II CONGRESO DE ENERGÍAS RENOVABLES Y BIOCOMBUSTIBLES COBER II

Transcripción

1 II CONGRESO DE ENERGÍAS RENOVABLES Y BIOCOMBUSTIBLES COBER II Cambio climático, desarrollo sustentable e inclusión social 23 al 25 de octubre de 2008 POTENCIAL DE LOS RESIDUOS AGRÍCOLAS PARA COGENERACIÓN EN LA COSTA DEL PERÚ JAIME GIANELLA SILVA MONDER SAC PROYECTO GEF- IFC MONDER BIOCOMBUSTIBLES Y FIBRA CELULOSA LIMA - PERÚ MONDER S.A.C 1

2 RAZONES PARA BIOCOMBUSTIBLES Agotamiento de reservas de hidrocarburos. Crecimiento de la demanda de energía. Obligada continuidad a mediano y largo plazo en el uso mayoritario de combustibles fósiles para transporte y generación térmica / eléctrica. Necesidad de mitigar emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI) Modificar la matriz energética (disminución dependencia externa de combustibles y preservación de fuentes no renovables). MONDER S.A.C 2

3 FOTOSÍNTESIS Y DISPONIBILDAD DE ENERGÍA PRIMARIA Globalmente el proceso de fotosíntesis produce ocho veces más recursos de energía primaria en comparación a la capacidad de consumo del hombre sobre las diversas fuentes disponibles. En la agricultura 1% de absorción de energía solar representa una buena capacidad de fotosíntesis. A nivel de laboratorio se ha logrado hasta 5%. Sin embargo, existen cultivares como los C4 (caña de azúcar, sorgo dulce) que registran coeficientes de fotosíntesis de 3% - 4%. Se estima que una eficiencia en fotosíntesis de 10% permitiría satisfacer el suministro energético de toda la humanidad con sólo utilizar el 3% de los territorios que se emplean para la producción de alimentos. Se constata que la reposición de los bosques es menos rápida que la extracción de la madera obtenida de ellos, sea para fines de combustible o para su transformación en insumo industrial o bienes duraderos. Salvo escasas excepciones los residuos agrícolas y forestales no se consideran combustibles comerciales. Se carece de políticas y programas integrales (tecnología, infraestructura, ordenamiento legal, financiamiento) que permita su aprovechamiento como fuente de energía primaria competitiva. MONDER S.A.C 3

4 Fuente: Daniel Bouille EN BUSCA DE UNA MATRIZ ENERGETICA SUSTENTABLE EL PAPEL DE LAS FUENTES NUEVAS Y RENOVABLES DE ENERGIA (FENR), Instituto de Economía Energética-Fundación Bariloche; publicado en Hacia una Política Energética y Ambiental Sostenible en el Perú CONAM, Lima junio MONDER S.A.C 4

5 BREVE COMENTARIO SOBRE LA EVOLUCIÓN DE LA PARTICIPACIÓN DE LA ENERGÍA PRIMARIA SEGÚN FUENTE Hace poco más de cien años, hacia 1900, el Carbón supera a la biomasa. Recién a mediados del siglo XX, el Petróleo se convierte en una fuente energética que la Biomasa. Sólo hacia más importante 1970, el Petróleo supera la Carbón y se convierte en la fuente energética primaria más importante. Muy recientemente, a comienzos del siglo XXI, el Gas Natural supera al Carbón y se convierte en la segunda fuente primaria en cuanto a volumen consumido. Hace aproximadamente 30 años, la Biomasa se estabiliza en su participación porcentual y hacia 1980 ocurre algo similar con el Petróleo. La suma de Renovables y Biomasa mantienen una participación relativamente estable desde la década del cincuenta. Se observa que la sustitución y penetración de las fuentes es un proceso lento y gradual. A partir de 1900 ocurre una creciente diversificación, en el último cuarto de siglo el proceso de sustitución y penetración disminuye su ritmo, la participación de las diferentes fuentes muestra una estructura más estable. Fuente: DANIEL BOUILLE, idem. MONDER S.A.C 5

6 ESCENARIO DE RESERVAS DE PETRÓLEO Y GAS NATURAL AL 2050 MONDER S.A.C 6

7 FUENTES DE BIOMASA VEGETAL PARA ENERGÍA I Bosques Naturales Para explotación con manejo Reservas biodiversidad + parqueaderos de carbono Contención/preservación contra la erosión Plantaciones para fines de contención, industriales y/o energéticos Arbóreas Arbustivas Residuos Forestales Agrícolas MONDER S.A.C 7

8 FUENTES DE BIOMASA VEGETAL PARA ENERGÍA II Largo Plazo utilización de raleo y podas de plantaciones arbóreas Mediano Plazo plantaciones arbustivas (nativas) plantaciones de cultivares energéticos de corta rotación (adaptaciones / manejo) Corto Plazo residuos agrícolas Residuos forestales por raleo y podas de bosques naturales manejados y plantaciones forestales arbóreas Residuos de la industria de transformación de la madera MONDER S.A.C 8

9 PERÚ: ENERGÍA PRIMARIA COMERCIAL 2006 Fuente Reserva Probada (TJ) Producción (TJ) Oferta Interna Bruta (TJ) Petróleo Crudo 2,407, , ,917 Gas Natural + LGN 15,201, , ,489 Carbón Mineral 1,347,225 3,136 24,904 Hidroenergía 5,965,666 88,131 88,131 Uranio 878, TOTAL 25,800, , ,441 Fuente: Balance Nacional de Energía 2006, Ministerio de Energía y Minas, Lima 2007 MONDER S.A.C 9

10 PERÚ: ENERGÍA PRIMARIA NO COMERCIAL 2006 Fuente Reserva Probada (TJ) Producción (TJ) Oferta Interna Bruta (TJ) Leña - 80,132 80,132 Bagazo - 13,958 13,958 Bosta & Yareta - 10,243 10,243 Energía Solar - 2,337 2,337 TOTAL - 106, ,670 Fuente: Balance Nacional de Energía 2006, Ministerio de Energía y Minas, Lima 2007 MONDER S.A.C 10

11 PERÚ: RESUMEN ENERGÍA PRIMARIA 2006 Fuente Energía Comercial Energía no Comercial Reserva Probada (TJ) Producción (TJ) Oferta Interna Bruta (TJ) 25,800, , , , ,671 TOTAL 25,800, , ,112 Fuente: Balance Nacional de Energía 2006, Ministerio de Energía y Minas, Lima 2007 Total Energía no Comercial /Total Producción = 21% Total Energía no Comercial/Total Oferta Interna Bruta = 15.6% MONDER S.A.C 11

12 PERÚ: BIOCOMBUSTUBLES SÓLIDOS RESIDUOS AGRÍCOLAS EN LA COSTA DEL PERÚ (cálculo referido al rendimiento promedio ) Residuo Miles ton/año Miles TEP/año Miles TJ/año Caña de azúcar 1/ 2, Caña de azúcar 2/ 1, Algodón Arroz 3/ Maíz Amarillo Duro 4/ TOTAL A 5, , TOTAL B 4, , Fuente: Dirección de Estadística Ministerio de Agricultura Elaboración MONDER SAC. 1/ Considerando el follaje y el bagazo integral 2/ Considerando el follaje y la médula 3/ Comprende la cáscara y el 50% del tallo 4/ Comprende el 30% del tallo MONDER S.A.C 12

13 PREMISAS CONSIDERADAS PARA PROYECTAR EL VOLUMEN DE BIOCOMBUSTIBLES RESIDUOS AGRÍCOLAS EN LA COSTA DEL PERÚ AL 2012 Y 2015 Producción de 10.5 MM ton/año de caña de azúcar (total biomasa aérea) en 2012 y 13.1 MM ton/año en Cosecha del 100% de la caña de azúcar sin quemar. Sustitución de 20,000 ha de arroz por sorgo dulce. Producción de 6 MM ton/año de sorgo dulce (total biomasa aérea). Instalar sistemas de riego presurizado (goteo) para el cultivo de maíz y algodón. 50% del área promedio anual que durante el período se dedicó al maíz se destinaría para algodón en el segundo semestre del año agrícola (aprox. 30,000 ha). 100% del área promedio anual que durante el período dedicó al algodón en Piura y Lambayeque, se destinaría para maíz en el segundo semestre del año agrícola (aprox. 20,500 ha). Desarrollo de 23,000 nuevas ha para maíz y/o algodón que en función a la disponibilidad de agua (160 MM m3/año) producto de la sustitución de 20,000ha de arroz e instalación de riego presurizado (3,500 m3 campaña), permitiría dos campañas/cosechas por año, lo cual equivale a 46,000 ha/año. Cosecha de 115,000 ha de algodón en 2012 y 150,000 ha en algodón. Cosecha de 160,000 ha de maíz amarillo duro en 2012 y 185,000 ha en Rendimiento promedio de arroz cáscara 9.5 ton/ha (20% del peso del arroz cáscara corresponde a la cáscara, la cantidad/peso del tallo es similar a la producción de arroz cáscara/ha). MONDER S.A.C 13

14 AREA COSECHADA Y PRODUCCIÓN DE CULTIVOS CONSIDERADOS PARA OBTENER BIOCOMBUSTIBLES RESIDUSO AGRÍCOLAS PROYECCIÓN PROYECCIÓN 2012 PROYECCIÓN 2015 Cultivo Superficie Cosechada ( m ha) Producción ( m ton) Superficie Cosechada ( m ha) Producción ( m ton) Caña de azúcar* 83,906 10, ,687 13, Sorgo azucarado 12,500 3, ,000 5, Algodón (Broza) 115,000 1,150, , Arroz cáscara 201,492 1,813, ,074 1, Maíz Amarillo Duro 160,000 1,025, ,000 1,333,850 Fuente: Dirección de Estadística Ministerio de Agricultura Elaboración MONDER SAC. * No incluye proyección de la producción de nuevos proyectos de etanol / caña, en proceso de desarrollo y por iniciarse, propuestos para implementarse en la Costa Norte del Perú. MONDER S.A.C 14

15 ENERGÍA PRIMARIA POTENCIAL A PARTIR DE RESIDUOS AGRÍCOLAS EN LA REGION DE LA COSTA PROYECCIÓN AL 2012 y 2015 (M TJ) Biomasa residual Promedio Diferencia Caña de azúcar Sorgo azucarado Follaje 1/ Bagazo integral 2/ Médula 3/ Follaje 1/ N. A Bagazo integral 2/ N. A Médula 3/ N. A Algodón Broza 4/ Arroz Cáscara 5/ + tallo 6/ Maíz A. Duro Tallo 7/ TOTAL A B MONDER S.A.C 15

16 NOTAS CUADRO PROYECCIÓN DE ENERGÍA PRIMARIA POTENCIAL A PARTIR DE RESIDUOS AGRÍCOLAS EN LA REGION DE LA COSTA DEL PERÚ A/ comprende follaje + bagazo integral (no incluye médula) integral) B/ comprende follaje + médula (no incluye bagazo 1/ Corresponde al 13.2% del volumen de caña cosechada y equivalencia de 106 galones de Petróleo por ton de follaje en base seca. 2/ Corresponde al 25% del volumen de caña cosechada sin quemar y equivalencia de 56 galones de Petróleo por ton de bagazo integral base húmeda. 3/ Corresponde al 40% de la fracción bagazo integral base húmeda y equivalencia de 56 galones de Petróleo por ton de médula base húmeda. 4/ Corresponde a 10 ton de rastrojo/ha y equivalencia de 1 galón de Petróleo por 8 Kg de rastrojo en base seca. 5/ Corresponde al 20% del volumen de arroz cáscara cosechado y equivalencia de 108 galones de Petróleo por ton de cáscara de arroz base seca. 6/ Corresponde al 50% del peso del tallo de arroz cosechado (peso arroz cáscara = peso tallo) y equivalencia de 81.6 galones de petróleo por ton de tallo base seca. 7/ Corresponde al 30% del volumen del residuo tallo de maíz cosechado y equivalencia de 45 galones de Petróleo por ton de rastrojo de maíz. Fuente: - Dirección de Estadística Ministerio de Agricultura Elaboración MONDER SAC. - Proyecto GEF-IFC- Monder Obtención de biocombustibles y fibra celulosa a partir de residuos agrícolas y forestales - SalixSphere- Monder Evaluación de Campo - Composición de la Biomasa Cañera del Valle del Chancay - Lambayeque Perú. MONDER S.A.C 16

17 RELACIÓN GAS NATURAL RESIDUOS AGRÍCOLAS PARA GENERACIÓN ELÉCTRICA ESCENARIO HIDROTÉRMICO Resd. Agri =108.5 MTJ Resd. Agri MTJ GN = 98.8 MTJ Resd. Agri = 71.8 MTJ GN = 53.5 MTJ A B C GN=121.6 MTJ MONDER S.A.C 17

18 RELACIÓN GAS NATURAL RESIDUOS AGRÍCOLAS PARA GENERACIÓN ELÉCTRICA ESCENARIO TÉRMICO Resd. Agri = MTJ GN= MTJ Resd. Agri 71.8 MTJ GN= 53.5 MTJ A B C GN= MTJ Resd. Agri MTJ MONDER S.A.C 18

19 COSTOS COMPARATIVOS DE INVERSIÓN Y GENERACIÓN PARA PLANTAS TÉRMICAS DE BIOMASA, GAS NATURAL Y CARBÓN MINERAL MONDER S.A.C 19

20 Alternativa 1 Costos de instalación: USD 1,200 Kw Follaje Gas Natural Carbón Capacidad instalada, MW Horas de funcionamiento 7,000 7,000 7,000 Eficiencia Costo de combustible, USD/tep */ Costo de instalación, USD/kW 1,200 1,200 1,200 Índice de descuento Vida útil, años Electricidad generada, MWh 700, , ,000 Energía consumida, TJ 8,400 5,600 8,400 Energía consumida, tep 200, , ,592 Costo anual de combustible, USD 1,604,736 12,463,450 23,549,501 Costo total de instalación, USD 120,000, ,000, ,000,000 Costo inversión anualizado, USD $12,729,510 $12,729,510 $12,729,510 Costo total anualizado, USD $14,334,246 $25,192,959 $36,279,011 Costo de electricidad, USD/kWh Diferencia 76% 153% */ USD 2.7 X 1MMBTU (1,000p3) MONDER S.A.C 20 **/ USD CIF ton, se requiere ton Hulla Bituminosa por toe

21 Alternativa 2: Costos de instalación: USD 1,200 Kw para Follaje de Caña de Azúcar y Carbón Mineral, USD 1,000 Kw para Gas Natural Follaje Gas Natural Carbón Capacidad instalada, MW Horas de funcionamiento 7,000 7,000 7,000 Eficiencia Costo de combustible, USD/tep */ Costo de instalación, USD/Kw. 1,200 1,000 1,200 Índice de descuento Vida útil, años Electricidad generada, MWh 700, , ,000 Energía consumida, TJ 8,400 5,600 8,400 Energía consumida, tep 200, , ,592 Costo anual de combustible, USD 1,604,736 12,463,450 23,549,501 Costo total de instalación, USD 120,000, ,000, ,000,000 Costo inversión anualizado, USD $12,729,510 $10,607,925 $12,729,510 Costo total anualizado, USD $14,334,246 $23,071,374 $36,279,011 Costo de electricidad, USD/kWh Diferencia 61% 153% */ USD 2.7 X 1MMBTU (1,000p3) MONDER S.A.C 21 **/ USD CIF ton, se requiere ton Hulla Bituminosa por toe

22 Alternativa 3 Costo de instalación: USD 1,500 Kw para Follaje de Caña de Azúcar y para Carbón Mineral, USD 1,200 para Gas Natural Follaje Gas Natural Carbón Capacidad instalada, MW Horas de funcionamiento 7,000 7,000 7,000 Eficiencia Costo de combustible, USD/tep */ Costo de instalación, USD/kW 1,500 1,200 1,500 Índice de descuento Vida útil, años Electricidad generada, MWh 700, , ,000 Energía consumida, TJ 8,400 5,600 8,400 Energía consumida, tep 200, , ,592 Costo anual de combustible, USD 1,604,736 12,463,450 23,549,501 Costo total de instalación, USD 150,000, ,000, ,000,000 Costo inversión anualizado, USD $15,911,887 $12,729,510 $15,911,887 Costo total anualizado, USD $17,516,623 $25,192,959 $39,461,388 Costo de electricidad, USD/kWh Diferencia 76% 153% */ USD 2.7 X 1MMBTU (1,000p3) MONDER S.A.C 22 **/ USD CIF ton, se requiere ton Hulla Bituminosa por toe

23 POSIBLES IMPLICANCIAS DEL USO DE REISUOS AGRÍCOLAS PARA COGENERACIÓN (I) El volumen de reservas probadas de GN de los campos de Camisea y Pagoreni (Camisea II) es de miles de millones de m3 (11.3 billones de p3) La proyección del uso de GN al 2016 alcanza a 14,868.8 MM m3. Según sector económico el consumo esperado es: exportación 6,462.5 MMm3 (43.5%), generación eléctrica 3,985 MMm3 (26.8%), uso industrial 3,996.4 MMm3 (26.9%). El consumo vehicular y doméstico-comercial representa sólo el 2.8%. De no ocurrir hallazgos significativos de nuevas reservas, la estructura de la asignación proyectada por actividad económica permanecería estable. Ello implica que el uso industrial de GN, especialmente en lo que concierne a petroquímica, no podría ampliar su capacidad por limitaciones en el suministro del mismo. Del total de GN asignado para uso industrial, alrededor de 150 MMPCD = 54,750 MMPC/año = 1,551 MMm3/año = 53,664.3 TJ/año se destinará para la actividad petroquímica. Se considera viable incrementar 100% la asignación de GN para petroquímica si se sustituye parte (aprox. 30% - 40%) de la generación eléctrica proyectada en base a GN por generación mediante biocombustibles residuos agrícolas. MONDER S.A.C 23

24 POSIBLES IMPLICANCIAS DEL USO DE REISUOS AGRÍCOLAS PARA COGENERACIÓN (II) Lo anterior, como posibilidad, se sustenta en lo siguiente: - GN/año asignado para petroquímica = 1,551 MMm3/año = 53,664.3 TJ/año - GN asignado para generación eléctrica = 3,985 MMm3/año = 137,881 TJ/año - Energía primaria contenida en el volumen proyectado de residuos agrícolas en la costa del Perú al 2015 = 113,500 TJ/año (opción que no considera el uso energético el bagazo integral de la caña de azúcar). Para generación eléctrica se utilizaría el 50% del volumen/energía de residuos agrícolas proyectados para el 2015 = 113,500 TJ x 0.50 = 56,700 TJ. Ello permitiría sustituir un volumen de GN de igual contenido energético previsto para generación de electricidad. 56,700 = 1,638.7 MMm3 = MMp3/día, volumen que se podría suministrar para fines de petroquímica. Generar electricidad con biocombustibles residuos agrícolas, bajo condiciones de 0.80 de factor de carga, 0.30 de eficiencia termo-eléctrica y adecuada tecnología de acopio, permite costos por kw/h inferiores a lo previsto para la generación con GN. Lograr menor costo de generación significa la posibilidad para reducir el costo promedio de la energía que se distribuye vía el Sistema Eléctrico Interconectado Nacional (SEIN). Generar electricidad con biocombustibles residuos agrícolas permite acceder a CERs. MONDER S.A.C 24

25 POSIBLES IMPLICANCIAS DEL USO DE REISUOS AGRÍCOLAS PARA COGENERACIÓN (III) Para calcular la reducción de GEI, expresada en ton de CO2 eq, por razón de la electricidad de fuente renovable/limpia que se suministre a la red, se relaciona el Factor de Emisión (FE) del SEIN con la cantidad de MWh/año que se proyecta proveer. 56,700 TJ de energía primaria (contenida en el 50% de residuos agrícolas proyectados al 2015), permite operar 670 Mwe de potencia x 7,000 hora/año = 4.73 MM de MWe/año (factor de carga 0.80 y eficiencia termo-eléctrica de 0.30). El FE del SEIN (preliminar, en revisión) calculado por FONAM-JICA se estima en tco2 eq /MWh. Por lo tanto: tco2 eq /MWh * 4,732,950 MWh = 2.56 MM tco2eq La venta de 2.56 MM de CERs a US$ 15 = US$ MM/año El ingreso anual de US$ MM permitiría financiar la instalación de sistemas de riego presurizado en 10,000 12,000 ha /año (US$ 2,500/ha US$ 3,000/ha). Es usual que los contratos para la compra/venta de CERs abarquen 10 años. El ingreso de ello permitiría invertir en tecnificar el riego en 100,00 120,000 ha. Dicha área equivalente a la extensión, con sistemas de riego presurizado, requerida para la producción agrícola que provea la energía primaria propuesta como meta proyectada al 2012 y 2015 en esta exposición. MONDER S.A.C 25

26 Planta de generación de electricidad multibiomasa en Finlandia 50 MWe MONDER S.A.C 26

27 Planta de gasificación de biomasa en Värnamo Finlandia 7 MWe MONDER S.A.C 27