Plantas de cogeração do setor sucroalcooleiro assistidas por concentradores parabólicos

Abstract

Um importante aspecto relacionado à geração de energia elétrica por meio do uso de biomassa consiste na garantia da qualidade e da disponibilidade do combustível ao longo do ano. No setor sucroalcooleiro, como exemplo, bagaço encontra-se disponível principalmente durante o período da safra que na região Centro-Sul do Brasil acontece entre os meses de Abril e Dezembro. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho consiste em avaliar a viabilidade técnica e econômica da integração de concentradores parabólicos com os ciclos de cogeração do setor sucroalcooleiro como forma de estendera operação destas plantas para o período da entressafra. O potencial foi previamente identificado em função do grande número de plantas de cogeração em região em que a incidência de irradiação direta normal é adequada para a geração termossolar. Em relação à abordagem adotada, o primeiro passo consistiu na definição de uma planta de cogeração base com leiaute e características operacionais identificadas em conjunto com fabricantes de equipamentos do setor sucroalcooleiro. A planta é equipada com dois geradores de vapor com capacidade de 170 t/h de vapor superaquecido com parâmetros de 67 bar e 525 oC. O vapor superaquecido é expandido paralelamente em duas turbinas, sendo uma de contrapressão (BPST) e outra de condensação (CEST). A moagem anual da usina é de três milhões de toneladas de cana por safra. Dois leiautes de integração foram propostos e avaliados, sendo:(a) aquecimento de água de alimentação com energia solar e (b) geração de vapor saturado com energia solar para posterior superaquecimento em gerador de vapor a biomassa. Como resultados importantes, foram identificadas as características da operação dos principais componentes da planta de cogeração em condição fora do ponto de projeto. Foi identificado o potencial de economia de bagaço para ambos os casos, bem como o custo nivelado da eletricidade gerada (LCOE) em função da operação híbrida. <br>

Abstract : One important problem related to the biomass power plants operationconsists on the fuel availability along the year. This is also true for the sugarcanebagasse power plants in Brazil that are operated mainly during thesugarcane harvest period that ranges from April to December in the Center-South region. In this regard, the objective of this work was to evaluate thetechnical and economic feasibility of integrating Concentrated Solar Power(CSP) with the conventional sugarcane bagasse cogeneration power plantsin the sugarcane sector in Brazil in order to extend their operation to theoff-season period and, as a consequence, to improve the electricity production.The potential for CSP hybridization with bagasse was identified onceboth energy sources matches regionally in their availability. Regarding theadopted approach, the first step consisted on the identification of a base casesugarcane bagasse cogeneration power plant, whereby layout and operationalparameters were defined in cooperation with equipment suppliers. The cogenerationcycle has two 170 t/h capacity steam generators that provide steamat 67 bar and 525 oC. Main steam is expanded in parallel in a backpressure(BPST) and a condensing-extraction (CEST) steam turbine. Three milliontons of sugarcane are processed per harvest. Two integration layouts of parabolictrough concentrators into cogeneration cycle were evaluated, namely:(a) solar feedwater heating; (b) saturated steam generation with solar energyand post superheating in biomass steam generators. As main results, the offdesignoperation of solar aided plant concepts was here identified consideringminimal modifications on the existing infrastructure. The bagasse economypotential due to hybridization as well as the Levelized Cost of Electricity(LCOE) of additional electricity produced was identified and compared withthe current commercial CSP plants.