BIOELETRICIDADE: A ENERGIA ELÉTRICA DA CANA

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1 Tecnologia atual Cana-de-Açúcar Tecnologia em desenvolvimento Caldo Bagaço Palha Açúcar Etanol Bioeletricidade Melaço Vinhaça Biogás

2 Conceitos de mercado de bioeletricidade Venda do excedente de energia elétrica ao SIN (Sistema Interligado Nacional) Necessidade real surgiu em 2001, com o risco de apagão Curto prazo para instalação de novas fontes geradoras (média de 2 a 3 anos) A eletricidade produzida através do bagaço representa hoje 7% de todas as fontes instaladas, com capacidade de MW. Próximo da potência da UHE Furnas, 2ª maior, com 9.665MW Furnas (2ª maior) MW

3 Conceitos de mercado de bioeletricidade No ano de 2013 evitou a emissão de 7,5 milhões de toneladas de CO 2 A bioeletricidade fornecida à rede economizou 7% da água nos reservatórios das Regiões Sudeste/Centro- Oeste Equivalente a ter atendido 8 milhões de residências no ano inteiro Projeção bioeletricidade ofertada ao SIN (2005 a 2014, em MW médios) 1/3 da geração de Belo Monte 13% da geração de Itaipu (2011) 45% do consumo de energia da cidade de São Paulo (2010) % % * Fonte: UNICA (2014), a partir de dados de CCEE (2014). *Previsão da UNICA (2014). **Com base nas emissões de 2012.

4 COMERCIALIZAÇÃO DE ENERGIA USINA COMERCIALIZAÇÃO AO SIN O leilão se tornou a porta de entrada para a bioeletricidade no sistema. Desde 2005 foram realizados 17 leilões dos quais as usinas de açúcar e álcool venderam em 11 deles. O total vendido é de 1,56 GW médio ACR (Ambiente de contratação regulada) ACL (Ambiente de contratação livre) O fator médio de exportação de energia de acordo com a EPE é de 77,87 kwh / t de cana processada. LEILÃO

5 UF BIOELETRICIDADE: A ENERGIA ELÉTRICA DA CANA Geração Total (GWh) Consumo Próprio EE (GWh) Vendas para o mercado (GWh) Número de usinas com vendas ao mercado RO 5 AC 6 AM 6 RR PA 6 AP TO 5 MA 19 PI 18 CE 24 RN PB PE AL SE BA MG ES RJ SP PR SC RS MS MT GO DF Total Fonte: UNICA e MME (2011). COGERAÇÃO DE ENERGIA DO SETOR 30% das usinas do país

6 safra BIOELETRICIDADE: A ENERGIA ELÉTRICA DA CANA POTENCIAL PARA VENDA DE EXCEDENTES 8,4 mil MWm (com bagaço) 22 mil MWm (mais palha) MW médio 2020/ / / mais de três Belo Monte em energia ou duas Itaipu em capacidade instalada Realizado 2013: só MW médios Fonte: UNICA e EPE (2014).

7 Fonte: UNICA, a partir de CCEE (2013). BIOELETRICIDADE: A ENERGIA ELÉTRICA DA CANA 2014: Retorno da bioeletricidade aos leilões? Volume de bioeletricidade da cana comercializado nos leilões regulados, por ano de venda, 2005 a 2013 (MW médios) Criação de um produto térmico (bioeletricidade, gás natural e carvão mineral concorrendo sem eólicas diretamente nos Leilões A-5). Projetos de bioeletricidade contratados em 2013 ainda representaram a continuação dos greenfields de 2008/09/10 e/ou tiveram aumento da moagem sustentando o projeto de cogeração. Preço-teto aumentou em torno de 30% comparativamente ao A-5 de Mas ainda muito distante de estimular o investimento consolidado em bioeletricidade.

8 Fonte: EPE (2014). BIOELETRICIDADE: A ENERGIA ELÉTRICA DA CANA Necessidade de uma política de longo prazo MW/ano MW 3000?? Precisamos de uma Itaipu a cada 2,2 anos MW/ano Demais MW? 2000? Temos espaço para todas as renováveis. Precisamos de UMA POLÍTICA DE LONGO PRAZO ADEQUADA PARA AS FONTES RENOVÁVEIS!? 500 MW? MW? 500 Bio PCH? Eol Fonte: UNICA, a partir de EPE (2014).

9 DESAFIOS DA BIOELETRICIDADE 1) Os leilões de energia tem como objetivo fomentar a modernização das instalações de cogeração 2) Aumentar a eficiência da conversão de energia de biomassa 3) Gerar excedentes para o SIN Fonte: CTC (2010). Amostra: 128 indústrias / 285 caldeiras. Estados de SP, PR, GO, ES, AL, MG, PE, MS Idades das Caldeiras O PROBLEMA Bioeletricidade X Outras fontes Impossibilidade de cumprir princípios da isonomia e da competitividade. 1) Fósseis competindo com fósseis 2) Escalas diferentes 3) Contratos finais, cláusulas e financiamento diferenciados 4) Benefícios fiscais e momento tecnológico diferente 5) Impacto diferenciado do câmbio

10 Cana-de-açúcar: uma visão energética A produção de energia elétrica por bagaço de cana representa 82% de todas fontes de biomassa Bagaço de Cana Biomassa (MW) Licor Negro Madeira 428 Biogás 81 Casca de Arroz 36 Total Traz benefícios do ponto ambiental, com redução de queimadas e emissão de CO 2 Estudos para viabilizar a queima da palha e pontas da cana Comparada com hidrelétrica (também renovável) o impacto ao meio ambiente é muitas vezes inferior devido áreas alagadas, desapropriação de terras, etc.

11 Cana-de-açúcar: uma visão energética 1/3 Caldo da cana 608x10³ kcal 1/3 Bagaço 276 kg 50% umidade 1/3 Palha 165kg 15% umidade 598x10³ kcal 512x10³ kcal 1.718x10³kcal 1 barril de petróleo = 1386 x 103 kcal 1 ton de cana = 1,2 barril de petróleo Petrobras produziu em 2013: 1,93 milhão de bpd (diminuição de 2,5% em relação a 2012) Safra : 694 mi ton cana (aumento 12% em relação a 2012) Apenas no centro-sul foram esmagadas 596,2 mi ton cana = 715,2 mi barris de petróleo por ano Representa 1,96 mi barris de petróleo por dia

12 Objetivo BIOELETRICIDADE: A ENERGIA ELÉTRICA DA CANA Biomassa Disponível e Energia da Palha Disponibilizar biomassa adicional, em quantidades significativas, às indústrias sucroalcooleiras/biorrefinarias de forma sustentável e economicamente viável. Potencial adicional de biomassa de 30% a 65% (em massa base seca) 1 tonelada de cana (COLMOS) Energia (MJ) 140 kg de açúcar 280 kg de bagaço (50% umidade) 280 kg palha (50% umidade) TOTAL ,35 BEP Fonte: CTC 2013

13 Biomassa Disponível e Energia da Palha Preço Bagaço Mercado de bagaço instável - OSCILAÇÕES DE OFERTA E PREÇO Tendência de escassez Os valores atuais variam (preço por tonelada base úmida 50%): R$100/t (Us. Sta. Adélia) R$120/t (Nordeste) R$60/t (Us. Sta. Maria) R$22/t (Us. São Martinho/2012) Fonte: CTC

14 BIOELETRICIDADE: A ENERGIA ELÉTRICA DA CANA Biomassa Disponível e Energia da Palha Mercados Processamento da palha para 4 mercados Fonte: CTC 2013 Energia Elétrica Etanol 2G Péletes Geração de Utilidades Outras agroindústrias

15 Biomassa Disponível e Energia da Palha Equipamentos Agrícolas Fonte: CTC 2013

16 Biomassa Disponível e Energia da Palha Planta de Demonstração Industrial Fonte: CTC 2013

17 Biomassa Disponível e Energia da Palha Planta de Demonstração Industrial Fonte: CTC 2013

18 Projeção da oferta de biomassa de cana-de-açúcar até 2022 Fonte: PDE 2022 (2014)

19 Futuro: o que esperar... BIOELETRICIDADE: A ENERGIA ELÉTRICA DA CANA Aproveitando a palha da cana e as pontas, a exportação de energia pode atingir a marca de MW (equivalente a duas Itaipu), o que representará cerca de 20% da matriz elétrica brasileira. O Protocolo Agroambiental do Estado de São Paulo, firmado em 2007, prevê o fim da prática da queima nas áreas onde já é possível a colheita mecanizada em 2014, e nas áreas em que não existe tecnologia adequada para a mecanização para Fonte: ÚNICA (2014), em Considerando a projeção de crescimento médio do Brasil de 3,5% o risco de um apagão é grande: Projeção de consumo de eletricidade na rede por classe até 2022 Fonte: PDE 2022 (2014), Elaboração EPE

20 Projeção de Consumo final energético e participação por fonte até 2022 Fonte: PDE 2022 (2014), Elaboração EPE

21 Energia contratada x potencial de exportação de eletricidade gerada por bagaço Para atingir estas capacidades de exportação de energia, serão necessários ajustes a serem feitos pelo poder público que viabilizem e atraiam investimentos no setor Fonte: PDE 2022 (2014), Elaboração EPE

22 Futuro: o que esperar... BIOELETRICIDADE: A ENERGIA ELÉTRICA DA CANA São três os problemas centrais a serem equacionados: Definição de critérios econômicos para uma valoração adequada dessa forma de energia (níveis de preços, metodologia única, justa e transparente para leilões, separação em classes de biomassa por bagaço de cana de outras fontes como eólicas, etc.) As dificuldades de acesso e conexão das centrais às redes elétricas A outorga difícil e morosa do licenciamento ambiental dos projetos. A otimização energética de uma indústria sucroalcooleira depende de fatores como: Classe do vapor das caldeiras (pressão e temperatura) Tipo de tecnologia utilizada nos acionamentos dos equipamentos do preparo de cana, moenda e bombas (turbinas e/ou motores). Consumo de vapor do processo produtivo Fonte: PDE 2022 (2014), Elaboração EPE

23 CO-GERAÇÃO DE ENERGIA: SEGMENTO SUCROENERGÉTICO

24 CO-GERAÇÃO DE ENERGIA: SEGMENTO SUCROENERGÉTICO Estudo de caso: Usina Coruripe filial Iturama (MG) PRIMEIRA USINA DO SETOR SUCROENERGÉTICO A SE CONECTAR À REDE CEM IG EM 2001!

25 Estudo de caso: Usina Coruripe filial Iturama (MG) Classe do das Caldeiras:

26 Estudo de caso: Usina Coruripe filial Iturama (MG) Atualmente, as principais classes de vapor em uso nas usinas brasileiras (e que serão consideradas nesta apresentação) são: Classe do das Caldeiras: Pressão [bar (a)] Temperatura [ C] Entalpia [kj/kg] Entropia [kj/kg. C] ,42 6, ,20 6, ,03 6, ,15 6, ,07 6, ,21 6,76 Foram desenvolvidos 8 balanços, adotando-se para cada um deles, os critérios mostrados na tabela a seguir: Todos os balanços apresentam a mesma produção de açúcar e álcool, variando tão somente a quantidade de energia gerada e exportada.

27 Estudo de caso: Usina Coruripe filial Iturama (MG) Critérios Utilizados nos Cálculos: Pressão do [bar (a)] Balanço Temp. do [ C] Consumo Específico Processo [kg vapor/t.c] Tipo Acionamento Preparo e Moenda B ,00 Turbinas B ,00 Turbinas B ,00 Turbinas B ,00 Motores B ,00 Motores B ,00 Motores B ,00 Motores B ,00 Motores

28 Estudo de caso: Usina Coruripe filial Iturama (MG) Critérios Utilizados nos Cálculos: DADOS DE ENTRADA Cana Moída na Safra - ton Cana Moída por Dia - tcd Tempo Aproveitável de Moagem 88,00% ART % Cana 16,00% Fibra % Cana 12,50% Eficiência de Recuperação de ART % ART da Cana 88,00% % do ART Recuperado para Produção de Álcool 50,00% % de Álcool Hidratado Produzido 0,00% Pol % Açúcar 99,80% Início da Safra 10-abr

29 Estudo de caso: Usina Coruripe filial Iturama (MG) Determinação da Quantidade Disponível de : Cálculo da produção específica de vapor da caldeira (kg de vapor gerado / kg de bagaço queimado): Caldeira Turbina de contrapressão Gerador elétrico ~ Redutor de velocidade Processo Industrial

30 Estudo de caso: Usina Coruripe filial Iturama (MG) Determinação da Quantidade Disponível de : Cálculo da produção específica de vapor da caldeira (kg de vapor gerado / kg de bagaço queimado): Pressão do [bar (a)] Temp. do [ C] Umidade Bagaço [%] Temp. da Água [ C] Eficiência Caldeira [%] Produção Específica [Kgv / kgb] ,00 105,00 78,00 2, ,00 115,00 78,00 2, ,00 115,00 87,00 2, ,00 115,00 87,00 2, ,00 115,00 87,00 2, ,00 115,00 87,00 2, ,00 115,00 87,00 2,21

31 Estudo de caso: Usina Coruripe filial Iturama (MG) Determinação da Quantidade Disponível de : Quantidade de vapor disponível para cada balanço: Pressão [bar (a)] Balanço Temp. [ C] Produção Específica [Kgv / kgbag] Disponível [kg vapor/ t.c.] B ,27 539,37 B ,31 548,37 B ,40 568,85 B ,40 568,85 B ,26 537,35 B ,19 520,03 B ,28 542,23 B ,21 523,88

32 Estudo de caso: Usina Coruripe filial Iturama (MG) Consumo de nas Turbinas de Contrapressão: Foram considerados os seguintes tipos de acionamentos: Pressão [bar (a)] Balanço Temp. [ C] Tipo Acionamento Preparo Tipo Acionamento Moenda Tipo Acionamento Geradores B1 300 Turbinas Turbinas Turbinas B2 300 Turbinas Turbinas Turbinas B3 400 Turbinas Turbinas Turbinas B4 400 Motores Motores Turbinas B5 480 Motores Motores Turbinas B6 520 Motores Motores Turbinas B7 480 Motores Motores Turbinas B8 520 Motores Motores Turbinas

33 Estudo de caso: Usina Coruripe filial Iturama (MG) Consumo de nas Turbinas de Contrapressão:

34 Estudo de caso: Usina Coruripe filial Iturama (MG) Consumo de nas Turbinas de Contrapressão: Consumos específicos de vapor nas turbinas de contrapressão: Pressão [bar (a)] Balanços Temp. [ C] CE Preparo [kg vapor / kw] CE Moenda [kg vapor / kw] CE Geradores [kg vapor / kw] B ,53 14,66 12,00 B ,53 14,66 12,00 B ,85 9,53 7,21 B ,00 0,00 7,21 B ,00 0,00 5,81 B ,00 0,00 5,47 B ,00 0,00 5,56 B ,00 0,00 5,24

35 Estudo de caso: Usina Coruripe filial Iturama (MG) Consumo de nas Turbinas de Contrapressão: Consumo de energia elétrica pela indústria: Consumo Específico de Energia Elétrica pela Indústria (kw/t.c.) Acionamentos Moenda e Preparo com Turbinas Moenda e Preparo com Motores Preparo de Cana - 6,71 Moenda - 8,50 Motores / Equipamentos de Processo 17,50 17,50 Consumo Específico Total 17,50 32,71

36 Estudo de caso: Usina Coruripe filial Iturama (MG) Consumo de nas Turbinas de Contrapressão: consumido nas turbinas de contrapressão: Pressão do [bar (a)] Balanço Temp. do [ C] Preparo + Moenda [kg/h] Consumo de Geradores Cons. Próprio [kg/h] Total [kg/h] B B B B B B B B

37 Estudo de caso: Usina Coruripe filial Iturama (MG) Disponibilidade de Energia para Exportar em Contrapressão:

38 Estudo de caso: Usina Coruripe filial Iturama (MG) Disponibilidade de Energia para Exportar em Contrapressão: É conhecido o consumo de vapor de escape pelo processo. É conhecido a quantidade de vapor de escape gerada pelas turbinas a vapor. É possível calcular o excedente de energia, possível de ser gerado por contrapressão, para exportação. Pressão do [bar (a)] Balanço Temp. do [ C] Consumo Processo [ton/h] de Escape Gerado Turbinas [ton/h] Necessário [ton/h] B ,75 265,92 77,83 B ,25 265,92-9,67 B ,25 166,60 89,65 B ,25 147,42 108,83 B ,25 118,71 137,54 B ,25 111,94 144,31 B ,25 113,66 142,59 B ,25 107,19 149,06

39 Estudo de caso: Usina Coruripe filial Iturama (MG) Disponibilidade de Energia para Exportar em Contrapressão: Energia disponível para exportar em contrapressão: Pressão do [b]ar (a) Balanço Temp. do [ C] Disponível [ton/h] de Escape Consumo Específico [kgv/kw] Energia Gerada [kwh] B ,83 12, B ,67 12,00 0 B ,65 7, B ,83 7, B ,54 5, B ,31 5, B ,59 5, B ,06 5,

40 Estudo de caso: Usina Coruripe filial Iturama (MG) Disponibilidade de Energia para Exportar em Condensação: disponível para exportar energia por Condensação: Pressão do [bar (a)] Balanço Temp. do [ C] Disponível [kg/t.c.] de Escape Consumo Processo [kg/t.c.] Disponível Condensação [kg/t.c.] B ,37 550,00-10,63 B ,37 425,48 122,90 B ,85 410,00 158,85 B ,85 410,00 158,85 B ,35 410,00 127,35 B ,03 410,00 110,03 B ,23 410,00 132,23 B ,88 410,00 113,88

41 Estudo de caso: Usina Coruripe filial Iturama (MG) Disponibilidade de Energia para Exportar em Condensação: Energia disponível para exportar em condensação: Pressão do [bar (a)] Balanço Temp. do [ C] Disponível [ton/h] Direto Consumo Específico [Kgv/kW] Energia Gerada [KWh] B ,64 0,00 0 B ,81 6, B ,28 4, B ,28 4, B ,59 3, B ,77 3, B ,64 3, B ,18 3,

42 Estudo de caso: Usina Coruripe filial Iturama (MG) Disponibilidade Total de Energia para Exportação: Pressão do bar (a) Balanço Temp. do C Contrapressão KWh Energia para Exportação Condensação KWh Total KWh B B B B B B B B

43 Estudo de caso: Usina Coruripe filial Iturama (MG) Energia Total Exportada na Safra: Pressão do [bar (a)] Balanço Temp. do [ C] Energia para Exportação (Safra) Cana Safra [ton.] Energia Exportada [kw/t.c.] Total [MWh] B , B , B , B , B , B , B , B ,

44 Estudo de caso: Usina Coruripe filial Iturama (MG) Conclusões: A Biomassa é energia de fonte renovável, apresentando significativa redução das emissões de Gases de Efeito estufa Considerando o potencial do bagaço e do palhiço, o setor sucroenergético poderia estar fornecendo ao Sistema Interligado Nacional MWMd, que equivalem a 23,5% de toda energia hoje consumida no Brasil Um programa de contratação por meio de leilões regionais ou por fonte, concatenado com um plano de modernização das redes, garantindo a conexão desta fonte renovável que é o gargalo histórico para o setor sucroenergético, certamente trarão benefícios líquidos para a sociedade civil em curto prazo de tempo.