Powerpoint Cogeneracion Cañera_valdez

GENERACIÓN Y COGENERACIÓN DE ELECTRICIDAD A PARTIR DE LA BIOMASA CAÑERA

Ing. Antonio Valdes Delgado PhD

Centro Gerencia Programas y Proyectos Priorizados

Ministerio Ciencia Tecnologia y Medio Ambiente

Cuba

Tel. 0 537 203 0778

Fax 0 537 202 9372

ce: [email protected]

Dr. Pablo Roque

CENTRO ESTUDIOS TERMOENERGETICA AZUCARERA

Universidad Central de Las Villas

Ministerio Educacion Superior

Tel. 0 537 422 81194ce: [email protected];[email protected]

1.1.-- GENERACIÓN Y COGENERACIÓNGENERACIÓN Y COGENERACIÓN2.2.-- SISTEMAS DE COGENERACIÓNSISTEMAS DE COGENERACIÓN3.3.-- ALTERNATIVAS DE EQUIPOS PARA COGENERARALTERNATIVAS DE EQUIPOS PARA COGENERAR

I.I.-- COGENERACIÓN CON TURBINA DE VAPOR. COGENERACIÓN CON TURBINA DE VAPOR. II.II.-- COGENERACIÓN CON TURBINA DE GAS. COGENERACIÓN CON TURBINA DE GAS. III.III.-- COGENERACIÓN CON TURBINA DE GAS/ TURBINACOGENERACIÓN CON TURBINA DE GAS/ TURBINA

DE VAPOR SEGÚN UN CICLO COMBINADO. DE VAPOR SEGÚN UN CICLO COMBINADO. IV.IV.-- COGENERACIÓN CON MOTOR COMBUSTION INTERNA. COGENERACIÓN CON MOTOR COMBUSTION INTERNA.

4.4.-- CONSIDERACIONES PARA LA SELECCIÓN DE UN SISTEMA DECONSIDERACIONES PARA LA SELECCIÓN DE UN SISTEMA DECOGENERACIÓNCOGENERACIÓN

5.- GENERACION Y COGENERACION EN LA INDUSTRIAAZUCARERA

6.- ALTERNATIVAS DE BIOMASA AZUCARERA COMO FUENTE DECOMBUSTIBLE

7.- GENERACION Y COGENERACION EN LA INDUSTRIA AZUCARERA: ESTUDIO CASOS

8.8.-- POTENCIALIDADES DE LA CAÑA DE AZUCARPOTENCIALIDADES DE LA CAÑA DE AZUCAR9.9.-- CONCLUSIONES

1.1.-- Generación y cogeneraciónGeneración y cogeneración

Generación. Generación. Es la producción de potencia Es la producción de potencia cuando ésta es la única.cuando ésta es la única.

Cogeneración. Cogeneración. Es la producción conjunta de Es la producción conjunta de potencia y de energía térmica a partir de una potencia y de energía térmica a partir de una única fuente primaria, independientemente de única fuente primaria, independientemente de su uso.su uso.

Generación y cogeneraciónGeneración y cogeneración

Se necesita transformar los recursos Se necesita transformar los recursos energéticos primarios en formas útiles como energéticos primarios en formas útiles como energía mecánica, eléctrica o calor útil:energía mecánica, eléctrica o calor útil:

Combustible CalorEnergíamecanica

Energíaeléctrica

CogeneraciónCogeneración

Siempre se debe de considerar las Siempre se debe de considerar las posibilidades de aprovechamiento al posibilidades de aprovechamiento al máximo de los recursos energéticos máximo de los recursos energéticos primarios en su transformación en primarios en su transformación en servicios energéticos. Una de esas servicios energéticos. Una de esas posibilidades es la producción combinada posibilidades es la producción combinada de calor y energía eléctrica, o sea la de calor y energía eléctrica, o sea la COGENERACIÓNCOGENERACIÓN..

Concepto deConcepto de cogeneracióncogeneración

En busca de la posibilidad de utilizar toda la energía contenida en un combustible u otra fuente primaria de energía y no sólo una parte de ella, se aplican técnicas que buscan con la producción simultánea de trabajo y calor útil a partir de la conversión de combustible en una única instalación o planta.

COGENERACIÓNCOGENERACIÓN

Es laEs la producción combinada de producción combinada de energiaenergia termicatermica y y electricaelectrica..


El uso de esquemas que propician la producción simultánea de energia mecanica y termica a partir del un unico combustible incide sensiblemente sobre la eficiencia del esquema energetico de la fabrica.

2.2.-- SISTEMAS DE COGENERACIÓNSISTEMAS DE COGENERACIÓN

SISTEMAS SUPERIORES (TOPPING CYCLES).SISTEMAS SUPERIORES (TOPPING CYCLES).

En la primera etapa el procesamiento del combustible produce En la primera etapa el procesamiento del combustible produce calor y este se emplea para generar energía mecánica/calor y este se emplea para generar energía mecánica/electricaelectrica. .

En la segunda etapa la energía térmica resultante en forma dEn la segunda etapa la energía térmica resultante en forma de e vapor o gas, se suministra a diferentes procesos industriales: vapor o gas, se suministra a diferentes procesos industriales: destilaciondestilacion, secado, calentamiento, , secado, calentamiento, evaporacionevaporacion, , coccioncoccion. .

Estos sistemas se utilizan Estos sistemas se utilizan basicamentebasicamente en industrias donde las en industrias donde las necesidades de necesidades de energiaenergia termicatermica son medias o bajas con rangos son medias o bajas con rangos de temperatura de 250 a 600 ° Cde temperatura de 250 a 600 ° C..

SISTEMAS DE COGENERACIÓNSISTEMAS DE COGENERACIÓN

SISTEMAS SUPERIORES (TOPPING CYCLES).SISTEMAS SUPERIORES (TOPPING CYCLES).

En la primera etapa el procesamiento del combustible en formaEn la primera etapa el procesamiento del combustible en formade vapor o gas, se suministra a diferentes procesos industde vapor o gas, se suministra a diferentes procesos industriales riales como las producciones de cemento, hierro, vidrio y química.como las producciones de cemento, hierro, vidrio y química.

En la segunda etapa la energía térmica resultante en forma En la segunda etapa la energía térmica resultante en forma de de vapor o gas, se usará para la generación de energía vapor o gas, se usará para la generación de energía mecanicamecanica/eléctrica./eléctrica.

Los ciclos inferiores están asociados con procesos industrialesLos ciclos inferiores están asociados con procesos industrialesen los que se presentan altas temperaturas y calores residualesen los que se presentan altas temperaturas y calores residualesdel orden de 900 del orden de 900 °C°C que pueden ser utilizados para la que pueden ser utilizados para la producción de vapor y electricidad. producción de vapor y electricidad.

Sistema superior con turbina de Sistema superior con turbina de vaporvapor

Sistema inferior con turbina de Sistema inferior con turbina de vaporvapor

EsquemaEsquema convencionalconvencional

Pérdidas

626

Calor 55

61

92

Combustible 153

Caldera ηgv = 90%

Electricidad 30Central termoeléctrica

ηc = 37%


La cogeneración implica una elevación en La cogeneración implica una elevación en la eficiencia del proceso global de la eficiencia del proceso global de conversión de energía. (conversión de energía. (p.ep.e.).)Sistema Sistema generaciongeneracion: con una eficiencia : con una eficiencia de la generación de la electricidad del de la generación de la electricidad del 37% y una eficiencia de la caldera de 90% 37% y una eficiencia de la caldera de 90% Sistema con cogeneración: una eficiencia Sistema con cogeneración: una eficiencia de generación de electricidad de 32% y de generación de electricidad de 32% y una eficiencia global de 87%.una eficiencia global de 87%.

EsquemaEsquema de de cogeneracióncogeneración

Pérdidas15

Calor 55

Electricidad30

Combustible 100

Planta de cogeneración

ηel = 32%ηtérm = 55%

CogeneraciónCogeneración

De acuerdo con los valores supuestos, se obtiene un De acuerdo con los valores supuestos, se obtiene un porcentaje de ahorro de energía primaria de:porcentaje de ahorro de energía primaria de:

Como resultado final de la comparación los consumos Como resultado final de la comparación los consumos específicos para producir 1 específicos para producir 1 kWhkWh eléctrico son:eléctrico son:

Esquema convencional:Esquema convencional: 600 600 ÷÷ 700 700 kJkJ//kWhkWhEsquema de cogeneración:Esquema de cogeneración: 250 250 ÷÷ 350 350 kJkJ//kWhkWhAhorro de energía primaria:Ahorro de energía primaria: 250 250 ÷÷ 500 500 kJkJ//kWhkWh

%% 351001531001AEP =⋅⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −=


Es laEs la producción combinada de producción combinada de energiaenergia termicatermica y y electricaelectrica..


El uso de esquemas que propician la producción simultánea de energía mecánica y térmica a partir del un único combustible incide sensiblemente sobre la eficiencia del esquema energético de la fabrica.

3.3.-- ALTERNATIVAS DE EQUIPOS ALTERNATIVAS DE EQUIPOS PARA COGENERARPARA COGENERAR

I.I.-- Cogeneración con turbina de vapor.Cogeneración con turbina de vapor.Es el utilizado en la industria azucarera.Es el utilizado en la industria azucarera.

II.II.-- Cogeneración con turbina de gas.Cogeneración con turbina de gas.SeSe requiere calor en proceso alta temperatura.requiere calor en proceso alta temperatura.

III.III.-- Cogeneración con turbina de gas/ turbinaCogeneración con turbina de gas/ turbinade vapor según un ciclo combinado.de vapor según un ciclo combinado.

Utiliza una primera etapa de TG o MCI y unaUtiliza una primera etapa de TG o MCI y unasegunda etapa de TV. segunda etapa de TV.

IV.IV.-- Cogeneración con motor Cogeneración con motor combustioncombustioninterna.interna. Para instalaciones de pequeñaPara instalaciones de pequeñacapacidad: hospitales, hoteles, etc.capacidad: hospitales, hoteles, etc.

ALTERNATIVAS DE EQUIPOS PARA ALTERNATIVAS DE EQUIPOS PARA COGENERARCOGENERAR

I.I.-- COGENERACIÓN CON COGENERACIÓN CON TURBINA DE VAPOR.TURBINA DE VAPOR.

En esta configuración la energía mecánica es En esta configuración la energía mecánica es producida en una turbina, acoplada a un producida en una turbina, acoplada a un generador eléctrico, mediante la expansión de generador eléctrico, mediante la expansión de vapor de alta presión generado en una caldera vapor de alta presión generado en una caldera convencional. En este sistema la eficiencia convencional. En este sistema la eficiencia global es del orden del 85 al 90% y la eléctrica global es del orden del 85 al 90% y la eléctrica del 20 al 25%. del 20 al 25%.

TIPOS TURBINAS DE VAPORTIPOS TURBINAS DE VAPOR

De contrapresión.De contrapresión.De extracción/De extracción/condensacioncondensacion..De condensación.De condensación.

I.I.-- COGENERACIÓN CON TURBINA DE VAPOR.COGENERACIÓN CON TURBINA DE VAPOR.


En las turbinas de contrapresión la principal En las turbinas de contrapresión la principal característica es que el vapor, cuando sale de característica es que el vapor, cuando sale de la turbina, se envía directamente al proceso la turbina, se envía directamente al proceso sin necesidad de contar con un condensador y sin necesidad de contar con un condensador y equipo periférico, como torres de enfriamiento. equipo periférico, como torres de enfriamiento.


En las turbinas de extracción/condensación, En las turbinas de extracción/condensación, una parte del vapor puede extraerse en uno o una parte del vapor puede extraerse en uno o varios puntos de la turbina antes de la salida al varios puntos de la turbina antes de la salida al condensador, obteniendo así, vapor a proceso condensador, obteniendo así, vapor a proceso a varias presiones, mientras que el resto del a varias presiones, mientras que el resto del vapor se expande hasta la salida al vapor se expande hasta la salida al condensador. condensador.

I.I.-- COGENERACIÓN CON TURBINA COGENERACIÓN CON TURBINA DE VAPOR.DE VAPOR.

En las turbinas de vapor a En las turbinas de vapor a condensacioncondensacion la la principal principal caracteristicacaracteristica es que no se es que no se enviaenvia vapor al vapor al proceso y no se produce la proceso y no se produce la cogeneracioncogeneracion. Todo el . Todo el vapor se condensa.vapor se condensa.

II.II.-- COGENERACIÓN CON COGENERACIÓN CON TURBINA DE GAS.TURBINA DE GAS.

En este sistema un compresor alimenta aire a alta En este sistema un compresor alimenta aire a alta presión a una cámara de combustión en la que se presión a una cámara de combustión en la que se inyecta el combustible, que al quemarse generará inyecta el combustible, que al quemarse generará gases a alta temperatura y presión, que a su vez, gases a alta temperatura y presión, que a su vez, alimentan a la turbina donde se expanden generando alimentan a la turbina donde se expanden generando energía mecánica que se transforma en energía energía mecánica que se transforma en energía eléctrica a través de un generador acoplado al eje de eléctrica a través de un generador acoplado al eje de la turbina. la turbina.


Los gases de escape tienen una temperatura entre Los gases de escape tienen una temperatura entre 500 y 650 500 y 650 °C°C. Estos gases son relativamente . Estos gases son relativamente limpios y por lo tanto se pueden aplicar limpios y por lo tanto se pueden aplicar directamente a procesos de secado, o pueden ser directamente a procesos de secado, o pueden ser aprovechados para procesos de combustión aprovechados para procesos de combustión posteriores, ya que tienen un contenido de posteriores, ya que tienen un contenido de oxígeno de alrededor del 15%. Debido a su alta oxígeno de alrededor del 15%. Debido a su alta temperatura, estos gases suelen ser empleados a temperatura, estos gases suelen ser empleados a su vez, para producir vapor, que se utiliza en los su vez, para producir vapor, que se utiliza en los procesos industriales e inclusive, como veremos procesos industriales e inclusive, como veremos más adelante para generar más energía eléctrica más adelante para generar más energía eléctrica por medio de una turbina de vapor. por medio de una turbina de vapor.


La cogeneración con turbina de gas resulta La cogeneración con turbina de gas resulta adecuada para procesos en los que se adecuada para procesos en los que se requiere de una alta cantidad de energía requiere de una alta cantidad de energía térmica, o en relaciones de calor/electricidad térmica, o en relaciones de calor/electricidad mayores a 2. mayores a 2.

III.III.-- Cogeneración con turbina de Cogeneración con turbina de gas/ turbina de vapor según un gas/ turbina de vapor según un ciclo combinado.ciclo combinado.

Este sistema se caracteriza porque emplea una Este sistema se caracteriza porque emplea una turbina de gas y una turbina de vapor. En este turbina de gas y una turbina de vapor. En este sistema los gases producidos en la turbina de sistema los gases producidos en la turbina de gas, se emplean para producir vapor mediante gas, se emplean para producir vapor mediante una caldera de recuperación y posteriormente una caldera de recuperación y posteriormente alimentar la turbina de vapor, sea de alimentar la turbina de vapor, sea de contrapresión o extraccióncontrapresión o extracción--condensación y condensación y producir por segunda vez energía eléctrica, producir por segunda vez energía eléctrica, utilizando el vapor a la salida de la turbina o de utilizando el vapor a la salida de la turbina o de las extracciones para el proceso las extracciones para el proceso tecnologicotecnologico. . El ciclo combinado se aplica en procesos El ciclo combinado se aplica en procesos donde la razón electricidad/calor es mayor a 6.donde la razón electricidad/calor es mayor a 6.

IV.IV.-- Cogeneración con motorCogeneración con motorcombustioncombustion interna.interna.

El motor de El motor de combustioncombustion interna produce la interna produce la mayor cantidad de energía eléctrica por mayor cantidad de energía eléctrica por unidad de combustible consumido, del 34 al unidad de combustible consumido, del 34 al 41%, aunque los gases residuales son a 41%, aunque los gases residuales son a baja temperatura, entre 200 y 250 baja temperatura, entre 200 y 250 °C°C. Los . Los gases residuales se pueden utilizar para gases residuales se pueden utilizar para producir vapor de baja presión (de 10 a 15 producir vapor de baja presión (de 10 a 15 kgkg/cm/cm22) o calentar agua a 80) o calentar agua a 80--100 100 °C°C. .

4.4.-- Consideraciones para la selección Consideraciones para la selección de un sistema de cogeneraciónde un sistema de cogeneración

La selección de un sistema de cogeneración La selección de un sistema de cogeneración dependerá principalmente de la relación de dependerá principalmente de la relación de energía térmica/eléctrica, del tiempo de energía térmica/eléctrica, del tiempo de operación anual de los procesos a los que se operación anual de los procesos a los que se aplique y la variación de la demanda eléctrica, aplique y la variación de la demanda eléctrica, entre otras. entre otras.

Consideraciones para la Consideraciones para la selección de un sistema de selección de un sistema de

cogeneracióncogeneraciónLa selección de un sistema de cogeneraciónLa selección de un sistema de cogeneración se se pueden diseñar en base a los requerimientos de cada pueden diseñar en base a los requerimientos de cada proceso para cubrir las necesidades de las demandas proceso para cubrir las necesidades de las demandas térmicas y eléctricas que puede necesitar una térmicas y eléctricas que puede necesitar una instalación.instalación.

Sin embargo, no siempre los equipos disponibles en el Sin embargo, no siempre los equipos disponibles en el mercado, se corresponden con dichas necesidades y mercado, se corresponden con dichas necesidades y siempre se tiene una generación mayor o menor de siempre se tiene una generación mayor o menor de uno de estas uno de estas energiasenergias, presentándose cuatro , presentándose cuatro alternativas:alternativas:


cogeneracióncogeneracióna. Cumplir con la energía eléctrica y requerir a. Cumplir con la energía eléctrica y requerir

una posterior combustión para alcanzar el una posterior combustión para alcanzar el requerimiento de energía térmica. requerimiento de energía térmica.

b. Cumplir con la energía eléctrica y tener que b. Cumplir con la energía eléctrica y tener que condensar o vender excedentes térmicos. condensar o vender excedentes térmicos.

c. Cumplir con la energía térmica y tener c. Cumplir con la energía térmica y tener excedentes de energía eléctrica.excedentes de energía eléctrica.

d. Cumplir con la energía térmica y tener que d. Cumplir con la energía térmica y tener que comprar faltantes de energía eléctrica.comprar faltantes de energía eléctrica.


cogeneracióncogeneración

Los sistemas de cogeneración se deben diseñar para Los sistemas de cogeneración se deben diseñar para abastecer la totalidad de la demanda térmica ya que abastecer la totalidad de la demanda térmica ya que este esquema es el que ofrece la mayor eficiencia este esquema es el que ofrece la mayor eficiencia energética del sistema, aunque en algunos casos se energética del sistema, aunque en algunos casos se dimensionan con el objetivo de satisfacer la demanda dimensionan con el objetivo de satisfacer la demanda eléctrica, e inclusive una combinación de las anteriores. eléctrica, e inclusive una combinación de las anteriores.


cogeneracióncogeneraciónEl diseño más eficiente como se mencionó antes, El diseño más eficiente como se mencionó antes, desde el punto de vista energético, corresponde a desde el punto de vista energético, corresponde a aquel que satisface ciento por ciento los aquel que satisface ciento por ciento los requerimientos térmicos de las instalaciones de que requerimientos térmicos de las instalaciones de que se trate, pudiendo vender los excedentes eléctricos se trate, pudiendo vender los excedentes eléctricos a la red o comprando de ésta los faltantes si fuera el a la red o comprando de ésta los faltantes si fuera el caso.caso.

5.- GENERACION Y COGENERACION EN LA INDUSTRIA AZUCARERA

COGENERACION EN LA INDUSTRIA AZUCARERA

EL BAJO CONSUMO DE ENERGÍA MECÁNICA EN COMPARACIÓN CON LAS NECESIDADES DE ENERGIA TERMICA EN LA PRODUCCION DE AZUCAR DE CANA Y SU EMPLEO A BAJAS PRESIONES DETERMINAN LA POSIBILIDAD DE IMPLEMENTAR UN SISTEMA DE COGENERACIÓN PRIMARIA DE ENERGÍA ELECTRICA.

EL CONSUMO DE ENERGÍA ELECTRICA PARA LOS EQUIPOS MOTRICES DE LA FABRICA ES DEL ORDEN DE LOS 15-30 kwh/ton CAÑA.

6.- ALTERNATIVAS DE BIOMASA AZUCARERA COMO FUENTE DE COMBUSTIBLE

ALTERNATIVAS DE BIOMASA AZUCARERA COMO FUENTE DE COMBUSTIBLE

LA CAÑA DE AZÚCAR PUEDE PROPORCIONAR DIFERENTES BIOMASA PARA SER USADA COMO COMBUSTIBLE, ACTUALMENTE EL BAGAZO SE OBTIENE EN LA PROPIA FÁBRICA. LA CAÑA DE AZÚCAR DE ALTA FIBRA, LOS RESIDUOS DE COSECHA DE LA CAÑA DE AZÚCAR (RAC), Y LA MOLIDA INTEGRAL DE LA CAÑA (MCI) SON OTRAS FUENTES DE COMBUSTIBLE QUE PUEDEN ESTAR DISPONIBLE DE ESTA PLANTA.

LA CAÑA DE AZÚCAR DE ALTA FIBRA

LA MEZCLA ENTRE LA SACCHARUM OFFICINARUM Y LA SACCARUM SPONTANEUM, PRODUCE UNA CAÑA DE AZÚCAR CON ALTA FIBRA DENOMINANDOSE CAÑA ENERGETICA. NORMALMENTE TIENE MÁS DE 22-24% FIBRA, SIGNIFICANDO QUE TIENE PRÁCTICAMENTE EL DOBLE DE BIOMASA QUE LA CAÑA DE AZÚCAR NORMAL Y PUEDE USARSE PRINCIPALMENTE COMO COMBUSTIBLE.

LA CAÑA DE AZÚCAR DE ALTA FIBRA

SE SEÑALAN RENDIMIENTOS AGRÍCOLA SUPERIORES A LAS 100 TON/HA QUE SI COSECHA EN FORMA INTEGRAL PUEDE AUMENTAR EL RENDIMIENTO EN 15-20%, PUEDE COSECHARSE A LOS 10 A 12 MESES DE EDAD Y PRESENTA UNA RESISTENCIA ALTA A LA SEQUIA, ASI COMO PUEDE ADAPTARSE BIEN A DIFERENTES CONDICIONES DE TIERRA.

LA CALA CAÑÑA DE AZA DE AZÚÚCAR DE ALTA CAR DE ALTA FIBRAFIBRA

FIBRA (%) BAGAZO

Caña Bagazo Humedad(%)

Caña(%)

Solidossolubles

(Bx)

Ccntenidosacarosa

22.34 43.63 51.85 53.40 3.75 2.08

LOS RESIDUOS DE COSECHA DE LA CAÑA DE AZÚCAR (RAC)

LA CAÑA DE AZÚCAR TIENE -ADEMÁS DEL TALLO -OTROS COMPONENTES: LAS HOJAS VERDES Y SECAS Y EL COGOLLO - ELLOS REPRESENTAN ALREDEDOR DE LOS 25% DEL PESO DE LA CAÑA ENTERA. SU COSECHA INDICA UNA SEPARACIÓN DEL 50% DE ESTOS COMPONENTES, EN CUBA OTRO 25% SE SEPARA EN LOS CENTROS DE LIMPIEZA EN SECO Y EL RESTO VA A LA FÁBRICA DE AZÚCAR CON LA CAÑA SIDO CONOCIDO EN ESE MOMENTO COMO LAS MATERIAS EXTRAÑAS.


UNA FÁBRICA DE AZÚCAR QUE PROCESE 1000 TONELADAS DE CAÑA POR DÍA PUEDE DISPONER DE 76 TONELADAS DE RAC COMO UN COMBUSTIBLE ADICIONAL, LAS OTRAS 76 SE QUEDAN EN EL CAMPO. POR CADA MILLON DE TON DE AZÚCAR PRODUCIDA SE OBTIENE MÁS DE TRES MILLONES DE TON DE ESTE COMBUSTIBLE ESTANDO UNAS 750 000 TON DISPONIBLES DIRECTAMENTE.


UN ESTUDIO RELIAZADO INDICO QUE EXITE UNA CANTIDAD DE ENRGIA NETA DISPONIBLE DESPUES DE SU PREPARACION, MANIPULACION Y TRANSPORTE A LAS FABRICAS DE UN 67 A UN 93% PARA DIFERENTES ALTENATIVAS; TAMBIEN SE PRODUCE UN AUMENTO EN LA CANTIDAD DE BIOMASA DE UN 7 A UN 14%.

COMPOSICION DE LOS RAC

Componente Peso (%)

Cogollo y hojas verdes 8.44

Hojas secas 19.74

Tallos limpios 71.82

LA MOLIDA DE LA CAÑA INTEGRAL

EL PROCESO DE LA CAÑA INTEGRAL INDICA LA POSIBILIDAD DE UN AUMENTO DIRECTO DE LA CANTIDAD DE BAGAZO EL QUE PUEDE SER UTILIZADO COMO COMBUSTIBLE.


LA CAÑA ENTERA, POR EFECTO DE LOS NO AZUCARES PRESENTES SE PRODUCEN AUMENTOS EN LAS PÉRDIDAS DE LAS MIELES FINALES, AL AUMENTARSE EL CONTENIDO DE ALMIDÓN EN EL AZÚCAR PRODUCIDO y AL AUMENTAR LAS PERDIDAS EN EL AREA DE EXTRACCION


UN ANÁLISIS REALIZADO ENTRE LAS PÉRDIDAS EN LAS MIELES Y EL AUMENTO DEL BAGAZO POR EL AUMENTO DE LA BIOMASA PROCESADA Y LOS PRECIOS DEL AZÚCAR Y DEL COMBUSTIBLE INDICARON QUE PUEDE SER ECONÓMICAMENTE FACTIBLE EL PROCESO DE LA MCI. NO OBSTANTE ES NECESARIO HACER UNA PRUEBA INDUSTRIAL PARA OBTENER UNA INFORMACIÓN MÁS EXACTA

7.- COGENERACION EN LA INDUSTRIA AZUCARERA

ESTUDIO CASOS (I)

UN ANALISIS DEL SIGNIFICADO DE LA COGENERACION EN LA INDUSTRIA AZUCARERA SE PUEDE APRECIAR EN LA EVALUACION DE LAS SIGUIENTES ALTERNATIVAS PARA LA PRODUCCIÓN DE ENERGIA ELECTRICA:

GENERACION Y COGENERACION EN LA INDUSTRIA AZUCARERA

A1.- GENERACION SOLO EN TURBINAS DE

CONDENSACION

A2.- COGENERACION SOLO EN TURBINAS DE

CONTRAPRESION

A3.- GENERACION-COGENERACION EN TURBINAS

DE EXTRACCION- CONDENSACION


ESTUDIO CASOS (I)

SI SE EMPLEA UNA PRESIÓN DE VAPOR DE ENTRADA AL TURBOGENERADOR DE 42 kg/cm2

Y 400 OC, UNA PRESIÓN DE EXTRACCION DE 2 kg/cm2 Y UNA PRESIÓN DE CONDENSACION DE 0.1 kg/cm2.


ESTUDIO CASOS (I)

UN CONSUMO DE VAPOR DE 500 kg/ton CAÑA, UNA EFICIENCIA DE LA TURBINA DEL 70%, UNA FIBRA EN CAÑA DE 13% Y UN INDICE DE GENERACIÓN DEL VAPOR DE 2.2 ton VAPOR /ton DE BAGAZO.


ESTUDIO CASOS (I)

CON ESTAS CONDICIONES TENDREMOS QUE LA CANTIDAD DE ENERGIA ELECTRICA QUE SE PUEDE PRODUCIR EN DEPENDENCIA DEL TIPO DE ESQUEMA A OPERAR SERIA DE :

A1 = 47.0 kwh /TON CAÑA

A2 = 27.5 kwh /TON CAÑA

A3 = 33.4 kwh/TON CAÑA

EL PRECIO DE LOS COMBUSTIBLES FÓSILES ASÍ COMO LA INFLUENCIA NEGATIVA SOBRE EL MEDIO AMBIENTE DE LOS GASES DE EFECTO INVERNADERO, HA INDICADO LA NECESIDAD DE DESARROLLAR OTRAS FUENTES DE ENERGÍA. EN NUESTRO CASO LA BIOMASA DE LA CAÑA DE AZÚCAR OFRECE AMPLIAS POSIBILIDADES PARA PRODUCIR ESTA ENERGÍA CON RESULTADOS AMBIENTALES POSITIVOS.

En CUBA EN 1925 HABIAN 76 MOLINOS DE AZÚCAR TOTALMENTE O PARCIALMENTE ELECTRIFICADOS CON 200 TURBOGENERADORES INSTALADOS, CON UNA CAPACIDAD DE LA GENERACIÓN TOTAL DE 162 MW, ENTRETANTO EL SECTOR PÚBLICO TENIA INSTALADO SÓLO 108 MW.

EN EL AÑO 1959 HABIAN 159 FABRICAS DE AZUCAR EN OPERACION Y SOLO 119 TENIAN PLANTAS DE POTENCIA PARA GENERAR ENERGIA ELECTRICA, HABIAN 292 TURBOALTERNADORES CON 275 MW INSTALADO Y 95 GENERADORES CON 36 MW.

LA CANTIDAD DE ENERGIA ELECTRICA GENERADA FUE DE 391 GW-H POR ZAFRA Y EL POTENCIAL ERA DE 664 GW-H/ZAFRA USANDO SOLO EL 58% DE LA CAPACIDAD INSTALADA CON UN INDICE DE GENERACION MEDIA DE 10.7 KW-H/TON OF CAÑA.

DESDE LOS MEDIADOS DE LOS AÑOS SESENTA SE PRODUJO UN AUMENTO EN LA CAPACIDAD DE GENERACION INSTALADAS EN LAS FABRICAS DE AZUCAR ASI COMO EN LA CANTIDAD DE ENERGIA GENERADA, EN EL MOMENTO ACTUAL EXITE IN INDICE DE GENERACION MEDIO DE UNOS 31 KW-H/TON DE CAÑA, CASI MAS DEL TRIPLE QUE LA CANTIDAD PRODUCIDA EN EL AÑO 1959.

ESTUDIO CASOS (2)

PARA LOGRAR RESULTADOS ECONÓMICAMENTE VIABLES DE LA GENERACIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA EN LAS FÁBRICAS DE AZÚCAR Y PODER OPERAR TODO EL AÑO, ES NECESARIO USAR UN SEGUNDO COMBUSTIBLE . ESTE SEGUNDO COMBUSTIBLE: GAS DE PETRÓLEO, FUEL-OIL, CARBÓN O BIOMASA COMO MADERA O DE LA PROPIA CAÑA DE AZÚCAR DEPENDE DE SU DISPONIBILIDAD DESDE EL PUNTO DE VISTA MEDIOAMBIENTAL LA BIOMASA ES LA PRIMERA ALTERNATIVA

ESTUDIO CASOS (2)

Hay fábricas que con un mínimo de inversión es posible la generacion y cogeneracion de energía eléctrica todo el año para satisfacer la energía eléctrica necesita de pueblos cercanos o poder proporcionarla a la Red Nacional.

ESTUDIO CASOS (2)

Utilizando alta presión de vapor es posible generar 110-130 kw-hr/ton de caña. Éstas son instalaciones que pueden ser consideradas como las Plantas Independientes

ESTUDIO CASOS (2)

Teniendo en la cuenta este tipo de instalación, para una cosecha de azúcar de 150 días, con el mismo periodo de tiempo de cogeneración y 180 días de generación de energía eléctrica para operar el año entero 7920 horas (330 días) es necesario usar un segundo combustible; los residuos de cosecha de caña de azúcar, las variedad de caña de fibra alta y/o el bagazo de la caña de azúcar son alternativas a ser analizadas.

ESTUDIO CASOS (2)

• Caña Molida: 292 t/hr• Bagazo % caña: 28 • Residuos cosecha disponible: 575 t/dia• Numero y capacidad calderas instaladas: 4 de 45

toneladas de vapor sobrecalentado por hora • Presión de vapor: 42 kg/cm2 • Presion vapor de escape: 1.8 kg/cm2 • Consumo de vapor proceso: 420 kg/ton caña • Indice de la generación de vapor: 2.2 ton vapor /ton

bagazo • Numero/capacidad turbogeneradores instalado: 3 • Turbogeneradores de 4 MW cada uno con un 70%

de eficiencia. • Consumo de Energía Eléctrico: 30 kW-h/ton caña

ESTUDIO CASOS (2)

A. - LA ENERGÍA ELÉCTRICA COGENERADA

Ha sido considerado que se envía un 10% del vapor generado al proceso tecnológico a través de la válvula reductora de la presión de vapor.

La generación de electricidad es de 11.8 MW que con tres calderas, el consumo de la fábrica de azúcar es de 8.7 MW y hay un sobrante de electricidad de 3.1 MW. La cantidad total de energía que puede proporcionarse a la RED NACIONAL durante la campaña de azúcar por la cogeneración es de 11.2 GW-hr.

ESTUDIO CASOS (2)

B. - LA ENERGÍA ELÉCTRICA GENERADA

a) Durante la campaña de azúcar.

La cantidad del bagazo disponible durante la zafra y la capacidad y presión de vapor de las calderas instaladas son suficientes para los requisitos de la fábrica. Haciendo una inversión en un turbogeneratordel tipo condensante, es posible generar 10 MW adicional con la infraestructura enérgica instalada. La cantidad total de energía que podría proporcionarse a la RED NACIONAL durante la campaña de azúcar por la generación es de 36.0 GW-hr.

ESTUDIO CASOS (2)

b) Durante el periodo posterior a la campaña azucarera.

Usando el turbo-alternador condensante a su capacidad nominal, se generarian alrededor de 43.2 GW-hr.

ESTUDIO CASOS (2)

Cantidad total de energía eléctrica que puede proporcionarse a pueblos cercanos o a la RED NACIONAL en GW-hr.

PERIODO GENERACION COGENERACION TOTAL

Zafra 36.0 11.2 47.2

Posterior a la zafra 43.2 0.0 43.2

TOTAL 79.2 11.2 90.4

ESTUDIO CASOS (2)

ES SE SEÑALAR QUE USANDO MAYORES PRESIONES DE VAPOR SE PUEDE AUMENTAR SIGNIFICATIVAMENTE LA GENERACIÓN PARA EL MISMO CASO ESTUDIADO PERO SE REQUERIRÁ UNA INVERSIÓN MÁS ALTA.

ESTUDIO CASOS (2)

ALTERNATIVAS PARA EL SEGUNDO COMBUSTIBLE

LOS RESIDUOS DE COSECHA DE CAÑA DE AZÚCAR (RAC):

En este caso hay 574 ton/dia disponibles que significan una cantidad de 86 250 toneladas por la cosecha y se necesita 84 672 toneladas. El uso del RAC puede satisfacer los requisitos de combustible para este proyecto.

ESTUDIO CASOSESTUDIO CASOS (2)(2)ALTERNATIVAS PARA EL SEGUNDO ALTERNATIVAS PARA EL SEGUNDO

COMBUSTIBLECOMBUSTIBLE

LA CAÑA DE AZÚCAR DE ALTA FIBRA:

Se ha declarado que la caña energetica tiene alrededor de 25% de fibra, seriá necesario alrededor de 169 344 toneladas de este tipo de caña. Considerado un rendimiento agricola de 100 ton/ha, se necesitarian usar 1 693 ha. La cantidad de tierra usada para la caña en la producción de azúcar es de 15 000 ha –para un rendimiento de 70 ton/ha-. La caña energetica requerirá un 11.3 % de superficie adicional. Es de mencionar que pueden esperarse rendimientos más altos y que no se requiere una tierra con las mejores propiedades.



El Bagazo ahorrado en la fábrica de azúcar dónde se instala el alternador, no es una alternativa a ser considerada en este proyecto porque cambiará los parámetros definidos del caso en estudio, básicamente la cantidad de energía que puede proporcionarse a la RED NACIONAL.

Podría analizarse la posibilidad de obtener sobrante de bagazo en fábricas cercanas, esto es una situación casuistica y se necesitaria un análisis para determinar la distancia económica en que el bagazo puede trasladarse.



La alternativa de la MOLIDA INTEGRAL indica la posibilidad de un resultado económico positivo, es necesario investigar en la afectación a la producción de azúcar para definir su disponibilidad tecnológica. Esta alternativa permitirá sobrante de bagazo en la fábrica de azúcar.

8.8.-- POTENCIALIDADES DE LA CAPOTENCIALIDADES DE LA CAÑÑA DE A DE

AZUCARAZUCAR

1.- Posibilidades de la cogeneración empleando la capacidad instalada: 800*24*150 * .90 * .85 = 2205 Gwh/año

Con un tiempo de funcionamiento de la fábrica de azúcar de 85% y 90% para el alternador que es el máximo que puede obtenerse con las tecnologías actuales, significando un suministro de 865 GWh/año a la RED NACIONAL con un consumo en las fábricas de azúcar de 1340 GWh/año. Considerando la satisfacción de todas las necesidades del sector azucarero, todavia se necesitaria usar de la RED NACIONAL 120 GWh/año.

POTENCIALIDADES DE LA CAPOTENCIALIDADES DE LA CAÑÑA DE A DE AZUCARAZUCAR

2. - Considerado un aumento en la generación a partir de una selección de 55 fábricas de azúcar con las mejores condiciones y usando las recientes tecnologías que se han transferido a la industria de azúcar o que estan en vías de desarrollo.

La cantidad de caña que puede procesarse en estas 55 fabricas –con una capacidad diaria de 390,000 toneladas-, operando 150 dias/año y con un 85% de capacidad, la cantidad de caña es de:

390,000 * 150 * .85 * .90 = 45,900,000 toneladas


2a. - Usando una tecnología actual con una alta presión de vapor, se puede generar 100 kW-hr/ton de caña.

En el ejemplo considerado será posible generar alrededor de 4 590 GWh/año (42% de la cantidad generada en el país en el año 1990), y proporcionar 2263.5 GWh/año a la RED Nacional después de satisfacer todo las necesidades del sector azucarero.


2b) Usando la tecnologia de gasificacion con turbinas de gas y de vapor según un ciclo combinado, se estima la posibilidad de generar a razon de 200 kW-hr/ton de caña.

Será posible generar alrededor de 9180 GWh/año (84% de la cantidad generada en el país en el año 1990), y proporcionar 6853.5 GWh/año a la RED Nacional después de satisfacer todo las necesidades del sector azucarero.


2c) Usando la tecnologia de gasificacion con turbinas de gas y de vapor según un ciclo combinado, y todos los residuos de cosecha de caña de azúcar como el combustible, se estima una generación a razon de 400-800 kW-hr/ton caña.

Será posible generar alrededor de 18 360 – 36 720 GWh/año (167-334% de la cantidad generaron en el país en el año 1990), y proporcionar 16 033.5 – 34 393.5 GWh/año a la RED Nacional después de satisfacer todo las necesidades del sector de azúcar. También en este caso todo las necesidades del país se satisfarian.

GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA, FUEL OIL Y CO2

EVITADO A DIFERENTES PRESIONES DE VAPOR

Presionvapor

(kg/cm2)Indice

Generacion(kg vapor/

kWhr)

Energia electricagenerada (kWhr)

Fuel oilEvitado(kg/h)

CO2 Evitado(kg/h)

Total por ton caña

18 14.0 1664 39.9 466 1468

28 9.7 2402 57.6 672 2117

42 8.0 2912 69.9 815 2567

56 7.4 3149 75.6 881 2775

84 6.5 3585 86.0 1004 3163

GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA, FUEL OIL Y CO2 EVITADO A DIFERENTES PRESIONES DE VAPOR Y POBLACIÓN QUE RECIBE UN COMBUSTIBLE LIMPIO PARA DIFERENTES PRESIONES DE VAPOR.

Presionvapor

(kg/cm2)

Energia Electricadisponible

(kWhr)Fuel oilEvitado(kg/h)

CO2 Evitado(kg/h)

Poblacionrecibe

combustible limpio *(numero

casas)Total Por ton caña

18 412 9.9 115 362 2289

28 1150 27.6 322 1014 6389

42 1663 39.9 466 1468 9239

56 1900 45.6 532 1676 10555

84 2333 56.0 653 2057 12961

POTENCIALIDADES DE LA CAPOTENCIALIDADES DE LA CAÑÑA DE AZUCARA DE AZUCAR

ES POSIBLE

• AUMENTAR LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA UNITARIADE 9.9 A 56.O kw/ton caña.

• UN CONSUMO DE FUEL OILY EMISIÓN DE CO2

EVITADO de: 115 a 653 kg/h Y 362 a 2057 kg/hRESPECTIVAMENTE .

• PROPORCIONAR UNA ENERGIA LIMPIA A MÁS DE12 000 VIVIENDAS

9.9.-- CONCLUSIONES

Existe un alto potencial para generar y cogenerarenergía eléctrica en la Industria de Azúcar.

Existen potencialidades para implementar proyectos para la generación y cogeneración de energía eléctrica en las fábricas de azúcar.

Pueden hacerse estudios de casos para determinar la viabilidad técnica y económica para diferentes alternativas de combustibles y de operacion durante y después de la cosecha.

Documents

Powerpoint Cogeneracion Cañera_valdez