PROCESSOS DE COGERAÇÃO Equipamentos, Custos e Potenciais Manoel Regis Lima Verde Leal Centro de Tecnologia Copersucar BNDES 26/08/2003
Energia da Cana 1 TON OF CANA (COLMOS) Energia (MJ) 140 kg de açúcar 2 300 280 kg de bagaço (50% umidade) 2 600 280 kg de palha (50% umidade) 2 600 TOTAL 7 500 (0.165 TEP) 300 milhões de toneladas de cana 50 milhões TEP Nota: Consumo de energia primária no Brasil é de 168 10 6 TEP/ano (BEN 2002)
Alternativas de Aproveitamento Açúcar Álcool Fibra Energia Elétrica e/ou Álcool
Potencial Energético - Resíduos de Cana Produção de cana Produção de bagaço (1) Produção de palha (1) Biomassa Total TEP (2) Mundo (10 6 t) 1 300 360 360 720 150 Brasil (10 6 t) 300 84 84 168 35 Consumo Energia Primária no Brasil 168 10 6 TEP (BEN 2002) (1) 50% de umidade (2) base PCS
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 500 0 10 3 000 700 1 80bar-480C TG Contrapressão Safra 500 40 60 18 000 4 500 6 80bar-480C TG Condensação Ano todo 340 100 150 45 000 6 000 15 BIG/GT Ano todo < 340 200-300 90 000 12 000 30 Obs.: Consumo residencial médio 150 kwh/mês Consumo nacional de energia elétrica 310 10³ GWh/ano (BEN 2002) Moagem anual de 300 milhões de toneladas de cana
Balanço Energético das Alternativas Energia Útil (kwh/tc) Alternativa Eletromecânica Térmica Total EM/ETotal 22bar-300C TG Contrapressão 28 330 358 0,08 80bar-480C TG Contrapressão 90 330 420 0,21 80bar-480C TG Condensação 180 230 410 0,44 BIG/GT 333 184 517 0,64
Diagrama das Tecnologias Convencional cogeração só safra Condensação/Extração geração ano todo BIG/GT geração ano todo
Convencional Cogeração Safra Vapor 82 bar TG Extração e contrapressão Vapor 22 bar Bagaço Processo Caldeira Vapor 2,5 bar Turbinas AM
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
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
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 20 125 150 85 115 kwh térm /tc 40 260 320 300 415
Layout Convencional BIG/GT
Layout - convencional
Layout BIG/GT
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$ 2 500 / kwinst.
Perspectivas de Melhorias e Redução de Custos do BIG/GT Curva de aprendizado Melhoria nas turbinas a gás Co-combustão com Gás Natural
FONTE: NAKICENOVIC ET. AL. Curvas de Aprendizado
Geração com Bagaço e Gás Natural
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
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.
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
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
Aspectos Econômicos 1 t de cana R$ 80 l álcool 56 50 a 150 kwh 5 a 15 25 a 75 kg CO 2 evitado 0,40 a 1,20
Agricultura Indústria Balanço Energético da Produção e Etanol produzido Excedente de bagaço Processamento da Cana Fluxos Externos de Energia Valores Médios Consumo MJ/tc 190 46 Produção MJ/tc 1 996 175 Melhores Valores Consumo MJ/tc 176 36 Produção MJ/tc 2 045 329 Totais 236 2 171 212 2 374 Produção/Consumo 9,2 11,2 Nota: Etanol de milho = 1,3 (USDA, 2002)
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) + 4 700 + 220 + 880-34 480-19 070 47 750 Esta redução nas emissões de CO 2 (equivalente) corresponde a quase 20% de todas as emissões de combustíveis fósseis no Brasil
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
FIM Obrigado!