Lic. Ana Lorena León, Coordinadora Area de Desarrollo, Dirección Sectorial de Energía, Costa Rica.
Antecedentes
La empresa Azucarera El Viejo S.A., creada en 1955, constituye un ejemplo claro de economía por aprovechamiento de residuos vegetales de la producción, específicamente el bagazo de la caña de azúcar.
Está localizada en La Güinea, Filadelfia, provincia de Guanacaste, la empresa produce azúcar y melazas.
Se elaboran dos clases de azúcares: el blanco para consumo interno del país y el crudo para la exportación, cuyo manejo es a granel. Esta producción está determinada por cuotas establecidas por la Liga Agrícola Industrial de la Caña de Azúcar (LAICA).
La empresa genera 1.100 empleos en el período de zafra, de los cuales 350 son permanentes, durante todo el año.
La caña que se utiliza proviene en un 60% de sus propias plantaciones y en un 40% de plantaciones de terceros. La producción anual es de 365.000 t de caña, la cual se procesa de manera continua en el período de zafra de enero a abril.
El bagazo de la caña procesada se utiliza en un 30% para generar vapor a 14 bar1 (200 psi), en dos calderas de 40.909 kg/hr de capacidad cada una. Estas dos calderas producían un total de 74.544 kg/h de vapor a 14 bar que se utilizaba tanto para generar electricidad como para mover los motores de las masas de molienda y las cuchillas cañeras. El vapor residual era utilizado en el proceso para suplir los requerimientos térmicos del mismo (evaporadores, tachos, etc).
1 bar = 14.23 psi.
El vapor utilizado para generar electricidad pasaba por un turbogenerador de no condensación (1,5 MW de capacidad) en una cantidad de 15.454 kg/h dando una producción de 1 MW de energía eléctrica que era consumida en el funcionamiento del ingenio.
Esta generación eléctrica era insuficiente para satisfacer la demanda del ingenio y se requería complementarla con la compra de electricidad a la red nacional. Por otro lado el uso del bagazo como combustible era insuficiente.
Cuatro factores llevaron a la Azucarera El Viejo S.A. a realizar el proyecto de cogeneración:
1. La compra de energía a COOPEGUANACASTE representaba el 20% dentro de la estructura de costos de la empresa (1.500.000 kWh por año);2. Se requería comprar una nueva caldera e incrementar la compra de energía eléctrica para satisfacer el aumento de molienda;
3. Existía la posibilidad de vender energía eléctrica al Instituto Costarricense de Electricidad (ICE); y
4. Deshacerse del bagazo tenía un costo adicional en la zafra ya que se necesitaban cargadores, tractores a pala y vagonetas para tal actividad.
Es a partir de esta situación que se decide en 1989 iniciar los estudios para la implementación del proyecto de cogeneración. La construcción de obras se realiza en 1990 y la venta de los excedentes de energía eléctrica al ICE se inicia en 1991.
Componentes de la planta
El equipo y las obras civiles instaladas para el sistema de cogeneración en la etapa actual están conformadas de la siguiente manera:
- Una caldera Babcock and Wilcox fabricada en 1950, comprada de segunda mano de 90.909 kg/h-28 bar, 176°C de vapor con economizados de precalentado y rejilla movilizable, y mecanismo desaireador de 113.120 kg/h.- Un turbogenerador de condensación, marca Westinghouse (fabricado en 1960), comprada de segunda mano, con una capacidad de 7.500 kW, 316 bar, con 3.600 rpm, acoplado directamente.
- Un turbogenerador de no condensación, marca General Electric (fabricado en 1960), comprado de segunda mano, con una capacidad de 5.000 kW, 316 bar, con 3.600 rpm, acoplado directamente.
- Una subestación para 12.000 kW con un transformador de para 7.500 kW, para elevar el voltaje de 4.160 a 24.900 voltios, voltaje requerido por el Sistema Nacional Interconectado (SNI).
- Un equipo nuevo de medición y control necesario para conectar a la planta de cogeneración con el SNI.
- Una computadora nueva Bailey modelo INFI 90, utilizada para el control de la caldera.
- Tuberías de vapor que conectan la caldera con los turbogeneradores.
- Una línea de transmisión de 14 km.
Descripción del proceso
El bagazo pasa directamente de los molinos a las calderas. Cuando existe remanente es almacenado al aire libre.
En la caldera Babock and Wilcox (con paredes enfriadas por agua) se produce 62.545 kg/h a una presión de 28 bar, 176°C con la cual se opera los dos turbogeneradores. Así, de manera ordenada se suministra 23.635 kg/h de vapor al turbogenerador de no condensación y 38.910 kg/h al de condensación. En ambos casos el vapor entra a la presión y temperatura producidas por la caldera.
Del turbogenerador de no condensación el vapor sale a 1,4 bar para ser utilizado en el sistema de vapor del ingenio. La energía eléctrica generada es utilizada para el funcionamiento del ingenio (2.500 kW) y el excedente se vende a la red nacional (4.000 kW), aspecto que lo hace atractivo desde el punto de vista de la Red Latinoamericana de Cooperación Técnica en Dendroenergía.
Al mismo tiempo cada caldera de las dos restantes (con capacidad de 40.909 kg/h) produce 29.545 kg/h de vapor. Esto significa una producción de 59.090 kg/h de vapor en total. Este vapor es producido a 1,4 bar y es utilizado para mover 4 molinos que consumen 9.090 kg/h para mover los motores de cada uno de los molinos y dos cuchillas cañeras (que consumen 11.363 kg/h de vapor cada una).
La actividad de la caldera es controlada por medio del equipo de cómputo Bailey, centraliza los controles y permite conocer cualquier avena o distorsión que se presente durante la generación del vapor. Además el funcionamiento de los turbogeneradores y de la planta eléctrica se controla por medio de otra central instalada por Siemens.
Operación y mantenimiento
La planta de cogeneración opera de manera continua durante el periodo de zafra del ingenio (100 días al año aproximadamente). Ocupa once empleados con capacitación diversa (un ingeniero, cuatro técnicos en electricidad y seis operadores de paneles).
Al equipo de generación se le da mantenimiento y revisión una vez al año, durante el penado de zafra muerta. Las calderas, turbinas y generadores se desarman totalmente, se cambian las piezas defectuosas y se arman nuevamente. Antes de arrancar se realizan pruebas de presión, velocidad, resistencia, temperatura, entre otras.
Durante la zafra activa se realiza mantenimiento preventivo en todos los equipos, (inspecciones periódicas para detectar condiciones anormales como sobrecalentamiento, ruidos, vibraciones, entre otras).
Las labores de mantenimiento se realizan con el apoyo de una empresa de ingeniería local: Ingeniería Dinámica S.A.
Algunos de los problemas presentados para la puesta en marcha de la planta de cogeneración fueron, entre otros, los siguientes:
1. Sincronización de la planta a la red nacional.
2. Comunicación con la subestación eléctrica.
3. Carencia de información técnica sobre la cogeneración a nivel del país.
4. Inexistencia en el país de ingenierías especializadas.
Aspectos económicos
El tiempo de retorno de la inversión es de 10 años tomando en cuenta los siguientes elementos:
- La inversión fue de $EE.UU. 1.747.584 (86% en divisas), de los cuales $EE.UU. 974.160 corresponden a los turbogeneradores.- Los costos de operación y mantenimiento ascienden a $EE.UU. 543.050 por un año de los cuales corresponden $EE.UU. 14.760 a repuestos y $EE.UU. 28.290 a la mano de obra (empleados y asistencia técnica).
- Los ingresos por venta de energía eléctrica al ICE ascienden a $EE.UU. 223.860 por ano.
- El ahorro anual en factura eléctrica se estima en $EE.UU. 87.330 y en traslado del bagazo de $EE.UU. 81.180, para hacer un total estimado de $EE.UU. 168.510.
Resultados a nivel de empresa
La puesta en marcha de la planta de cogeneración ha dado las siguientes ventajas a la empresa azucarera en esta primera etapa:
- Rentabilidad de inversión en cogeneración gracias a la compra de equipos baratos de segunda mano y al hecho de compartir la inversión entre el ingenio y la planta de cogeneración.- Creación de una nueva fuente de ingreso para el ingenio constituido por la venta de energía eléctica.
- Seguridad en el abastecimiento de energía eléctrica durante el período de zafra.
- Ahorro por concepto de compra de energía eléctrica.
- Creación de nuevas fuentes de trabajo especializado (once plazas).
- Reducción de los efectos negativos del no uso del bagazo.
Además de estas ventajas económicas, se tienen otras de índole técnico entre las cuales están:
- Aumento del 33% en la capacidad de molienda de caña por hora.
- Aumento del 15% en la eficiencia de utilización del vapor por tonelada de caña.
- Aumento del 73% en el uso energético del bagazo.
- Aumento del 25% en la capacidad de los molinos.
- Aumento del 20% en la capacidad de procesamiento de caña.
Paralelamente la implementación del proyecto ha creado conciencia en aspectos ligados:
- A la conservación de la energía (revestimiento de tuberías, trampas de vapor).
- Con el secado del bagazo para aumentar su eficiencia de combustión.
- Con la optimización del control de la demanda de vapor.
- Con la sustitución de la fuerza matriz en los molinos y las cuchillas cañeras.
Un proyecto en tres etapas
La Azucarera El Viejo S.A. genera el bagazo suficiente para usarlo como combustible en la cogeneración. Esto permite ser autosuficiente en energía y vender el excedente a la red nacional.
Para hacer posible el proyecto, la Azucarera El Viejo S.A. tuvo que cumplir con la Ley No. 7.200 que autoriza la generación autónoma o paralela de electricidad y su reglamento, donde se establece que para realizar tal tipo de proyecto se debe cumplir con:
1. Declaratoria de elegibilidad.
2. Estudio de impacto ambiental.
3. Concesión eléctrica.
4. Estudio de viabilidad.
La empresa determinó que el proyecto se realizaría en etapas hasta alcanzar una capacidad de 12.000 kW. Además se tomó la decisión de usar equipos de segunda mano adquiridos en el mercado norteamericano a bajos precios, con lo cual la tecnología no sería de «punta» pero adecuada a la realidad del ingenio (tecnología de los años cincuenta) obligando a aplicarlo de manera gradual. Se comenzó por instalar una caldera con una presión de vapor superior a la tradicionalmente usada en el ingenio, de 1,4 bar, incrementando a 2,8 bar.
En la actualidad se ha realizado la primera etapa, donde los gastos en la compra de equipos fueron cargados a dos centros de costos diferentes los del ingenio y los de la planta de cogeneración. Además se va adquiriendo la experiencia con asesoría de ingenierías especializadas como la de Consultores Azucareros de Guatemala. Esta etapa tiene dos años de estar en operación. En el primero se generó energía eléctrica para ser utilizada en las instalaciones del ingenio y las casas de los empleados. En el segundo se comenzó a vender energía al ICE y paralelamente se hicieron cambios en los equipos de proceso del ingenio.
El financiamiento corresponde a una cuota mayoritaria del ingenio y complementada con aportes del Sistema Bancario Nacional en términos comerciales (cinco años plazo, sin período de gracia y al 34% de interés anual en moneda nacional). Este financiamiento es netamente para los requerimientos en materiales y equipos para la planta de cogeneración.
El contrato con el Instituto Costarricense de Electricidad
Se ha establecido un contrato de venta de los excedentes de energía eléctrica con el ICE donde se fija el compromiso de compra/venta de éstos, entre las dos entidades. El contrato se firmó el 12 de diciembre de 1990 con esta institución que es la autorizada por la Ley No. 7.200 para comprar energía eléctrica a los generadores autónomos o paralelos. Tiene una duración de 8 años, prorrogable automáticamente por períodos bianuales. Este contrato incluyó la declaratoria de elegibilidad, el programa anual de suministro y los requisitos y condiciones generales para venta de energía eléctrica al ICE por productores privados. El mismo contrato fue refrenado el 29 de enero de 1991 por el Servicio Nacional de Electricidad (SNE), ente regulador de precios del sector eléctrico e hidrocarburos.
En este contrato se establece, entre otras cosas:
- La compra por el ICE de la energía eléctrica generada tan sólo de la combustión biomásica.- La tarifa de compra del kWh será la que tenga vigente el SNE para el tipo de tarifa que la empresa acoja, en este caso la tipo tres, que es la establecida para los proyectos de cogeneración en Costa Rica. Esta tarifa se revisará periódicamente.
- El ICE pagará las cantidades de energía eléctrica compradas cada mes, e instalará por su cuenta el equipo de medición correspondiente y su lectura la hará el último día de cada mes.
- La Azucarera El Viejo S.A. entregará a COOPEGUANACASTE la energía eléctrica producida, y ésta a su vez le permite interconectarse y operar en paralelo con su red de distribución.
- La energía eléctrica entregada será trifásica, con factor de potencia máxima de 0,95 atrasado.
- La empresa Azucarera se compromete a acatar las instrucciones del ICE con respecto a la operación de su planta en paralelo con el Sistema Nacional Interconectado (SNI).
- La empresa Azucarera es responsable de proveer, instalar, operar, mantener y financiar todo equipo o accesorio requerido para ampliar, mejorar, o reparar los sistemas de su planta generadora.
Testimonio del propietario
El señor Alvaro Jenkins señala que «antes de iniciar el proceso de implementación de la cogeneración en el ingenio, la utilización del bagazo como energético y el uso del vapor no eran eficientes, ya que no había posibilidades de aprovecharlo si se aumentaba la eficiencia en estos aspectos de producción».
«Decidimos iniciar el proyecto de cogeneración, aún antes de que existiera un marco legal que autorizara la generación autónoma o paralela de energía eléctrica, es decir la Ley No. 7.200. Nosotros comenzamos a trabajar dos años antes de que esta ley se aprobara e hicimos las primeras pruebas, una zafra antes de su aprobación».
«Realizamos el proyecto porque teníamos que comprar otra caldera para satisfacer las necesidades de vapor del ingenio, ya que la zafra iba a aumentar y con ello las necesidades de vapor y la capacidad de molienda. Por esto, decidimos comprar una caldera de mayor capacidad y aprovechar para generar energía eléctrica, a la vez hacer la obra con equipo de segunda mano, oportunidad que se nos presentó al realizar un viaje a los Estados Unidos».
«Nuestra experiencia de cogeneración en la industria de la caña demuestra que ésta no es rentable si sólo se tratara de generación, ya que sólo opera durante los 100 días del período de zafra, y por ley no podemos utilizar derivados de petróleo para generar durante todo el año como sucede en otros países».
Por lo que el señor Jenkins agrega que «la única manera de hacer rentable esta actividad es cambiar las inversiones que se realizan para suplir los requerimientos para el aumento de la capacidad de molienda y a su vez mejorar la eficiencia del proceso».
«Estamos previendo llegar a vender 12 MW para lo cual pensamos desarrollar plantaciones de eucaliptos en terrenos no aptos para la siembra de caña de azúcar y aprovechar el incremento de la zafra debido al aumento natural de la demanda nacional (5%) y que hay un desplazamiento del cultivo en el Valle Central (4%) hacia Guanacaste».
Para finalizar menciona que existen otros productores que están interesados en la realización de este tipo de proceso en Costa Rica y en el resto de los países centroamericanos.
