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Viabilidadeeconômicaeambiental:Usina1
07 dedezembrode2017
TassiaJunqueiraMarcosWatanabe
Agenda
BiorrefinariaVirtualdeCana-de-Açúcar
Modelagemagrícolaeindustrial
Avaliaçãotécnico-econômicaeambiental
Propostadecalculadoraparaosetorsucroenergético
BiorrefinariaVirtualdeCana-de-Açúcar
Modelagemagrícolaeindustrial
Avaliaçãotécnico-econômicaeambiental
Propostadecalculadoraparaosetorsucroenergético
Integraçãodosmodelos
SimulaçãodeprocessosModelosmatemáticos
ImpactosdeSustentabilidade
• Avaliaçãodediferentesrotasetecnologiasparabiorrefinarias• Avaliaçãodoestágiodedesenvolvimentodenovastecnologias• Otimizaçãodeconceitoseoperaçõesdentrodocontextodeumabiorrefinaria
Biorrefinaria VirtualdeCana-de-Açúcar
Biorrefinaria VirtualdeCana-de-Açúcar
BiorrefinariaVirtualdeCana-de-Açúcar
Modelagemagrícolaeindustrial
Avaliaçãotécnico-econômicaeambiental
Propostadecalculadoraparaosetorsucroenergético
Tamanho da usinaDispersão das áreas de
cana ProdutividadeTipo de plantioTipo de colheita...
Inventário do ciclo de vida
Resultados sociais
Bancos de dados
Tipo de maquinárioEficiências de campoConsumo de dieselMão de obraFatores de emissão...
Operações agrícolas
Sistema de produção de cana
Cálculos integrados
Definição do cenário
Investimento inicialVida útilPotênciaPeso...
Maquinário
Implementos
Caminhões
PreçosComposição...
Fertilizantes
Agroquímicos
Resíduos industriais
Áreas de aplicaçãoFatores de emissão...
Uso de insumos
Custos de produção
Respostas
ModelagemAgrícola
Canacolhidaparamoagem(t) 2.824.103
Produtividade(t/ha) 64,72
Nºmédiodecortes 3
Raiomédiototal(km) 20
Fraçãodaáreatotalcomrecolhimentodepalha(%) 26
Áreaderecolhimentodepalha(ha) 11.800
Fraçãodepalharecolhidaporhectare(%) 46
Sistemaderecolhimentodepalha Forrageira/Fardos
Distânciadetransportedapalha(km) 14,5
Palharecolhidaporhectareembaseúmida(t/ha) 3,5
Umidadedapalha(%) 15,0
Impurezamineral(%) 5,0
Horasefetivasforrageira(h/dia) 13
Rendimentodaforrageira(ha/dia) 50
Horasefetivasenfardadora(h/dia) 8
Rendimentodaenfardadora(ha/dia) 32
ModelagemAgrícola
Principaisinformações-safra2016
Operações
Consumodeóleodiesel
Fardos Forrageira
L/ha L/tbs L/ha L/tbs
Aleiramento 1,3 0,4 1,3 0,4
Enfardamento 5,6 1,9 - -
Coletacomforrageira - - 11,0 3,7
Carregamento 8,0 2,7 0,0 0,0
Transporte 2,7 0,9 5,4 1,8
Total 17,6 5,9 17,7 6,0
ModelagemAgrícola
As densidades de carga para o transporte da palha, usadas na simulação, foram de 180 kg/m³e 100 kg/m³, respectivamente, para fardos e forrageira.
*InformaçãodaUsina:consumodediesel(aleiramento - forrageira–transporte)6L/tpalha
ComparaçãoFardoseForrageira- Safra2016
Considerandosomenteáreaderecolhimento.
Operações
Custosderecolhimentodepalha
Fardo Forrageira
R$/ha R$/tbs R$/ha R$/tbs
Aleiramento 8,76 2,95 4,0% 8,76 2,95 7,1%
Enfardamento 80,12 26,93 36,7% - - -
Coleta comforrageira - - - 81,41 27,37 66,0%
Carregamento 82,53 27,74 37,8% - - -
Transporte 21,44 7,21 9,8% 33,18 11,15 26,9%
Fiodeamarração 25,70 8,64 11,8% - - -
Total 218,56 73,47 123,36 41,46
ModelagemAgrícola
ComparaçãoFardoseForrageira- Safra2016
Considerandosomenteáreaderecolhimento.
Variaçãodocustorecolhimentodepalha(R$/tbs) emfunçãodacapacidadeoperacionaldaforrageira
ModelagemAgrícola
Custosderecolhimentodepalha(R$/tbs)emfunçãodadistânciadetransporte
ModelagemAgrícola
+6,5%
+25%
Custosderecolhimento(R$/tbs)emfunçãodaquantidadedepalharecolhida
ModelagemAgrícola
- 45%
- 57%
Custosderecolhimento(R$/tbs)considerandoimpactoderemoçãodapalha
ModelagemAgrícola
Impacto daremoção Semimpactodaremoção
Início Safra Meio Safra FinalSafra Média
1,15TC/t bs 0,23TC/tbs 0,56TC/tbs 0,65TC/t bs
Tipo derecolhimento Fardo Forrageira Fardo Forrageira Fardo Forrageira Fardo Forrageira Fardo Forrageira
Custodapalha(R$/tbs) 73,47 41,46 171,44 139,44 93,28 61,28 120,80 88,80 128,51 96,51
+75%
+133%
ForrageiraProdutividadecolmos(TC/ha) 41Umidadedapalha(%) 17Densidadedecarga– palha(kg/m³) 94Transportedapalha(km) 15
1.4tbs (30%)3tbs(62%)
Horasefetivas forrageira (h/dia) 5,0 5,5 5,9 6,9 8,0 9,0 9,0
Rendimento (ha/dia) 5,9 7,0 8,2 11,0 14,8 18,8 18,8
Palha recolhida (tbs/ha) 1,43 1,43 1,43 1,43 1,43 1,43 3,00
Custodapalha*(R$/tbs) 214,66 201,96 191,77 176,83 165,64 157,17 74,74
*semconsiderarimpactoderemoção
Avaliaçãodecampo
ModelagemAgrícola
Integral * - divisão proporcional dos custos entre massa de colmo extra e palha (b.u.)Integral ** - mantém custo do colmo e o benefício da redução de perda na colheita vai para palha
Raiomédio 27kmProdutividademédia 80TC/haEnfardadora 8hefetivasForrageira 8hefetivasColhedora 11hefetivas
Comparaçãodostrêssistemas
Semconsiderarimpactoderemoção
Destilaria autônoma Usina anexa
Processo integrado
1G2G
Processo 2G independente
Uso de sorgo na entressafra
Rota sucroquímica
(butanol)
Aspen Plus® Inventários econômico, social e ambiental
ü Dados de insumos e matéria prima
ü Dados de produção (etanol, eletricidade, açúcar, etc)
ü Dados de subprodutos e resíduos
ü Dados de emissõesü Dados para cálculo de
Investimentoü Outras informações
Componentes
Preparo e extração do caldo
Tratamento do caldo e concentração
Fermentação
...
Destilação e desidratação...Dados de entrada
(usuário)
Fluxograma de processo
Relatórios de saída
Cenários avaliados
Etapas de processo (depende dos cenários)
Dados das correntes de entrada
Dados de operação dos equipamentos
Cogeração
.. .ModelagemIndustrial
ModelagemIndustrialFluxogramadaUsina
Extração CogeraçãoCana-de-açúcarBagaço
Caldoprimário
EletricidadeRecepçãoepreparo
Palhaenfardada
Pré-evaporação
Evaporação
Xarope
Cozimento,cristalizaçãoecentrifugação
Secagemeresfriamento
Açúcar
Preparaçãodomosto
Melaço
Fermentação Destilação
Desidratação
Vinhaçaeflegmaça
Etanolanidro
Etanolhidratado
Açúcar
Caldoclarificado
Caldoclarificado
Caldosecundário
Tratamentodocaldo-açúcar
Tratamentodocaldo-etanol
Filtração
Tortadefiltro
Lododosdecantadores
Pré-evaporação
CaldoconcentradoXarope
Melaço
Produçãodexaropeinvertido
Xaropeinvertido
Filtrado Filtrado
Xarope
Eletricidadeevapor-BIORIGINUnidadeanexa
Validaçãodomodelo- Ago/2015• Processamento daplanta
Parâmetro Valor
Alimentaçãodamoenda 650t/h
Palhaprocessada(fardos) 10.796kg/h
Umidadedapalha 23,00%
Impurezasmineraisnosfardos 5,00%
• Produtos
Parâmetro Unidade Boletim Aspen Desvio
Álcoolhidratado L/h 9.607 9.536 -0,75%
Álcool anidro L/h 26.577 26.715 0,52%
Açúcar kg/h 18.513 18.189 -1,75%
Xaropeinvertido kg/h 14.589 14.522 -0,46%
• Cogeração
Parâmetro Unidade Boletim Aspen Desvio
Energiaexcedente MW 16,82 16,89 0,45%
Energiaexcedente kWh/TC 25,88 25,99 0,45%
Demanda deeletricidade kWh/TC 34 FixadoValormédio
informado pelaUsina
Produçãototaldeeletricidade kWh/TC 72,95 73,07 0,16%
Exportaçãodeenergia paraUnidadeAnexa MW 8,5 Fixado
Valormédioinformadopela
Usina
Vapor paraUnidadeAnexa t/h 60 FixadoValormédio
informadopelaUsina
Vazão totaldevapor t/h 420 432 2,98%
ModelagemIndustrial
Cenário SempalhaCompalha
Fardos Forrageira
Palharecolhida(t/h,b.u.) 0 8,2 8,2
Fraçãoderecolhimento 0% 43% 43%
Fraçãopalhanacaldeira 0% 5% 5%
Déficitdebagaço(milt/ano) 191 118 113
SafraPotênciatotal(MW) 49,1 49,1 49,1
Potênciaparaogrid (MW) 17,7 17,4 17,7
EntressafraPotênciatotal(MW) 24,0 24,4 24,0
Potênciaparaogrid (MW) 1,5 1,9 1,5
EEtotalparaogrid (MWh/ano) 87.600 87.600 87.600
Avaliaçãodecenáriosdereferência(considerandosafra2016)
ModelagemIndustrial
• Processamentodecana:603t/h(195diasdeoperação),com9,15%deimpurezasvegetaisnacarga(~35%dapalha)
Cenário I II IIIRecolhimentodepalha ↑ ↑↑ ↑↑
Compradebagaço Não Sim Sim
EEparaogrid 87.600MWh/ano ↑ ↑↑
AumentodacapacidadeinstaladadegeraçãodeEE Não Não Sim
Consideraçõesparaaavaliação
• Todososcenáriosavaliadoscomrecolhimentodepalhaemfardosoucomforrageira• Palhacom15%deumidadee5%deimpurezasminerais• Queimapreferencialdepalhaduranteasafra• Limitede20%depalhanaalimentaçãodacaldeira(b.u.)• Excedentedebagaçogeradoduranteasafraéutilizadonaentressafra• NocenárioII,sãoutilizadosequipamentosdetrocatérmica(trocadoresdecalorconvencionais,aquecedorese
evaporadoresdemúltiploefeito)paracondensaçãodevapordeprocessodebaixapressãoduranteaentressafra• Diasdeoperação:195nasafrae135naentressafra
Caldeira91bar,100ton/h+turbina30MW
Cenáriosdeexpansão- maiorrecolhimentodepalhaeexportaçãodeEE
ModelagemIndustrial
CenárioI II III
Fardos Forrageira Fardos Forrageira Fardos ForrageiraPalharecolhida(t/h,b.u.) 21,5 20,4 30,2 30,2 30,2 30,2
Fraçãoderecolhimento 56% 55% 65% 65% 65% 65%
Fraçãodepalhanaalimentaçãodacaldeira 14% 13% 20% 20% 20% 20%
Déficitdebagaço(milt/ano) 0 0 160 160 553 553
Safra
Potênciatotal(MW) 49,1 49,1 49,1 49,1 79,1 79,1
Potênciaparaogrid (MW) 16,9 17,7 16,6 17,7 46,6 47,7
Entressafra
Potênciatotal(MW) 25,1 24,0 48,2 48,2 78,2 78,2
Potênciaparaogrid (MW) 2,6 1,5 25,7 25,7 55,7 55,7
EEparaogrid (MWh/ano) 87.600 87.600 160.900 166.000 398.000 403.700
AumentonaexportaçãodeEE - - 84% 89% 354% 361%
Cenáriosdeexpansão- maiorrecolhimentodepalhaeexportaçãodeEE
ModelagemIndustrial
BiorrefinariaVirtualdeCana-de-Açúcar
Modelagemagrícolaeindustrial
Avaliaçãotécnico-econômicaeambiental
Propostadecalculadoraparaosetorsucroenergético
Parâmetrosconsiderados
Investimentoincremental
CAPEXindustrial
Capitaldegiroindustrial
OPEXincremental
CustosagrícolasdapalhaCustodamão-de-obraindustrial
Custodeinsumosquímicosindustriais
Custodemanutençãoindustrial
Receitaincremental
Compraevitadadebagaço
Receitacomeletricidadeadicional
Sistemaagroindustrialdepalha
ü
ü
ü
Premissasdasanálises
AvaliaçãoEconômica
Datadereferência:Dezembrode2016Parâmetrosprincipais Valor UnidadeTempodeimplementação dosistema 1 anoTempodeduração doprojeto 20 anosValorresidualdosequipamentos 10% InvestimentocapitalfixoT.M.A,taxareal 12% ao anoCapitaldegiro 10% InvestimentocapitalfixoDepreciaçãoanualmédia 10% aoano,linearCusto médio demanutenção 3% Investimento capitalfixoImposto derenda (IRPJ) 25% Renda tributávelContribuiçãosociallucrolíquido(CSLL) 9% Renda tributávelProduto avaliado Valor UnidadeBagaço – preço decompra 30-120 R$/t,baseúmidaBagaço – preço médio 75 R$/tbaseúmidaPreçoeletricidade 193 R$/MWh
Premissasdasanálises
AvaliaçãoEconômica
SensibilidadeaoVPL Aumentocustoagroindustrial
Redu
çãodo
custo
agroindu
stria
l
Cenáriosdereferênciacomrecolhimento
AvaliaçãoEconômica
Forrageira–CAPEX(R$mi)
Fardos-CAPEX(R$mi)
0.00 +4.36
Forrageira–CAPEX(R$mi)
Fardos-CAPEX(R$mi)
0.00 +4.36
CenárioI– substituiçãototaldobagaço(geraçãodeEEmantida)
AvaliaçãoEconômica
Forrageira–CAPEX(R$mi)
Fardos-CAPEX(R$mi)
0.00 +4.36
EEadicional(MWh/ano)-Forrageira
EEadicional(MWh/ano)-
Fardo
78.400 73.300
CenárioII– eletricidadeadicional– seminvestimentoemcogeração
AvaliaçãoEconômica
*Considerandocustodepalhacomperdasagronômicas
FORRAGEIRA
FARDO*Considerandocustodepalhacomperdasagronômicas
CenárioII– eletricidadeadicional– seminvestimentoemcogeração
AvaliaçãoEconômica
Forrageira–CAPEX(R$mi)
Fardos-CAPEX(R$mi)
+93.92 +98.28
EEadicional(MWh/ano)-Forrageira
EEadicional(MWh/ano)-
Fardo
316.000 310.900
CenárioIII– eletricidadeadicional– cominvestimentoemcogeração
AvaliaçãoEconômica
*Considerandocustodepalhacomperdasagronômicas
FORRAGEIRA
FARDOS*Considerandocustodepalhacomperdasagronômicas
CenárioIII– eletricidadeadicional– cominvestimentoemcogeração
AvaliaçãoEconômica
Discussãodosresultados
• AexpansãodaexportaçãodeEEatravésdaaquisiçãodeturbinadecondensaçãopura(cenárioIII)requergrandesquantidadesdebagaço(>550milt/ano),mesmocomoaumentodorecolhimentodepalha.
• Osistemade forrageiraapresentoumaiorviabilidadeeconômicaquandocomparadoaosistemadefardos,noentanto,algunsparâmetrosimpactamoscustosdoscenárioscomforrageira,taiscomo:‒ Númerodehorasefetivasderecolhimento
‒ Quantidadedepalharecolhidaporhectare
‒ Impactosnaeficiênciadacaldeiradevidoàfaltadeuniformidadedapalha(ex.granulometria)
• Outrosaspectosrelevantesque,sequantificados,poderãoserincorporadosàanálise:‒ Quedanaeficiênciadecogeraçãocomoaumentodaquantidadedepalhanaalimentaçãodascaldeiras
‒ Limitaçõesdascaldeirasdegrelhaconvencionaispararecebermateriallignocelulósico contendoaté20%depalha(necessidadedecaldeirasdeleitofluidizado?)
‒ Impactosdasimpurezasmineraissobreamanutençãoindustrial
‒ Eventuaisinvestimentosadicionaisnaindústriapodemseradaptadosparamelhorrefletirarealidadedausina
Base Forrageira Fardos
- AbordagemdeAvaliaçãodoCiclodeVida(ACV)(ISO14040,ISO14044)- Impactosdetodaacadeiaprodutiva(insumos,produçãodacana,transporte,industrial)- Bagaçocomprado:impactozero(resíduo)+impactodotransporteatéausina(250km)- Alocaçãoeconômica(receitadecadaproduto)paraobteroimpactoporkWhvendido
Bagaço113.358t(bu)
Metodologia
Bagaço
Usinagenérica Bagaço191.364t(bu)
Bagaço117.646t(bu)
250km
Usina1
portoneladadecanaEtanolanidro44,7L
Etanolhidratado15,9LAçúcar30,5kg
Xaropeinvertido24,1kgEletricidadepararede31,0kWh
InsumosagrícolasFertilizantes
Diesel
Insumosindustriais
AvaliaçãoAmbiental
Emissões(gCO2eqportoneladadecanaprocessada)
0,14gCO2eqDieselrecolhimentodapalha= 0,19gCO2eq0gCO2eq
Transportedobagaçocomprado= 0,8gCO2eq 0,5gCO2eq 0,5gCO2eq
2,3gCO2eqEmissõesdapalhanocampo= 2,3gCO2eq2,6gCO2eq
AvaliaçãoAmbiental
Usina1
Emissões(gCO2eqporkWhdeeletricidadevendida)
Crédito de produzir 87,6 GWh/ano de bioeletricidadeequivale ao sequestro de CO2 de:
175 mil árvores por anoou
105 ha de Mata Atlântica
Crédito ambiental da eletricidade vendida pela usina(comparação com uma termoelétrica a GN)
+326 g CO2eq por kWh
AvaliaçãoAmbientalCenáriosdereferência
BiorrefinariaVirtualdeCana-de-Açúcar
Modelagemagrícolaeindustrial
Avaliaçãotécnico-econômicaeambiental
Propostadecalculadoraparaosetorsucroenergético
Usuários
Estruturadecálculo
Dadosdeentrada
Respostas
••Setorsucroalcooleiro
••Públicoemgeral
••Equaçõescorrelacionandocustodepalhacomosprincipaisparâmetrosderecolhimento
••Cálculodopotencialdegeraçãodeeletricidadeapartirdepalha
••Parâmetrosagrícolas(produtividade,distânciadetransporte,recolhimentodepalha)
••Indicadoresespecíficoscorrelacionandodadosdeentradascomrespostas(ex.eficiênciadegeraçãoelétrica)
••Custodapalha
••Receitaadicionalcomeletricidade••Créditoambiental(emissõesCO2eqevitadas)
Propostadecalculadoraparaosetorsucroenergético
Objetivo:Divulgaçãodosresultadosdoprojetoatravésdadisponibilizaçãodeferramentaparaavaliaçãopreliminardorecolhimentoeprocessamentodepalha
Interfacegráficatemporáriaparaomodelo
Propostadecalculadoraparaosetorsucroenergético
Versãopreliminar:semincorporarresultadosdoBatch1
Estimativadopotencialdegeraçãodeeletricidadepelaqueimadepalha(regiãoCentro-Sul– 2016)
Propostadecalculadoraparaosetorsucroenergético
Residências abastecidas e equivalente em árvores plantadas em cenário potencial de geração de bioeletricidade a partir da palha
Newsletter #11 – setembro de 2017: http://pages.cnpem.br/sucre/newsletter-sucre/
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