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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.11.2015.tde-03092015-092514
Documento
Autor
Nome completo
Natália de Campos Trombeta
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2015
Orientador
Banca examinadora
Caixeta Filho, Jose Vicente (Presidente)
Branco, José Eduardo Holler
Xavier, Carlos Eduardo Osório
Título em português
Potencial e disponibilidade de biomassa de cana-de-açúcar na região Centro-Sul do Brasil: uma aplicação de modelos de localização ótima para fins energéticos
Palavras-chave em português
Bagaço
Cogeração
E2G
Otimização
Palha
Resumo em português
A busca de segurança energética nos principais centros de consumo vem se estabelecendo como alta prioridade no contexto mundial dado o crescimento da população e da demanda por alimentos e energia. Nacionalmente a matriz energética vincula-se majoritariamente à fonte hídrica fazendo com que, em períodos de escassez pluvial, a segurança energética seja comprometida. Nesse contexto, a energia termelétrica, em especial, a produzida por meio de biomassa de cana-de-açúcar, mostra-se como uma alternativa sustentável ao abastecimento e segurança energética do país. Com isso, o estudo tem por objetivo identificar qualitativa e quantitativamente o potencial e disponibilidade de biomassas de canade- açúcar, bagaço e palha, para uso energético na operação de cogeração e como matéria-prima, a produção de etanol de segunda geração na região Centro-Sul. Para isso foi realizado um levantamento de dados para a safra 2013/14 com 77 usinas visando o desenvolvimento de indicadores agronômicos (quantificação da oferta de bagaço e palha de cana-de-açúcar), tecnológicos (potencial de cogeração do setor) e mercadológicos (preços de energia elétrica, participação nos diferentes ambientes de comercialização). A partir dessas informações foi proposto um modelo matemático visando a maximização do lucro do setor canavieiro avaliado em 4 cenários: 1. Cenário A: base relativa às informações levantadas na pesquisa; 2. Cenário B: considerando-se o aumento do limite de exportação à rede e dos preços de energia aos níveis registrados na safra 2014/15; 3. Cenário C: solicitando a entrada dos principais municípios candidatos das mesorregiões potenciais a instalação de unidades stand alone e; Cenário D: considerando-se parâmetros secundários de investimento e de custos em E2G no curto e médio prazo. Os resultados da pesquisa foram divulgados de forma média para o Brasil e mesorregiões localizadas na região Centro-Sul. De modo geral, os indicadores agronômicos para uma usina típica no Brasil apresentam moagem média de 3 milhões de toneladas de cana, 12% de impureza vegetal e 88% de colheita mecanizada. Tais indicadores proporcionam uma oferta de bagaço e palha ao sistema de aproximadamente 1 milhão de toneladas de biomassa por unidade industrial. Os indicadores tecnológicos no Brasil evidenciaram que 39% das caldeiras amostradas apresentaram tecnologia de baixa pressão de vapor (21 bar), 22% (até 48 bar), 5% (até 65 bar) e 34% (acima de 65 bar). Os turbogeradores amostrados foram de 69% contrapressão simples, 14% contrapressão com extração e 17% condensação. Já para os indicadores mercadológicos verificou-se, para as usinas que exportaram energia, a participação 53% no mercado livre a preços médios de R$ 230,00/MWh e 47% no mercado regulado com precificação de R$ 191,00 MWh. Relativamente aos resultados verificados na modelagem proposta, foi possível avaliar a alocação ótima de biomassa nas mesorregiões e potencial de exportação de energia, etanol celulósico e investimentos de expansão. A partir de tais resultados possibilita-se o direcionamento mais assertivo do planejamento estratégico, de investimentos e de políticas públicas para o aumento da sustentabilidade do setor canavieiro.
Título em inglês
Potential and availability of biomass sugarcane in the Center-South region of Brazil: an application of locational models for energy purposes
Palavras-chave em inglês
Bagasse
Celulosic ethanol
Cogeneration
Optimization
Straw
Resumo em inglês
The search for energy security in major consumption centers has established itself as a high priority in the global context, given the population growth and the demand for food and energy. Nationally the energy matrix is mainly linked to the water source so that, in periods of rain shortage, energy security is compromised. In this context, the thermoelectric power, in particular, produced by sugarcane biomass, shows up as a sustainable alternative promoting energy security. Thus, the study aims to identify qualitatively and quantitatively the potential and availability of biomass from sugarcane, bagasse and straw for energy use in cogeneration operation and as raw material for second generation ethanol production in South- Center region. For this, it was conducted a data collection for the 2013/14 season with 77 sugarcane mills in order to develop agronomic indicators (measurement of bagasse and straw sugarcane supply), technological indicators (industry cogeneration potential) and market indicators (electricity prices and participation in different marketing environments). From this information it was proposed a mathematical model aimed at maximizing the profit of the sugarcane industry valued at four scenarios: 1. Scenario A: based on the information gathered in the survey; 2. Scenario B: considering increasing the export limit for the network and energy prices to levels recorded in 2014/15 crop; 3. Scenario C: requesting the input of the main potential mesoregions installing stand alone units and; Scenario D: considering other parameters of investment and costs in E2G on the short and medium periods. The survey results were released to Brazil and mesoregions located in the Center-South region. In general, agronomic indicators for a typical sugarcane mill in Brazil have medium crush of 3 million tons of sugarcane, 12% of plant impurity and 88% of mechanized harvesting. These indicators provide a supply of bagasse and straw to the system of approximately 1 million tons of biomass. Technological indicators in Brazil showed that 39% of sampled boiler had a low vapor pressure technology (21 bar), 22% (up to 48 bar), 5% (up to 65 bar) and 34% (over 65 bar). The sampled turbogenerators were 69% simple counter, counter with 14% and 17% extraction condensation. As for the market indicators, for energy exported mills, the share was 53% in the open market at an average price of R$ 230.00 / MWh and it was 47% in the regulated market with pricing R$ 191.00 MWh. In relation to results obtained in the proposed model, it was possible to evaluate the optimal allocation of biomass in mesoregions and energy export potential, cellulosic ethanol and expansion investments. From these results it is possible to propose a more assertive targeting of strategic planning, investment and public policy to increase the sustainability of the sugarcane industry.
 
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Data de Publicação
2015-09-03
 
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