Albioma Albioma

Eficiência máxima na geração de energia de biomassa

Veja como o Leaf, solução de Inteligência Artificial (IA) para controle avançado de processos da i.Systems, ajuda a Albioma a reduzir significativamente a variabilidade do processo, melhorar a disponibilidade da operação e aumentar a exportação de energia

48% de redução da variabilidade da pressão da caldeira
30% de redução da variabilidade da temperatura da caldeira
+50% de redução na indisponibilidade da operação industrial
1.400 MWh de aumento na exportação de energia

Albioma

Eficiência operacional é indispensável para toda empresa. Esse atributo é ainda mais importante para a Albioma. Produtora independente de energias renováveis, desde 2014, a empresa implanta seu modelo de biomassa em usinas termelétricas no Brasil, mercado considerado estratégico para seus planos de expansão, abastecendo parceiros agroindustriais e comercializando energia através da rede de distribuição.

Com quase quatrocentas usinas, o país é o maior produtor de açúcar e etanol do mundo, o que representa um forte potencial de desenvolvimento para a produção de energia renovável a partir do bagaço da cana-de-açúcar.

Atualmente, a Albioma possui potência instalada de 242 MW gerados a partir de quatro usinas termelétricas (UTE) de biomassa no Brasil: Codora, Esplanada, Rio Pardo e Vale do Paraná. Em todas suas plantas no país, a companhia utiliza o Leaf, sistema de Inteligência Artificial (IA) da I.Systems para controle avançado multivariável, para reduzir a variabilidade e aumentar a eficiência nos processos de geração de energia.

Modelo inovador de parcerias com usinas

A Albioma possui um modelo de negócios inovador, que consiste na aquisição da planta de cogeração das usinas de açúcar e álcool. Assim, a companhia consegue transformar localmente o bagaço em energia graças a unidades localizadas perto das fazendas. Este modelo nos permite produzir energia renovável de base, disponível 7 dias por semana, 24 horas por dia.

Uma parte dessa energia gerada abastece a operação agroindustrial da usina, que vira parceira no negócio, enquanto o excedente é comercializado no mercado pela Albioma através da rede nacional de distribuição.

Essa forma de operar exige que o processo seja altamente eficiente para garantir os resultados da empresa, afinal, o desempenho da companhia está ligado à capacidade de extrair o máximo de eficiência do processo para garantir o máximo volume de energia comercializável.

Justamente por isso, toda vez que assume a unidade de cogeração de uma usina, um dos primeiros passos é fazer um atualização (revamp) na infraestrutura física e equipamentos da operação. Tal modernização, por si só, já eleva consideravelmente os patamares operacionais da planta.

Quanto mais eficiente for o processo,melhor o desempenho. Com isso em mente, a Albioma começou a estudar tecnologias de controle avançado. Ao avaliar ferramentas tradicionais, viu que precisava de uma solução moderna e com abordagem inovadora. Foi então que as conversas com a i.Systems, especialista na aplicação de inteligência artificial (IA) para a indústria, começaram.

Desafio
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Desafio da estabilidade

A geração de energia elétrica em uma usina de cana-de-açúcar se dá através de um processo chamado de cogeração, o qual visa aproveitar o máximo possível a capacidade energética da matéria prima. A energia da biomassa é usada para produzir energia elétrica através do calor gerado pela combustão de matéria orgânica.

Durante a safra, a cana é moída no início do processo produtivo e o bagaço, subproduto da moagem, é queimado na caldeira para geração de vapor. Na entressafra, a palha de cana é misturada ao bagaço excedente e queimada na caldeira com o mesmo objetivo de geração de vapor.

O vapor de alta pressão é utilizado pelos turbogeradores para a geração de energia, enquanto o escape (baixa pressão) é consumido como utilidade pelos processos da planta. No caso da Albioma, parte da eletricidade é direcionada para consumo interno da usina parceira, enquanto o excedente é exportado a partir de uma integração do sistema de geração com a rede elétrica nacional.

Para assegurar maior qualidade no produto final, é necessário garantir um ótimo funcionamento dos geradores, o que só é possível através de um vapor de admissão em condições ideais de temperatura e pressão, de acordo com os parâmetros projetados. Com vapor mais estável gerado pela caldeira, todos os processos são beneficiados, o que torna maior a eficiência de geração de energia da usina.

O desafio de manter a qualidade do vapor na unidade se dá por algumas condições intrínsecas à operação de usinas de açúcar e álcool: variações nas características do bagaço-de-cana queimado na caldeira (umidade e teor de fibras) afetam diretamente a quantidade de calor gerado; variações na demanda de vapor pelo processo produtivo provocam alterações na geração de energia através de ajustes que comprometem até o ritmo de produção em algumas situações.

Solução
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Estabilizando a cogeração

A companhia começou a validar a aplicação do Leaf, solução de IA para controle avançado de processos multivariáveis, para controlar a pressão e temperatura na saída da caldeira em sua UTE (usina termelétrica) mais problemática. A tecnologia começou a rodar na planta e foi possível ver o software antecipando variações na demanda do processo e se ajustando a diferentes tipos e qualidades de biomassa queimada, otimizando a geração de energia.

“O Leaf foi a tecnologia que nos apresentou menor risco, com um modelo de negócios muito interessante”, diz Paulo Schmidt, Gerente Corporativo de Operações da Albioma, que destaca o processo de validação da solução, uma vez que a i.Systems faz um estudo base na operação do cliente e identifica se e quais ganhos a aplicação do Leaf vai trazer quando instalado.

Na opinião de Leandro Magno de Souza, Gerente de Plantas da Albioma nas Unidades Esplanada e Codora, a elaboração desse business case ajuda entender o retorno financeiro e, além de indicar onde haverá retornos imediatos, pode trazer indícios de quais outros pontos da malha e controles existentes podem ser melhoradas, independente do Leaf.

Sobre os fatores que influenciaram a decisão pelo Leaf, Paulo Schmidt cita que, além da capacidade técnica da tecnologia, o modelo de negócios de contratação fez a diferença. Por ser um software como serviço (SaaS), o Leaf é consumido a partir do pagamento de uma mensalidade, e entra na contabilidade como um custo operacional (OpEx).

“É tudo bem dinâmico. Depois da ativação da solução, há um tempo que a tecnologia sintoniza e os resultados começam a aparecer e podem ser otimizados”, comenta Paulo Schmidt.

Operando nos setpoints ideias

O Sunflower, módulo de otimização da i.Systems embarcado na plataforma Leaf, é usado para aumentar a média da pressão de vapor, promovendo em conjunto com a elevação dos patamares de temperatura, tanto na safra quanto entressafra, o aumento de entalpia e estabilidade do vapor.

Com a aplicação de estratégias avançadas e multivariáveis, o controle da pressão de escape e da exportação de energia também foram integrados. O Leaf passou a atuar nos setpoints ideais de potência dos turbogeradores e no de pressão de extração de uma das turbinas de condensação.

De acordo com o cenário de operação, a demanda de vapor e a exportação desejada, o Leaf explorou a configuração mais eficiente entre os equipamentos, promovendo melhor aproveitamento de vapor possível para a geração de energia e elevando a qualidade do escape necessária para os consumidores.

“Agora estamos colhendo frutos”, comenta Paulo Schmidt. Hoje, o Leaf foi expandido e está em uso nas quatro unidades da Albioma no Brasil. Com a soma das abordagens (revamp + Leaf) a companhia praticamente dobra a capacidade instalada de geração que existia na usina antes da entrada da Albioma. “A tecnologia da i.Systems chega trazendo ainda mais estabilidade e controle ao processo, diminuindo variabilidade e melhorando setpoints, o que gera aumento nos benefícios”, comenta.

Além da solução de IA para controle avançado de processos e do módulo de otimização, a companhia utiliza também o Webmonitor, tecnologia que entrega ao time da Albioma dados da operação em tempo real. “Para nós, é importante acompanhar processos em tempo real à distância e poder conversar com a planta sobre as variações”, avalia.

Resultado
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Resultados diretos, e indiretos

Com o Leaf, a Albioma conseguiu reduzir em 48% e 30% a variabilidade da pressão e temperatura da caldeira, respectivamente. “O grande conceito que aprendi é que toda variabilidade gera perda”, comenta Paulo Schmidt, para adicionar: “Se existe um sistema que diminua a variabilidade, melhore setpoints, com certeza traria um ganho”.

De fato, a redução de variabilidade trazida pelo Leaf possibilitou otimizar parâmetros, elevando em 2 ºC e 0,6 kgf/cm² as médias das variáveis. Com um vapor estável e de qualidade, através de ações integradas nas malhas de controle da cogeração, a variabilidade na vazão de vapor foi reduzida em 68%.

Tais melhorias, em conjunto com o melhor balanceamento de carga dos turbogeradores, permitiram ainda ao processo de cogeração gerar energia elétrica de forma mais eficiente e em maior quantidade. Durante o período de safra, o consumo específico médio dos geradores foi reduzido em 0,8% e os ganhos anuais de geração de energia foram superiores a 1.400 MWh.

Um desses ganhos qualitativos do Leaf está no aumento de disponibilidade da operação. “Com a estabilização do processo, você diminui variabilidade e intervenção operacional, ajudando a reduzir a interferência operacional no processo”, comenta Paulo Schmidt, estimando uma possível redução da ordem de 50% na indisponibilidade de operação.

A tecnologia também influencia na redução de custos de manutenção, devido a uma operação mais contínua, constante e com menor desgaste. “É igual a um avião operando no piloto automático”, ilustra Leandro Magno de Souza, gerente de plantas da Albioma nas unidades Esplanada e Codora.

Há benefícios que vão além das métricas operacionais. “Assim que clica o botão ON, o operador não quer mais viver sem o Leaf. É uma tranquilidade e controle da operação tão bom que o cara não abre mais mão da solução”, comenta Paulo Schmidt, mencionando ganhos que se estendem desde os times de operação até supervisão, gerência e direção das usinas.

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Desafio da estabilidade

A geração de energia elétrica em uma usina de cana-de-açúcar se dá através de um processo chamado de cogeração, o qual visa aproveitar o máximo possível a capacidade energética da matéria prima. A energia da biomassa é usada para produzir energia elétrica através do calor gerado pela combustão de matéria orgânica.

Durante a safra, a cana é moída no início do processo produtivo e o bagaço, subproduto da moagem, é queimado na caldeira para geração de vapor. Na entressafra, a palha de cana é misturada ao bagaço excedente e queimada na caldeira com o mesmo objetivo de geração de vapor.

O vapor de alta pressão é utilizado pelos turbogeradores para a geração de energia, enquanto o escape (baixa pressão) é consumido como utilidade pelos processos da planta. No caso da Albioma, parte da eletricidade é direcionada para consumo interno da usina parceira, enquanto o excedente é exportado a partir de uma integração do sistema de geração com a rede elétrica nacional.

Para assegurar maior qualidade no produto final, é necessário garantir um ótimo funcionamento dos geradores, o que só é possível através de um vapor de admissão em condições ideais de temperatura e pressão, de acordo com os parâmetros projetados. Com vapor mais estável gerado pela caldeira, todos os processos são beneficiados, o que torna maior a eficiência de geração de energia da usina.

O desafio de manter a qualidade do vapor na unidade se dá por algumas condições intrínsecas à operação de usinas de açúcar e álcool: variações nas características do bagaço-de-cana queimado na caldeira (umidade e teor de fibras) afetam diretamente a quantidade de calor gerado; variações na demanda de vapor pelo processo produtivo provocam alterações na geração de energia através de ajustes que comprometem até o ritmo de produção em algumas situações.

Estabilizando a cogeração

A companhia começou a validar a aplicação do Leaf, solução de IA para controle avançado de processos multivariáveis, para controlar a pressão e temperatura na saída da caldeira em sua UTE (usina termelétrica) mais problemática. A tecnologia começou a rodar na planta e foi possível ver o software antecipando variações na demanda do processo e se ajustando a diferentes tipos e qualidades de biomassa queimada, otimizando a geração de energia.

“O Leaf foi a tecnologia que nos apresentou menor risco, com um modelo de negócios muito interessante”, diz Paulo Schmidt, Gerente Corporativo de Operações da Albioma, que destaca o processo de validação da solução, uma vez que a i.Systems faz um estudo base na operação do cliente e identifica se e quais ganhos a aplicação do Leaf vai trazer quando instalado.

Na opinião de Leandro Magno de Souza, Gerente de Plantas da Albioma nas Unidades Esplanada e Codora, a elaboração desse business case ajuda entender o retorno financeiro e, além de indicar onde haverá retornos imediatos, pode trazer indícios de quais outros pontos da malha e controles existentes podem ser melhoradas, independente do Leaf.

Sobre os fatores que influenciaram a decisão pelo Leaf, Paulo Schmidt cita que, além da capacidade técnica da tecnologia, o modelo de negócios de contratação fez a diferença. Por ser um software como serviço (SaaS), o Leaf é consumido a partir do pagamento de uma mensalidade, e entra na contabilidade como um custo operacional (OpEx).

“É tudo bem dinâmico. Depois da ativação da solução, há um tempo que a tecnologia sintoniza e os resultados começam a aparecer e podem ser otimizados”, comenta Paulo Schmidt.

Operando nos setpoints ideias

O Sunflower, módulo de otimização da i.Systems embarcado na plataforma Leaf, é usado para aumentar a média da pressão de vapor, promovendo em conjunto com a elevação dos patamares de temperatura, tanto na safra quanto entressafra, o aumento de entalpia e estabilidade do vapor.

Com a aplicação de estratégias avançadas e multivariáveis, o controle da pressão de escape e da exportação de energia também foram integrados. O Leaf passou a atuar nos setpoints ideais de potência dos turbogeradores e no de pressão de extração de uma das turbinas de condensação.

De acordo com o cenário de operação, a demanda de vapor e a exportação desejada, o Leaf explorou a configuração mais eficiente entre os equipamentos, promovendo melhor aproveitamento de vapor possível para a geração de energia e elevando a qualidade do escape necessária para os consumidores.

“Agora estamos colhendo frutos”, comenta Paulo Schmidt. Hoje, o Leaf foi expandido e está em uso nas quatro unidades da Albioma no Brasil. Com a soma das abordagens (revamp + Leaf) a companhia praticamente dobra a capacidade instalada de geração que existia na usina antes da entrada da Albioma. “A tecnologia da i.Systems chega trazendo ainda mais estabilidade e controle ao processo, diminuindo variabilidade e melhorando setpoints, o que gera aumento nos benefícios”, comenta.

Além da solução de IA para controle avançado de processos e do módulo de otimização, a companhia utiliza também o Webmonitor, tecnologia que entrega ao time da Albioma dados da operação em tempo real. “Para nós, é importante acompanhar processos em tempo real à distância e poder conversar com a planta sobre as variações”, avalia.

Resultados diretos, e indiretos

Com o Leaf, a Albioma conseguiu reduzir em 48% e 30% a variabilidade da pressão e temperatura da caldeira, respectivamente. “O grande conceito que aprendi é que toda variabilidade gera perda”, comenta Paulo Schmidt, para adicionar: “Se existe um sistema que diminua a variabilidade, melhore setpoints, com certeza traria um ganho”.

De fato, a redução de variabilidade trazida pelo Leaf possibilitou otimizar parâmetros, elevando em 2 ºC e 0,6 kgf/cm² as médias das variáveis. Com um vapor estável e de qualidade, através de ações integradas nas malhas de controle da cogeração, a variabilidade na vazão de vapor foi reduzida em 68%.

Tais melhorias, em conjunto com o melhor balanceamento de carga dos turbogeradores, permitiram ainda ao processo de cogeração gerar energia elétrica de forma mais eficiente e em maior quantidade. Durante o período de safra, o consumo específico médio dos geradores foi reduzido em 0,8% e os ganhos anuais de geração de energia foram superiores a 1.400 MWh.

Um desses ganhos qualitativos do Leaf está no aumento de disponibilidade da operação. “Com a estabilização do processo, você diminui variabilidade e intervenção operacional, ajudando a reduzir a interferência operacional no processo”, comenta Paulo Schmidt, estimando uma possível redução da ordem de 50% na indisponibilidade de operação.

A tecnologia também influencia na redução de custos de manutenção, devido a uma operação mais contínua, constante e com menor desgaste. “É igual a um avião operando no piloto automático”, ilustra Leandro Magno de Souza, gerente de plantas da Albioma nas unidades Esplanada e Codora.

Há benefícios que vão além das métricas operacionais. “Assim que clica o botão ON, o operador não quer mais viver sem o Leaf. É uma tranquilidade e controle da operação tão bom que o cara não abre mais mão da solução”, comenta Paulo Schmidt, mencionando ganhos que se estendem desde os times de operação até supervisão, gerência e direção das usinas.

Paulo Schmidt
Albioma - Gerente Corporativo de Operações
Assim que clica o botão ON, o operador não quer mais viver sem o Leaf. É uma tranquilidade e controle da operação tão bom que o cara não abre mais mão da solução.
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