Copyright © Siemens AG 2007. All rights reserved. XIV Seminario de Ahorro de Energía, Cogeneración y Energía Renovable México, Octubre 2008 Paulo Costa

Copyright © Siemens AG 2007. All rights reserved.

XIV Seminario de Ahorro de

Energía, Cogeneración y Energía

RenovableMéxico, Octubre 2008

Paulo CostaSiemens Brasil

Page 2 Oct 08 E O SU SL8Paulo Costa

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.


Matriz energética de Brasil - 2007

Otros renovables3%

Caña de Azúcar16%

Carbón6%

Gas Natural10%

Petróleo y Derivados

36%

Uranio2%

Biomasa12%

Hidroelectricidad15%

Fontes: Unica, COGEN, C Procknor


Azúcar y Etanol en Brasil

Amazonia

Zonas de caña de azúcar

Back

•Más de 330 ingenios

•Fuertemente concentrados en escasos grupos poderosos

•Sector muy profesional

•Enfocado en sustentabilidad y eficiencia

• Evolución de: “productores de azúcar “ a “productores de energía.”La región Sur-Centro

representa 87% de la principal fuente de

caña de azúcar



Expectativa del incremento de la producción Brasileña

2007/08 2015/16 2020/21

Producción de caña de azúcar (millones/ton)

491 829 1038

Área cultivada (millones ha) 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 3,6 12,3 15,7

Potencial de Generación de Energía (MW)

1800 11500 14400

% en la matriz energética de Brasil 3& 15% 15%



Exportación de etanol Brasileño

0,3

0,8 0,7

2,42,6

3,4 3,5

0

1

2

3

4

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

0

3

6

9

EUA EU Japón Otros

Exportación Brasileña de Etanol

Billones de Litros

Billones de Litros

Proyección de la exportación Brasileña

2,6

1,9

3,0

0,8

4,2 4,1 3,9

4,9

6,16,6

7,17,7

8,3

4,2



Flota Brasileña por combustible

0

5

10

15

20

25

30

35

40

2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017

Gasolina Etanol Flex

23,2 24,726,1

27,528,8

30,231,8

33,435,2

37,1Millones de vehículos



La demanda de etanol esta controlada por la elección del consumidor

0

1

2

3

4

5

6

0

200

400

600

800

1000

1200

90% de los carros nuevos vendidos son Flexfuel lo que representa arriba de un 25%

de la flota total.

Venta Acumulada de vehículos Flex-

Fuel

Venta

s dom

éstic

as d

e

etan

ol

Mill

on

es d

e V

ehí

culo

s

Mill

on

es d

e L

itro

s

2003 2008Sources ANP , Unica & ANFAVEA



Crecimiento de la Bioelectricidad

0

2

4

6

8

10

2007/08 2008/09 2009/10 2010/11 2011/12 2012/13

TradicionalMecanizada

me

can

iza

ció

n

MW

Pro

me

dio

,exc

ed

ente

s (x

1000

)

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

Sources Unica, Cogen



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)

Combustible Biomasa Producida localmente (debido al proceso) Suficiente para atender la demanda total Biomasa sólida con 50% de humedad


Proceso

Turbo generador Motores accionados por turbinas

energía

Vapor @2,5 bar saturado

Caldera

Make-up Agua

Condensado

Diagrama típico de un ingenio azucarero- Tradicional

Vapor @ 21 bar/ 280 ºC

Adoptado por muy pocos ingenios, aún en existencia, no enfocados a la

generación de energía

Adoptado por muy pocos ingenios, aún en existencia, no enfocados a la

generación de energía


Diagrama típico de un ingenio azucarero- Tradicional

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.


Proceso

Turbo generador Motores accionados por turbinas

energía

Vapor @ 65 bar / 480 ºC


Caldera

Make-up Agua

Condensado

Diagrama típico de un ingenio azucarero- Optimizado

~

~ Adoptado por la mayoría de los

ingenios

Adoptado por la mayoría de los

ingeniosenergía

Turbo generador


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


Proceso

Motorizado

Vapor @ 65 bar / 480 ºC


Caldera

Agua Make-up

Condensado

Diagrama típico de un ingenio azucarero- Actual

Concepto nuevo ya siendo adoptado

Concepto nuevo ya siendo adoptado

energía

Turbo generador

~

condensador

Vapor de media

presión


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.


Evolución Técnica

“Tecnología del Bagazo”: quemarlo necesariamente

“Sustentabilidad y tecnología de gran comportamiento” bioelectricidad, etanol, azúcar y CO2



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


Ingenio de azúcar y etanol

Generación de Energía : Producto o Sub -producto?

Bagazo (variable)

Energía (media eficiencia)

Materia Prima

1 ton caña de azúcar

~ 140 kg Paja

~ 150 kg Azúcar

~ 140 kg bagazo

Productos

~ 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)



Generación de Energía : Producto o Sub-Producto?

Ingenio “Bioenergético”

Bagazo (variable)

Energía (Alta eficiencia)

Materia Prima

1 ton caña de azúcar

~ 140 kg paja

~ 150 kg Azúcar

~ 140 kg bagazo

Productos

• Azúcar

• Etanol (energía)

• Electricidad (energía)

• Biogás (energía)

• Otros…



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)


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;


Comparación de Performance x bar/ºC

CALDERA

Turbo -Generador de

vapor

Producción de azúcar y

etanol

P (bar) 21 42 65 > 90

Temp (º C) 300 400 490 > 500

Consumo especifico kg

vapor / kW12,5 7,8 5,7 4,74

Energía Generada MWh/año

38'400 61'500 84'200 101'300

X X + 60% X + 200% X + 260%

Energía Generada


Línea de Producción de Siemens

Tipo HN

Tipo N

Tipo WK

Pre

sió

n d

e v

ap

or

[ba

r]

Potencia [MW]

140

120

100

80

60

40

20

0

160

3 4 5 6 7 8 910 20 30 40 50 60 80 150100 180

140 bar/540 °C

ST5ST4

ST3

ST2

ST765 bar/480 °C

80 bar/480 °C

110 bar/510 °C

30 bar/350 °C

ST6

120 bar/520 °C

140 bar/540 °C

SST-100

SST-200

SST-300

SST-400SST-600


Cliente Segmento PaísPot

(MW)Vale do Rosário Azúcar y Etanol Brasil 25Vale do Rosário Azúcar y Etanol Brasil 25

Destilaria Pioneiros

Azúcar y Etanol Brasil 32

Colorado Azúcar y Etanol Brasil 43Usina Santa Cruz Azúcar y Etanol Brasil 25

Paramonga Azúcar y Etanol Perú 23Destilaria Pioneiros Azúcar y Etanol Brasil 25

Destilaria Pioneiros Azúcar y Etanol Brasil 25

Bahiasul Pulpa y Papel Brasil 61Klabin Pulpa y Papel Brasil 72

Propal Pulpa y PapelColombi

a15

LagesGeneración de

EnergíaBrasil 28

Açominas Metalúrgica Brasil 30Usiminas Metalúrgica Brasil 61

Referencias Recientes (Condensación + extracción)

Más de 700 referencias Más de 700 referencias

mundiales de turbinas de mundiales de turbinas de

condensación con extraccióncondensación con extracción


Componentes de la turbina

Valv. Control

Válvula Cierre rápido

Rotor

Carcaza – Fundida

Carcaza – Fundida

Buchas Laberinto

Caja del segmento inyector

Cuerpo del cojinete anterior

Cuerpo del cojinte posterior

Porta-alabes

Rotor

Documents

Copyright © Siemens AG 2007. All rights reserved. XIV Seminario de Ahorro de Energía, Cogeneración y Energía Renovable México, Octubre 2008 Paulo Costa