Hybridization with CSP in a Cuban sugar mill

Abstract: Kuba har i dagsläget ett högt beroende av importerad olja, för att tillgodose sin växande efterfrågan på elektricitet. Importen sker främst från Venezuela. Detta beroende gör Kuba känsligt för ändringar i oljepriser samt det politiska klimatet. Den nuvarande krisen i Venezuela har haft en betydande inverkan på Kubas elproduktion. Genom att utöka landets förnybara energikällor kan Kuba minska sitt beroende av andra länder och diversifiera sin energiförsörjning. Detta kommer även att leda till en positiv miljöpåverkan då landets CO 2-utsläpp minskar. Kubas geografiska läge har ideala förhållanden för förnyelsebar energigenerering, så som solkraft. Solkraft utvecklas konstant och innehåller en hög potential. Concentrating Solar Power (CSP) är en teknologi där speglar och/eller linser används för att koncentrera solljus till en liten yta som konverterar solljuset till värme. Denna värme kan sedan användas i termodynamiska cykler. Det finns två huvudsakliga problem med implementering av CSP på Kuba. För det första är CSP beroende av momentana väderförhållanden, vilket leder till en oregelbunden elproduktion. För det andra har CSP höga investeringskostnader. För att adressera dessa problem, är det möjligt att implementera CSP i ett redan existerande kraftverk med regelbunden energikälla, d.v.s. skapa ett hybridkraftverk. På så vis uppnås regelbunden elproduktion med signifikant lägre investeringskostnad. Ett sådant existerande kraftverk kan hittas hos många av Kubas sockerbruk. Den här studien undersöker möjligheten att implementera solkraft i sockerbruket Carlos Baliño, beläget i Villa Clara, Kuba. Fabriken är självförsörjande av elektricitet på årlig basis. De använder en Rankine-cykel för att generera el och processvärme som används i sockerframställningen. Bränslet som används är bagasse, en restprodukt efter att sockerjuicen pressats ut ur sockerrören. Fyra CSP-teknologier och tre implementeringslayouts undersöktes, vilket resulterade i att parabolic trough-teknologin och förvärmning av vatten ansågs vara de bästa alternativen för Kuba och Carlos Baliño. Vidare undersöktes två olika scenarier för CSP. Scenario 1 innefattar implementering av CSP i sockerbruket under rådande skick och Scenario 2 består av implementering av CSP efter en investering gjorts i en Condensing Extraction turbin (CEST). Resultatet visar att Carlos Baliño bör investera i CEST innan de implementerar CSP, det vill säga Scenario 2. Detta beror på att i scenario 1 är det inte möjligt att generera elektricitet utanför sockersäsongen, vilket leder till att en stor del av solpotentialen inte kan utnyttjas. Den maximala investeringskostnaden för scenario 1 är 3,7 MUSD, vilket inte är en realistisk kostnad. Den maximala investeringskostnaden för scenario 2 beror av tillgänglig bagasseimport och är 5,9 – 7,2 MUSD. Att investera i CSP rekommenderas ej om bagasseimporten är obegränsad. Givet att bagasseimporten är begränsad skulle CSP-implementeringen leda till en utökad elproduktion av 5,4 – 7,2 GWh/år, en årlig minskning av oljeanvändandet med 16 100 – 21 800 tunnor och minskade CO2-utsläpp med 12 00-16 00 ton årligen. Carlos Baliños ekonomiska resultat skulle öka med 0,5 MUSD/år och den kubanska statens med 0,7 – 0,9 MUSD/år. Framtida studier rekommenderas undersöka möjligheten till generering av el året runt vid Carlos Baliño utan en CEST, solkraftsefterfrågan på nationell nivå och potentiella utvecklingar av solkraft hos Carlos Baliño.