Cuantificación de los recursos de biomasa forestal en la provincia de Soria y evaluación de alternativas para su aprovechamiento energético

Transcripción

1 Cuantificación de los recursos de biomasa forestal en la provincia de Soria y evaluación de alternativas para su aprovechamiento energético Foto 1.- Máquina empacadora de residuos forestales marca Timberjack Paloma Pérez Ortiz 1 Luis Saúl Esteban Pascual 2 1 Ingeniero Técnico Forestal 2 Ingeniero de Montes CIEMAT-CEDER. Ctra. N-111 km Lubia SORIA luis.esteban@ciemat.es RESUMEN En este trabajo se evalúa la productividad de biomasa para uso energético de las masas forestales de la provincia de Soria. En el terreno forestal arbolado se han empleado dos métodos. El primer método (directo) se basa en el uso de las superficies por estratos del Segundo Inventario Forestal Nacional (en adelante IFN2), aplicando a estas superficies unos valores de producción de biomasa obtenidos mediante estimaciones directas sobre el terreno. El segundo método (indirecto) se basa en la aplicación de ecuaciones de biomasa a los datos métricos de los estratos del IFN2. A continuación se evalúa la productividad de biomasa en la superficie forestal no arbolada (matorral). Para ello se ha desarrollado una métodología basada en utilizar datos del Mapa Forestal Nacional. Finalmente se realiza un análisis consistente en buscar puntos óptimos para la ubicación de centrales para utilización energética de la biomasa. Dicho análisis ha permitido definir la ubicación óptima para una central eléctrica y un área de acopio para la misma con un radio de acción aproximado de 30 km para la cual se calculan los costes de la recolección y transporte de la biomasa a la central. Para ello se han supuesto diferentes métodos de trabajo en los distintos tipos de masa forestal teniendo en cuenta factores como la pendiente del terreno, la densidad superficial de biomasa y la longitud de transporte por la red de carreteras existentes. 17

2 1. METODOLOGÍA DE EVALUA- CIÓN DE RESIDUOS El IFN2 se ha utilizado como base de obtención de datos para la evaluación de las superficies arboladas. Sin embargo, en él no hay evaluado ningún parámetro cuantitativo de las superficies no arboladas como son las de matorral, que en algunos casos pueden resultar interesantes desde el punto de vista de la producción de biomasa. Por tal motivo se han usado métodos distintos para superficies arboladas y no arboladas. Los datos básicos de los estratos del IFN2 para la provincia de Soria se muestran en la tabla Métodos para terreno forestal arbolado Método basado en estimaciones directas Este método consiste en la utilización de las superficies del Inventario Forestal por estratos aplicándoles unos valores de producción de residuos obtenidos mediante estimaciones directas, las cuales se han tomado de estudios como el PIEPMA y otros (ESTEBAN, 2001). Una vez obtenidos los datos nece- Tabla 1.- Datos de los estratos del IFN2 en la provincia de Soria 18

3 sarios de los estratos, para poder evaluar la biomasa residual, se ha supuesto que en cada estrato se realice al menos un tratamiento selvícola en el periodo de 20 años. Dichos tratamientos serán diferentes en función del estado de masa en el que se encuentra cada estrato. En la tabla 2 se muestran los diferentes tratamientos que se aplican a cada estado de masa Método indirecto Este método consiste en la aplicación de ecuaciones de biomasa a los datos de masa del IFN2. Para la mayor parte de las especies arbóreas españolas no existen dichas ecuaciones de biomasa publicadas por lo que se han buscado otras de especies afines en la bibliografía. Una publicación muy interesante al respecto es la realizada por TER-MIKAELIAN y KORZUKHIN (1997) en la que se presenta una revisión de las ecuaciones de biomasa existentes para 65 especies arbóreas norteamericanas. Se han probado algunas de las ecuaciones disponibles en la mencionada publicación con el fin de estimar el volumen maderable con corteza en función del diámetro medio cuadrático de algunos estratos del Segundo Inventario Forestal Grafico 1.- Análisis de vecindad de recursos para una distancia de 30 km Nacional y el resultado se ha comparado con el volumen con corteza de dichos estratos del Segundo Inventario Forestal Nacional. El buen ajuste que han dado algunas ecuaciones para el volumen con corteza se ha utilizado como criterio en la elección de las ecuaciones correspondientes a las ramas y las hojas. Esta simplificación debe ser tomada con reservas debido a que la copa de la especie de la cual procede la ecuación puede diferir de la especie a aplicar. Para las quercinias de la provincia (Quercus pyrenaica, Quercus ilex y Quercus faginea), el aprovechamiento no se limitaría al ramaje sino a toda la biomasa del árbol, por lo tanto las ecuaciones utilizadas se refieren a la biomasa total Métodos para terreno forestal desarbolado Tabla 2.-Tratamientos aplicados en cada estado de masa La única publicación de ámbito nacional con información sobre la vegetación del terreno no arbolado es el Mapa Forestal Nacional en el cual se han identificado las zonas no arboladas para estimar la cantidad de biomasa que se produce en dichas zonas. Dada la complejidad del Mapa Forestal de España, no ha sido fácil seleccionar datos que permitan evaluar la cantidad de biomasa. La mayor parte de los datos que se recogen en el Mapa son descriptivos, por lo que sólo se ha podido utilizar el porcentaje de recubrimiento de la vegetación (k) que da una medida de la densidad de la vegetación y el campo «sobrecarga» que describe el tipo de estructura actual de la vegetación y que da una medida semi-cuantitativa sobre el tipo de cubierta de mato- 19

4 rral y su altura. Se han comprobado dichas alturas constatando que en algunos casos no se refieren a la altura del matorral propiamente dicha sino a la de las especies arbóreas existentes en las teselas. Por definición, las zonas de matorral consideradas no son zonas arboladas aunque en muchos casos están en el limite de serlo según la metodología al uso (se consideran zonas arboladas aquellas cuya fracción de cabida cubierta del arbolado es mayor del 5%), No obstante, la biomasa procedente de las especies arbóreas en las superficies «no arboladas» se ha considerado despreciable a efectos del presente trabajo. La clasificación de las superficies no arboladas en función de las especies arbustivas presentes resulta ser muy complicada para los fines propuestos, por este motivo se ha clasificado el terreno no arbolado en función de las sobrecargas más relevantes en cuanto altura de vegetación (sobrecargas: 1, 2, 3, 26, 27, 28 de MFE). 2. METODOLOGÍA PARA LA SE- LECCIÓN DE ALTERNATIVAS DE UTILIZACIÓN ENERGETICA DE LOS RECURSOS 2.1. Localización de puntos con máxima concentración de biomasa Tabla 3.- Resultados obtenidos por el método directo de estimación de biomasa 20

5 Tabla 4.- Resultados obtenidos por el método indirecto de estimación de biomasa Una vez cuantificado el recurso potencial y obtenida la distribución del mismo en la provincia se procede a la selección de alternativas para su utilización consistente en buscar los puntos alrededor de los cuales se da la máxima concentración de biomasa. Con este objeto, se ha realizado un análisis de vecindad usando el programa ArcView con el que se efectúa la suma de las producciones en los píxeles que hay en la vecindad de un punto con un radio fijo alrededor del mismo. El análisis de vecindad se ha realizado utilizando una malla cuyo píxel es de 100 m de lado (superficie de una hectárea) evaluándose la misma en toneladas de materia seca al año (en adelante t ms/año) alrededor de los puntos de la malla. Esta operación se ha realizado para dos distancias diferentes: 15 km y 30 km Evaluación de los costes de recogida y transporte Costes de recolección de la biomasa Para los tratamientos forestales en los que se produce biomasa se han supuesto métodos de recogida y transporte acordes a los distintos estados de masa (fustales, latizales, matorrales) y especies (frondosas, coníferas). Se ha supuesto la utilización del sistema de empacado como base para la logística del acopio y suministro, por lo tanto, todas las operaciones y maquinaria están supeditados a este sistema. (foto 1) Así mismo se han distinguido costes en dos grupos dependiendo de si la pendiente del terreno es mayor o menor del 20%. Esto es necesario porque tanto la maquinaria a utilizar como los rendimientos varían notablemente en ambos casos. Los costes de recolección y empacado de la biomasa se ven afectados por la densidad superficial del recurso a recolectar (toneladas de materia seca que hay por hectárea en cada estrato). El coste básico se ha estimado para el caso en que la acumulación superficial de biomasa a recoger sea de 7 t ms/ha en los estratos arbóreos y de 14 t ms/ha en las superficies de matorral. Para el resto de valores se ha efectuado la corrección del coste basico en base a las tarifas de reunión y desembosque publicados por La Asociación y Colegio de Ingenieros de Montes (ES- CUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE MONTES, 2000). 21

6 Grafico 2.- Cantidades anuales de biomasa y superficies explotables para cada intervalo de coste Costes de transporte El coste de transporte de la biomasa tanto arbórea como arbustiva se compone de dos partes: el coste por pista y el coste por carretera. Teniendo en cuenta que habitualmente no se conoce la distancia por pista, el criterio que se ha seguido es medir la distancia euclidea a la carretera más cercana desde cada pixel con producción Foto 2.- Estepar de Cistus laurifolius de unos 15 años de edad en el CEDER de biomasa y se ha multiplicado por un factor con un valor de 1,5 (factor de zig-zag) el cual se ha obtenido relizando media entre varias mediciones. La distancia de los puntos de recogida (malla de pixel 100 x 100 m) a la carretera más cercana se ha calculado mediante la utilidad denominada Distance Mapping de la extensión Spatial Analyst de ArcView. Para calcular la distancia por carretera a la planta se ha empleado la utilidad Find Service Areas de la extensión Network Analyst de ArcView. Para estimar los costes de transporte el medio de transporte que se ha supuesto es un camión trailer similar a los que se usan para el transporte de madera. El camión esta dotado de grúa y puede transportar un máximo de 48 pacas cilíndricas de 3 m de larga por 0,6 m de diámetro con un peso de 250 kg ms/paca. Para calcular el coste del transporte se ha obtenido una ecuación que relaciona las distancias de pista y carretera con el coste por tonelada. 3. RESULTADOS 3.1. Evaluación de recursos en terreno forestal arbolado Método basado en estimaciones directas Como ya se ha indicado, en este método se ha supuesto que en cada estrato se realice al menos un tratamiento selvícola en el periodo de 20 años y que dichos tratamientos serán diferentes en función del estado de masa en el que se encuentra cada estrato. El resultado de la evaluación de las zonas arboladas por este primer método ha sido de ,21 t ms/año para una superficie forestal de ha. El desglose por estrato se puede apreciar en la tabla Método indirecto El resultado de la evaluación de las zonas arboladas por este se- 22

7 gundo método ha sido de ,09 t ms/año para una superficie forestal de ha. Las cantidades estimadas por estrato se muestran en la tabla 4. Como en el método directo se supone la intervención selvícola en periodos de 20 años Ecuaciones para pies mayores Como se ha indicado en la metodología, hay una gran escasez de tarifas y ecuaciones de biomasa para las especies de nuestro entorno. Las ecuaciones con las que se ha trabajado han sido las siguientes: La ecuación: M=a D b (TER-MI- KAELIAN y KORZUKHIN, 1997) ), donde M es el peso de materia seca de un componente del árbol (fuste, ramas, hojas) (kg ms), a y b son parámetros y D es el diámetro normal (cm). Esta Ecuación se ha utilizado para las especies de pino y sabina en los estratos en los que la masase encuentra en estado de fustal. La ecuación w=a-bd+cd 2 (Esteban y Carrasco, 2001), donde w es el peso total de biomasa seca de ramas y aciculas (kg ms), a, b y c son parámetros y D es el diámetro normal (cm). Esta ecuación se ha utilizado para el Pinus pinaster y el Pinus sylvestris. La ecuación seleccionada para estimar la biomasa seca total para Quercus pyrenaica ha sido la siguiente: Peso fresco = 0,1907 D 2,0927 H 0,3322 expresada en kg materia húmeda (en adelante mh) (Doncel, 1989), donde D es el diámetro normal (cm) y H es la altura total (m). Se ha supuesto una humedad de 50% en base húmeda de acuerdo a los datos disponibles en el CEDER (Centro de Desarrollo de Energías Renovables). Las ecuaciones que se han usado para estimar la cantidad de biomasa que se puede obtener del Quercus ilex proceden del Segundo Inventario Forestal y han sido las siguientes, asumiendo una densidad de 0,5 t/m 3 en base seca: Grafico 3.- Situación, orografía y pendientes de la zona de acopio de la central Vcc = a + b (D) 2 H VLE = a (D) b Donde D es el diámetro normal (cm), a y b son parámetros y H es la altura total (m) Ecuaciones para pies menores Para los pies menores (25-74 mm de diámetro normal) prácticamente no se han encontrado ecuaciones en la bibliografía consultada por ejemplo para Pinus sylvetris y Pinus pinaster se ha realizado un muestreo del que se han obtenido las siguientes ecuaciones: Peso seco Pinus sylvestris = 0,1332 x 2 +0,1339 x + 0,0936 Peso seco Pinus pinaster = 0,0651 x 2 +0,39 x - 0,3987 Donde X es el diámetro normal (cm) Evaluación de recursos en terreno forestal desarbolado La biomasa que se obtiene por mata de matorral se ha calculado mediante una ecuación obtenida por MOLINERO (1998) para la corta de estepares de Cistus laurifolius de unos 20 años de edad (Foto 2): Y= 1425,2 (H*D) 1,416 Donde Y es el Peso fresco de biomasa (g), H es la altura de la mata (m) y D es el diámetro medio de la mata (m). Al no disponer de otras ecuaciones similares para otras especies del matorral, se ha supuesto que para una misma altura de mata y cobertura del suelo, según la sobrecarga y la K del Mapa Forestal de España, la cantidad de biomasa por hectárea no variará de forma importante en función de la especie arbustiva de que se trate. Por este motivo, el peso seco de biomasa en todos los casos se ha obtenido de la ecuación anterior aplicando la humedad más probable para el matorral (45% b.h según datos del CEDER). El resultado de la evaluación de las zonas de matorral ha sido una cantidad de biomasa de ,54 t ms/año para una superficie de ,73 ha. 23

8 Tabla 5.- Coste de las operaciones de recolección en los terrenos arbolados de agua estará asegurado por el río Abión y/o los posibles sondeos ya que esta zona dispone de acuíferos subterráneos importantes. Conocido el posible punto donde se sitúa la planta se ha definido el área de acopio de biomasa (gráfico 3) como la agrupación de todos aquellos términos municipales cuya superficie geográfica esta incluida en más de un 50% dentro de la circunferencia hipotética de 30 km de radio alrededor de la central, por lo tanto el área de acopio estará formada por 54 términos municipales con un área total geográfica de ,49 ha. El área forestal que se ha considerado explotable dentro de esta área se ha estimado en ha. La explotación anual se realizaría en aproximadamente ha obteniéndose alrededor de t ms/año. Esto implica una densidad media de 8,93 t ms/ha en el momento de la explotación. La potencia máxima que podría tener la central suponiendo la utilización anual de t ms, es decir toneladas de biomasa suponiendo el 30% de humedad (poder calorífico de MJ/t), sería de 18 MWe para una eficiencia bruta probable del 28%. 4. ALTERNATIVAS DE UTILIZA- CIÓN DE LOS RECURSOS Localización de puntos con máxima concentración de biomasa El análisis de vecindad ha permitido definir la ubicación optima para una central eléctrica y un área de acopio para la misma con un radio de acción aproximado de 30 km. El potencial máximo que se obtendría estaría entre y t ms/año por lo que permitiría instalar una central de entorno a los 15 MWe. El mapa de vecindad para una distancia de 30 km se aprecia en el gráfico Ubicación de la central eléctrica, definición del área de acopio y dimensión La mejor ubicación para la planta es junto a la N-122 en Aldehuela de Calatañazor, ya que hay una buena conexión con la red de carreteras nacional, así como dos líneas eléctricas con voltajes de: KV y KV muy próximas a dicho lugar.el suministro 4.3. Costes de recolección y transporte de la biomasa arbustiva y arborea Los costes de recolección se han estimado para cada estrato teniendo en cuenta las operaciones de reunión, desembosque y empacado así como la pendiente del terreno (tabla 5). Para el matorral, suponiendo una cantidad superficial de 14 t ms/ha a recoger, se ha estimado un coste de 42,45 /t ms para pendientes menores del 20% y de 60,91 / t ms para pendientes superiores al 20%. Para evaluar el coste de transporte, se ha construido una ecuación suponiendo que se utiliza un camión trailer. Coste total = 0,36 x + 0,23 y + 2,91 (euros/t ms) Donde x es la Distancia por pista e y es la Distancia por carretera. 24

9 El resultado que se obtiene tras evaluar las operaciones de recolección y transporte en la zona de acopio, ha sido un coste medio aproximado de 56 euros/t ms correspondiendo aproximadamente a la recogida un coste medio de 45 euros/t ms y al transporte 11 euros/t ms. Las cantidades que se explotarían anualmente en la zona de acopio de la central dependiendo de la franja de coste se representan en la gráfico CONCLUSIONES 1.- La cuantificación de los recursos de biomasa en el terreno forestal arbolado mediante el denominado método indirecto, ha dado como resultado una producción de ,09 t ms/año en la provincia de Soria. Se ha considerado este valor como más adecuado que el obtenido por el método directo por utilizar mayor información cuantitativa sobre los estratos siendo además la metodología utilizada aplicable a los datos de posteriores inventarios forestales Para la evaluación de la biomasa arbustiva se ha clasificado el terreno no arbolado en función del campo sobrecarga del Mapa Forestal de España que indica la altura de la vegetación. La superficie que se ha evaluado como interesante desde el punto de vista de la explotación de biomasa ha sido de ,73 ha. Basándose en dicha superficie y usando datos de productividad de matorral obtenidos en el CEDER se ha estimado una producción de biomasa de ,54 t ms/año en la provincia de Soria. 3.- El análisis de vecindad ha permitido evaluar la disponibilidad de biomasa usando radios de acción de 15 y 30 km. Se ha elegido la alternativa de 30 km ya que se obtiene un mayor potencial de biomasa (entre y t ms/año), lo que permitiría instalar una central de una potencia aproximada de 15 MWe. 4.- Se ha definido la ubicación optima para dicha central eléctrica y un área de acopio para la misma. En estas condiciones se obtiene un área explotable de ha repartidas en 54 municipios con una capacidad anual de producción de t ms dando como resultado una central de una potencia aproximada de 18 MWe. 5.- Tras evaluar las operaciones de recolección y transporte tomando como base el sistema de empacado, se ha obtenido como resultado un coste medio aproximado de la biomasa de 56 euros/t ms correspondiendo aproximadamente a la recogida un coste medio de 45 euros/t ms y al transporte 11 euros/t ms. 6.- Como conclusión final se puede decir que en la provincia de Soria se dispone de biomasa forestal suficiente para instalar una central eléctrica con una potencia entre 15 y 20 MWe cuya ubicación optima sería junto a la carretera N-122 en su cruce con la carretera de Abejar a la Venta Nueva. El radio de acción de esta planta comprende 54 municipios con una distancia media de transporte de 36 km. El coste obtenido para la biomasa a pie de planta (56 euros/t ms), para una central de 18 MWe y a un precio de venta de la electricidad en régimen especial de 0, euros/kwh (grupo b 6, fijado en las tarifas eléctricas del año 2003) y suponiendo que no existen otros ingresos, es demasiado elevado por lo que el proyecto estaría en el limite de la rentabilidad. Por este motivo se considera que la puesta en marcha de las ayudas propuestas en el Plan Nacional de Fomento de las energías renovables serían necesarias para poder acometer un proyecto de este tipo. Dichas ayudas en concreto son 300 euros/ha para la limpieza de bosques y 24 euros/tep de biomasa consumida en la central. ` B I B L I O G R A F Í A ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE MONTES; Cuadro de precios unitarios de la actividad forestal. Edit. Asociación y colegio de ingenieros de montes. Madrid ESTEBAN, L., Biomasa residual forestal: tipos, métodos de evaluación. Apuntes curso impartido en la Escuela de Ingenierías Agrarias de Soria. (UVA). ESTEBAN, L. & J. CARRASCO, Evaluation of crown biomass production in thinnings of cluster pine (pinus pinaster. Ait) in the Spanish northern plateau. 1st World Conference on Biomass for Energy and Industry. Edited by S. Kyritsis, A.A.C.M. Beenackers, P. Helm, A. Grassi, D. Chiaramonti. James & James. Vol II, pp London. DONCEL, I.; Tablas pondérales para la estimación de la biomasa de rebollo (Quercus pyrenaica Wild.) en la provincia de León. Comunicaciones: I.N.A, Serie: recursos naturales, Nº 50. Edit. I.N.A, Ministerio MAPA. Madrid. Junta de Castilla y León; Cuantificación de la Biomasa Forestal de los Montes de Castilla y León (subprograma recursos del Plan de Investigación Energética de Productos de la Madera P.I.E.P.M.A). Edit. Consejeria de Medio Ambiente y Ordenación del Territorio. Dirección General del Medio Ambiente. MOLINERO, A., Análisis de la producción y perspectivas de utilización energética de Cistus Laurifolius. Proyecto fin de carrera EUIA-Soria Universidad de Valladolid. TER-MIKAELIAN, M. T. & M. D. KORZUKHIN; Biomass equations for sixty-five North American tree species. Forest Ecology and Management, nº 97, p.p