XIV Seminario de Ahorro de Energía,
Cogeneración y Energía Renovable
México, Octubre 2008
Paulo Costa
Siemens Brasil
Copyright © Siemens AG 2007. All rights reserved.
Índice
Matriz energética de Brasil.
Mercado de azúcar y etanol en Brasil.
Ciclos de vapor típicos: tradicionales, optimizado y actual.
Definición de una planta de cogeneración.
Generación de energía: Producto o Sub-producto?
Ventajas de turbinas de alta presión.
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Fontes: Unica, COGEN, C Procknor
Matriz energética de Brasil - 2007
Otros renovables
3%
Petróleo y
Derivados
36%
Hidroelectricidad
15%
Gas Natural
10%
Carbón
6%
Caña de Azúcar
16%
Biomasa
12%
Uranio
2%
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Fontes: Unica, COGEN, C Procknor
Azúcar y Etanol en Brasil
•Más de 330 ingenios
•Fuertemente
concentrados en
escasos grupos
poderosos
Amazonia
•Sector muy profesional
Zonas de
caña de
azúcar
La región Sur-Centro
representa 87% de la
principal fuente de caña
de azúcar
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•Enfocado en
sustentabilidad y
eficiencia
• Evolución de:
“productores de azúcar “
a “productores de
energía.”
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Fontes: Unica, COGEN, C Procknor
Expectativa del incremento de la producción
Brasileña
2007/08
2015/16
2020/21
491
829
1038
7,8
11,4
13,9
Azúcar (millones ton)
30,7
41,3
45
Consumo Interno
12,1
11,4
12,1
Exportación
18,6
29,9
32,9
Etanol (billones de litros)
22,3
46,9
65,3
Consumo Interno
18,7
34,6
49,6
Exportación
Potencial de Generación de Energía
(MW)
% en la matriz energética de Brasil
3,6
12,3
15,7
1800
11500
14400
3&
15%
15%
Producción de caña de azúcar
(millones/ton)
Área cultivada (millones ha)
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Fontes: Unica, COGEN, C Procknor
Exportación de etanol Brasileño
9
4
Billones
de Litros
8,3
Billones
de Litros
3,4 3,5
7,7
6,6
3
2,4
2,6
7,1
0,8
6,1
6
4,9
4,2
4,2
2
3,0
4,1 3,9
3
1,9
0,8 0,7
0
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
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Exportación Brasileña de
Etanol
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EU
Japón
17
20
16
20
15
20
14
20
13
20
12
20
11
10
09
EUA
20
0
2,6
20
20
08
0,3
20
1
Otros
Proyección de la exportación
Brasileña
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Flota Brasileña por combustible
40
35
Millones de
vehículos
30
25
23,2
24,7
26,1
27,5
28,8
30,2
31,8
33,4
35,2
37,1
20
15
10
5
0
2008
2009
2010
2011
Gasolina
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2012
2013
Etanol
Paulo Costa
2014
2015
2016
2017
Flex
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6
1200
5
1000
90% de los carros nuevos
vendidos son Flexfuel lo que
representa arriba de un 25%
de la flota total.
4
3
800
600
400
2
Venta Acumulada
de vehículos FlexFuel
1
Millones de Litros
Millones de Vehículos
La demanda de etanol esta controlada por la
elección del consumidor
200
0
0
2003
2008
Sources ANP , Unica & ANFAVEA
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mecanización
MW Promedio ,excedentes (x1000)
Crecimiento de la Bioelectricidad
10
8
Tradicional
Mecanizada
6
4
2
0
2007/08
2008/09
2009/10
2010/11
2011/12
2012/13
Suposiciones basadas en los siguientes valores: 1 ton de azúcar produce 250 kg de bagazo +
240 kg de paja, 1 ton de caña (sólo bagazo) genera 85,6 KWh para exportación, 1 ton de
caña (bagazo + paja) generan 199,9 KWh para exportación, el valor calorífico de la paja = 1,7
el poder calorífico del bagazo, factor de capacidad = 0,5. Nota: MWpromedio = MW
capacidad firme
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Sources Unica, Cogen
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Cogeneración en la industria del azúcar
Consumos
Térmico (Vapor saturado a baja temperatura para
ser usado en proceso)
Eléctrico y Mecánico (motores mecánicos y
generación de energía)
Generación Local
Térmica (calderas de biomasa)  Eléctrica y
Mecánica (Turbos de vapor)
Biomasa
 Producida localmente (debido al proceso)
 Suficiente para atender la demanda total
 Biomasa sólida con 50% de humedad
Combustible
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Diagrama típico de un ingenio azucarero- Tradicional
Adoptado por muy pocos ingenios, aún
en existencia, no enfocados a la
generación de energía
Vapor @
21 bar/
280 ºC
Turbo generador
Motores accionados
por turbinas
energía
Caldera
Vapor @2,5 bar saturado
Proceso
Make-up
Agua
Condensado
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Diagrama típico de un ingenio azucareroTradicional
El bagazo aún es considerado como un problema ambiental (debe ser
quemado);
 Calderas de baja presión y temperatura  eficiencia pobre
Unidades de cogeneración con muy baja eficiencia  no suministran
todas las necesidades del ingenio;
Demasiados motores mecánicos accionados con pequeñas turbinas de
vapor  eficiencia pobre
Comportamiento general de la planta de generación (vapor y energía) no
considerado seriamente.
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Diagrama típico de un ingenio azucarero- Optimizado
Turbo generador
Vapor @
65 bar /
480 ºC
~
energía
Turbo generador
~
Adoptado por la
mayoría de los
ingenios
Motores accionados
por turbinas
energía
Caldera
Vapor @2,5 bar saturado
Proceso
Make-up
Agua
Condensado
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Diagrama típico de un ingenio azucarero- Optimizado
Generación de energía más eficiente;
Mejor relación presión/temperatura, sin embargo aún no optimizada y
por debajo de las posibilidades reales;
 Calderas de nueva generación  Eficiencia mediana;
Demasiados motores mecánicos accionados con turbinas pequeñas de
vapor  eficiencia pobre
Comportamiento general de la planta de generación (vapor y energía) sin
un concepto de planta definido
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Diagrama típico de un ingenio azucarero- Actual
Vapor @
65 bar /
480 ºC
Turbo generador
Concepto nuevo ya
siendo adoptado
~
energía
Motorizado
Vapor de
media
presión
condensador
Caldera
Vapor @2,5 bar saturado
Proceso
Agua
Make-up
Condensado
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Diagrama típico de un ingenio azucarero- Actual
La producción de energía es uno de los principales productos del ingenio;
Parámetros de alta presión (presión y temperatura)  Calderas de alta
eficiencia;
 Reemplazo de turbinas de vapor pequeñas por motores eléctricos con
convertidor de frecuencia  Incrementan la eficiencia global de la planta;
La eficiencia es un objetivo común en todo el ingenio  Uso de la paja y
la punta de la caña  Enfocado en equipos de alto comportamiento;
Evaluación técnica de la gasificación de la paja de la caña y el bagazo
 migración a ciclo combinado.
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Fontes: Unica, COGEN, C Procknor
Evolución Técnica
“Tecnología del Bagazo”: quemarlo necesariamente
“Sustentabilidad y tecnología de gran comportamiento”
bioelectricidad, etanol, azúcar y CO2
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Definición de una planta de Cogeneración
Puntos a ser ponderados y considerados:
 Combustible (bagazo sólo o bagazo + paja de la caña);
 Parámetros de vapor;
 Reducción de consumos internos de vapor en todo el ingenio;
Electrificación de los accionadores
 Conexión a la red pública
 Operación del ingenio (sólo en zafra o después de zafra)
 Nuevas tecnologías
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Fontes: Unica, COGEN, C Procknor
Generación de Energía : Producto o Sub producto?
Bagazo (variable)
Energía (media
eficiencia)
Materia Prima
Productos
1 ton caña de azúcar
~ 140 kg Paja
~ 150 kg Azúcar
Ingenio de
azúcar y
etanol
~ 140 kg bagazo
~ 100 kg Azúcar
~ 85 L Etanol
o
Mezcla de
azúcar + etanol
paja
(quemado en sitio)
Sub-productos
• Excedente Bagazo + paja (energía)
• ~ 12 L vinaza por L etanol
• Electricidad variable (energía)
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Fontes: Unica, COGEN, C Procknor
Generación de Energía : Producto o SubProducto?
Bagazo (variable)
Energía (Alta
eficiencia)
Materia Prima
Productos
1 ton caña de azúcar
~ 140 kg paja
Ingenio
“Bioenergético”
• Azúcar
• Etanol (energía)
• Electricidad
~ 150 kg Azúcar
(energía)
~ 140 kg bagazo
• Biogás (energía)
• Otros…
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Experiencia brasileña
Los grupos azucareros se están convirtiendo en ”productores de
energía”, lo cual quiere decir que los ingenios ahora están totalmente
dedicados a la producción de etanol y la generación de energía;
Con el fin de incrementar el comportamiento general del ingenio, la
tendencia actual es enfocarse en la alta eficiencia de los equipos,
desde la caldera hasta la turbina de vapor;
Principales características de los equipos:
 Parámetros de vapor por encima de 85 bar / 500 ºC
 Turbinas de vapor con alabes de reacción
 Producción de energía durante todo el año (o en la mayor parte
del mismo)
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Hablando de Turbogeneradores
Equipo estándar utilizado en proyectos nuevos en Brasil:
 Alabes de reacción;
 92 bar/ 530 ºC
 Utilizar una única unidad de gran tamaño en vez de generar en dos
unidades, asegura la mejor eficiencia del equipo (en vez de 1 turbina
de contrapresión con extracción + 1 turbina de condensación).
Usualmente una turbina de condensación con extracción.
 La selección del equipo es hecha en función del punto de carga más
frecuente
 Las turbinas de condensación son usadas normalmente para asegurar la
generación de energía, no sólo cuando la producción esta activa;
Las inversiones están basadas en un completo panorama económico de
instalación;
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Comparación de Performance x bar/ºC
CALDERA
Turbo Generador de
vapor
P (bar)
21
42
65
> 90
Temp (º C)
300
400
490
> 500
Consumo
especifico kg
vapor / kW
12,5
7,8
5,7
4,74
Energía
Generada
MWh/año
38'400
61'500
84'200
101'300
X
X + 60%
Producción
de azúcar y
etanol
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X + 200% X + 260%
Energía Generada
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Línea de Producción de Siemens
160
ST6
SST-600
SST-400
140
Presión de vapor [bar]
120
ST4
140 bar/540 °C
140 bar/540 °C
Tipo HN
120 bar/520 °C
ST5
SST-300
110 bar/510 °C
100
ST3
80
Tipo N
80 bar/480 °C
ST2
60
SST-200
65 bar/480 °C
ST7
30 bar/350 °C
40
20
SST-100
Tipo WK
0
3
4
5 6 7 8 910
20
30
40 50 60 80 100
150 180
Potencia [MW]
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Referencias Recientes (Condensación + extracción)
Cliente
Vale do Rosário
Vale do Rosário
Destilaria Pioneiros
Colorado
Usina Santa Cruz
Paramonga
Destilaria Pioneiros
Destilaria Pioneiros
Bahiasul
Klabin
Propal
Lages
Açominas
Usiminas
Segmento
Azúcar y Etanol
Azúcar y Etanol
Azúcar y Etanol
Azúcar y Etanol
Azúcar y Etanol
Azúcar y Etanol
Azúcar y Etanol
Azúcar y Etanol
Pulpa y Papel
Pulpa y Papel
Pulpa y Papel
Generación de Energía
Metalúrgica
Metalúrgica
País
Brasil
Brasil
Brasil
Brasil
Brasil
Perú
Brasil
Brasil
Brasil
Brasil
Colombia
Brasil
Brasil
Brasil
Pot (MW)
25
25
32
43
25
23
25
25
61
72
15
28
30
61
Más de 700 referencias mundiales de turbinas de
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condensación con extracción
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Componentes de la turbina
Buchas
Laberinto
Cuerpo del
cojinte
posterior
Porta-alabes
Carcaza –
Fundida
Carcaza –
Fundida
Cuerpo del
cojinete
anterior
Válvula Cierre
rápido
Rotor
Caja del
segmento
inyector
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Valv. Control
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