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1 GERAÇÃO DE ELETRICIDADE A PARTIR DA BIOMASSA DA Títuloda CANA-DE-AÇÚCAR Apresentação Bioeletricidade A segunda revolução energética da cana-de-açúcar Autor Rio de Janeiro, 24 de novembro de 2005 Helcio M. Lamonica Escolhaumarestrição e apagueas outras UsoExclusivodo(a) CTC ouassociadaouárea UsoExclusivodas Divulgação Livre Divulgar Associadas aoctc a Fonte DivulgaçãoLivre 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 produçã ção o e transformaçã ção o da cana-de de-açúcar. Atualmente mais de 114 associados compõem o novo CTC,, representando 151 milhões t cana moída e 1, ha de área plantada, representando, respectivamente, 42% e 33% da produçã ção o total do Brasil. Base: safra 2003/04 - Atualizado em out/2005 1

2 Fabricação de Açúcar e Álcool Cana-de-açúcar Matéria Prima Tabela 1 - Composição média da cana-de-açúcar. Composição Teor (%) Água Açúcares Fibras 8-14 Sólidos solúveis

3 FLUXOGRAMA DE PROCESSO - AÇÚCAR E ÁLCOOL Fluxograma Geraldo Processo AÇÚCAR ÁLCOOL ETÍLICO Uso da Energia na Usina 3

4 Energia Consumida na Usina Usina necessita de duasformasbásicasde energia: Eletromecânica(acionamentos, iluminação, etc.) Térmica(aquecimento, evaporação, cozimento, etc.) Como esta energia é obtida? Usina obtémtoda energia térmica e eletromecânica a partir da combustão do bagaço. Como? Geravapor a umapressãosuperior a necessária no processo Estevapor é expandidoem turbinas a vapor sendo convertidoemenergiamecânica/elétrica O calor rejeitado no escape das turbinas fornece a energia térmica necessária ao processo É autosuficiente em energia J 4

5 Cenário Médio Atual (2001/02) Pressão de operação: 22 bar / 300 C Auto-suficiente em energia térmica e elétrica Consumo de energia elétro-mecânica: 28 kwh/tc Consumo de energia térmica: 330 kwh/tc (equivalente a 500 kg vapor / tc) Sobra de bagaço: 7 % Não utiliza palha Distribuição de Energia na Usina 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 5

6 Operação só na safra Sobra bagaço Exportação máx E.E. 10 kwh/tc Otimizado Fluxograma Atual 22 bar Vapor 22 bar TG Contrapressão Bagaço Processo Caldeira Vapor 2,5 bar Turbinas AM Potencial de Geração de Energia Elétrica do Setor 6

7 Produção de Cana-de-açúcar -Brasil Mt /91 91/92 92/93 93/ /95 95/96 96/97 97/98 Fonte: 1/03/ /99 99/00 00/01 01/02 02/03 03/04 04/05 Áreas Cultivadas Cana-de-açúcar Fonte: Sordi, R. CTC

8 Cana-de-açúcar na RegiãoCentro-sul Sensoriamento remoto imagens de satélite Fonte: Sordi, R. CTC Imagem de Satélite Índice de Vegetação (NDVI) Produção Energia Primária BRASIL (%) Não Renovável: Petróleo + GN Renovável: Outras NR Hidráulica Produtos da cana Outras R Total (milhões TEP) Fonte: BEN

9 Cana PONTEIRO FOLHAS VERDES COLMO FOLHAS SECAS 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 (0.16 TEP) 360 milhões de toneladas de cana 58 milhões TEP Nota: Consumo de energia primária no Brasil é de TEP/ano (BEN 2004) 9

10 Potencial Energético - Resíduos de Cana Produção de cana (1) Produção de bagaço (2) Produção de palha (2) Biomassa Total TEP (3) Mundo (10 6 t) Brasil (10 6 t) Consumo Energia Primária no Brasil TEP (BEN 2004) (1) Fonte: FAOSTAT 2004 p/ Mundo e UNICA p/ Brasil (2) 50% de umidade (3) base PCI kcal/kg (BEN 2004) Alternativas de Aproveitamento Energético Açúcar Álcool Fibra Energia Elétrica e/ou Álcool 10

11 Atualização outubro 2003 Balanço Energético da Produção e Processamento da Cana Fluxos Externos de Energia Agricultura Indústria Etanol produzido Excedente de bagaço Totais Produção/Consumo Valores Médios Consumo MJ/tc ,3 Produção MJ/tc Nota: Etanol de milho = 1,3 (USDA, 2002) Como aumentar a Exportação de Energia Elétrica em Cogeração? Aumentar a eficiência das turbinas a vapor Aumentar a pressão do vapor vivo Uso de turbinas de extração e contrapressão 11

12 Convencional CogeraçãoSafra Operação só na safra Sobra bagaço Exportação máx E.E. 40 kwh/tc Vapor 82 bar TG Extração e contrapressão Vapor 22 bar Bagaço Processo Caldeira Vapor 2,5 bar Turbinas AM Evoluçãoda Exportaçãode Energia Elétricado SetornaÁreadaCPFL GWh/year 6.1% do mercado da CPFL 1400 Programa de cogeração da CPFL ~ 80% das Usinas do estadode SãoPaulo estão naáreadacpfl; o estadode SãoPaulo produz ~ 60% daprodução Brasileirade cana. Fonte:Xavier, B. (2004). Histórico daco-geraçãocom biomassanacpfl 12

13 Geração de Grandes Excedentes Caldeiras de alta pressão Turbogeradoresde 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 Uso da Palha da Cana-de-açúcar 13

14 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 Principais Características da Palha - Umidade No corte : 50% Após uma semana no solo : < 15% -Poder calorífico inferior (PCI -kcal/kg) No corte : Com 15% umidade : Teor de cinzas : < 5% base úmida -Eficiência de enfardamento :> 70% -Custo aproximado (US$/t MS) Processada no ponto de consumo : 18,49 (US$ 1,28/MM BTU) Obs.: do custo total US$ 8,00 /t MS (impactos agrícolas) 14

15 Impactos Agrícolas do Colchão de Palha Positivos Proteção do solo contra erosão Redução da amplitude da variação térmica Incentivo ao aumento da atividade biológica Aumento das taxas de infiltração de água no solo Redução da evaporação Controle de ervas daninhas Negativos Riscos de incêndio Dificuldade para execução de algumas operações agrícolas Retardamento ou falha na brotação (redução produtividade) Aumento das populações de praga (cigarrinha) Convencional Condensação ano todo 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 15

16 BIG/GT ano todo Bagaço Palha Sistema de Gaseificação e Limpeza de Gás Gás limpo Exportação E.E. 300 kwh/tc Vapor 22 bar Vapor 82 bar TG Extração e condensação Caldeira de recuperação de calor Turbinas AM Condensador TG a gás Torre de resfriamento Vapor 2,5 bar Processo Alternativas de Geração em Usinas Tecnologia 22bar-300C TG Contrapressão 80bar-480C TG Contrapressão Operação Safra Safra Consumo Processo kgv/tc Excedente Energia kwh/tc GWh MW % Consumo Brasil Potencial Brasil 80bar-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 16

17 Biodiesel - Integraçãocom Usina Açúcar e Álcool Integração Biodiesel x Usina Álcool Produção de Grãos Infraestrutura Agrícola Logística Produção de Biodiesel Vapor Energia Elétrica Água Até B100 frota Biodiesel Infraestrutura Industrial 17

18 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 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 18

19 Expectativa de Crescimento Produção de cana no Brasil Milhões de toneladas Ano Produção Estimativa Hoje no Brasil existem ~320 usinas Comentários Menos de 10% Exportam Energia Elétrica 600 MW (só safra) Se 100% exportassem E.E. com a tecnologia comercial: MW (só safra, em cogeração, só bagaço) Potencial para 600 milhões de t de canacom a tecnologia comercial: MW (só safra, em cogeração, só bagaço) Como as novas usinas estão investindo naprodução de E.E.? Por que? 19

20 Obrigado! FIM Cronograma Legislação de Redução sobre queima da Queima Decreto Federal e Lei Estadual % 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Federal Mecan. SP Mecanizável SP Não Mecaniz

21 30,0% 25,0% 20,0% Evolução da colheita de cana sem queima (97 a 04) Evolução da Colheita de Cana Sem Queimar 15,0% 10,0% São Paulo Centro-Sul 5,0% 0,0% Fonte: IDEA (1997 to 2002) CTC (2003 to 2004) Investimentos em tecnologias e pesquisa da ordem de US$40 milhões/ano Ganhos de produtividade Aumento de Produtividade PRODUTIVIDADE -BRASIL lts de álcool/tc tc/hectare m3 /hectare 85,00 80,00 7,50 7,00 75,00 6,50 70,00 6,00 5,50 65,00 5,00 60,00 4,50 55,00 4,00 50,00 3,00 % a.a 3,50 45,00 1,90 % a.a 3,00 40,00 5,66% a.a 1,83 % a.a 2,33 % a.a 2,50 75/ / /05 tc e lts/hectare m3/hectare 21

22 Evolução PRODUÇÃO da Produção BRASILEIRA Brasileira de DE Cana, CANA, Açúcar AÇÚCAR e Álcool E ÁLCOOL Cana x 10 3 (t) Açucar (t ) e Álcool (m3) x /71 72/73 74/75 76/77 78/79 80/81 82/83 84/85 86/87 88/89 90/91 92/93 94/95 96/97 98/99 00/01 02/03 Safra Cana Açúcar Álcool Total 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 22

23 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 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 23

24 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 24

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