Taller: Como hacer proyectos de Biomasa (Madera)

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

2 Índice Características y Usos Definición del entorno Consideraciones Generales Ejemplos 2

3 Características y usos

4 Recursos disponibles Parques y Jardines Restos de industria Astilla de aserradero Explotación Forestal Restos Agrícolas Cultivos Energéticos 4

5 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 5

6 Precio Biomasa Características Combustible Madera forestal dedicada Subproductos de la transformación Características Combustible de alta calidad Precio elevado Relativamente húmedo (mejor PCI si se seca) Requiere la lenta incorporación a las calderas 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

7 Biomasa Usos Energéticos Recurso Proceso Hidrólisis enzimática Gasificación + condensado Uso Energético Carburantes Quema directa Calor Cogeneración Gasificación Electricidad 7

8 Biomasa Proceso de transformación 8

9 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

10 Diseño técnico Planta de generación con biomasa: equipos principales Caldera Biomasa Recepción y tratamient o de biomasa Grupo turbogenerador de vapor Aero condensadore s Área aproximada 2000 m 2 10

11 Definición del entorno

12 Recursos disponibles en México Producción Maderable anual (m 3 al año) Durango 1,757,638 Chihuahua 1,466,503 Michoacán 585,069 Jalisco 579,335 Oaxaca 374,200 Veracruz 291,788 Puebla 203,121 Chiapas 152,037 Guerrero 147,265 Campeche 141,948 76% Tipo 7% 12% 1% 2% 1% 1% Pino Oyamel Otras coníferas Encino Otras latifoliadas Preciosas Comunes tropicales Fuente: CONAFOR 12

13 Mapa Producción Fuente: CONAFOR 13

14 Consideraciones generales

15 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) 15

16 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 MWh th producidos) para verificar que el PCI del combustible no era demasiado diferente de lo que se había acordado. Compra de MWh th 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 16

17 Principios de la central de biomasa Tratamiento de humos Entrega Almacenamiento Alimentación Combustión Disposición de cenizas Extracción de cenizas 17

18 Centrales de Biomasa Entrega Entrega La entrega de la biomasa se puede realizar normalmente en: Camión (40 m 3 ) Remolque (100 m 3 ) 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: ton año/mwee instalado Una tonelada de madera= 3 m 3 de astillas de madera (humedad media) (*) Valores aproximado variable en función del combustible, tipo de instalación, modo de funcionamiento, 18

19 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 19

20 Centrales de Biomasa Preparación de la biomasa Alimentación 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 20

21 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 21

22 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 MW th 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 MW th ). Otras tecnologías (grandes instalaciones) Lecho fluidizado burbujeante (LFB) Lecho fluidizado circulante (CFB) Parrilla Vibrante Caldera de combustible pulverizado 22

23 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 23

24 Caldera de Biomasa Humos y cenizas Tratamiento de humos Extracción de 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 24

25 Características de la instalación En función del tamaño Tornillo Alimentación Cinta transportadora Humedad de la madera 25% 30 35% 40 45% 45 60% Importancia del tamaño de combustible Importante Poco importante Cantidad anual de madera 5 a 30 ton 300 ton ton ton Residencial Pequeño Inmueble Gran Inmueble Industrial 30 a 100 kw th 200 a 700 kw th 1000 a 5000 kw th 10 a 20 MW th 25

26 Calderas de Biomasa Algunos Ratios Total instalación Costo unitario Plazo de construcción 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) M 3.4 M 10.2 M 51 M /kw 250 /kw 2000 /kwee 3100 /kwee meses meses meses meses * Variable en función de la tecnología 26

27 Algunos Datos Madera Humedad % PCI (kwh/kg) 25 % % 3 40 % % % 2.2 Paja 10 % 4.1 Miscanthus 15 % 4.8 Tipo Olmo Pino Carpe Humedad% PCI (kwh/kg) 15% % % % % % 3.2 La sustitución de combustibles fósiles por madera equivale a una reducción en emisiones de CO 2 : Gas: 206 g/kwh th Combustóleo: 282 g/kwh th Carbon: 343 g/kwh th Elec: 550 g/kwh ee 27

28 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

29 Ejemplos

30 Cogeneración Estudio en proceso en México Caldera biomasa: 33 MW Consumo 7.2 t/h, 51,000 ton/año PCI=4500 kwh/ton 2000 ha de plantación de eucalipto Aserradero en Tabasco m M 7bar Turbina de vapor (TAV) 0.09 bar Energía eléctrica 4.7 MW Producción anual 30.4 GWh ee GWh th 5 MW Torre de enfriamiento 11.8 MW Vapor Sat. 7 bar, t/h para secado de pellets MW Vapor Sat. 3 bar, 1 t/h para vaporizadores 2.8 MW Agua caliente a 90 C, 2 bar para Secadores (madera) η eléctrico=14% η térmico=46% η total=60% 30

31 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 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. 31

32 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) 32

33 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 33

34 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 34

35 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%) 35

36 Características técnicas Características técnicas Planta 16MWe Parámetro Inversión Consumo de biomasa Combustible PCI Formato de entrega t/año Valor Pino, chopo, robinia, sarmientos, podas, restos de parques y jardines Kcal/kg Astillado o empacado Horas anuales de funcionamiento Tipo de ciclo Agua Zonificación Terreno 8.000h/a Rankine m3 / año Área Industrial + Área de biomasa Superficie entre y m2 36

37 Características técnicas Planta 22MWe Parámetro Inversión Consumo de biomasa Combustible PCI Formato de entrega t/año Valor Pino, chopo, robinia, sarmientos, podas, restos de parques y jardines Kcal/kg Astillado o empacado Horas anuales de funcionamiento Tipo de ciclo Agua Zonificación Terreno 8.000h/a Rankine m3 / año Área Industrial + Área de biomasa Superficie entre y m2 37

38 Gracias Dalkia México Igsa Solutions Tel.: Pedro Prádanos / DTO ppradanos@dalkia.com.mx Nadège Richard / Cogeneración y ENR nrichard@dalkia.com.mx José Alberto Alvarez / ENR jalvarez@dalkia.com.mx 38

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