COGENERACION DE ELECTRICIDAD CON BAGAZO DE CAÑA(INGENIO AZUCARERO GUABIRA)

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Ante la amenaza de cambio climático a nivel nacional e internacional la meta en el sector energético es reducir la dependencia de combustibles (fósiles) para la generación de electricidad y aprovechar mejor las fuentes de energía renovable del país de esta manera llegar a contribuir en la generación de electricidad de la regio y del país, donde identificamos algunos de los sectores como los ingenios azucareros de gran potencial por la generación del bagazo de caña pero que no cuentan con un sistema de cogeneración en sus plantas, por esta razón no permiten un mejor aprovechamiento de la energía primaria contenida en el bagazo, causando contaminación del ambiente y que deben reducir prioritariamente sus emisiones de gases.

La cogeneración a base del bagazo pueden contribuir con:

(i) la seguridad energética del país, (ii) la diversificación de la matriz energética y (iii) los objetivos de una generación eléctrica de menor impacto ambiental con bajas emisiones de

carbono.

JUSTIFICACIÓN

En bagazo de caña de azúcar constituye una fuente de energía aprovechable para beneficio del proceso de producción de azúcar. Por otra parte, el bagazo de caña de azúcar constituye un desecho orgánico, que de no ser utilizado como fuente energética, debería ser dispuesto de una forma técnicamente adecuada, típicamente en un relleno sanitario, demandando por lo tanto espacio, y generando contaminación de suelo y posiblemente de aguas subterráneas.

Además otras de las ventajas de este tipo de fuente para la generación de energía eléctrica, es que los combustibles de biomasa tienen un contenido insignificante de azufre y por lo tanto no contribuyen a las emisiones de dióxido de azufre que causan la lluvia ácida. La combustión de la biomasa produce generalmente menos ceniza que la combustión del carbón, y la ceniza producida se puede utilizar como complemento del suelo en granjas para reciclar compuestos tales como fósforo y potasio.

El proyecto consiste en promover la implementación de una planta para la cogeneración de energía eléctrica a partir del bagazo de caña de azúcar, teniendo como punto de partida el ingenio azucarero Guabirá de las ciudad de Santa Cruz - Montero y de esta manera llegar a los demás Ingenios del país, que utilizará parte de la energía generada para abastecer los requerimientos de la fábrica y por consiguiente la intención de participar en el mercado de energía con la venta de los excedentes de electricidad generados al SIN.

El proyecto contribuye a la promoción de las energías limpias en Bolivia y contribuye positivamente a una gestión más eficiente de los residuos y a la conservación de los recursos.

El proyecto contribuye al desarrollo sostenible de la región

4º MARCO TEÓRICO

Es la fundamentación teórica del problema de investigación. Su amplitud debe ser la adecuada.

Evidencia de la revisión bibliográfica relacionada con el tema, donde se presentan los conocimientos científicos acumulados sobre el tema y análisis de las investigaciones anteriores. Su estado actual. Valoración crítica bajo un enfoque metodológico.Posición teórica que asume el investigador ante el tema como fundamento para la formulación de la hipótesis.

Para elaborar un Marco Teórico se necesita capacidad de síntesis y creatividad.

OBJETIVOS

Objetivos generales- Aprovechar mejor las fuentes de energía renovable del país y llegar a producir el 100% de la

electricidad a partir de fuentes de energía renovables (en nuestro caso Bagazo de Caña).

Objetivos específicos: - Producir la electricidad necesaria para el consumo interno y funcionamiento de la planta, el

exceso se comercializará en el Mercado Eléctrico Mayorista.

Objetivos terminales: - Aportar una mayor eficiencia energética por medio del uso y aprovechamiento en la producción

de energía eléctrica sin emitir Gases de Efecto Invernadero (GEI), esto desplazará las emisiones que se hubieran producido si los combustibles fósiles se hubieran quemado para generar energía.

7º VARIABLES O IDENTIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS

De acuerdo a la Convención Marco de Cambio Climático, por "cambio climático" se entiende un cambio de clima atribuido directa o indirectamente a la actividad humana que altera la composición de la atmósfera mundial y que se suma a la variabilidad natural del clima observada durante períodos de tiempo comparables.

Por "gases de efecto invernadero" se entiende aquellos componentes gaseosos de la atmósfera, tanto naturales como antropógenos, que absorben y reemiten radiación infrarroja.

Los productos de muchas actividades humanas contribuyen en forma sustancial al incremento del efecto invernadero: la quema de combustibles fósiles, la agricultura, la ganadería, la deforestación, algunos procesos industriales y los depósitos de desechos sólidos provocan el aumento de las concentraciones de estos gases con efecto invernadero en la atmósfera.

Los desechos sólidos son entendidos como “sustancias u objetos muebles, sin uso directo, cuyo propietario requiere deshacerse de ellos o es obligado según las leyes nacionales.

Sobre la base de su aplicación en grupos generadores, el objetivo central de esta tecnología es aumentar la eficiencia energética ligada a la planta generadora, sin variar su consumo de combustible, aportando energía térmica útil recuperada desde el calor residual de gases de escapey del circuito de refrigeración de la

máquina motriz, con la expectativa de reducción de costos globales de energía del usuario, y mitigación en su huella de carbono. Adicionalmente, la cogeneración brinda mayor confiabilidad en la disponibilidad de energías para el proceso, como respaldo ante ausencia de otras fuentes.

Se entiende por “cogeneración”, al uso del calor generado en el propio centro de producción, durante el proceso de obtención de electricidad, a partir de un combustible como el gas natural u otro.

En lo que respecta al bagazo de caña de azúcar, la principal justificación ambiental para el uso de este tipo de biomasa, radica en que constituye una fuente de energía aprovechable para beneficio del proceso de producción de azúcar.

Se denomina “bagazo” al residuo de materia después de extraído su jugo y constituye un subproducto de esta producción. 

MÉTODO

SUJETOS DE INVESTIGACIÓN:

Se eligió el ingenio azucarero de Guabira por la gran capacidad de producción. Existen seis ingenios en Bolivia de los cuales cinco se encuentran en Santa Cruz y uno en Tarija. Rojas explicó, por su parte, que el 70 por ciento de la capacidad del ingenio se destina a la producción de azúcar y el saldo a alcohol.

(Imagen: La capacidad de molienda de los ingenios azucareros de Bolivia)

LUGAR:

Guabirá, es una localidad de Bolivia, ubicada en la provincia de Obispo Santistevan en el departamento de Santa Cruz. Es conocida como el centro agrícola y cañero de Bolivia, a unos 50 kilómetros de la ciudad de Santa Cruz de la Sierra.

Está a dos kilómetros de distancia al norte de Montero, pertenece a la ciudad de Montero, capital y primera sección de la provincia Ob. Santistevan, se encuentra a 284 metros sobre el nivel del mar y está ubicada dentro de las coordenadas geográficas de 63º 15` Oeste de Greenwich y 17º 20` de latitud Sur.Villa Fátima cuenta con una población de 1691 personas, es una población joven ya que el 58% se encuentra entre los cero a 19 años lo que equivale a 304 personas. Sin embargo, las personas de 50 y más años son 133 personas equivalente a un 7.9 %.En la actualidad es referente de todo Montero ya que al ser el Primer Distrito las autoridades municipales toman muy en cuenta sus opiniones.Cuenta con 50 mil hectáreas con lo que sobrepasaremos las 2.600.000 toneladas cosechadas durante la zafra 2013

INSTRUMENTOS:Principalmente

9º DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN

Es la organización en etapas o fases del trabajo.

La maquinaria instalada en la planta de generación de Guabirá Energía es de procedencia brasileña, respaldada en la experiencia y adelantos logrados en ese país para la producción de electricidad a partir del bagazo de la caña de azúcar, donde muchos ingenios han experimentado en co-generación o producción combinada de energía electromecánica y calor generado en un horno para producir electricidad útil con un menor impacto ambiental.Esta dividio principalmente en 3 estapasInstalación del primer turbo generador con una capacidad de 7 a 16 MW con el fin de satisfacer su demanda interna de electricidad.Instalación del segundo turbo generador que incrementara la potencia efectiva de 25 a 50 MW progresivamente.

Se construirá una subestación elevadora con el fin de conectarse y a portar a la red eléctrica del SIN y comercializará su producción en el Mercado Eléctrico Mayorista (MEM). Para la operación del proyecto se ha creado la empresa GE, como Agente Generador del MEM.

10º PROCEDIMIENTO

Descripción del proyecto

El proyecto de Cogeneración GUABIRÁ ENERGÍA consiste en la producción combinada de energía electromecánica y calor útil, a partir de los residuos de bagazo que resultan de la producción de azúcar y alcohol. El proyecto tiene potencial para generar beneficios significativos tales como la mayor eficiencia en la utilización de insumos energéticos como vapor y energía eléctrica, el menor impacto ambiental local al reducir las demandas de disposición final y la quema ambiental del bagazo acumulado, así como, beneficios ambientales globales de reducción de Gases de Efecto Invernadero (GEI).

PRIMERA ETAPAEn la primera etapa de desarrollo del proyecto, GE instalará el grupo generador denominado Guabirá # 1 con una turbina de contrapresión que tendrá una potencia efectiva de 16 MW. El vapor de alta presión (42bar), requerido para la turbina será comprado a IAG y el vapor de escape de baja presión (1.5 bar) será devuelto a IAG para su utilización en sus procesos productivos.

SEGUNTA ETAPAEl proyecto considera una segunda etapa, donde GE incrementará la potencia efectiva de la turbina Guabirá # 1 a 25 MW, para lo cual IAG efectuará algunas modificaciones necesarias en su sistema de vapor para proporcionar un vapor de alta presión de 65bar. Simultáneamente se instalará un segundo grupo generador (Guabirá # 2) con una turbina de extracción-condensación que tendrá una potencia efectiva cercana a 25 MW y la presión de vapor alcanzará los 42 bar.

TERCERA ETAPAPara la conexión de los grupos generadores al SIN, GE construirá una subestación (SE) elevadora de 13.8 kV/115 kV que formará parte de la central de generación. La SE será conectada a la barra de 115 kV de la SE Montero, propiedad de la Cooperativa Rural de Electrificación (CRE) a través de una línea de transmisión de aproximadamente 10 Km. de longitud. La SE de GE contará con un transformador de 32 MVA tanto para la primera como para la segunda fase del proyecto y un segundo transformador de la misma potencia será instalado para la tercera etapa.

La potencia es de 37 MW, de los cuales 21 MW son para el Sistema Interconectado Nacional (SIN) y 16 para el consumo del ingenio.

"Aún tenemos la capacidad para generar cerca de 45 MW, para eso esperamos incrementar 8 MW más durante este año, con lo que estaríamos entregando al Sistema Interconectado Nacional 29 MW. Pero hay que mencionar que tenemos la capacidad de incrementar aún más nuestra generación de energía eléctrica, solo falta una alianza entre el sector público y privado para buscar mejores niveles y oportunidades", expresó Rojas.

La tecnología a ser utilizada en el proyecto se basa en el mundialmente conocido ciclo de Ranking para generación de vapor a partir de la quema de biomasa, el cual se expande a través de una turbina. La expansión en la salida de electricidad será hecha mediante un caldero con turboalimentados y un turboalternador de 18/35 MW. La planta producirá 13 kilovoltios y 50 hertzios de energía eléctrica, que a través de los transformadores elevadores, aumentarán el voltaje a 63 kilovoltios para incorporar a la red regional. Un caldero de vapor de alta temperatura y alta presión (de 400/480 °C) (42/65 kg/cm) será utilizado a plena capacidad, y una capacidad de la generación de energía de 120/200 tonelada de vapor. El

vapor producido por este caldero será utilizado en el ingenio de azúcar así como para cogenerar electricidad. Un turbogenerador de 18/35 MW será instalado, sus turbinas serán alimentadas por el vapor de alta presión (vapor directo), que consume entre 4 - 8 kilogramos de vapor por kilovatio. Una torre de enfriamiento será instalada para refrigerar el agua condensada y una planta de tratamiento de aguas garantizará al agua de alimentación a las calderas.

11º PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOSNo debe ser una descripción simple de los hechos. Se deben consignar las tablas de los registros de los datos. Debe presentar un adecuado uso de tablas y figuras, es concisa y clara la exposición de las relaciones de los datos.Se efectúa un análisis con precisión de los resultados y él ¿por qué? de ese tipo de respuestas.

Carlos Rojas, presidente de Guabirá, señaló que para esta gestión se pretende superar la producción de 76.675.236 litros de alcohol, 25.000 toneladas métricas de fertilizante bioabono, 40.000 toneladas de bagazo hidrolizado, 300 toneladas de levadura seca. Según expertos brasileños, “una tonelada de bagazo puede producir 100 kilovatios de electricidad”. 33 casas

El Ingenio Azucarero Guabirá cuenta con más de 1.670 accionistas, 1.200 trabajadores, 1.500 cañeros, la zafra ocupa alrededor de 4.500 zafreros, 1.000 transportistas, 300 empleos y electricistas, 5.000 trabajadores agrícolas, con una influencia directa e indirecta sobre 15.000 familias del norte integrado cruceño. 

El Proyecto de Cogeneración GUABIRA ENERGÍA es un proyecto basado en energía renovable que desplaza la generación de energía eléctrica basada en energía fósil (Gas Natural) y produce una significativa reducción de Gases de Efecto Invernadero

12º CONCLUSIONESEn la búsqueda de diversificar la producción de los ingenios azucareros de caña de azúcar, se plantea en este caso la posibilidad de hacerlo a través de la cogeneración de energía eléctrica para su venta a la red de distribución pública. Llegamos a la conclusión de que esto es factible con la instalación de una caldera de mayor eficiencia, presión y temperatura de vapor, un turbogenerador de mayor potencia y empleando como combustible el mismo bagazo proveniente de la molienda de caña de azúcar. O sea que el producto adicional que se obtendría, energía eléctrica, no requeriría de un incremento del consumo de combustible. Del análisis económico, se determina la alta rentabilidad de los sistemas de cogeneración de los casos donde se utilizan calderas con presiones de 67bar y 90bar, así como del beneficio para los consumidores, puesto que las tarifas que resultarían para la subasta de electricidad con estos sistemas, serían menores a los de las subastas realizadas a la fecha para biomasa, así también como con costos marginales promedio al del período 2000-2010. Por otro lado, considerando la cantidad de caña de azúcar procesada actualmente, se estima un potencial de generación de 755.6GWh, lo que representaría un aumento en la participación de la energía generada por biomasa en el SEIN de 0.2% a 2.3%. Esto resultaría en una reducción de horas de despacho de centrales térmicas de combustibles fósiles, lo que se estima en una reducción de alrededor de 430 000 toneladas de CO2eq. Por lo tanto, este tipo de proyectos, estarían de acuerdo con los objetivos de la Política Energética Nacional que Perú ha adoptado, ya que contribuiría con la seguridad energética disminuyendo la dependencia de derivados de petróleo, precios competitivos de energía, contar con una matriz energética diversificada y de bajo impacto de carbono, con mayor participación de las energías renovables.

RECOMENDACIONES:

Si bien es cierto que el bagazo es uno de los residuos principales de biomasa, existen otras fuentes como la cáscara de arroz y café, así como los residuos madereros y los residuos orgánicos municipales para la producción de biogás, que han sido poco explorados en Perú. Por lo que así como se han realizado estudios como el Atlas Solar, el Atlas Eólico, y el Potencial Hidroeléctrico en Perú, se realice un estudio del Potencial de Biomasa para generación de Energía, lo cual podría resultar en proyectos que traerían grandes beneficios para el país.

Sí se tuviera que volver a hacer el mismo trabajo. ¿Qué recomendaciones haría?.

14º REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS: Autor. Título. Editorial. Lugar. Año.

15º ANEXOS