Viabilidade econômica e ambiental: Usina 1...Viabilidade econômica e ambiental: Usina 1 07de dezembro de 2017 Tassia Junqueira Marcos Watanabe. Agenda Biorrefinaria Virtual de Cana-de-Açúcar

Viabilidadeeconômicaeambiental:Usina1

07 dedezembrode2017

TassiaJunqueiraMarcosWatanabe

Agenda

BiorrefinariaVirtualdeCana-de-Açúcar

Modelagemagrícolaeindustrial

Avaliaçãotécnico-econômicaeambiental

Propostadecalculadoraparaosetorsucroenergético





Integraçãodosmodelos

SimulaçãodeprocessosModelosmatemáticos

ImpactosdeSustentabilidade

• Avaliaçãodediferentesrotasetecnologiasparabiorrefinarias• Avaliaçãodoestágiodedesenvolvimentodenovastecnologias• Otimizaçãodeconceitoseoperaçõesdentrodocontextodeumabiorrefinaria

Biorrefinaria VirtualdeCana-de-Açúcar

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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





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


SensibilidadeaoVPL Aumentocustoagroindustrial

Redu

çãodo

custo

agroindu

stria

l

Cenáriosdereferênciacomrecolhimento


Forrageira–CAPEX(R$mi)

Fardos-CAPEX(R$mi)

0.00 +4.36


Fardos-CAPEX(R$mi)

0.00 +4.36

CenárioI– substituiçãototaldobagaço(geraçãodeEEmantida)



Fardos-CAPEX(R$mi)

0.00 +4.36

EEadicional(MWh/ano)-Forrageira

EEadicional(MWh/ano)-

Fardo

78.400 73.300

CenárioII– eletricidadeadicional– seminvestimentoemcogeração


*Considerandocustodepalhacomperdasagronômicas

FORRAGEIRA

FARDO*Considerandocustodepalhacomperdasagronômicas

CenárioII– eletricidadeadicional– seminvestimentoemcogeração



Fardos-CAPEX(R$mi)

+93.92 +98.28

EEadicional(MWh/ano)-Forrageira

EEadicional(MWh/ano)-

Fardo

316.000 310.900

CenárioIII– eletricidadeadicional– cominvestimentoemcogeração


*Considerandocustodepalhacomperdasagronômicas

FORRAGEIRA

FARDOS*Considerandocustodepalhacomperdasagronômicas

CenárioIII– eletricidadeadicional– cominvestimentoemcogeração


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





Usuários

Estruturadecálculo

Dadosdeentrada

Respostas

••Setorsucroalcooleiro

••Públicoemgeral

••Equaçõescorrelacionandocustodepalhacomosprincipaisparâmetrosderecolhimento

••Cálculodopotencialdegeraçãodeeletricidadeapartirdepalha

••Parâmetrosagrícolas(produtividade,distânciadetransporte,recolhimentodepalha)

••Indicadoresespecíficoscorrelacionandodadosdeentradascomrespostas(ex.eficiênciadegeraçãoelétrica)

••Custodapalha

••Receitaadicionalcomeletricidade••Créditoambiental(emissõesCO2eqevitadas)


Objetivo:Divulgaçãodosresultadosdoprojetoatravésdadisponibilizaçãodeferramentaparaavaliaçãopreliminardorecolhimentoeprocessamentodepalha

Interfacegráficatemporáriaparaomodelo


Versãopreliminar:semincorporarresultadosdoBatch1

Estimativadopotencialdegeraçãodeeletricidadepelaqueimadepalha(regiãoCentro-Sul– 2016)


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/

CONTATOSEmail: [email protected]; [email protected]: +55 19 3518-3129/ 3517-5150

Obrigado

OrganizaçãoApoio

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