Cogeração de Energia no Setor Sucroalcooleiro

Apresentação em tema: "Cogeração de Energia no Setor Sucroalcooleiro"— Transcrição da apresentação:

1 Cogeração de Energia no Setor Sucroalcooleiro
Joaquim E. A. Seabra FEM / UNICAMP

2 Escopo da apresentação
Geração de eletricidade e cogeração a partir da biomassa: situação atual e perspectivas, no Mundo. Geração de eletricidade e cogeração a partir da biomassa no Brasil. Cogeração a partir da biomassa residual da cana: situação atual e potencial. Cogeração e MDL. Tecnologia BIG-GT(CC). Segunda geração x eletricidade.

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4 Experiências mundiais relevantes
Em todo o mundo, boa parte da geração de eletricidade a partir da biomassa está baseada em resíduos, principalmente no próprio local onde estes são disponibilizados. Assim, grande parte da capacidade existente está nas usinas de açúcar e álcool, nas indústrias de celulose, e com emprego de resíduos sólidos urbanos, seja a partir de sua incineração ou a partir do aproveitamento dos gases gerados na sua decomposição.

5 Geração de eletricidade no Cenário de Referência WEO 2009
Biomassa para energia elétrica cresce de 259 TWh em 2007 para TWh em A maior parte vem de plantas de CHP; outras áreas de uso incluem co-firing em plantas a carvão e gás de aterro.

6 Fração de renováveis na geração de energia elétrica

7 Capacidade instalada

8 Investimento em fontes renováveis para eletricidade

9 Comparação com cenário 450

10 Comparação com cenário 450

11 Tecnologias e perspectivas
No presente, a tecnologia majoritária é a dos ciclos a vapor. As UTEs a biomassa são uma ordem de grandeza menores do que as UTEs a carvão, com impacto sobre os custos de capital. São menos eficientes: rendimentos da ordem de 50% das UTEs a carvão (40-50%). As tecnologias comerciais mais eficientes são cogeração e co- firing. As maiores expectativas estão nos ciclos baseados na gaseificação da biomassa (tecnologia não comercial, com apenas uma unidade construída até hoje).

12 Sistemas de potência a vapor

13 Potência e calor

14 Cogeração

15 Tecnologias e perspectivas
A viabilidade da geração de eletricidade a partir da biomassa depende do custo da biomassa, e do custo da instalação. Se não houver biomassa residual, e/ou a baixo custo, as perspectivas são limitadas. No caso de biomassa residual, não há emissões de GEE associadas à biomassa. Nesse caso, a redução das emissões depende da tecnologia de geração que é deslocada. Se for preciso plantar, transportar biomassa, etc., as emissões evitadas serão menores. Custos de geração de 20 US$/MWh no caso de co-firing (em situações favoráveis; baixíssimos custos de emissões evitadas) e de US$/MWh no caso de BIG-GT (estimativas; altos custos de emissões evitadas).

16 Geração de eletricidade a partir da biomassa – Brasil
4,5% da geração total em 2006. 4,5% da capacidade total instalada em Novembro de 2008. 4,6 GW, sendo 3,4 GW nas usinas de cana, 0,86 GW nas indústrias de celulose e papel e 0,24 GW com resíduos de madeira. + 42 MW com biogás e 25 MW com casca de arroz. Walter (2009)

17 Perspectivas para o Brasil
Os custos de produção de biomassa são mais baixos no Brasil em relação a vários países do Mundo, mas o nicho aqui também está no aproveitamento dos resíduos. O sistema elétrico brasileiro tem particularidades que reduzem o potencial econômico da geração a partir da biomassa. O sistema elétrico precisa de complementação térmica, com unidades flexíveis, o que não é o caso da cogeração com resíduos. O aproveitamento de resíduos onde estão disponíveis, inclusive com geração de eletricidade excedente, não deve ser solução geral, mas pode ter grande importância local ou regional.

18 Cogeração a partir da biomassa residual da cana
A figura ao lado mostra a evolução da produção de eletricidade a partir da biomassa residual da cana (bagaço, principalmente), a partir de 1990. Há comercialização de eletricidade excedente desde Em termos médios, só em as usinas brasileiras atingiram a auto-suficiência. Walter (2009)

19 Cogeração a partir da biomassa residual da cana – tecnologia básica

20 Cogeração a partir da biomassa residual da cana – uma boa configuração
Caldeira AP Caldeira MP Bagaço Bagaço Vapor AP Vapor 22 bar Vapor 2,5 bar Processos

21 Cogeração a partir da biomassa residual da cana – a “melhor” configuração
Caldeira AP Melhor tecnologia “comercialmente” disponível: (i) geração de vapor a > 60 bar, 450°C, (ii) redução da demanda de vapor de processo para kgv/tc, ou menos, (iii) eletrificação dos processos de acionamento mecânico, e (iv) queima conjunta de bagaço e palha da cana. Bagaço / palha Vapor AP Vapor 2,5 bar Cond. Processos

22 Problemas (potenciais) para queima da palha

23 Componentes

24 Rendimentos CTC (2001)

25 Investimento EPE (2008)

26 Rendimentos e custos da eletricidade excedente
Seabra (2008)

27 Plano Decenal de Energia 2019
Energia contratada x potencial técnico de bagaço de cana-de- açúcar EPE (2010)

28 Plano Nacional de Energia 2030
Geração de energia elétrica excedente a partir da biomassa do setor sucroalcooleiro. Segundo as tecnologias de geração termelétrica empregadas na expansão e renovação no parque industrial do setor sucroalcooleiro – GWh/ano EPE (2007)

29 Comparando resultados e potencial
A figura ao lado mostra uma comparação de resultados associados a diferentes alternativas de geração de eletricidade por cogeração. A relação entre a situação de auto-suficiência e a potencial geração em ciclos BIG-CC é 23, e 13 em relação aos sistemas CEST otimizados. Walter (2007)

30 Redução das emissões de GEE - MDL
Vários projetos de expansão da cogeração em usinas foram submetidos no âmbito do MDL. O cálculo das emissões evitadas segue metodologia aprovada pela UNFCCC.

31 Cálculo da margem combinada

32 Esquema da operação em um dia
Walter (2007)

33 Fatores de emissão

34 Emissões para plantas de geração
Weisser (2007)

35 CARB LUC: 46 g CO2eq/MJ California ARB (2009)

36 US EPA EPA (2010)

37 Ciclos combinados

38 O desafio do desenvolvimento tecnológico – e.g., BIG-CC

39 B-IGCC aquecimento indireto
Jin et al. (2009)

40 B-IGCC pressurizado Jin et al. (2009)

41 Eficiências e custos projetados
Jin et al. (2009)

42 Exemplos de biorrefinarias de cana
Juice processing Cane juice Ethanol Cane trash Bagasse Mill’s power plant Electricity option: Power plant Electricity Steam surplus Ethanol option: Biochem. conversion plant OR Adjacent plant Juice processing Cane juice Ethanol Bagasse Mill’s power plant Electricity Steam surplus

43 Plantas anexas Seabra and Macedo (2011); Macedo and Seabra (2008)

44 Aproveitamento da biomassa
Parameter Units 2006 2020 Electricity 2020 Ethanol Bagasse use Low pressure cogeneration Advanced cogeneration Biochemical conversion Electricity surplus kWh/tc 9.2 130 50 Trash recovery % total 40% Bagasse surplus 9.6% Ethanol yield L/tc 86 91 124

45 Capacidade de mitigação de emissões de GEE (kg CO2eq/t cana)
Parameter 2006 2020 Electricity 2020 Ethanol Total emissions 42.6 40.0 42.3 Avoided emissions -201.5 -281.8 -310.2 Gasoline displacement -182.2 -76.6 -29.7 Marginal electricity displacement -6.4 -205.1 -280.5 Fuel oil displacement -12.9 0.0 Net avoided emissions -158.9 -241.8 -267.9

46 Capacidade de mitigação de emissões de GEE

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49 Segunda geração x eletricidade
Walter e Ensinas (2010)

50 Rota Termoquímica x Bioquímica
Seabra et al. (2010)

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52 Obrigado!