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La reducción de las inversiones en el sector eléctrico en los años 80 y 90, en la mayoría de los países de América Latina, acompañada por un continuo aumento en el consumo de electricidad, está llevando a serias dificultades en el abastecimiento de la demanda. Es evidente también que los gobiernos de la región no disponen de los recursos financieros necesarios para las inversiones que requiere el sector. La solución es la desreglamentación del mercado, la participación de capital privado y el estímulo a la generación independiente y descentralizada de electricidad. En este sentido es notable el potencial de la industria azucarera, debido a la disponibilidad de grandes cantidades de residuo lignocelulásicos, en la forma de bagazo y paja caña. Este último término envuelve, además de la paja propiamente dicha (hojas secas), las hojas verdes y las puntas.
Según datos de Herrera (1999), existen en el mundo 70 paises productores de caña de azúcar, con un área sembrada de 12.7 millones de hectáreas. La generación de electricidad con tecnologías modernas y un índice de electricidad excelente de 50kWh por tonelada de caña representativa, para América Latina y el Caribe, cerca de 2.07E10 kWh.
La caña de azúcar debe de ser vista de una manera integral como fuente de alimentos, energía fertilizante y algunos otros subproductos. Siendo el consumo total de energía comercial en el mundo de aproximadamente de 330 EJ. La comparación del costo de energía de otros tipos de biomasa tales como el eucalipto cuyo valor es de US$2.2 por GJ con el costo del bagazo y el de la paja de caña cuyos valores oscilan entre US$0.281.68 por GJ y
US$0.95-2.21 por GJ, respectivamente, permite clasificar al bagazo como biomasa de bajo costo, lo que hace rentable la generación de electricidad con tecnologías de baja eficiencia durante la zafra.
De acuerdo con la publicación del International Cane Energy News (1995) la capacidad instalada para la generación de electricidad era de 413.4MW de los cuales 287.4MW corresponde a una energía excedente. En el mismo año estaba en proceso de montaje 287.4 MW, siendo que 204 MW estaban planeados para producir electricidad excedente.
Actualmente, en varios países latinoamericanos se observa la tendencia de incentivar la cogeneración en la industria azucarera. Se han reportados estudios y avances en este sentido en Brasil, Costa Rica, Jamaica, Guatemala y Honduras. En particular en el Brasil, ante la perspectiva de tarifas competitivas para la venta de electricidad las concesionarias privatizadas, se observa la formación de 'Joint venture' entre bancos y centrales de azúcar con el objetivo de aumentar la capacidad de generación y entrar en el marcado de la electricidad, Un proyecto considera la construcción de una termoeléctrica de bagazo a partir de excedentes de este combustible comprado en varias centrales.
La tecnología de generación predominantes en las centrales en el Brasil es la turbina de contrapresión. Como desventaja principal de este sistema tiene la poca flexibilidad de generación y los bajos parámetros de vapor. Varios estudios han sido realizados sobre aspectos paramétricos y económicos de este sistema de cogeneración. Las turbinas de condensación de extracciones con alto parámetros de vapor, permiten además de mayores índices de generación de electricidad y menos costos específicos, una mayor flexibilidad entre los procesos de producción de electricidad y calor. Existen dudas en relacional costo de la electricidad en el periodo de zafra, la eficiencia de la generación de electricidad y el calor con relación a los indicadores del sistema cuando se utilizan combustibles auxiliares para la operación fuera de zafra.
El presente, compara los indicadores termodinámicos y económicos de un sistema con turbina de contrapresión y de un sistema de turbina de condensación con extracciones. Es realizada un análisis de la viabilidad económica de la utilización de varios combustibles auxiliares para la época fuera de zafra, como: paja de caña, eucalipto y gas natural, considerando las variaciones de precios de estos combustibles en el mercado brasileño.
Las figuras 1 y
2
muestran los esquemas de las variantes de cogeneración considerados en los cálculos. Los principales parámetros de operación están indicados en la Tabla 1. En el Brasil el esquema de la figura 1 es el más difundido.
Existen varias opciones para el consumo de combustible auxiliar en el periodo fuera de zafra, algunas ya aplicadas en algunos países y otras en etapas de estudio. En general las posibles variantes son: Los residuos agrícolas de caña, que incluyen las hojas y puntas, además de la paja de caña.
La opción de carbón mineral ya es aplicada en las islas Mauricio y en África del Sur, donde ya se desarrolló la tecnología para la quema alternada de bagazo y carbón mineral en las calderas. La posibilidad de la madera del eucalipto proveniente de las florestas energéticas, como combustibles en centrales azucareras en la época de fueras de zafra, fue utilizada por Van den Broek y Van Wijk (1997) para las condiciones típicas de Nicaragua. Estos autores hacen un análisis técnico
-económico comparando la madera de eucalipto y el Diesel para generación de energía eléctrica. Para un costo energético del eucalipto de US$ 1.3 por GJ, el costo de
generación resulta en US$ 0.04 por kwh, o sea, US$ 0.015 por kWh menor que el costo al utilizar el Diesel.
Tabla 1
3.1 Características técnicas de la paja de caña y de su ceniza:
En la Tabla 2 se
representa las características técnicas de paja de caña de azúcar (poder calorífico inferior, humedad y contenido de ceniza) según diferentes autores.
*Datos para bagazo de caña para comparación.
**30.38 es el contenido de humedad inicial, a partir del quinto corte de humedad se mantiene más o menos constante en torno de 7.8%.
En la Tabla 3 se
tiene la composición química de la paja de caña, para fines de comparación, son mostrados también los datos correspondientes a la ceniza del bagazo de la caña.
Costo de colecta y empaquetamiento (USAID 1989):
- República Dominicana (Central Romana) -US$ 7.10 por tonelada
- Filipinas -US$ 18.00 por tonelada.
- Jamaica (Central Monymusk) -US$ 8.47-10.44 por tonelada
- Costa Rica (Central El Viejo) -US$ 11.80 por tonelada
- Tailandia (Central Nong Ya¡) -US$ 16.00 por tonelada
Para el cálculo de la eficiencia de cogeneración se proponen diferentes expresiones en la literatura, que pretenden considerar la eficiencia "integral" de generación de electricidad y calor según diferentes criterios de evaluación de estos productos. Los dos primeros criterios son convencionales y no producen diferencias cualitativas entre al potencia y el calor. Se considera que la tasa de economía de energía del combustible es uno de los mejores indicadores basados en la ley, pues determina la economía de combustible inherente a la cogeneración, en comparación de la cogeneración convencional de calor y energía por separado. Los criterios 4 y 5 utilizan el concepto de energía para destacar la diferencia de "calidad" del trabajo y del calor, siendo, por tanto, una medida más real de la eficiencia del proceso de cogeneración. Los resultados de los cálculos de la eficiencia de los sistemas de cogeneración considerados, según los criterios mostrados anteriormente son
presentados en al tabla
4. De acuerdo con todos los criterios TVCE presenta una mayor eficiencia. Es notable que para este sistema la tasa de economía de combustible FESR es mucho mayor, así como la eficiencia artificial.
Los indicadores técnico-económicos de los sistemas de cogeneración y el costo de generación son presentados en la
tabla 5 y
6. La evaluación de costo entre el calor y la electricidad fue realizada por el método de extracción, esto es, para el costo del calor generado se consideró el precio de la caldera; en cuanto que para el costo de la electricidad se consideró el costo de las turbinas. No fue asumido un costo "cero" para el bagazo, él fue realmente considerado un residuo de bajo costo (US$ 2.78 por tonelada), que está más cerca de la realidad. Además de eso, para el periodo fuera de zafra, no se determinó el costo de la electricidad generada con combustibles auxiliares para el sistema
tv-cp pues no existen consumidores de calor y, de esta forma, no se justifica generar energía eléctrica por este sistema. Ésa es la baja flexibilidad de los sistemas tvcp descrito anteriormente.
La disponibilidad de gas natural en el estado de Sao Paulo hace necesario considerar la posibilidad de utilización de este combustible en la época de fuera de zafra. La variación de los precios de los combustibles fue determinada a partir de datos retirados de la literatura a fin de realizar un estudio de la sensibilidad de la mudanza del escenario de precios. El carbón mineral no fue considerado
teniendo en vista los problemas ambientales que él ocasiona (grandes emisiones de SO2, partículas, etc.).
Figura 3
y 4
Finalmente, la evaluación técnico-económica de los sistemas de cogeneración operando en fuera de zafra fueron considerados como combustibles complementarios la paja de caña, el eucalipto y el gas natural. Los resultados de la tabla 6 muestra que la paja es el combustible complementario de menor costo de generación, más la colecta y transporte elevan el precio por tonelada la cual no es una opción más viable. El gas natural sería más confiable, por las inversiones actuales y su utilización en gran escala. El costo del eucalipto plantado hace no viable su uso como combustible complementar el sistema con turbinas de condensación. Las figuras 5 y 6 muestran el valor del costo de generación para los combustibles mencionados considerando los precios medios actuales del mercado.
Él FUE no permite comparar a los sistemas con turbinas de contrapresión con el de condensación con extracciones, por causa del calor perdido en el condensador, los criterios termodinámicos más correctos son &e y &CG que identifican mayor eficiencia a los sistemas de extracciones. El FESR que permite evaluar la economía de energía por la cogeneración, indica que la economía del combustible es mucho mayor que en el caso del sistema de contrapresión.
De las opciones comerciales para el periodo fuera del zafra la paja es el combustible con menor costo, a menos que el eucalipto sea cultivado en tierras propias de la central y valorizado a precio de costo.
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Escuela federal de ingeniería de Itajubá(EFEI)
Departamento de Ingeniería Mecánica
Av. BPS, 1303, CP 50, Bairro Pinheirinho
Itajubá / MG, CEP 37500-000
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