Taller: Como hacer proyectos de Biomasa (Madera) 7/10/2010

Índice Características y Usos

Definición del entorno Consideraciones Generales Ejemplos

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Características y usos

Recursos disponibles Parques y Jardines

Astilla de aserradero

Restos Agrícolas

Restos de industria

Explotación Forestal

Cultivos Energéticos

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Biomasa

Definición y características

3 Grandes tipos de recursos de madera • Madera forestal dedicada = chips de madera

• Subproductos de la transformación de la madera = Aserrín, cortezas, virutas, astillas

• Residuos de madera = cajas, empaques, tarimas

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Biomasa

Precio

Características

Combustible

Características

Madera forestal dedicada

•Combustible de alta calidad •Precio elevado •Relativamente húmedo (mejor PCI si se seca) •Requiere la lenta incorporación a las calderas

Subproductos de la transformación

•Considerado como un combustible limpio •Menor precio al de la madera dedicada •Estos subproductos son relativamente secos (especialmente los subproductos de la madera de segunda transformación). Por el contrario, la corteza es más húmeda y tienen un alto contenido de cenizas.

Residuos de Madera

•De bajo costo •Considerado como deshecho •Posibles inversiones en sistemas de limpieza 6

Biomasa

Usos Energéticos

Recurso

Proceso

Uso Energético

Hidrólisis enzimática Gasificación + condensado

Carburantes

Quema directa

Calor Cogeneración Gasificación

Electricidad

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Biomasa

Proceso de transformación

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Biomasa Flujo de desarrollo

Extracción de la biomasa desde las zonas de producción (bosques, plantaciones…) y transporte a la plataforma de tratamiento.

Triturado, secado y mezcla de la biomasa para obtener un combustible homogéneo, listo para su consumo.

Recepción y control en la instalación, almacenamiento y consumo en caldera, de la manera mas eficiente. Transformación en energía eléctrica y suministro a la red, de manera gestionable.

Aprovechamiento y distribución del calor a través de una red para usos domésticos, comerciales o industriales. 9

Diseño técnico Planta de generación con biomasa: equipos principales Recepción y tratamient o de biomasa

Caldera Biomasa

Grupo turbogenerador de vapor Aero condensadore s

Área aproximada 2000 m2 10

Definición del entorno

Recursos disponibles en México Producción Maderable anual (m3 al año) Durango Chihuahua Michoacán Jalisco Oaxaca Veracruz Puebla Chiapas Guerrero Campeche

1,757,638 1,466,503 585,069 579,335 374,200 291,788 203,121 152,037 147,265 141,948

Tipo

76%

12%

2% 1%

7%

1% 1%

Pino

Oyamel

Otras coníferas

Encino

Otras latifoliadas

Preciosas

Comunes tropicales

Fuente: CONAFOR

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Mapa Producción

Fuente: CONAFOR

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Consideraciones generales

Biomasa

¿Cómo determinar el tipo a utilizar?

Características a considerar • Fiabilidad del proveedor y sus depósitos • Precio y calidad de la biomasa • Humedad/PCI • Tecnología y tamaño de la caldera • Es común el uso de distintos tipos de combustibles, ya sea de un proveedor o varios (incluir un poco de madera de desecho, esto permite reducir los costos del combustible)

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Modos de compra Compra con una referencia de PCI: • El proveedor ofrece un tonelaje de madera y se paga a una energía equivalente promedio (referencia PCI) • Al final de un periodo se hace un ajuste (sobre la base de un rendimiento medio de la caldera y de los MWhth producidos) para verificar que el PCI del combustible no era demasiado diferente de lo que se había acordado.

Compra de MWhth a la salida de caldera • Se le paga al proveedor en base a la producción de la caldera, esto se mide por un contador • Desventaja para el proveedor en caso de baja eficiencia de las calderas, ya no depende de la calidad del combustible

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Principios de la central de biomasa Tratamiento de humos Entrega

Almacenamiento

Alimentación

Disposición de cenizas

Combustión Extracción de cenizas

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Centrales de Biomasa

Entrega

Entrega

La entrega de la biomasa se puede realizar normalmente en: • Camión (40 m3) • Remolque (100 m3)

En el diseño del patio de entrega se debe considerar: • Camino adaptado para camiones pesados • Espacio para maniobra • Altura para camiones de volteo (Caso de almacenamiento bajo techo) •Una caldera biomasa consume anualmente entre 1000 y 1500 toneladas de madera/MW instalado •En cogeneración: 10 000 ton año/MWee instalado •Una tonelada de madera= 3 m3 de astillas de madera (humedad media) (*) Valores aproximado variable en función del combustible, tipo de instalación, modo de funcionamiento,…

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Caldera de biomasa

Almacenamiento

Almacenamiento

El tipo de almacenamiento varia dependiendo el sitio El almacenamiento debe durar al menos 4 – 5 días de operación El almacenamiento varia de acuerdo a la potencia

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Centrales de Biomasa

Alimentación

Preparación de la biomasa

Trituración • Esta se puede realizar desde el lugar de tala, hasta previo la entrada a la caldera

Separación de Metales • Para el caso de madera de desecho (clavos, grapas etc.)

Separación de polvo • Separación de las grandes piezas y polvo

Secado

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Caldera de Biomasa

Alimentación

Alimentación

Sistema para transportar la biomasa del almacenaje a la caldera • La alimentación por tornillo Su velocidad le permite ajustar el caudal del combustible a la caldera. El sistema de alimentación del tornillo sirve para combustibles sin cuerpos extraños • Elevador hidráulico Un inyector de pistón entrega de combustible. Adecuado para todo tipo de combustible. Más confiable, pero su costo es mayor. • Alimentación por gravedad Se desplaza en la una cinta transportadora El combustible cae por gravedad en la parrilla. La potencia depende del tamaño de la cinta

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Caldera de Biomasa

Combustión

Combustión

El tipo de cámara determina las condiciones en las que la combustión tiene lugar: • Volcán de parrilla fija Se utiliza para las calderas de baja potencia hasta 3 MWth • Volcán de parrilla móvil Este tipo de camara se utiliza para las instalaciones de 3 a 17 MW. th • Parrilla transportadora horizontal o inclinada: Este tipo de camara se usa para instalaciones de mediano y gran tamaño (hasta 20 MWth). • Otras tecnologías (grandes instalaciones) Lecho fluidizado burbujeante (LFB) Lecho fluidizado circulante (CFB) Parrilla Vibrante Caldera de combustible pulverizado

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Caldera de Biomasa Dimensionamiento

En base al régimen • La caldera debe funcionar en su mayoría a plena carga (se resienten los cambios de carga) y se asocia generalmente con una caldera de apoyo (fuel-oil o gas natural). • También deben operar preferiblemente en un régimen constante a lo largo del año (mínimo técnico). • Para un rendimiento óptimo, no se debe sobredimensionar la caldera. Debido a la curva de demanda de energía, que es contante entre 40-70% de la potencia máxima, deberá abarcar 70-90% de las necesidades.

En base al combustible • La potencia entregada varia en función de las características del combustible y particularmente de la humedad. A partir de cierta humedad la potencia de la caldera decrece rápidamente hasta que la combustión es imposible

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Caldera de Biomasa

Tratamiento de humos

Extracción de cenizas

Humos y cenizas

Existen 2 niveles de recuperación de cenizas • En la cámara de combustión a través de sistemas dedicados La extracción de ceniza húmeda: Las cenizas caen en un cenicero inundado (cuenca de agua). Un transportador de cadena asegura su evacuación. Este método es conveniente en particular para las centrales eléctricas de alto consumo de combustibles y alto contenido de cenizas. La extracción de ceniza seca: Caída de cenizas directamente a un tornillo sinfín cinta transportadora a un deposito. Este método es conveniente para cenizas sin cuerpos extraños que puedan dañar el tornillo sinfín. La inversión es ligeramente inferior • En los gases de escape mediante sistemas de tratamiento de humos Multiciclón o colectores inerciales Filtros de mangas Precipitaderos electrostáticos

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Características de la instalación En función del tamaño

Alimentación Tornillo

Cinta transportadora Humedad de la madera 30 – 35% 40 – 45%

25%

Importancia del tamaño de combustible Importante

5 a 30 ton

Residencial 30 a 100 kWth

Cantidad anual de madera 300 ton 3 000 ton

Pequeño Inmueble 200 a 700 kWth

Gran Inmueble 1000 a 5000 kWth

45 – 60%

Poco importante

15 000 ton

Industrial 10 a 20 MWth 25

Calderas de Biomasa Algunos Ratios

Caldera de madera AC BP (4-10 MWth)

Caldera de madera Vapor (15 MWth)

Caldera de madera + rec térmica + TAV (6 MWee)

Caldera de madera + TAV (16 MWee)

Total instalación

1.7 – 3.5 M€

3.4 M€

10.2 M€

51 M€

Costo unitario

435 - 360 €/kW

250 €/kW

2000 €/kWee

3100 €/kWee

Plazo de construcción

10 - 14 meses

12 -15 meses

15 -18 meses

15 -18 meses

* Variable en función de la tecnología

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Algunos Datos Humedad %

PCI (kWh/kg)

25 %

3.6

35 %

3

40 %

2.7

45 %

2.5

50 %

2.2

Paja

10 %

4.1

Miscanthus

15 %

4.8

Madera

Tipo Olmo Pino Carpe

Humedad%

PCI (kWh/kg)

15%

4.2

30%

3.4

15%

4.4

30%

3.5

15%

4.0

30%

3.2

La sustitución de combustibles fósiles por madera equivale a una reducción en emisiones de CO2: Gas: 206 g/kWhth Combustóleo: 282 g/kWhth Carbon: 343 g/kWhth Elec: 550 g/kWhee

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Parámetros clave en México Biomasa

Suministro confiable a largo plazo de madera – GRAN DIVERSIDAD Y CANTIDAD Precio de venta de la energía razonable- TARIFAS ELECTRICAS EN CRECIMIENTO. INCENTIVOS DEL GOBIERNO DESDE 2008 Acceso a financiación (project finance, leasing, ….)- EXISTE INTERES HACEN FALTA PROYECTOS CONCRETOS, MAS EXPERIENCIA EN BIOMASA

Proximidad entre suministro-consumidor-generación – CONDICION EXISTENTE Terreno y agua suficiente – GRAN DISPONIBILIDAD Disponibilidad, eficiencia y coste de las calderas de biomasa – EXPERIENCIA PROBADA EN AMLAT ADEMAS DE M.O MAS BARATA QUE EN EUROPA El proyecto en su conjunto debe ofrecer una TIR razonable al inversor-ESTE ES EL GRAN RETO SI LOS OBJETIVOS DE CRECIMEINTO SON AMBICIOSOS 28

Ejemplos

Cogeneración

Estudio en proceso en México 2000 ha de plantación de eucalipto Aserradero en Tabasco 10 000 m2 Turbina de vapor (TAV) 10.2 M€ Caldera biomasa: 33 MW

Energía eléctrica 4.7 MW

5 MW

7bar

Torre de enfriamiento

0.09 bar

Consumo 7.2 t/h, 51,000 ton/año

11.8 MW Vapor Sat. 7 bar, 20.65 t/h para secado de pellets

PCI=4500 kWh/ton

Producción anual 30.4 GWh ee 101.5 GWh th

0.8 MW Vapor Sat. 3 bar, 1 t/h para vaporizadores 31

2.8 MW Agua caliente a 90 C, 2 bar para Secadores (madera)

η eléctrico=14% η térmico=46% η total=60% 30

Ejemplo - Red de Frio y Calor

En el Área del Barrio de La Marina, Gran Vía de L’ Hospitalet y entorno

Entrada en servicio en el año 2011. Central de generación de electricidad a partir de la biomasa Combustible procedente de la poda de los parques y jardines de Barcelona Complemento de biomasa forestal para reducir el efecto de la estacionalidad de la poda en verano (Convenio de suministro firmado con el Consorcio Forestal de Catalunya). Combustión de la biomasa en la caldera que produce vapor para la producción de electricidad (1MWe de promedio). Primera fase, la central de biomasa generará sólo electricidad. Segunda fase, la instalación producirá agua caliente reduciendo su producción eléctrica en función de la demanda de calor.

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Ejemplo - Red de Frio y Calor

En el Área del Barrio de La Marina, Gran Vía de L’ Hospitalet y entorno Características TIPO DE CICLO

Ciclo Rankine SISTEMA DE COMBUSTIÓN DE BIOMASA Y GENERACIÓN DE VAPOR  Más de 7500 h de funcionamento anuales  Tipo de caldera: vertical acuotubular  Producción de 7 t/h de vapor a 40 bar y 400 ºC  Rendimento 87%  Potencia tèrmica nominal 4,9 MWt

SISTEMA DE COMBUSTIÓN DE BIOMASA Y GENERACIÓN DE VAPOR  Potencia eléctrica nominal 1,3 MWe  Turbina de vapor de doble etapa con extracción de vapor intermedia a caudal variable  Producción màxima anual de 7203 MWhe COMBUSTIBLE

Biomasa procedente de la poda de los Parques y Jardines de Barcelona cumplimentado con residuo Forestal (Convenio de suministro con el Consorcio Forestal de Catalunya)

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Poznan, Polonia Ayuntamiento de Poznan Instalación: red de calor • Potencia térmica: 826 MW • Potencia eléctrica: 272 MWe • Vapor: 1140t/h, 135b, 540ºC • Tecnología: Carbono pulverizado (RAFAKO)

Combustible: • Astillas

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Smurfit Kappa, Francia Smurfit Kappa Instalación: Cogeneración industrial • Potencia térmica: 130 MW • Producción de vapor: 180 t/h at 120b y 520ºC • Potencia eléctrica: 47 MWe • Tecnologías: BFB Kvaerner

Combustible: • Astillas / Cortezas

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Masisa Cabrero, Chile Masisa Cabrero Instalación: Cogeneración industrial • Potencia térmica: 51 MW • Vapor: 26 t/h at 45b y 430ºC • Potencia eléctrica: 8,8 MWe • Tecnología: Cargador esparcidor Gotakverken

Combustibles: • Astillas + Serrín + Corteza (100%)

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Características técnicas Características técnicas Planta 16MWe Parámetro

Valor

Inversión

51.400.000 €

Consumo de biomasa

160.000t/año

Combustible

Pino, chopo, robinia, sarmientos, podas, restos de parques y jardines…

PCI

2.740 Kcal/kg

Formato de entrega

Astillado o empacado

Horas anuales de funcionamiento

8.000h/a

Tipo de ciclo

Rankine

Agua

500.000 m3 / año

Zonificación

Área Industrial + Área de biomasa

Terreno

Superficie entre 30.000 y 40.000 m2

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Características técnicas Planta 22MWe Parámetro

Valor

Inversión

75.000.000 €

Consumo de biomasa

219.000t/año

Combustible

Pino, chopo, robinia, sarmientos, podas, restos de parques y jardines…

PCI

2.740 Kcal/kg

Formato de entrega

Astillado o empacado

Horas anuales de funcionamiento

8.000h/a

Tipo de ciclo

Rankine

Agua

600.000 m3 / año

Zonificación

Área Industrial + Área de biomasa

Terreno

Superficie entre 40.000 y 50.000 m2

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Gracias Dalkia México – Igsa Solutions Tel.: 5246 0000 • Pedro Prádanos / DTO [email protected]

• Nadège Richard / Cogeneración y ENR [email protected]

• José Alberto Alvarez / ENR [email protected]

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