GERAÇÃO DE ELETRICIDADE A PARTIR DA BIOMASSA...
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Ttulo da Apresentao
Autor
Escolha uma restrio e apague as outrasUso Exclusivo do(a) CTC ou Associada ou reaUso Exclusivo das Associadas ao CTCDivulgao Livre
GERAO DE ELETRICIDADE A PARTIR DA BIOMASSA DA
CANA-DE-ACAR
Divulgao Livre Divulgar a Fonte
Helcio M. Lamonica
BioeletricidadeA segunda revoluo energtica da cana-de-acar
Rio de Janeiro, 24 de novembro de 2005
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 voltado a P&D de tecnologias para a produvoltado a P&D de tecnologias para a produo e o e transformatransformao da canao da cana--dede--aacar.car.
Atualmente mais de 114 associados compAtualmente mais de 114 associados compem o em o novo novo CTCCTC, representando 151 milh, representando 151 milhes t cana es t cana momoda e 1,7 10da e 1,7 1066 ha de ha de rea plantada, rea plantada, representando, respectivamente, 42% e 33% da representando, respectivamente, 42% e 33% da produproduo total do Brasil.o total do Brasil.
Centro de Centro de TecnologiaTecnologia CanavieiraCanavieira
Base: Base: safrasafra 2003/04 2003/04 -- AtualizadoAtualizado emem out/2005out/2005
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Fabricao de Acar e lcoolFabricao de Acar e lcool
Matria Prima Cana-de-acar
Tabela 1 - Composio mdia da cana-de-acar.
Composio Teor (%) gua 65 - 75 Acares 11 - 18 Fibras 8 - 14 Slidos solveis 12 - 23
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Fluxograma Geral do Processo
ACAR
LCOOL ETLICO
FLUXOGRAMA DE PROCESSO - ACAR E LCOOL
Uso da Energia na UsinaUso da Energia na Usina
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Energia Consumida na Usina Usina necessita de duas formas bsicas de
energia: Eletromecnica (acionamentos, iluminao,
etc.) Trmica (aquecimento, evaporao, cozimento,
etc.)
Como esta energia obtida ? Usina obtm toda energia trmica e
eletromecnica a partir da combusto do bagao.
Como ? Gera vapor a uma presso superior a necessria
no processo Este vapor expandido em turbinas a vapor
sendo convertido em energia mecnica/eltrica O calor rejeitado no escape das turbinas fornece
a energia trmica necessria ao processo
autosuficiente em energiaJ
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Cenrio Mdio Atual (2001/02)
Presso de operao: 22 bar / 300 C Auto-suficiente em energia trmica e eltrica
Consumo de energia eltro-mecnica: 28 kWh/tc Consumo de energia trmica: 330 kWh/tc
(equivalente a 500 kg vapor / tc)
Sobra de bagao: 7 % No utiliza palha
Distribuio de Energia na Usina
BagaoTotal
580 kWh/tc(100%)
BagaoConsumido477 kWh/tc
(83%)
Bagao Reserva62 kWh/tc (10%)
Bagao Excedente41 kWh/tc (7%)
Energia TrmicaProcesso
330 kWh/tc (57%)
Perdas119 kWh/tc(21%)
EnergiaEletromecnica28 kWh/tc (5%)
Relao Potncia / Calor 0,085
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Fluxograma Atual 22 bar
Bagao Caldeira
TG Contrapresso
Vapor 22 bar
Vapor 2,5 barProcesso
Turbinas AM
Operao s na safraSobra bagaoExportaomx E.E. 10 kWh/tcOtimizado
Potencial de Gerao de Energia Potencial de Gerao de Energia Eltrica do SetorEltrica do Setor
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Produo de Cana-de-acar - Brasil
200220240260280300320340360380400
90/91
91/92
92/93
93/94
94/95
95/96
96/97
97/98
98/99
99/00
00/01
01/02
02/03
03/04
04/05
Mt
Fonte: www.unica.com.br, 1/03/2005
reas Cultivadas Cana-de-acar
Fonte: Sordi, R. CTC - 2005
http://www.unica.com.br
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Imagem de Satlite ndice de Vegetao (NDVI)
Sensoriamento remoto imagens de satlite
Cana-de-acar na Regio Centro-sul
Fonte: Sordi, R. CTC - 2005
Produo Energia Primria BRASIL (%)
22Outras NR5136Petrleo + GN5338No Renovvel:
20031990
1729Outras R1617Produtos da cana1416Hidrulica4762Renovvel:
184108Total (milhes TEP)Fonte: BEN 2004
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Cana
FOLHAS SECAS
PONTEIRO
FOLHAS VERDES
COLMO
Energia da Cana
1 TON DE CANA (COLMOS) Energia (MJ)
140 kg de acar 2 300 280 kg de bagao (50% umidade) 2 500 280 kg de palha (50% umidade) 2 500
TOTAL 7 300 (0.16 TEP)
360 milhes de toneladas de cana 58 milhes TEP
Nota: Consumo de energia primria no Brasil de 200 10 6 TEP/ano (BEN 2004)
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Potencial Energtico - Resduos de Cana
Produo de cana (1)Produo de bagao (2)Produo de palha (2)Biomassa TotalTEP (3)
Mundo(106 t)1 320370370740158
Brasil(106 t)
36010110120243
Consumo Energia Primria no Brasil 200 106 TEP (BEN 2004)(1) Fonte: FAOSTAT 2004 p/ Mundo e UNICA p/ Brasil(2) 50% de umidade (3) base PCI 2 130 kcal/kg (BEN 2004)
Alternativas de Aproveitamento Energtico
Acar lcool
Fibra Energia Eltrica e/ou lcool
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Balano Energtico da Produo e Processamento da Cana
Valores Mdios
8,3Produo/Consumo
2 087251Totais
168Excedente de bagao1 919Etanol produzido
49Indstria202Agricultura
Produo MJ/tc
Consumo MJ/tc
Fluxos Externos de Energia
Nota: Etanol de milho = 1,3 (USDA, 2002)Atualizao outubro 2003
Como aumentar a Exportao de Energia Eltrica em Cogerao ?
Aumentar a eficincia das turbinas a vapor Aumentar a presso do vapor vivo Uso de turbinas de extrao e contrapresso
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Convencional Cogerao Safra
Bagao Caldeira
TG Extrao e contrapresso
Vapor 82 bar
Vapor 22 bar
Vapor 2,5 barProcesso
Turbinas AM
Operao s na safraSobra bagaoExportaomx E.E. 40 kWh/tc
Evoluo da Exportao de EnergiaEltrica do Setor na rea 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 cogerao da CPFL
~ 80% das Usinas do estado de So Paulo esto na rea da CPFL; o estado de So Paulo produz~ 60% da produo Brasileira de cana.Fonte:Xavier, B. (2004). Histrico da co-gerao com biomassa na CPFL
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Gerao de Grandes Excedentes
Caldeiras de alta presso Turbogeradores de extrao e condensao Exportao de E.E. ano todo (safra e entre-
safra) Utilizar outros ciclos trmicos (gaseificao/
ciclo combinado) Reduzir consumo de vapor do processo Obter combustvel complementar
Uso da Palha da Cana-de-acar
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Disponibilidade de Palha Produtividade mdia da cana: 82,4 t/ha Palha disponvel (base seca): 11,5 t/ha Palha % de cana (base seca): 14%
Obs.: Valores mdios para as variedades plantadas no Brasil Cana de ano e meio (mdia de 5 cortes)
Atualizao outubro 2003
Principais Caractersticas da Palha
- Umidade No corte : 50% Aps uma semana no solo : < 15%
- Poder calorfico inferior (PCI - kcal/kg) No corte : 1.800 Com 15% umidade : 3.100
- Teor de cinzas : < 5% base mida- Eficincia 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 agrcolas)
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Impactos Agrcolas do Colcho de Palha
Positivos Proteo do solo contra
eroso Reduo da amplitude da
variao trmica Incentivo ao aumento da
atividade biolgica Aumento das taxas de
infiltrao de gua no solo Reduo da evaporao Controle de ervas daninhas
Negativos Riscos de incndio Dificuldade para execuo de
algumas operaes agrcolas Retardamento ou falha na
brotao (reduo produtividade)
Aumento das populaes de praga (cigarrinha)
Convencional Condensao ano todo
BagaoPalha
Caldeira
TG Extrao e condensao
Vapor 82 bar Vapor 22 bar
Vapor 2,5 barProcesso
Turbinas AM
Condensador
Torre de resfriamento
ExportaoE.E. 100 kWh/tc
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BIG/GT ano todoBagaoPalha
TG Extrao e condensao
Vapor 82 barVapor 22 bar
Vapor 2,5 barProcesso
Turbinas AM
Condensador
Sistema deGaseificaoe Limpeza
de Gs
Caldeira de recuperao de
calor
TG a gs
Gs limpo
Torre de resfriamento
ExportaoE.E. 300 kWh/tc
Alternativas de Gerao em Usinas
MWGWh
3214 500110 000200 - 300< 340Ano todoBIG/GT
167 20054 000100 150340Ano todo80bar-480C
TG Condensao
65 50022 00040 60500Safra80bar-480C
TG Contrapresso
19003 6000 10500Safra22bar-300C
TG Contrapresso
% Consumo
Brasil
Potencial BrasilExcedente Energia kWh/tc
Consumo Processo
kgv/tcOperaoTecnologia
Obs.: Consumo residencial mdio 150 kWh/msConsumo nacional de energia eltrica 342 10 GWh/ano (BEN 2004)Moagem anual de 360 milhes de toneladas de cana
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Biodiesel - Integrao com Usina Acar e lcool
Integrao Biodiesel x Usina
Produo de Gros
Infraestrutura Agrcola
Logstica
Produode
Biodiesel
Vapor
Energia Eltrica
gua
At B100 frota
lcool
Biodiesel
Infraestrutura Industrial
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Aspectos Econmicos 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 lcool (R$ 0,70 / l)
R$
Usina Moderna
Eletrificao de acionamentos Reduo do consumo de vapor de processo Colheita de cana sem queimar com
recolhimento de palha Uso do biogs Uso do gs natural Outros produtos
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Produo de cana no Brasil
0
100
200
300
400
500
600
700
90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12
Ano
Milh
es
de to
nela
das
Produo Estimativa
Expectativa de Crescimento
ComentriosHoje no Brasil existem
~320 usinas
Menos de 10%Exportam Energia Eltrica
600 MW (s safra)
Se 100% exportassem E.E. com a tecnologia comercial:4.000 MW (s safra, em cogerao, s bagao)
Potencial para 600 milhes de t de cana com a tecnologia comercial:6.000 MW (s safra, em cogerao, s bagao)
Como as novas usinas esto investindo na produo de E.E. ?
Por que ?
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FIM
Obrigado [email protected]://www.ctc.com.br
Legislao sobre queimaCronograma de Reduo da Queima Decreto Federal 2.661 e Lei Estadual 11.241
0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%
100%
2002
2004
2006
2008
2010
2012
2014
2016
2018
2020
2022
2024
2026
2028
2030
2032
Federal Mecan.SP MecanizvelSP No Mecaniz.
mailto:[email protected]://www.ctc.com.br
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Fonte: IDEA (1997 to 2002)
CTC (2003 to 2004)
Evoluo da colheita de cana sem queima (97 a 04)Evoluo da Colheita de Cana Sem Queimar
0,0%
5,0%
10,0%
15,0%
20,0%
25,0%
30,0%
1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
So PauloCentro-Sul
PRODUTIVIDADE - BRASIL
40,00
45,00
50,00
55,00
60,00
65,00
70,00
75,00
80,00
85,00
75/76 80 90 97/98 00 04/05
tce
lts/h
ecta
re
2,503,003,504,004,505,005,506,006,507,007,50
m3/
hect
are
lts de lcool/tc tc/hectare m3 /hectare
Investimentos em tecnologias e pesquisa da ordem de US$40 miLhes/ano
Ganhos de produtividade
3,00 % a.a
5,66% a.a 1,83 % a.a 2,33 % a.a
1,90 % a.a
Aumento de Produtividade
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PRODUO BRASILEIRA DE CANA, ACAR E LCOOL
Evoluo da Produo Brasileira de Cana, Acar e lcool
0
50.000
100.000
150.000
200.000
250.000
300.000
350.000
70/7
1
72/7
3
74/7
5
76/7
7
78/7
9
80/8
1
82/8
3
84/8
5
86/8
7
88/8
9
90/9
1
92/9
3
94/9
5
96/9
7
98/9
9
00/0
1
02/0
3
Safra
Can
a x
103 (
t)
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
Au
car (
t ) e
lc
ool
(m3)
x
103
Cana Acar lcool Total
Balano Energtico das Alternativas
0,64517184333BIG/GT
0,4441023018080bar-480C TG Condensao
0,214203309080bar-480C TG Contrapresso
0,083583302822bar-300C TG Contrapresso
EM/ETotalTotalTrmicaEletromecnicaAlternativa
Energia til (kWh/tc)
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Composio do Gs do BIG
48 %N2
6 %H2O
12 %H2
14 %CO2
15 %CO
4 %CH4
1 %C2H4
PCI 5,1 MJ/Nm3
% em volume base seca
Fluxograma BsicoSistema de Gaseificao
Resfriador
Filtro
Lavadorde
Gases
Gs limpopara a turbina
a gs
BagaoPalha
Gaseificador Craqueador
Secador
Gases de escapeda caldeira de recuperao
Gs
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24
BIG/GT - Integrado Usina
G
Ar
guaVapor para
Usina
Bagao
Gaseificador
Palha
Gs
Gs exausto
BagaoPalha
SecadorTurbina a gs
Caldeira de RecuperaoConsumo:
37 t bag/h (U 50%) Produo:
16 MW + 72 tv/h - 22 bar / 300 C