Marcelo Arantes Severi
Gerente Comercial de Turbinas TGM
Op-AA-45
Retrofit colocando o antigo em forma
Durante vários anos, o foco das indústrias sucroenergéticas era a autossuficiência em geração de energia elétrica e, em sua grande maioria, utilizavam apenas turbinas de contrapressão, as quais atendiam à geração de energia elétrica e à produção de vapor de escape para o processo industrial. A partir de 1987, quando se iniciou a exportação de excedente de bioeletricidade na Usina São Francisco, em Barrinha, SP, algumas dessas unidades começaram a implementar melhorias no processo, e a geração de energia excedente tornou-se mais um de seus produtos.
Diante desse cenário, um caminho para as usinas atingirem esses objetivos é o retrofit dos equipamentos. O retrofit consiste em um processo de modernização de um equipamento ou conjunto de equipamentos, que já estão ultrapassados tecnologicamente, ou no final da vida útil. Nesse processo de modernização, os equipamentos são recuperados, repotencializados ou substituídos, proporcionando a implementação de tecnologias modernas, de alta eficiência, na conversão de energia da biomassa, o que aumentará a geração de excedentes de energia elétrica para comercialização.
Desde então, essa fonte de energia vem ganhando espaço e tornou-se representativa na matriz energética brasileira. Após a reestruturação no setor elétrico nacional, em 2004, as unidades começaram a investir em caldeiras de alta pressão e alta temperatura, combinadas com turbinas a vapor de contrapressão e de condensação, aumentando a eficiência termodinâmica e a produção de energia elétrica, comercializando a energia excedente para o SIN - Sistema Integrado Nacional, e aumentando a receita dessas unidades.
Hoje, a bioeletricidade representa 9,2% da matriz energética brasileira, com 12.341 MW instalados. Atualmente, a expansão da geração de energia com biomassa de cana-de-açúcar vem sofrendo o reflexo das dificuldades enfrentadas pelo setor sucroenergético. Em tempos de escassez de recursos para financiar novas plantas (greenfields), muito se fala em otimização de processos e melhorias nas eficiências das plantas industriais existentes para sustentar a necessidade de crescimento da oferta de energia e garantir a receita adicional oriunda da venda desse produto.
Diante desse cenário, um caminho para as usinas atingirem esses objetivos é o retrofit dos equipamentos. O retrofit consiste em um processo de modernização de um equipamento ou conjunto de equipamentos, que já estão ultrapassados tecnologicamente, ou no final da vida útil. Nesse processo de modernização, os equipamentos são recuperados, repotencializados ou substituídos, proporcionando a implementação de tecnologias modernas, de alta eficiência, na conversão de energia da biomassa, o que aumentará a geração de excedentes de energia elétrica para comercialização.
De acordo com o levantamento do Centro de Tecnologia Canavieira - CTC, em 2010, grande parte das usinas existentes utilizavam caldeiras com mais de 20 anos – conforme demonstrado no gráfico Idade das Caldeiras – e, na maioria dessas unidades, essas caldeiras são de baixa pressão, ou seja, até 21 kgf/cm². Essas unidades produtoras que ainda utilizam caldeiras e turbinas de baixa pressão enquadram-se, perfeitamente, no plano de retrofit, as quais poderão aumentar a produção de energia, disponibilizando excedentes para comercialização, contribuindo para o aumento da receita.
Através dos estudos de balanço térmico e avaliação dos equipamentos instalados, pode-se estimar o potencial de ganho na produção energética após a implantação do retrofit. Em algumas plantas, as bombas d’água, os ventiladores e os exaustores ainda são acionados por turbinas a vapor de simples/multiestágios e não operam na melhor faixa de eficiência termodinâmica. Com a eletrificação desses acionamentos, o vapor é direcionado para as turbinas de geração de energia, aumentando a potência gerada em 40%.
Aplicando o mesmo conceito de eletrificação dos acionamentos do preparo e da moagem, o vapor é direcionado também às turbinas do gerador nas mesmas condições de pressão e temperatura, podendo gerar um incremento de até 15% na potência gerada. Outro ponto importante a ser observado é o incremento da pressão de vapor das caldeiras. Com a elevação dessa pressão e da temperatura, temos um incremento de até 105%, se compararmos as condições de 21 kgf/cm² - 300 °C e 67 kgf/cm² - 510 °C.
A tabela 4 apresenta um comparativo da potência gerada nas diferentes condições de vapor vivo para 1 t de vapor em uma turbina de contrapressão de 1,5 kgf/cm², acionando gerador de energia elétrica. No estudo do retrofit, uma importante fonte de incremento na eficiência energética é o excedente de bagaço e o potencial para utilização da palha da cana.
Com melhorias implementadas também nos processos de produção de açúcar e álcool, pode-se reduzir o consumo de vapor no processo e maximizar a sobra de biomassa. Essa biomassa excedente pode ser utilizada para gerar energia elétrica nos dias de chuva e na entressafra, utilizando turbinas de condensação. Com isso, a unidade produtora aumenta os MWh gerados no ano, maximizando a utilização dos ativos e também aumentando sua receita.
Com melhorias implementadas também nos processos de produção de açúcar e álcool, pode-se reduzir o consumo de vapor no processo e maximizar a sobra de biomassa. Essa biomassa excedente pode ser utilizada para gerar energia elétrica nos dias de chuva e na entressafra, utilizando turbinas de condensação. Com isso, a unidade produtora aumenta os MWh gerados no ano, maximizando a utilização dos ativos e também aumentando sua receita.
A tabela 5 apresenta um comparativo da potência gerada nas diferentes condições de vapor vivo para 1 t de vapor em uma turbina de condensação, acionando gerador de energia. Pode-se observar que temos um incremento de 116% na potência gerada se compararmos as condições de 21 kgf/cm² - 300 °C e 67 kgf/cm² - 510 °C. O retrofit possibilita iniciar a exportação de excedente de energia elétrica, podendo chegar a até 75 kW/t/cana. Traz também outros fatores importantes para a sustentabilidade, tais como:
- aumento da confiabilidade operacional;
- aumento da eficiência do ciclo térmico;
- aumento da receita;
- preparação da caldeira para outros tipos de biomassa;
- instalação de turbinas de condensação na entressafra ou em dia de chuva.
O retrofit proporciona um caminho seguro para o aumento da eficiência energética, associado à maximização da utilização dos ativos existentes e às novas tecnologias dos novos produtos, ou seja, produzir mais energia elétrica com o mesmo combustível, aumentando, assim, a receita das unidades produtoras.