Evaluación técnica y económica de sistemas de poligeneración con gasificación de bagazo para industrias azucareras en Perú

Abstract

La presente tesis evalúa la factibilidad técnica y económica de diferentes configuraciones de equipos de sistemas de poligeneración con gasificación de bagazo de caña de azúcar, con la finalidad de seleccionar la mejor alternativa para incrementar la producción de electricidad, obtener excedentes que se puedan vender a la red y mejorar el rendimiento eléctrico de una empresa azucarera peruana que dispone de un sistema convencional de poligeneración. Las Alternativas 1 y 2 integraron un módulo de gasificación en un ciclo combinado: la primera empleó una turbina de gas, evaluada con diferentes modelos, y la segunda un motor de gas, donde se realizaron evaluaciones modificando el número de unidades del modelo MAN 18V51/60DFTS. Las Alternativas 3 y 4 integraron un módulo de gasificación en un ciclo abierto para brindar soporte al sistema existente de la empresa, utilizando una turbina de gas modelo Solar Mars 90 en la tercera y un motor de gas modelo MAN 12V51/60DF en la cuarta. Todas las alternativas incrementaron la generación (desde 135,288 MWh/año hasta 1,679,262 MWh/año) y el rendimiento eléctrico (desde 11.85 % hasta 41.65 %) en comparación con la planta existente (32,076 MWh/año y 5.46 %, respectivamente). En el plano económico, la implementación resulta relativamente costosa, con valores de LCOE entre 60 USD/MWh y 200 USD/MWh, y un payback entre 14.9 y 49.8 años. Esto reduce su competitividad frente a otras opciones de suministro energético. Tanto técnica como económicamente, la Alternativa 1 con la turbina de gas Siemens SGT6-4000F destacó como la mejor alternativa.

This thesis assesses the technical and economic feasibility of various equipment configurations for polygeneration systems using sugarcane bagasse gasification in order to identify the best alternative to increase electricity production, generate surpluses that can be sold to the grid and improve the electrical efficiency of a conventional sugar industry factory's polygeneration system. Alternatives 1 and 2 involved integrating a gasification module into a combined cycle: the former employed a gas turbine, assessed with various models, while the latter utilized a gas engine, where evaluations involved modifications to the number of units of the MAN 18V51/60DFTS model. Alternatives 3 and 4 were founded upon integrating a gasification module into an open cycle to provide support to the existing system of the sugar factory, using a Solar Mars 90 gas turbine in the third and a MAN 12V51/60DF gas engine in the fourth. All alternatives showcased improvements in both electricity generation (from 135,288 MWh/year to 1,679,262 MWh/year) and electrical efficiency (from 11.85 % to 41.65 %) when compared to the existing plant (32,076 MWh/year and 5.46 %, respectively). From an economic standpoint, the implementation is relatively costly, with LCOE values ranging from 60 USD/MWh to 200 USD/MWh and a payback period spanning from 14.9 to 49.8 years. Consequently, its competitiveness is diminished when compared to other renewable or non-renewable energy supply options. Both technically and economically, Alternative 1 featuring the Siemens SGT6-4000F gas turbine emerged as the best design alternative.