Análise Termodinâmica de Alternativas Tecnológicas para o Acréscimo da Geração de Eletricidade no Setor Sucroalcooleiro Brasileiro

Abstract

Para os próximos anos, a colheita mecanizada de cana será predominante no Brasil. Ao mesmo tempo, a produtividade da cana-de-açúcar por hectare está crescendo ano a ano, aumentando as quantidades disponíveis de bagaço e palha. A necessidade em diversificar a matriz energética brasileira com outras fontes renováveis vem de encontro a isso, exigindo o uso de tecnologias que maximizem o excedente de eletricidade produzido. Nos últimos leilões de energia, predominaram as usinas com plantas de cogeração moderno (com a produção de vapor de elevado nível entálpico e moendas eletrificadas). Uma possível alternativa é a utilização conjunta de uma planta de cogeração moderna e de planta uma planta BIG-GTCC (com gaseificadores de leito arrastado) para a produção conjunta de vapor e eletricidade. A tecnologia associada a plantas BIG-GTCC, no entanto, ainda não está comercialmente disponível. O presente trabalho tem objetivo comparar estas alternativas com usinas que utilizam planta de cogeração tradicional (turbinas de contrapressão e moendas acionadas por turbinas a vapor) através de uma análise termodinâmica, que visa obter indicadores de desempenho baseados na primeira e segunda lei da termodinâmica para diferentes estudos de caso envolvendo a combinação de destilarias anexas e autônomas com consumos de vapor e eletricidade otimizados. Mediante a utilização de balanços de energia e massa com a adoção de dados de trabalhos experimentais validados e simulação no software Gatecycle 6.1.2 determinam-se o índice de eletricidade excedente e a eficiência exergética para todos os estudos de caso. As melhores eficiências exergéticas foram apresentadas pelos casos com planta de cogeração tradicional, com valores de 52,01% e 51,02% para os casos com destilaria anexa e autônoma, respectivamente. Os correspondentes índices de eletricidade excedente para estes casos são de 15,70 e 16,01[kWh/tcana], valores muito baixos comparados aos casos com os 186,32 e 175,56 [kWh/tcana] das plantas de cogeração modernas, o que mostra que estas, apesar de menos eficientes, produzem maiores excedentes de eletricidade para comercialização. Constata-se que a adição de plantas BIG-GTCC, com a atual tecnologia disponível, não se mostra uma alternativa viável para a maximização de excedentes de eletricidade, devido à proximidade dos indicadores apresentados para os casos com planta de cogeração moderna. Casos de plantas BIG-GTCC com pré-tratamento com torrefação e pirólise rápida foram estudados, sendo a torrefação uma tecnologia mais viável para possível direcionamento futuro.