• No results found

Maximization  of  electricity  generation  or   pelletization  of  the  surplus  bagasse  in  a  Cuban  

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Maximization  of  electricity  generation  or   pelletization  of  the  surplus  bagasse  in  a  Cuban  "

Copied!
81
0
0

Loading.... (view fulltext now)

Full text

(1)

Bachelor  of  Science  Thesis  

KTH  School  of  Industrial  Engineering  and  Management    

Maximization  of  electricity  generation  or   pelletization  of  the  surplus  bagasse  in  a  Cuban  

sugar  mill:  A  comparative  analysis  

 

Amanda  Öhman   Linnea  Lundberg    

(2)

Keywords:   sugar   cane   industry,   sugar   cane,   bagasse,   excess   bagasse,   cogeneration,  

bagasse  pellets,  unplanned  production  stoppages,  electricity  generation,  pelletization    

(3)

   

 

  Bachelor  of  Science  Thesis  EGI-­‐2016  

Maximization of electricity generation or pelletization of the surplus bagasse in a Cuban sugar mill: A comparative analysis

     

    Amanda  Öhman  

Linnea  Lundberg  

Approved  

2016-­‐06-­‐15  

Examiner  

Anders  Malmquist  

Supervisor  

Catharina  Erlich  

  Commissioner  

UCLV,  Santa  Clara,  Cuba  

Contact  person  

Idalberto  Herrera  Moya  

 

   

(4)

Acknowledgement  

The   Linnaeus-­‐Palme   programme   has   with   their   scholarship   made   this   bachelor   thesis   possible  and  for  that  we   would  like  to   express  our  great  appreciation.  Also,  we  would   like  to  thank  the  ÅForsk  Foundation  for  their  generous  travel  grant.  Our  greatest  thank   you   to   the   people   who   have   helped   us   along   the   way,   especially   Professor   Idalberto   Herrera  Moya  who  with  great  enthusiasm  contributed  with  his  knowledge  regarding  the   sugar  cane  industry  and  Cuba.  In  addition  to  this,  we  would  like  to  thank  the  employees   at   Carlos   Baliño   who   showed   us   their   factory   and   helped   us   collect   the   required   data.  

Furthermore   we   would   like   to   thank   our   travelling   partners,   Åsa   and   Therése,   whose   company   truly   has   made   this   time   unforgettable.   Lastly,   we   would   like   to   thank   Catharina  Erlich  for  opening  our  eyes  to  Cuba  and  the  sugar  cane  industry.    

 

Linnea  Lundberg  and  Amanda  Öhman   Santa  Clara,  Cuba,  2016-­‐05-­‐26  

 

   

(5)

Abstract  

The  Cuban  energy  sector  today  is  highly  dependent  on  fossil  fuels,  oil  in  particular  which   amounts  for  around  85  %  of  the  power  generated  in  Cuba.  Only  4.3  %  of  the  electricity  is   generated  from  renewable  energy  sources.  In  order  for  Cuba  to  increase  the  amount  of   renewable   energy,   the   sugar   industry   can   play   an   important   role.   The   residue   from   sugar   production,   bagasse,   has   historically   been   seen   as   a   disposal   problem   for   many   sugar  mills  but  with  a  suitable  application,  it  could  be  a  valuable  energy  resource.  The   bagasse   is   used   in   the   cogeneration   unit   in   the   sugar   mills   to   generate   electricity   and   heat  but  it  can  also  be  used  for  pellets  production.  The  pellets  could  thereafter  be  used   as  fuel  in  industries  or  other  power  plants,  replacing  oil.    

The   aim   of   this   project   is   to   perform   a   comparative   analysis   between   two   possible   applications  for  the  excess  bagasse  at  Carlos  Baliño,  a  Cuban  sugar  mill  situated  in  the   province   Villa   Clara.   The   investigated   applications   are   maximization   of   electricity   generation   and   maximization   of   pelletization,   with   the   aim   to   determine   the   best   alternative   from   both   economic   and   environmental   points   of   view.   The   influence   of   unplanned   stoppages   in   the   production   is   also   analysed   since   the   many   stoppages   strongly  affects  the  amount  of  excess  bagasse  available  for  these  applications.      

The  method  in  order  to  fulfil  the  project  aim  is  divided  into  four  main  parts.  The  first   part   is   an   evaluation   of   the   current   energy   performance   at   Carlos   Baliño.   The   second   part  investigates  how  the  production  stoppages  influences  the  energy  performance  and   the   results   are   partly   used   in   part   three   and   four,   where   the   two   investigated   applications  for  the  excess  bagasse  are  evaluated.    

The   results   show   that   the   biggest   causes   for   production   stoppages   are   interruptions   caused   by   nature   phenomena,   operational   interruptions   and   failure   in   equipment   and   that   the   amount   of   bagasse   used   during   stoppages   is   approximately   7700   ton   per   season.   Considering   the   extent   of   stoppages   as   well   as   the   limitations   in   current   machinery  the  maximum  excess  electricity  generation  that  can  be  exported  to  the  grid   amounts  to  2.58  GWh  per  season.  This  entails  approximately  387  000  USD  in  revenues   from  sold  electricity  for  Carlos  Baliño  and  1080  ton  of  oil  that  can  be  reduced  in  Cuba.  

The  amount  of  pellets  that  can  be  produced  from  the  current  amount  of  excess  bagasse   amounts   to   6200   ton   per   year,   which   entails   a   yearly   economic   gain   from   pellets   of   approximately   653   000   USD   for   Carlos   Baliño.   This   amount   of   pellets   can   be   used   to   generate  8.79  GWh  of  net  electricity  per  year  and  the  amount  of  oil  that  can  be  reduced   in  Cuba  is  3700  ton.  It  is  concluded  that  maximization  of  pellets  is  the  best  application   for  the  excess  bagasse,  both  from  an  economic  and  an  environmental  point  of  view.    

Since   the   investigation   of   production   stoppages   in   this   report   is   based   on   several   assumptions,  future  work  should  mainly  focus  on  further  investigation  within  this  area.  

Inter   alia,   it   should   be   investigated   which   types   of   stoppages   that   are   likely   to   be   reduced  and  to  what  extent  they  can  be  reduced.      

(6)

Sammanfattning  

Den  kubanska  energisektorn  är  idag  mycket  beroende  av  fossila  bränslen,  speciellt  olja   vilket   står   för   omkring   85   %   av   den   el   som   genereras   på   Kuba.   Endast   4,3   %   av   elen   kommer   från   förnyelsebara   energiresurser.   För   att   Kuba   ska   kunna   öka   mängden   förnyelsebar   energi   kan   sockerindustrin   spela   en   viktig   roll.   Restprodukten   från   sockerproduktionen,   bagass,   har   historiskt   setts   som   ett   avfallsproblem   för   många   sockerfabriker   men   med   ett   lämpligt   användningsområde   kan   bagassen   vara   en   värdefull  energiresurs.  Bagassen  används  i  kraftvärmeprocesser  i  sockerfabriker  för  att   generera   elektricitet   och   värme   men   kan   också   användas   för   att   producera   pellets.  

Pelletsen   kan   därefter   användas   som   bränsle   i   industrier   eller   andra   kraftverk   för   att   ersätta  olja.    

Syftet   med   detta   projekt   är   att   göra   en   jämförande   analys   mellan   två   möjliga   användningsområden  för  överskottsbagassen  på  Carlos  Baliño,  en  kubansk  sockerfabrik   belägen  i  provinsen  Villa  Clara.  De  undersökta  användningsområdena  är  maximering  av   elgenerering   och   maximering   av   pelletering,   med   syftet   att   bestämma   det   bästa   alternativet,   både   från   ett   ekonomiskt   samt   ett   miljömässigt   perspektiv.   Inverkan   av   oplanerade   produktionsstopp   analyseras   också   eftersom   de   många   stoppen   påverkar   mängden  överskottsbagass  som  kan  användas  för  andra  tillämpningar.    

Metoden  för  att  uppfylla  projektets  syfte  är  uppdelad  i  fyra  huvuddelar.  Första  delen  är   en  utvärdering  av  Carlos  Baliños  nuvarande  energiprestation.  Andra  delen  undersöker   hur   produktionsstoppen   påverkar   energiprestationen   och   resultaten   används   delvis   i   del  tre  och  fyra  där  de  två  användningsområdena  för  överskottsbagassen  utvärderas.    

Resultaten   visar   att   de   största   orsakerna   till   produktionsstopp   är   avbrott   orsakade   av   naturfenomen,   driftsstörningar   och   fel   i   utrustning   och   att   mängden   bagass   som   används   under   stopp   är   ungefär   7700   ton   per   säsong.   Med   hänsyn   till   produktionsstoppen   samt   begränsningar   i   nuvarande   maskineri   uppgår   den   maximala   överskottselektriciteten  som  kan  exporteras  till  det  nationella  elnätet  till  2,58  GWh  per   säsong.  Detta  medför  intäkter  på  387  000  USD  från  såld  el  för  Carlos  Baliño  och  1080   ton  i  minskad  oljeanvändning  för  Kuba.  Mängden  pellets  som  kan  produceras  från  den   nuvarande  mängden  överskottsbagass  uppgår  till  6200  ton  per  år  vilket  medför  en  årlig   ekonomisk   vinning   från   pellets   på   cirka   653   000   USD   för   Carlos   Baliño.   Denna   mängd   pellets  kan  användas  för  att  generera  8,79  GWh  elektricitet,  netto,  per  år  och  mängden   olja   som   kan   reduceras   i   Kuba   uppgår   till   3700   ton.   Slutsatsen   är   att   maximering   av   pellets  är  det  bästa  användningsområdet  för  överskottsbagass,  både  från  ett  ekonomiskt   och  ett  miljömässigt  perspektiv.    

Eftersom   undersökningen   av   produktionsstopp   i   denna   rapport   baseras   på   många   antaganden  bör  framtida  arbete  fokusera  på  ytterligare  utredningar  inom  detta  område.  

Exempelvis  bör  det  utredas  vilken  typ  av  produktionsstopp  som  är  möjliga  att  reducera   samt  till  vilken  grad  de  kan  reduceras.      

(7)

Table  of  contents  

Acknowledgement  ...  4  

Abstract  ...  5  

Sammanfattning  ...  6  

Nomenclature  ...  11  

1   Introduction  ...  14  

1.1   Problem  formulation  ...  15  

1.2   Aim  ...  15  

2   Sugar  cane  production  ...  16  

2.1   Milling  ...  16  

2.2   Clarification  and  filtration  ...  17  

2.3   Evaporation  ...  17  

2.4   Crystallization  ...  17  

2.5   Centrifugation  ...  17  

2.6   Drying  ...  18  

2.7   Bagasse  ...  18  

2.8   Unplanned  stoppages  in  the  sugar  production  ...  19  

2.9   Cogeneration  in  the  sugar  cane  industry  ...  20  

2.9.1   The  cogeneration  process  ...  21  

2.9.2   How  to  increase  the  generation  of  surplus  electricity  in  cogeneration  ...  23  

2.9.3   Market  for  electricity  generated  to  the  national  grid  ...  24  

2.10   Pelletization  of  bagasse  ...  25  

2.10.1   Pelletizing  technology  ...  26  

2.10.2   Market  for  bagasse  pellets  ...  27  

3   Carlos  Baliño  ...  28  

3.1   Excess  bagasse  at  Carlos  Baliño  ...  29  

3.2   Unplanned  stoppages  at  Carlos  Baliño  ...  31  

3.3   Previous  work  at  Carlos  Baliño  ...  31  

4   Method  ...  33  

4.1   Model  overview  ...  33  

4.2   Evaluate  current  energy  performance  ...  34  

4.2.1   System  boundary  ...  34  

4.2.2   Numerical  calculations  ...  35  

4.2.3   Sensitivity  analysis  ...  36  

(8)

4.3.1   Numerical  calculations  ...  37  

4.3.2   Sensitivity  analysis  ...  39  

4.4   Electricity  generated  from  bagasse  ...  40  

4.4.1   Numerical  calculations  ...  41  

4.4.1.1   Part  1  ...  41  

4.4.1.2   Part  2  ...  42  

4.4.1.3   Part  3  ...  44  

4.4.2   Sensitivity  analysis  ...  45  

4.5   Pelletization  of  bagasse  ...  46  

4.5.1   System  boundary  ...  47  

4.5.2   Numerical  calculations  ...  48  

4.5.3   Sensitivity  analysis  ...  49  

5   Results  and  discussion  ...  51  

5.1   Current  energy  performance  ...  51  

5.1.1   Sensitivity  analysis  ...  51  

5.1.2   Discussion  ...  51  

5.2   Investigation  of  stoppages  ...  52  

5.2.1   Sensitivity  analysis  ...  53  

5.2.2   Discussion  ...  54  

5.3   Maximizing  electricity  generation  ...  56  

5.3.1   Part  1  ...  56  

5.3.2   Part  2  ...  56  

5.3.3   Part  3  ...  57  

5.3.4   Sensitivity  analysis  ...  58  

5.3.5   Discussion  ...  58  

5.4   Maximizing  pelletization  ...  59  

5.4.1   Sensitivity  analysis  ...  60  

5.4.2   Discussion  ...  61  

5.5   Final  discussion  ...  61  

6   Conclusion  and  future  work  ...  64  

6.1   Conclusions  ...  64  

6.2   Future  work  ...  64  

References  ...  66  

Appendix  A  –  Operational  data  from  sugar  mill  Carlos  Baliño  ...  70  

(9)

Appendix  B  –  Unplanned  stoppages  25th  Dec  2015  to  12th  Apr  2016  ...  71  

Appendix  C  –  Calculations  for  current  energy  performance  ...  72  

Appendix  D    -­‐  Calculations  for  maximizing  electricity  generation,  Part  1-­‐2  ...  73  

Appendix  E    -­‐  Calculations  for  maximizing  electricity  generation,  Part  3  ...  75  

Appendix  F  –  Calculations  for  maximizing  pelletization  ...  76  

Appendix  G  –  Sensitivity  analysis  for  current  energy  performance  ...  78  

Appendix  H  –  Sensitivity  analysis  for  investigation  of  unplanned  stoppages  ...  79  

Appendix  I  –  Sensitivity  analysis  for  maximizing  electricity  generation  ...  80  

Appendix  J  –  Sensitivity  analysis  for  maximizing  pelletization  ...  81  

  List  of  Figures   Figure  1.  Sugar  cane  production  process  (Erlich,  2009)  ...  16  

Figure  2.  Cogeneration  unit  (Erlich,  2009)  ...  22  

Figure   3.   a)   Back-­‐pressure   turbine   (BPST)   b)   Extraction   condensing   turbine   (CEST),   modified  from  Energy  Industry  Challenges  (2016)  ...  23  

Figure  4.  Steps  in  the  production  of  pellets  ...  26  

Figure  5.  Pelletizing  of  biomass  (Erlich  2009)  ...  26  

Figure  6.  Excess  bagasse  stored  at  Carlos  Baliño  (Carlos  Baliño  2016)  ...  30  

Figure  7.  Functions  for  the  bagasse  at  Carlos  Baliño  today  ...  30  

Figure  8.  Model  over  the  method  ...  34  

Figure  9.  Model  for  evaluating  the  current  energy  performance  ...  34  

Figure  10.  System  boundary  for  current  energy  performance  ...  35  

Figure  11.  Model  for  investigation  of  production  stoppages  ...  37  

Figure  12.  Model  for  maximizing  the  electricity  generated  from  bagasse  ...  41  

Figure  13.  Model  for  maximizing  the  pelletization  of  bagasse  ...  46  

Figure  14.  System  boundary  for  pelletization  of  bagasse  ...  47  

Figure  15.  Number  of  stoppages  at  Carlos  Baliño  ...  52  

Figure  16.  Total  duration  of  stoppages  at  Carlos  Baliño  ...  52  

Figure  17.  Stoppages  caused  by  operational  interruptions  at  Carlos  Baliño  ...  53  

Figure  18.  Variation  of  amount  of  bagasse  used  during  stoppages  depending  on  SGI  ...  55  

Figure  19.  Variation  of  amount  of  bagasse  used  during  stoppages  depending  on  power   generation  during  operating  time  ...  55  

Figure  20.  a)  Revenue  from  sold  electricity  and  b)  Amount  of  oil  reduced,  depending  on   mass  flow  of  cane  during  stoppages  ...  59  

(10)

List  of  Tables  

Table  1.  Composition  of  different  types  of  bagasse,  modified  from  Hallersbo  and  Onoszko  

(2015)  ...  18  

Table   2.   Chemical   components   of   dry   bagasse,   modified   from   Hallersbo   and   Onoszko   (2015)  ...  19  

Table  3.  Operation  parameters  of  Carlos  Baliño,  Carlos  Baliño  (2016)  ...  29  

Table  4.  Types  of  stoppages  at  Carlos  Baliño,  Carlos  Baliño  (2016)  ...  31  

Table  5.  Equations  for  calculating  the  current  energy  performance  ...  36  

Table  6.  Parameter  in  sensitivity  analysis  for  current  energy  performance  ...  36  

Table  7.  Equations  used  to  compile  data  regarding  the  production  stoppages  ...  38  

Table  8.  Equations  for  calculating  the  amount  of  bagasse  used  during  stoppages  ...  38  

Table  9.  Parameter  in  sensitivity  analysis  for  unplanned  stoppages  ...  40  

Table  10.  Equations  for  calculating  the  electricity  generated  from  bagasse  ...  42  

Table   11.   Equations   for   calculating   maximum   energy   performance   considering   limitations  in  machinery  ...  43  

Table   12.   Equations   for   calculating   maximum   energy   performance   considering   production  stoppages  ...  45  

Table  13.  Parameters  in  sensitivity  analysis  for  maximum  electricity  generation  ...  46  

Table  14.  Equations  for  calculating  revenue  and  electricity  generation  from  pellets  ...  48  

Table  15.  Parameters  in  sensitivity  analysis  for  maximizing  pelletization  ...  50  

Table  16.  Results  from  numerical  calculations  for  the  current  energy  performance  ...  51  

Table  17.  Result  from  sensitivity  analysis  for  current  energy  performance  ...  51  

Table   18.   Result   from   numerical   calculations   for   the   used   amount   of   bagasse   during   stoppages  ...  53  

Table   19.   Result   from   sensitivity   analysis   for   the   used   amount   of   bagasse   during   stoppages  ...  53  

Table  20.  Results  from  numerical  calculations  when  maximizing  electricity  generation  56   Table  21.  Results  from  numerical  calculations  when  maximizing  electricity  generation,   considering  limitations  in  machinery  ...  57  

Table  22.  Results  from  numerical  calculations  when  maximizing  electricity  generation,   considering  stoppages  in  production  ...  57  

Table  23.  Results  from  sensitivity  analysis  when  maximizing  electricity  generation  ...  58  

Table  24.  Results  from  numerical  calulations  regarding  maximizing  pelletization  ...  60  

Table  25.  Results  from  sensitivity  analysis  when  maximizing  pelletization  ...  60  

(11)

Nomenclature  

Symbol     Description         Unit  

𝐶!,!     Cost  of  imported  electricity  for  pellet  production   USD  

𝐷!"     Duration  of  a  stop       h  

𝐷!",!"!     Total  duration  of  stoppages     h  

𝑒!,!     Amount  of  electricity  per  unit  oil     kWh/kg  

𝐸!",!"     Excess  electricity  generation  during  stoppages   kWh  

𝐸!",!"     Excess  electricity  gen.  during  operating  time   kWh  

𝐸!",!"!     Total  maximum  excess  electricity  generation   kWh  

when  considering  stoppages    

𝐸!"     Daily  electricity  gen.  during  operating  time   kWh  

𝐸!,!"#     Electricity  generated  from  total  amount  of  pellets   kWh  

𝑒!,!"#!!"#$%       Electricity  needed  per  kg  pellet     kWh/kg  

𝐸!,!"#     Net  electricity  generated  from  pellets     kWh  

𝐸!,!"#$     Electricity  needed  in  pellet  production   kWh  

𝐸!"     Daily  electricity  generation  during  stoppages   kWh  

𝐸!"!     Total  daily  electricity  generation     kWh  

𝐺!     Yearly  economic  gain  from  pellets     USD  

!"       Enthalpy  after  turbine       kJ/kg  

!"       Enthalpy  before  turbine       kJ/kg  

𝐻𝑉!     Heating  value  oil       kJ/kg  

𝐻𝑉!     Heating  value  bagasse  pellets     kJ/kg  

𝐿!"     Average  length  of  one  stoppage     h  

𝑚!,!",!     Amount  of  excess  bagasse  available  for   kg  

pelletization  

𝑚!,!"     Mass  of  bagasse  used  during  stoppages   kg  

𝑚!,!",!"#!$%       Mass  of  bagasse  used  during  stoppages  per  season  kg  

𝑚!,!"#!$%       Total  amount  of  canes  milled  during  a  season   ton  

𝑚!,!,!"#$%"#     Amount  of  oil  reduced  when  generating   kg  

    electricity  with  bagasse  as  direct  fuel  

(12)

𝑚!,!,!"#$%"#,!     Theoretical  amount  of  oil  reduced  when     kg       gen.  electricity  with  bagasse  as  direct  fuel  

𝑚!,!,!"#$%"#,!"     Amount  of  oil  reduced,  considering  stoppages   kg  

𝑚!     Mass  of  pellets       kg  

𝑚!,!,!"#$%"#     Amount  of  oil  reduced  when  use  of  pellets   kg  

𝑚!       Mass  flow  of  bagasse       kg/s  

𝑚!,!"#     Mass  flow  of  bagasse  when  maximization   kg/s  

𝑚!,!",!"#     Mass  flow  of  excess  bagasse  when  maximization   kg/s  

𝑚!,!"!#$!%$&     Mass  flow  of  available  bagasse     kg/s  

𝑚!,!"     Mass  flow  of  bagasse  during  stoppages   kg/s  

𝑚!     Mass  flow  of  canes       kg/s  

𝑚!,!"#     Maximum  mass  flow  of  canes     kg/s  

𝑚!,!"#,!     Theoretical  maximum  mass  flow  of  canes   kg/s  

𝑚!"#$%         Mass  flow  of  steam         kg/s  

𝑚!"#$%,!"#     Maximum  mass  flow  of  steam     kg/s  

𝑚!"#$%,!"#,!     Theoretical  maximum  mass  flow  of  steam   kg/s  

𝑚!"#$%,!"     Mass  flow  of  steam  during  stoppages     kg/s  

𝑚!"#$%,!",!!     Mass  flow  of  steam  during  stoppages  –  Turbine  1   kg/s   𝑚!"#$%,!",!!     Mass  flow  of  steam  during  stoppages  –  Turbine  2   kg/s  

𝑁     Number  of  days  during  a  season     days  

𝑁!"     Unplanned  stoppages  in  production  daily   -­‐  

𝑁!",!"!     Total  number  of  stoppages     -­‐  

𝑂𝐻     Operating  hours  per  day       h  

𝑝!,!"     Export  price  for  electricity     USD/kWh  

𝑝!,!"     Import  price  for  electricity     USD/kWh  

𝑝!     Price  for  pellets       USD/kg  

𝑃!"       Excess  power       kW  

𝑃!",!"#       Maximum  excess  power       kW  

𝑃!",!"#,!       Theoretical  maximum  excess  power     kW  

𝑃!"     Electrical  power  generation  during  operating  time  kW  

𝑃!"#$%&&     Electrical  power  demand  by  process     kW  

𝑃!"#$%&&,!     Theoretical  electrical  power  demand  by  process   kW  

(13)

𝑃!"#$%&&,!"     Electrical  power  demand  by  process       kW  

    during  stoppages  

𝑃!"     Electrical  power  generation  during  stoppages   kW  

𝑃!",!"#     Average  electrical  power  gen.  during  stoppages   kW  

𝑃!",!!     Average  electrical  power  generation  during   kW  

stoppages  –  Turbine  1  

𝑃!",!!     Average  electrical  power  generation  during   kW  

stoppages  –  Turbine  2  

𝑃!"!       Total  electrical  power  generated     kW  

𝑃!"!,!"#     Maximum  total  electrical  power  generated   kW  

𝑃!"!,!"#,!     Theoretical  max.  total  electrical  power  generated   kW  

𝑅!,!"#$%!     Yearly  revenue  for  sold  pellets     USD  

𝑅!,!"#     Maximum  revenue  sold  electricity     USD  

𝑅!,!"     Revenue  sold  electricity,  considering  stoppages   USD  

𝑠𝑡     Stoppage  time  per  day       h  

𝑠𝑡!"#     Average  stoppage  time  per  day     h  

𝑥!"#       Steam  consumption  index     tst/tc  

𝑥!"#       Steam  generation  index       tst/tb  

𝜂!       Generator  efficiency       %  

𝜂!       Mechanical  efficiency       %  

𝜂!     Electrical  efficiency  when  combusting  oil   %  

𝜂!     Electrical  efficiency  when  combusting  pellets   %  

∆𝑥!,!     Factor  describing  the  reduction  of  water  when     %  

    drying  bagasse  for  pelletization  

 

   

(14)

1 Introduction  

The   usage   of   electricity   is   increasing   in   the   world   and   it   is   important   to   improve   the   utilization   of   renewable   energy   sources   in   order   to   reduce   the   effects   on   the   world’s   climate  change.Access  to  renewable  energy  is  important  for  the  developing  countries,  as   it  is  a  chance  for  them  to  develop  in  a  sustainable  and  climate  friendly  way.

The  Cuban  energy  sector  is  today  dominated  by  fossil  fuels;  especially  oil  which  amounts   to   around   85%   of   the   electricity   generated   (IEA,   2013).   Today,   only   4.3%   of   the   power   comes   from   renewable   energy   sources   (IBR,   2015).   Since   the   use   of   fossil   fuels   entails   emissions  of  greenhouse  gases  and  has  a  negative  impact  on  the  environment,  the  large   amount  of  fossil  fuel  is  today  a  big  challenge  for  Cuba  to  develop  sustainably.    

The  Cuban  electricity  generation  is  today  very  costly  partly  due  to  inefficient  processes,   with  high  costs  for  electricity  as  a  consequence  (Herrera  Moya,  2016).  The  large  amount   of  fossil  fuels  used  along  with  the  high  costs  for  electricity  have  affected  the  government   into  stating  a  new  policy  for  the  development  of  renewable  energy  (Herrera  Moya,  2015).  

A  growth  in  renewable  energy  would  benefit  the  country  both  from  an  environmental  and   an  economic  perspective.    

One   of   the   biggest   and   most   important   industries   in   Cuba   is   the   sugar   industry.  In   fact,   during  the  first  half  of  the  20th  century,  Cuba  was  the  world’s  leading  exporter  of  sugar.  

Before  the  collapse  of  the  Soviet  Union  in  1991,  Cuba  and  Soviet  Union  had  a  beneficial   exchange   agreement   including   sugar   and   oil.   After   the   collapse,   the   Cuban   sugar   cane   production  declined  drastically  when  the  expensive  and  fuel  oil-­‐dependent  Cuban  sugar   could   not   compete   worldwide.   The   long   economic   and   commercial   blockade   on   Cuba   imposed  by  the  United  States  has  also  affected  the  decline  and  has  made  it  hard  for  the   industry  to  recover  (Alonso-­‐Pippo  et  al,  2008).  However,  since  2010  the  sugar  industry   has   experienced   a   rebirth   and   is   nowadays   ranked   as   number   eight   in   Cuba’s   foreign   currency  earnings  (Reuters,  2015).  

Most   of   the   sugar   mills   in   Cuba   use   one   of   the   by-­‐products   from   sugar   production,   bagasse,  as  an  energy  source  for  their  own  energy  consumption  (IPS,  2014).  Since  there   has   been   a   recovery   and   awakening   in   the   sugar   industry,   the   production   of   sugar   has   increased.  With  an  increased  production  comes  more  by-­‐products,  and  one  of  them  is,  as   previously  mentioned,  bagasse  (IPS,  2013).  The  majority  of  the  bagasse  is  used  to  fuel  the   boilers   in   the   cogeneration   unit   of   the   mills,   where   thermal   heat   and   electricity   is   generated.  The  increase  of  this  by-­‐product  is  thus  seen  as  a  potential  fuel  for  electricity   generation.   In   2006   the   Energy   Revolution   was   launched,   with   aims   regarding   energy   efficiency,   better   availability   and   reliability   in   the   national   grid,   and   also   increasing   the   amount  of  renewable  energy.  In  this  case,  the  sugar  industry  is  seen  as  the  main  source   for  renewable  energy,  both  previously  and  in  the  future  (Vazques  et  al,  2015;  IPS  2014).  

However,  Cuba  lack  foreign  currency  for  investments  in  the  machinery  of  the  sugar  mills,   which  leads  to  bagasse  mainly  being  a  disposal  problem  (IPS  2014;  Erlich,  2016).    

Though,  if  investments  were  to  be  made,  20  sugar  mills  in  the  country  should  generate   755  MW  to  the  national  grid  by  2030,  increasing  the  amount  of  electricity  generated  from  

(15)

bagasse  to  14%  of  the  total  amount  of  electricity  generated  in  Cuba.  The  first-­‐hand  choice   for  Cuba  regarding  the   surplus   bagasse   is   thus   to   generate   excess   electricity   to   support   the  national  grid  (IPS,  2014).  Another  alternative  is  to  produce  biomass  pellets  and  then   convert   it   into   electricity.   Combustion   of   bagasse   pellets   are   far   higher   efficient   than   combusting  wet  bagasse  directly.  A  large  advantage  for  electricity  generated  from  bagasse   pellets  is  also  that  bagasse  pellets  can  be  stored  and  then  be  used  when  necessary,  which   is  not  possible  with  other  renewables  such  as  solar  power  and  wind  power.  

1.1 Problem  formulation  

Carlos   Baliño   is   a   recently   modernized   sugar   mill   situated   in   the   province   Villa   Clara,   Cuba.   The   residue   from   the   production,   bagasse,   is   used   as   fuel   in   the   cogeneration   process  generating  electricity  and  heat,  making  the  sugar  mill  completely  self-­‐sufficient  in   energy,  on  a  yearly  basis.  The  modernization  done  in  2009  has  resulted  in  large  amounts   of  surplus  bagasse  being  produced  and  the  bagasse  is  now  a  disposal  problem.  Bagasse   has   a   lot   of   potential   as   a   renewable   energy   source   and   is   suitable   for   many   different   applications.   One   application   is   as   direct   fuel   for   excess   power   production   in   the   cogeneration  process,  which  enables  export  of  electricity  to  the  national  grid,  and  another   is   pelletization   for   use   in   high   efficient   combustion   and   possibly   sold   to   another   power   plant.  

Unplanned   stoppages   in   the   sugar   production   lead   to   surplus   bagasse   being   used   as   maintenance  fuel,  generating  heat  or  electricity  to  the  processes  that  are  working  despite   the   stoppage.   The   extent   of   stoppages  affects   the   amount   of   bagasse   available   for   other   applications.      

1.2 Aim  

The  aim  of  the  project  is  to  evaluate  current  energy  performance  at  the  sugar  mill  Carlos   Baliño  and  identify  whether  maximization  of  electricity  generation  or  pelletization  of  the   surplus   bagasse   is   the   best   option.   The   stoppages   in   the   production   will   also   be   investigated.      

The  study  will  determine:  

• An  evaluation  of  the  current  energy  performance  

• What  events  that  are  causing  unplanned  stoppages  in  the  production  and  how  they   influence  the  energy  performance  

• The  best  option,  electricity  generation  or  pelletization  of  excess  bagasse,  from  an   economic  point  of  view  

• The  best  option,  electricity  generation  or  pelletization  of  excess  bagasse,  from  an  

environmental  point  of  view      

(16)

2 Sugar  cane  production  

In  Figure  1  the  sugar  cane  production  process  in  a  sugar  mill  is  illustrated  and  below  the   different  processes  in  the  production  are  further  described.  

 

Figure  1.  Sugar  cane  production  process  (Erlich,  2009)  

2.1 Milling  

Before  the  sugar  cane  enters  the  mills  it  is  washed  and  prepared  for  the  milling  process.  

The  preparation  is  done  by  knives,  crushers  and  shredders,  which  facilitate  the  extraction   of  juice  from  the  cane  (Hugot,  1986).  In  the  milling  process  the  cane  is  separated  from  the   sugar   juice   by   applying   different   pressures   while   the   cane   passes   between   rollers.   The   efficiency  of  the  separation  is  determined  by  a  lot  of  different  factors;  number  of  squeezes   and  effective  pressure  among  others.  In  order  to  make  the  extraction  of  sugar  juice  more   efficient,   imbibition   water   is   added   (Payne,   1982).   After   the   mills,   the   imbibition   water   together   with   the   sugar   juice   continue   to   the   clarification   process   as   mixed   juice.   The   residual   is   bagasse   and   consists   of   fibre,   unextracted   brix   and   water   (Abdulhadi   and   Larsson,  2014).  If  the  sugar  mill  in  question  has  a  cogeneration  unit  installed,  the  bagasse   continues  to  this  unit  and  is  used  as  fuel  in  the  boilers  (Hallersbo  and  Onoszko,  2015).  

(17)

2.2 Clarification  and  filtration  

There  are  two  main  objectives  in  the  clarification  process.  The  first  is  to  increase  the  pH-­‐

value   of   the   mixed   juice   to   minimize   sugar   inversion,   the   undesired   reaction   when   sucrose   dissolves   into   glucose   and   fructose   (Payne,   1982).   The   second   is   to   remove   impurities   and   undesired   organic   compounds   left   in   the   mixed   juice   after   the   milling   process.  This  is  done  by  heating  the  juice  almost  to  the  boiling  point  at  115  °C  and  then   adding  lime  and  sulfuric  acid  in  the  clarifier  (Morandin  et  al.,  2010).  After  this  process,  the   juice   is   left   in   the   clarifier   to   settle   in   order   to   separate   the   clarified   juice   from   the   impurities,  which  collect  at  the  bottom  as  mud.  The  mud  is  then  filtered  and  removed  and   the  juice  continues  to  the  evaporation  process  (Hugot,  1986).  

2.3 Evaporation  

In  this  stage,  the  water  contained  in  the  clear  juice  from  the  clarification  and  filtration  is   evaporated  with  thick  syrup  as  a  result  (Hugot,  1986).  The  thick  syrup  has  a  sucrose  mass   fraction   of   62-­‐69%   (Morandin   et   al.,   2010).   The   evaporation   station   consists   of   a   set   of   connected   vessels,   which   enable   multiple-­‐effect   evaporation.   In   the   first   vessel   the   low-­‐

pressure  steam  from  the  cogeneration  is  used  as  heating  source  (Hallersbo  and  Onoszko,   2015).  By  continuously  lowering  the  pressure  in  the  following  vessels  it  is  possible  to  use   the  vapor  from  the  previous  vessel  as  heating  source  in  the  next  vessel  (Hugot,  1986).  The   condensate   from   the   first   vessel   is   considered   pure   enough   to   be   reused   and   is   partly   utilized  as  feed  water  in  the  boiler  in  the  cogeneration  unit  (Morandin,  2010).

2.4 Crystallization  

After   the   evaporation   step,   the   thick   syrup   is   led   to   a   set   of   vacuum   pans   with   low   pressure.   The   pressures   in   the   vacuum   pans   are   lower   than   the   pressure   in   the   evaporators  and  the  steam  from  the  evaporators  can  therefore  be  used  as  heating  source.  

In  the  crystallization  the  thick  juice  is  saturated  and  crystals  begin  to  form  (Hugot,  1986).  

In  this  stage  there  are  still  some  impurities  in  the  mixture  that  affect  the  efficiency  of  the   crystallization.  Impurities  affect  the  solubility  of  sucrose  in  water  and  therefore  to  what   extent   the   sucrose   can   be   dissolved   from   the   by-­‐product   of   the   process,   molasses   (Abdulhadi   and   Larsson,   2014).   The   sucrose   that   is   not   crystallized   exits   with   the   molasses,  which  together  with  the  evaporated  water  are  the  outputs  of  the  crystallization   (Hugot,  1986).

2.5 Centrifugation  

After   the   crystallization   process   there   is   a   mix   of   molasses   and   crystals.   In   order   to   separate  these  two  and  obtain  sugar  the  mixture  is  centrifuged.  The  remaining  molasses   after   centrifugation   still   contains   crystals   and   is   sent   back   to   the   vacuum   pans   in   the   crystallization  process.  This  procedure  continues  until  no  more  crystals  can  be  obtained   and  the  final  molasses  is  removed  from  the  process  (Hugot,  1986).  The  removed  molasses   still  contains  some  fragments  of  non-­‐crystallized  sugar  and  is  possible  to  use  as  a  source   for  ethanol  production  (Erlich,  2009).  

(18)

2.6 Drying  

The  quality  of  the  sugar  is  highly  correlated  to  the  moisture  content.  The  last  step  in  the   process,   drying,   is   therefore   very   important   to   ensure   high   quality   sugar.   The   sugar   coming  from  the  centrifugation  process  usually  has  a  moisture  content  of  0.5-­‐2%  and  is   dried  with  hot  air  until  the  moisture  content  reaches  the  upper  limit,  which  is  about  1%.  

The  upper  limit  is  determined  by  the  proportion  of  impurities  in  the  sugar  (Hugot,  1986).  

2.7 Bagasse  

Bagasse  is  a  fibre  and  a  by-­‐product  of  the  sugar  production.  As  previously  mentioned,  the   canes  are  in  the  milling  process  crushed  in  order  to  extract  the  sugar  juice.  This  process   leaves  the  residue  of  the  sugar  cane,  bagasse,  which  has  a  moisture  content  of  around  45-­‐

50%  when  leaving  the  process.  The  mass  ratio  between  the  amount  of  bagasse  and  the   cane   stalk   is   approximately   30%   (Bilba   and   Arsene,   2008).   In   tons   this   means   that   roughly   3   tons   of   wet   bagasse   is   produced   when   10   tons   of   sugar   canes   have   been   processed   (Hallersbo   and   Onoszko,   2015).   The   by-­‐product   is   mainly   used   as   fuel   in   the   boilers  in  sugar  mills  with  a  cogeneration  system  (Alves  et  al,  2015).  In  order  to  expand   the  ways  of  application,  bagasse  can  also  be  converted  into  biomass  pellets.    

Bagasse   mainly   consists   of   three   components;   cellulose,   hemicelluloses   and   lignin.   In   percentage   these   three   components   stand   for   40-­‐50%,   25-­‐35%   respectively   15-­‐20%   of   the   bagasse   (Wang   et   al,   2013).   However,   the   composition   differs   based   on   the   type   of   bagasse   in   question.   The   percentage  of   either   component   should   be   considered   when   examining   where   the   bagasse   should   be   applied.   In   the   production   of   pulp   and   paper   a   high  proportion  of  cellulose  is  preferable.  Therefore,  in  order  to  use  bagasse  as  fuel  in  the   cogeneration   process   one   should   consider   the   composition   of   the   bagasse,   since   these   three   components   determine   the   heating   value   and   the   emission   levels   (Hallersbo   and   Onoszko,  2015).    

The   components   in   the   bagasse   differ   based   on   geographical   location,   harvesting   techniques,   age   of   the   cane   and   so   on.   In   Table   1   and   2,   the   composition   as   well   as   the   chemical  components  in  bagasse  is  shown.    

Cellulose   Hemicellulose   Lignin   Ash   Others*   References  

40   24.4   15   5   13.7   Vazgueq  et  al.  1999  

40-­‐43   28-­‐30   9-­‐11   5-­‐6   11-­‐18   Ramaraj  2007  

46   24.5   19.5   2.4   7.6   Mulinari  et  al.  2009  

69.4   21.1   4.4   0.6   4.5   Habibi  et  al.  2008  

55.2   16.8   25.3   1.1   1.6   Trindade  et  al.  2005  

56   6   29   7   2   Maldas  and  Kokta  1991  

In  percentage  of  dry  mass     *Protein,  Fat  and  Waxes,  Saccharose,  Silica  and   Glucose  

Table  1.  Composition  of  different  types  of  bagasse,  modified  from  Hallersbo  and  Onoszko  (2015)  

 

(19)

Carbon   Hydrogen   Oxygen   Ash   Others*   References  

45.2   5.4   41.8   7.4   0.25   Alves  et  al.  2015  

48.2   6   43.1   2.7   -­‐   Kelly,  1966  

48.2   6.1   43.3   1.1   0.38   Cardozo  et  al,  2013  

48.1   6.1   43.3   2.5   -­‐   Gregory,  1944  

47.4   5.9   44   2.5   0.29   Carlos  Baliño,  2015  

In  percentage  of  dry  mass     *Nitrogen,  Sulphur,  Chlorine  

Table  2.  Chemical  components  of  dry  bagasse,  modified  from  Hallersbo  and  Onoszko  (2015)  

Another  factor  to  account  for  is  the  ash-­‐content  of  dry  bagasse.  Considering  the  fact  that   bagasse  is  burned,  when  used  as  fuel  in  industries  and  homes,  the  ash-­‐content  plays  an   important  part.  The  ash-­‐content  is  linked  to  the  first  steps  in  the  sugar  cane  production,   i.e.  the  farming  process.  Based  on  the  amount  of  chemicals  used  in  this  process,  the  ash-­‐

content   is   affected.   In   use   of   fewer   chemicals,   as   in   ecological   farms,   the   ash-­‐content   is   lowered  (Hallersbo  and  Onoszko,  2015).  When  gasification  tests  of  high  ash-­‐content  and   low   ash-­‐content   bagasse   have   been   compared,   it   has   been   found   that   the   time   for   conversion  is  longer  for  bagasse  with  a  higher  ash-­‐content  (Erlich,  2009).  This  implies  a   need  of  higher  combustion  temperature  in  order  to  burn  bagasse  with  a  high  ash-­‐content   and  vice  versa.  As  a  consequence  of  this,  pellets  with  a  low  ash-­‐content  are  more  energy   efficient,  which  also  entails  a  higher  market  value  (Hallersbo  and  Onoszko,  2015).  

As  seen  in  Table  1  and  2  above,  the  ash-­‐content  in  the  bagasse  differs  along  with  the  other   components.   An   ash-­‐content   around   0.6-­‐2.7%   would   to   be   considered   as   low,   while   a   content  around  5-­‐7.4%  would  be  considered  as  high.  The  average  ash-­‐content  in  bagasse   would  be  around  4%,  which  is  relatively  low  in  comparison  with  biomass  of  other  kinds.  

For  example,  the  residue  rice  husk  has  an  ash-­‐content  of  approximately  17.5%  (Ahmed   and  Gupta,  2011).    

Table  2  also  indicates  other  chemical  components  of  bagasse,  such  as  nitrogen,  sulphur   and  chlorine.  Higher  amounts  of  sulphur  and  chlorine  could  cause  corrosion  in  long-­‐term   operation  (Erlich  and  Fransson,  2011).  An  experimental  study,  done  in  2013,  determined   the  percentage  amount  of  sulphur  in  bagasse  to  0.03  ±  0.007  and  the  percentage  amount   of  chlorine  to  0.05  ±  0.001  (Cardozo  et  al,  2013).  In  comparison,  the  residue  EFB  (empty   fruit  bunch)  from  the  palm-­‐oil  production,  showed  higher  rates  of  both  components  in  a   study  by  Erlich  and  Fransson.  The  amount  of  sulphur  was  determined  to  0.12  ±  0.01  and   the   amount   of   chlorine   0.46  ±  0.1,   indicating   a   greater   risk   for   corrosion   when   using   pellets  made  from  EFB  instead  of  pellets  made  from  bagasse  (Erlich  and  Fransson,  2011).    

2.8 Unplanned  stoppages  in  the  sugar  production    

Sugar  production  is  not  a  continuous  process  and  unplanned  stoppages  due  to  technical   or   management   problems   are   something   that   sugar   factories   must   handle   at   a   regular   basis.  Normally  the  cogeneration  unit  in  the  mill  is  still  running  during  a  stoppage,  due  to   the   fact   that   the   heating   of   the   boilers   in   the   cogeneration   is   time   consuming.   The   common  case  is  that  the  stoppages  last  for  a  shorter  period  of  time  than  it  takes  to  heat  

(20)

the   boilers.   Therefore,   bagasse   is   still   being   used   during   stoppages   and   can   be   seen   as   waste  since  the  steam  generated  is  not  fully  used  in  the  production  (Erlich,  2016).  There   are  only  some  processes  in  the  production  that  require  steam  during  a  stoppage,  and  the   boiler  is  running  at  a  lower  load.  In  some  sugar  mills  the  surplus  bagasse  is  not  enough  to   run  the  boilers  during  stoppages,  even  though  they  are  running  at  a  lower  load,  and  the   use  of  other  fuels,  such  as  fuel  oil  and  wood,  are  inevitable  (Assefa  and  Omprakash,  2013).    

There   are   normally   two   types   of   stoppages   that   occur   in   a   sugar   mill,   those   that   occur   from   time   to   time   and   those   that   occur   as   a   result   of   failures   in   the   equipment.   These   inevitable  stoppages  in  the  sugar  industry  lead  to  thermal  energy  being  wasted,  and  thus   an   increase   in   the   production   costs   (Birru   et   al,   2015).   Birru   et   al   (2015)   assesses   a   condition  in  the  sugar  industry  referred  to  as  transient  condition,  a  condition  where  the   unforeseen   stoppages   occur.   A   transient   condition   leads   to   some   parts   in   the   process   being  prevented  from  performing.  In  the  case  study  of  Birru  et  al,  an  unplanned  stoppage   in  the  production  is  assumed  to  last  for  2  hours,  on  a  daily  basis.  The  stoppage  assumed  to   occur  is  in  the  mill  press  of  the  factory.  The  first  consequence  of  a  stoppage  in  the  mill   press  is  that  no  bagasse  will  be  produced.  With  the  bagasse  production  shut  down,  there   is  no  bagasse  available  as  fuel  to  the  boiler,  i.e.  the  bagasse  feeding  system  will  also  stop.    

Also,  when  the  mill  press  is  stopped,  the  pressure  is  built  up  in  the  boiler,  which  leads  to   the   opening   of   a   pressure   relief   valve.   The   bagasse   flow   will   then   decrease,   with   the   outcome   of   a   decrease   in   the   live   steam   flow.   In   order   to   continue   the   providing   of   electricity  to  the  needing  parts  in  the  production,  surplus  bagasse  and/or  fuel  oil  can  be   used.   In   this   particular   case   a   bagasse   feeding   system   is   not   implemented   at   the   sugar   mill,  thus  the  use  of  bagasse  is  seen  as  a  hypothetical  use.  However,  in  the  case  of  bagasse   and  fuel  oil  used,  the  bagasse  is  introduced  directly  after  the  stoppage  of  the  mill  press.  

The   amount   of   bagasse   used   as   fuel   depends   on   the   amount   of   bagasse   saved   for   unplanned   stoppages.   When   the   saved   bagasse   is   used,   the   fuel   oil   is   introduced.  

Gradually  the  mill  starts  to  crush  again  and  the  stoppage  is  over  (Birru  et  al,  2015).    

As   mentioned   before,   thermal   energy,   i.e.   steam,   is   wasted   during   events   like   these.  

According  to  the  case  study  the  amount  of  steam  wasted  varies,  depending  on  the  fuel  in   the  boiler  during  the  stoppage;  only  fuel  oil  or  bagasse  and  fuel  oil.  With  only  fuel  oil  used   in  the  process  during  the  stoppage,  the  amount  of  steam  wasted  is  3  ton  per  day.  With  a   bagasse  feeding  system,  and  thus  both  bagasse  and  fuel  oil  used  in  the  process  the  amount   of  wasted  steam  is  higher,  7  ton  per  day.  Nevertheless,  many  mills  only  use  bagasse  as  fuel   during  a  stoppage,  which  has  not  been  investigated  in  this  case  study.  In  order  for  sugar   mills  to  be  able  to  use  only  bagasse  as  fuel,  10  %  of  the  bagasse  produced  is  recommended   to  be  stored  in  the  sugar  mill.  This  amount  of  bagasse  is  normally  sufficient  in  order  to   start  up  the  plant,  in  case  of  unplanned  stoppages  and  other  unforeseen  events  (Alves  et   al,  2015).    

2.9 Cogeneration  in  the  sugar  cane  industry  

Cogeneration  refers  to  the  production  of  two  useful  forms  of  energy,  all  produced  from   the  same  energy  source  (Cengel  and  Boles,  2011).  In  the  sugar  cane  industry,  this  means   that   electricity   and   thermal   energy   can   be   generated   from   the   by-­‐product   bagasse.   The  

(21)

sugar  cane  industry  as  a  whole  is  seen  as  a  major  pollutant,  mostly  due  to  emissions  and   usage   of   fossil   fuel   during   the   life   cycle   stages,   but   has   the   ability   to   become   more   environmentally   friendly   with   the   help   of   a   cogeneration   process   (Pérez   et   al,   2012).  

When  cogeneration  is  adopted  in  a  sugar  mill,  the  total  efficiency  increases  by  about  50  %   compared  to  separate  generation  of  electricity  and  heat  (Birru,  2016).  

Bagasse  was  in  2011  used  as  fuel  in  the  boilers  in  80  of  the  115  countries  that  produce   sugar  from  sugar  cane  (Chauhan  et  al,  2011).  The  mills  in  these  countries  are  able  to,  with   the   help   of   the   generated   electricity   from   the   cogeneration   unit,   meet   their   heat   and   electricity   needs   at   a   low   cost.   These   needs   are   met   in   many   factories   worldwide,   and   when   the   generated   electricity   is   more   than   satisfactory   many   sugar   mills   export   the   surplus  to  the  national  grid  (Pérez  et  al,  2012).    

However,   the   equipment   in   traditional   sugar   mills   is   usually   not   efficient   enough   to   generate   surplus   power.   Furthermore,   many   sugar   mills   are   situated   in   areas   with   no   connection  to  the  national  grid,  which  limits  the  possibilities  for  export  to  the  grid,  even  if   there  is  potential  in  the  equipment  (Birru,  2016).  Cogeneration  with  bagasse  as  a  fuel  is   also   time   dependent,   since   the   sugar   cane   industry   is   seasonal   and   the   cogeneration   system  usually  operates  during  the  harvest  of  the  sugar  canes  (Hugot,  1986;  Alves  et  al,   2015).  This  is  known  as  intermittent  electricity,  i.e.  that  the  flow  of  electricity  fluctuates   due  to  outside  factors  (Nylund  and  Puskoriute,  2015).  This  entails  a  necessity  of  storing   bagasse  during  a  period  that  is  longer  than  the  season  for  crushing.  Unfortunately,  storing   of  bagasse  is  costly  and  requires  a  large  storage  area  due  to  the  fact  that  there  is  a  large   volume  in  proportion  to  the  weight  (Hugot,  1986).    

2.9.1 The  cogeneration  process  

In  Figure  2  below,  a  simplified  drawing  of  a  cogeneration  unit  is  to  be  seen.  The  process   begins  with  bagasse  entering  the  boilers.  The  quantity  of  the  boilers  depends  on  the  size   of  the  mill,  but  usually  consists  of  more  than  one  (Hallersbo  and  Onoszko,  2015).  In  these   boilers  bagasse  is  burned  in  order  to  produce  steam.  Due  to  the  high  temperatures  when   burning,   water   can   be   converted   into   high-­‐pressure   steam   (Nylund   and   Puskoriute,   2015).  How  much  energy  that  is  needed  for  this  conversion  is  largely  dependent  on  the   moisture  content  of  the  bagasse.  In  order  to  receive  high  efficiency  from  the  boilers,  the   moisture  content  should  be  low.  In  most  cases,  the  moisture  content  of  the  bagasse  is  50%  

and  has  a  net  heating  value  of  approximately  8800  kJ/kg.  This  can  be  compared  to  the  net   heating  value  of  fully  dry  bagasse,  which  is  approximately  17630  kJ/kg  (Geethanjali  and   Vinod,  2010).    

 

References

Related documents

Stöden omfattar statliga lån och kreditgarantier; anstånd med skatter och avgifter; tillfälligt sänkta arbetsgivaravgifter under pandemins första fas; ökat statligt ansvar

46 Konkreta exempel skulle kunna vara främjandeinsatser för affärsänglar/affärsängelnätverk, skapa arenor där aktörer från utbuds- och efterfrågesidan kan mötas eller

För att uppskatta den totala effekten av reformerna måste dock hänsyn tas till såväl samt- liga priseffekter som sammansättningseffekter, till följd av ökad försäljningsandel

The increasing availability of data and attention to services has increased the understanding of the contribution of services to innovation and productivity in

Generella styrmedel kan ha varit mindre verksamma än man har trott De generella styrmedlen, till skillnad från de specifika styrmedlen, har kommit att användas i större

The developed database schema and excel-form allow for the creation of a catalogue of ICT solutions linked to processes and business areas with a EAM perspective?. The

Figure 5.1: The geometric measure of entanglement (GMET) for configurations corresponding to the most entangled symmetric states and configurations corre- sponding to maximal

The shift from large (centralized) generation to small (distributed) generation has a range of impacts for a range of stakeholders. If a number of stakeholders are