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

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PRODUÇÃO DE VAPOR E ELETRICIDADE – A EVOLUÇÃO DO SETOR SUCROALCOOLEIRO

Divulgação Livre – Divulgar a Fonte

Helcio M. Lamonica

II GERA: Workshop de Gestão de Energia e Resíduos na Agroindustria Sucroalcooleira

FZEA - USPPirassununga, 12 de junho de 2007

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•• Em 2004 a Em 2004 a CopersucarCopersucar abriu para o mercado abriu para o mercado nacional o seu Centro de Tecnologia, nacional o seu Centro de Tecnologia, constituindo o Centro de Tecnologia Canavieira.constituindo o Centro de Tecnologia Canavieira.

•• O O Centro de Tecnologia Canavieira Centro de Tecnologia Canavieira -- CTCCTC éévoltado a P&D de tecnologias para a produvoltado a P&D de tecnologias para a produçção e ão e transformatransformaçção da canaão da cana--dede--aaçúçúcar.car.

•• Atualmente mais de 159 associados compõem o Atualmente mais de 159 associados compõem o novo novo CTCCTC, representando 50% da produ, representando 50% da produçção total ão total do Brasil.do Brasil.

Centro de Centro de TecnologiaTecnologiaCanavieiraCanavieira

Base: Base: AtualizadoAtualizadoememjunho/2007junho/2007

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FabricaFabricaçção de Aão de Açúçúcar e car e ÁÁlcoollcool

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Matéria Prima

• Cana-de-açúcar

Tabela 1 - Composição média da cana-de-açúcar.

Composição Teor (%)

Água 65 - 75 Açúcares 11 - 18 Fibras 8 - 14 Sólidos solúveis 12 - 23

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Fluxograma Geral do Processo

AÇÚCAR

ÁLCOOL ETÍL ICO

FLUXOGRAMA DE PROCESSO - AÇÚCAR E ÁLCOOL

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Uso da Energia na UsinaUso da Energia na Usina

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Energia Consumida na Usina

• Usina necessita de duas formas básicas de energia:– Eletromecânica (acionamentos, iluminação, etc.)

– Térmica (aquecimento, evaporação, cozimento, etc.)

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Como obter esta energia ?

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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 �

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Avaliação Caldeiras – CTC - 1981

432433% total

787066Eficiência %

22, 28022, SAT10 a 19,

SATP bar, T ºC

Grupo CGrupo BGrupo A

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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 ☺

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Isto é COGERAÇÃO de energia !

• Cogeração é a obtenção, integrada, de mais de uma forma de energia a partir de um único combustível

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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

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Distribuição de Energia na Usina 22 bar

BagaçoTotal

580 kWh/tc(100%)

BagaçoConsumido477 kWh/tc

(83%)

Bagaço Reserva62 kWh/tc (10%)

Bagaço Excedente41 kWh/tc (7%)

Energia TérmicaProcesso

330 kWh/tc (57%)

Perdas119 kWh/tc(21%)

EnergiaEletromecânica28 kWh/tc (5%)

Relação Potência / Calor 0,085

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Fluxograma –22 bar

Bagaço Caldeira

TG – Contrapressão

Vapor 22 bar

Vapor 2,5 bar

Processo

Turbinas AM

Operação só na safraSobra bagaçoExportaçãomáx E.E. 10 kWh/tcOtimizado

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Potencial de GeraPotencial de Geraçção de Energia ão de Energia ElEléétrica do Setortrica do Setor

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Produção de Cana-de-açúcar - Brasil

200

220

240

260

280

300

320

340

360

380

400

90/9

1

91/92

92

/93

93/94

94

/95

95/9

6 96

/97

97

/98

98/99

99

/00

00/0

101

/02

02/0

303

/0404

/0505

/06M

t

Fonte: www.unica.com.br, 11/06/2007

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Áreas Cultivadas – Cana-de-açúcar

Fonte: Sordi, R. CTC - 2005

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Imagem de Satélite Índice de Vegetação (NDVI)

Sensoriamento remoto – imagens de satélite

Cana-de-açúcar na Região Centro-sul

Fonte: Sordi, R. CTC - 2005

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Cana

FOLHAS SECAS

PONTEIRO

FOLHAS VERDES

COLMO

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Energia da Cana

1 TON DE CANA (COLMOS) Energia (MJ)

• 140 kg de açúcar 2 300• 280 kg de bagaço (50% umidade) 2 500• 280 kg de palha (50% umidade) 2 500

TOTAL 7 300 (0.174 tep)

386,6 milhões de toneladas de cana (05/06) 67 10 6 tep/ano

Produção de energia primária no Brasil: 200 10 6 tep/ano

Fontes: Unica e MME BEN 2006 – ano base 2005

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Alternativas de Aproveitamento Energético

• Açúcar Álcool

• Fibra Energia Elétrica e/ou Álcool

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Balanço Energético da Produção e Processamento da Cana

Valores Médios

8,3Produção/Consumo

2 087251Totais

168Excedente de bagaço

1 919Etanol produzido

49Indústria

202Agricultura

Produção MJ/tc

Consumo MJ/tc

Fluxos Externos de Energia

Nota: Etanol de milho = 1,3 (USDA, 2002)Atualização – outubro 2003

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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

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Convencional – Cogeração Safra

Bagaço Caldeira

TG – Extração e contrapressão

Vapor 82 bar

Vapor 22 bar

Vapor 2,5 bar

Processo

Turbinas AM

Operação só na safraSobra bagaçoExportaçãomáx E.E. 40 kWh/tc

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Evolução da Exportação de EnergiaElétrica do Setor na Área da CPFL

3 10 7 17 26 27 4952 57 70 90 100 113

190

360

800

1400

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

GWh/year 6.1% do mercado da CPFL

Programa de cogeração da CPFL

~ 80% das Usinas do estado de São Paulo estão na área daCPFL; o estado de São Paulo produz~ 60% da produção Brasileira de cana.Fonte:Xavier, B. (2004). “Histórico da co-geração com biomassa na CPFL”

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Exportação E.E. Centro-Sul – 2006/07

0500

100015002000250030003500

GW

h / s

afra

2005/2006 2006/2007

Excedente de Energia Gerado por 37% das usinas

Fonte: CMAI – CTC, 2007

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Exportação E.E. Centro-Sul – 2006/07

0100200300400500600700800900

MW

méd

ios

/ mês

Abril Junho Agosto Outubro Dezembro

Excedente de Energia Gerado por 37% das usinas

2005/2006 2006/2007

Fonte: CMAI – CTC, 2007

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Geração de Grandes Excedentes

• Caldeiras de alta pressão• Turbogeradores de extração e condensação• Exportação de E.E. ano todo (safra e entre-

safra)• Utilizar outros ciclos térmicos (gaseificação/

ciclo combinado)• Reduzir consumo de vapor do processo• Obter combustível complementar

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Uso da Palha da Cana-de-açúcar

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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

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Convencional – Condensação

BagaçoPalha

Caldeira

TG – Extração e condensação

Vapor 82 bar Vapor 22 bar

Vapor 2,5 bar

Processo

Turbinas AM

Condensador

Torre de resfriamento

ExportaçãoE.E. 100 kWh/tc

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BIG/GT – ano todoBagaçoPalha

TG – Extração e condensação

Vapor 82 bar

Vapor 22 bar

Vapor 2,5 bar

Processo

Turbinas AM

Condensador

Sistema deGaseificaçãoe Limpeza

de Gás

Caldeira de recuperação de

calor

TG a gás

Gás limpo

Torre de resfriamento

ExportaçãoE.E. 300 kWh/tc

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Alternativas de Geração em Usinas

MWGWh

3214 500110 000200 - 300< 340Ano todoBIG/GT

167 20054 000100 – 150340Ano todo80bar-480C

TG Condensação

65 50022 00040 – 60500Safra80bar-480C

TG Contrapressão

19003 6000 – 10500Safra22bar-300C

TG Contrapressão

% Consumo

Brasil

Potencial BrasilExcedente Energia kWh/tc

Consumo Processo kgv/tc

OperaçãoTecnologia

Obs.: Consumo residencial médio 150 kWh/mêsConsumo nacional de energia elétrica 342 10³ GWh/ano (BEN 2004)Moagem anual de 360 milhões de toneladas de cana

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Aspectos Econômicos – 1 t de cana

0,40 a 1,2025 a 75 kg CO2 evitado (R$ 15 / t CO2)

5 a 1550 a 150 kWh (R$ 100 / MWh)

5680 l álcool (R$ 0,70 / l)

R$

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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

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Obrigado !

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