Enrique Riegelhaupt Red Mexicana de Bioenergía A.C.

Transcripción

1 Tecnologías de generación de energia con biomasa. Costos comparados. Enrique Riegelhaupt Red Mexicana de Bioenergía A.C. 30/11/2016

2 Contenidos Cuanta energía contiene la biomasa? Como extraer la energía de la biomasa? Qué tecnologías usar para generar calor? Qué tecnologias usar para generar electricidad? Calor; Electricidad; o Calor + Electricidad? Generación descentralizada o centralizada? Costos de capital: CAPEX Costos de operación: OPEX Conclusiones Cuestiones abiertas 2

3 Cuanta energía contiene la biomasa? Hum. PCS PCI PCI/PCS Poder Calorifico de la Biomasa (J/g) % % % % % % % PCS PCI porcentaje de humedad Casi todas las biomasas tienen IGUAL poder calorífico básico; sus diferencias se deben a la humedad (H) y las cenizas (C). Contenido Energetico = 19.0 J/g* PESO (g) * (1-H) * (1-C). 3

4 Como extraer la energía de la biomasa? A. Por combustión indirecta: se aplican transformaciones físicas y químicas previas, con distintos grados de oxidación. La mayor parte de la masa sólida se transforma en gases, que se queman después. p En la gasificación se maximiza la producción de gases, oxidando al residuo carbonoso. p En la pirólisis se minimiza la oxidación de carbón y se logran gases, líquidos y sólidos en partes mas o menos iguales. p En la carbonización (pirólisis lenta) se deja 30 a 40% como sólido. p En la pirolisis rápida y ultra rápida ( fast y flash pyrolysis ) se logran más liquidos, con menos gases y poco carbón residual ( char ). B. Por combustión directa: hay los mismos tres procesos de la pirólisis: deshidratación, volatilización y oxidación, pero con exceso de aire para completar la oxidación. Los productos finales son (casi) puro CO 2 y H 2 O. Se minimiza la formación de CO, CH 4, hidrocarburos no metánicos, alquitranes y otros no quemados como el hollín. Toda la energía pasa como calor a los gases de combustión 4

5 Qué tecnologias usar para obtener calor? POTENCIA Combustión Directa Combustión indirecta 1 a 100 kw lecho fijo gasificador TLUD 100 a 1000 kw lecho fijo, basculante gasificador TLDD 1,000 a 10,000 kw lecho fijo, basculante, móvil, vibrante gasificador presurizado 10,000 a 100,000 kw lecho fijo o fluidizado, suspension total gasificador con oxigeno o vapor de agua 5

6 Qué tecnologias para obtener electricidad? Siempre es necesaria una máquina térmica para transformar el calor en trabajo (primero, energía mecánica; y luego, eléctrica). Las tecnologias maduras son: p Máquinas de combustión externa, con: - ciclo de Carnot (motores de vapor, alternativos) (9% a 12% ETE) - ciclo Rankine (turbinas de vapor de agua = SRC) (20% a 48 % ETE) (turbinas de vapor orgánico = ORC) (11 a 19 %ETE) p Máquinas de combustión interna, - Ciclo Otto: motores de pistón, encendido por chispa (24% ETE) - Ciclo Diesel: motores de pistón, encendido a compresión (40%) - ciclo Rankine: turbinas de gas (30 a 35% ETE) 6

7 Qué generar: Calor, Electricidad o Calor & Electricidad Combinados ( CHP )? En esquemas de generacion eléctrica pura, todo el CAPEX y OPEX se deben cargar a la electricidad. En la cogeneracion de calor y EE los costos se distribuyen, en relaciones de 3:1 o 4:1 Aun en casos de baja demanda de calor (2:1 o menos) la reducción de costos cargados a la EE es importante. Las industrias con operaciones de secado, deshidratación, esterilización, lavado, teñido, torrefacción, calcinación, fundición y otras, tienen demandas de calor importantes; son las mejores candidatas para cogenerar C+EE. Esquemas: caloràee; EEà; trigeneracion = electricidad + calor + frio. La interconección y el intercambio de energía con la red electrica nacional son INDISPENSABLES. 7

8 Generación distribuída o centralizada? Generación de Electricidad VENTAJAS DESVENTAJAS transporte corto o muy corto de biomasa pocas perdidas de electricidad por transmisión el abasto es limitado; poca capacidad menos chances de acceso a la red nacional DISTRIBUIDA puede operar en isla el factor de planta es bajo o muy bajo Se puede cogenerar, aprovechar calor de escape y lograr alta eficiencia combinada Suele ser de baja eficiencia electrica distribuye ingresos localmente emisiones altas de particulados CAPEX alto o muy alto Alta reducción de GEI CENTRALIZADA eficiencia eléctrica alta o muy alta emisiones muy bajas CAPEX bajo OPEX muy bajo mayores pérdidas por transmision requiere una red eficaz y segura concentra los ingresos genera pocos empleos en planta 8

9 Costos de capital: CAPEX $300 CAPEX vs Inversion y FP $250 $200 $150 $100 $50 $ FP 0.7 FP 0.5 FP 0.2 9

10 Costos de operación: OPEX Hay tres factores decisivos en el CAPEX: A) El costo final de la inversión, al llegar al estado operativo (USD/kWe instalado y operando) B) Los intereses a pagar por el capital (deuda, acciones, fondos propios) C) El plazo de amortización requerido por el proyecto (calculado en horas de funcionamiento a plena capacidad) 10

11 Combustión de biomasa o co-combustión? Ø Ø Ø La biomasa pude quemarse sola o combinada con otro combustible (carbón, fuel oil, gas) en co-combustión. La co-combustion es una opción rápida y barata para sustituir una parte de los fósiles en un sistema eléctrico. Su principal ventaja es la alta eficiencia de conversion de BM a EE. Su desventaja: casi nunca permite co-generar calor útil. Ø Ø Hay tres opciones: CC Directa (los dos combustibles queman juntos, hasta un 10% de BM no cambia la performance en carboeléctricas) CC Indirecta (la biomasa se gasifica y se quema en la misma caldera, hasta 20% no afecta potencia ni eficiencia) CC paralela (se construye o se adapta una unidad para quemar solo biomasa, reduce al 70% la potencia original). Hay varias oportunidades para co-combustion de biomasa en plantas grandes del sistema electrico de la RD 11

12 Conclusiones Preliminares La biomasa puede competir con fósiles (excepto carbón mineral) en muchas aplicaciones industriales: generación de vapor, calor directo e indirecto, cogeneración C+E. Puede generar electricidad, calor industrial o ambos, de modo distribuido o centralizado. La opción descentralizada, si cogenera calor y electricidad, puede ser barata y eficiente. Requiere interconexión e intercambio de energía con la red para ser viable. La opción centralizada, por co-combustión es de eficiencia mayor y CAPEX mucho menor que la descentralizada. Pero las centrales están en las costas y la biomasa en el interior: hay que manejar costos logísticos y competir con carbón mineral y gas natural licuado. La biomasa no es la única fuente renovable de electricidad; hay opciones de eólica y y de fotovoltaica que pueden ser muy competitivas. La ventaja de la bioelectricidad es el despacho programable y la proximidad a la red. El marco normativo / regulatorio que necesita la bioelectricidad para competir es simple: interconexión preferente, intercambio con banco de energía, costo de peaje reducido. Una posibilidad a explorar es la maquila de biomasa en centrales existentes. 12

13 Cuestiones abiertas Como se puede insertar la biomasa en el proceso de transición energética de la RD? Hay plantas viejas con capacidad para co-combustión, habrá nuevas plantas a carbón y gas natural licuado, hay una nueva planta de bagazo que necesita más biocombustibles Cuáles son las fuentes de biomasa mas abundantes, baratas y accesibles? Hasta donde resultan competitivas cada una de las biomasas que hay? Pueden desarrollarse otras fuentes y otros tipos de biomasa abundantes y de bajo costo? Es preferible la generación descentralizada o la centralizada? Con cogeneración de calor o sin cogeneración? En qué condiciones son viables las plantas muy pequeñas (de 1 a 5 MW)? Y las pequeñas (de 5 a 20 MW)?. Y las grandes (con biomasa + fósiles)? 13