) Térmica (aquecimento, evaporação, cozimento, etc.)

8 Como obter esta energia?

9 No Passado (antes 1980) Energia eletromecânica obtida comprando-se energia elétrica da rede pública Energia térmica obtida com a combustão de combustível fóssil ou lenha para geração de vapor d água a baixa pressão Portanto a usina tinha que comprar a energia necessária ao seu processo

10 Avaliação Caldeiras CTC Grupo A Grupo B Grupo C P bar, T ºC 10 a 19, SAT 22, SAT 22, 280 Eficiência % % total

11 Atualmente (após 1980) Usina obtém toda energia térmica e eletromecânica a partir da combustão do bagaço. Como? Gera vapor a uma pressão superior a necessária no processo Este vapor é expandido em turbinas a vapor sendo convertido em energia mecânica/elétrica O calor rejeitado no escape das turbinas fornece a energia térmica necessária ao processo Portanto é auto-suficiente em energia

12 Isto é COGERAÇÃO de energia! Cogeração é a obtenção, integrada, de mais de uma forma de energia a partir de um único combustível

13 Cenário Médio (22 bar) Pressão de operação: 22 bar / 300 C Auto-suficiente em energia térmica e elétrica Consumo de energia eletromecânica: 28 kwh/tc Consumo de energia térmica: 330 kwh/tc (equivalente a 500 kg vapor / tc) Sobra de bagaço: 7 % Não utiliza palha

14 Distribuição de Energia na Usina 22 bar Bagaço Excedente 41 kwh/tc (7%) Perdas 119 kwh/tc (21%) Bagaço Total 580 kwh/tc (100%) Bagaço Consumido 477 kwh/tc (83%) Energia Térmica Processo 330 kwh/tc (57%) Bagaço Reserva 62 kwh/tc (10%) Energia Eletromecânica 28 kwh/tc (5%) Relação Potência / Calor 0,085

15 Fluxograma 22 bar Operação só na safra Sobra bagaço Exportação máx E.E. 10 kwh/tc Otimizado Vapor 22 bar TG Contrapressão Bagaço Processo Caldeira Vapor 2,5 bar Turbinas AM

16 Potencial de Geração de Energia Elétrica do Setor

17 Produção de Cana-de-açúcar - Brasil /91 91/92 92/93 93/94 94/95 95/96 96/97 97/98 98/99 99/00 00/01 01/02 02/03 03/04 04/05 05/ Mt Fonte: 11/06/2007

18 Áreas Cultivadas Cana-de-açúcar Fonte: Sordi, R. CTC

19 Cana-de-açúcar na Região Centro-sul Sensoriamento remoto imagens de satélite Fonte: Sordi, R. CTC Imagem de Satélite Índice de Vegetação (NDVI)

20 Cana PONTEIRO FOLHAS VERDES COLMO FOLHAS SECAS

21 Energia da Cana 1 TON DE CANA (COLMOS) Energia (MJ) 140 kg de açúcar kg de bagaço (50% umidade) kg de palha (50% umidade) TOTAL (0.174 tep) 386,6 milhões de toneladas de cana (05/06) tep/ano Produção de energia primária no Brasil: tep/ano Fontes: Unica e MME BEN 2006 ano base 2005

22 Alternativas de Aproveitamento Energético Açúcar Álcool Fibra Energia Elétrica e/ou Álcool

23 Balanço Energético da Produção e Processamento da Cana Fluxos Externos de Energia Agricultura Indústria Etanol produzido Excedente de bagaço Valores Médios Consumo MJ/tc Produção MJ/tc Totais Produção/Consumo 8,3 Atualização outubro 2003 Nota: Etanol de milho = 1,3 (USDA, 2002)

24 Como aumentar a Exportação de Energia Elétrica em Cogeração? Aumentar a eficiência das turbinas a vapor Substituir turbinas a vapor por motores elétricos Aumentar a pressão do vapor vivo Uso de turbinas de extração e contrapressão

25 Convencional Cogeração Safra Operação só na safra Sobra bagaço Exportação máx E.E. 40 kwh/tc Vapor 82 bar TG Extração e contrapressão Vapor 22 bar Bagaço Caldeira Processo Vapor 2,5 bar Turbinas AM

26 Evolução da Exportação de Energia Elétricado SetornaÁreadaCPFL GWh/year 6.1% do mercado da CPFL 1400 Programa de cogeração da CPFL ~ 80% das Usinas do estado de São Paulo estão na área da CPFL; o estado de São Paulo produz ~ 60% da produção Brasileira de cana. Fonte:Xavier, B. (2004). Histórico da co-geração com biomassa na CPFL

27 Exportação E.E. Centro-Sul 2006/07 Excedente de Energia Gerado por 37% das usinas GWh / safra / /2007 Fonte: CMAI CTC, 2007

28 Exportação E.E. Centro-Sul 2006/07 Excedente de Energia Gerado por 37% das usinas 2005/ /2007 MWmédios / mês Abril Junho Agosto Outubro Dezembro Fonte: CMAI CTC, 2007

29 Geração de Grandes Excedentes Caldeiras de alta pressão Turbogeradores de extração e condensação Exportação de E.E. ano todo (safra e entresafra) Utilizar outros ciclos térmicos (gaseificação/ ciclo combinado) Reduzir consumo de vapor do processo Obter combustível complementar

30 Uso da Palha da Cana-de-açúcar

31 Disponibilidade de Palha Produtividade média da cana: 82,4 t/ha Palha disponível (base seca): 11,5 t/ha Palha % de cana (base seca): 14% Obs.: Valores médios para as variedades plantadas no Brasil Cana de ano e meio (média de 5 cortes) Atualização outubro 2003

32 Convencional Condensação Exportação E.E. 100 kwh/tc Vapor 82 bar Vapor 22 bar TG Extração e condensação Turbinas AM Bagaço Palha Processo Caldeira Condensador Vapor 2,5 bar Torre de resfriamento

33 Sistema de Gaseificação e Limpeza de Gás Gás limpo BIG/GT ano todo Bagaço Palha Caldeira de recuperação de calor Vapor 82 bar Vapor 22 bar Condensador TG Extração e condensação Exportação E.E. 300 kwh/tc Turbinas AM TG a gás Processo Vapor 2,5 bar Torre de resfriamento

34 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 2004) Moagem anual de 360 milhões de toneladas de cana

35 Aspectos Econômicos 1 t de cana R$ 80 l álcool (R$ 0,70 / l) a 150 kwh (R$ 100 / MWh) 5 a a 75 kg CO 2 evitado (R$ 15 / t CO 2 ) 0,40 a 1,20

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

37 Obrigado!

38 Composição do Gás do BIG C 2 H 4 1 % CH 4 4 % CO 15 % CO 2 14 % H 2 12 % H 2 O 6 % N 2 48 % PCI 5,1 MJ/Nm 3 % em volume base seca

39 Fluxograma Básico Sistema de Gaseificação Gaseificador Craqueador Resfriador Gás limpo para a turbina a gás Bagaço Palha Secador Gás Lavador de Gases Filtro Gases de escape da caldeira de recuperação

40 BIG/GT - Integrado Usina Gaseificador Gás Palha Ar Bagaço Bagaço Palha G Secador Turbina a gás Gás exausto Consumo: 37 t bag/h (U 50%) Produção: 16 MW + 72 tv/h - 22 bar / 300 C Caldeira de Recuperação Vapor para Usina Água