copyright © siemens ag 2007. all rights reserved. xiv seminario de ahorro de energía,...
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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.
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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
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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
Fontes: Unica, COGEN, C Procknor
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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%
Fontes: Unica, COGEN, C Procknor
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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
Fontes: Unica, COGEN, C Procknor
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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
Fontes: Unica, COGEN, C Procknor
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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
Fontes: Unica, COGEN, C Procknor
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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
Fontes: Unica, COGEN, C Procknor
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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)
Combustible Biomasa Producida localmente (debido al proceso) Suficiente para atender la demanda total Biomasa sólida con 50% de humedad
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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
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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.
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Proceso
Turbo generador Motores accionados por turbinas
energía
Vapor @ 65 bar / 480 ºC
Vapor @2,5 bar saturado
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
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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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Proceso
Motorizado
Vapor @ 65 bar / 480 ºC
Vapor @2,5 bar saturado
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
Page 16 Oct 08 E O SU SL8Paulo Costa
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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Evolución Técnica
“Tecnología del Bagazo”: quemarlo necesariamente
“Sustentabilidad y tecnología de gran comportamiento” bioelectricidad, etanol, azúcar y CO2
Fontes: Unica, COGEN, C Procknor
Page 18 Oct 08 E O SU SL8Paulo Costa
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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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)
Fontes: Unica, COGEN, C Procknor
Page 20 Oct 08 E O SU SL8Paulo Costa
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…
Fontes: Unica, COGEN, C Procknor
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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
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
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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
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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
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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