CONFERENCIA ATEGRUS SOBRE BIOENERGÍA 2010 APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO DE BIOMASA Y RESIDUOS MEDIANTE CICLOS ENERGÉTICOS DE ALTA EFICIENCIA

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1 CONFERENCIA ATEGRUS SOBRE BIOENERGÍA 2010 APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO DE BIOMASA Y RESIDUOS MEDIANTE CICLOS ENERGÉTICOS DE ALTA EFICIENCIA José Mª Menéndez Salcedo SENER GRUPO DE INGENIERÍA, S.A. Madrid, 19 de Mayo de

2 2 I N D I C E 1. CONSIDERACIONES ENERGÉTICAS Y MEDIOAMBIENTALES 2. DESARROLLOS TECNOLÓGICOS DE SENER 3. ALGUNOS EJEMPLOS 4. RESUMEN Y CONCLUSIONES

3 3 I N D I C E 1. CONSIDERACIONES ENERGÉTICAS Y MEDIOAMBIENTALES 2. DESARROLLOS TECNOLÓGICOS DE SENER 3. ALGUNOS EJEMPLOS 4. RESUMEN Y CONCLUSIONES

4 4 1. CONSIDERACIONES ENERGÉTICAS Y MEDIOAMBIENTALES Las sociedades desarrolladas del entorno de la UE se caracterizan por su alto grado de dependencia de combustibles fósiles de importación y por los problemas generales de vertido de residuos aprovechables energéticamente. Y en algunos casos, por sus importantes yacimientos de biomasas de distintos tipos. Algunos de los problemas del mundo rural son la despoblación, el abandono de cultivos, los residuos agroganaderos y los incendios forestales. Algunos de los problemas del mundo urbano son la concentración de población y la falta de espacio, con la consiguiente acumulación de residuos urbanos. Las recientes Directivas sobre Residuos (Directiva 2008 / 98 / CE de 19 de Noviembre de 2009) y sobre Energías Renovables (Directiva 2009 / 28 / CE de 23 de Abril de 2009) marcan el camino para los próximos años, donde se deben integrar los criterios energéticos, ambientales y técnicos. Ante estos retos una opción evidente es el aprovechamiento energético de biomasas (cultivos energéticos) y de residuos agroganaderos, forestales y urbanos, es decir, la bioenergía.

5 5 EL MARCO NORMATIVO INMEDIATO Estas dos Directivas de reciente publicación, y en fase de trasposición de la legislación española, van a marcar la pauta hacia el futuro modelo energético y de gestión de residuos en la Unión Europea, que va a suponer un cambio de cultura en la administración y en la ciudadanía. La Directiva Marco sobre Residuos (DMR) establece la jerarquía de gestión y fija un determinado nivel de eficiencia energética para considerar si una combustión de residuos es una valorización energética o es una eliminación. La Directiva sobre Energías Renovables (DER) establece para 2020 un triple objetivo del 20 % : aumentar un 20% la eficiencia energética reducir un 20% las emisiones de CO 2 que un 20% de la energía en la UE proceda de energías renovables Todos los estados miembro de la UE deben entregar su Plan de Acción Nacional para cumplir con los objetivos de la DER. Además, en España se está elaborando simultáneamente su Plan de Energías Renovables

6 6 Energía a partir de residuos urbanos* A partir de 100 t de residuos urbanos con un PCI de 11 MJ/kg, dependiendo del nivel de separación en origen y de recogida selectiva y según la tecnología aplicada, se puede obtener la siguiente cantidad de energía eléctrica: Orgánico: % Reciclable: % Resto: % Inerte: 5 7 % Energía eléctrica a partir de biogas (biodigestión de la fracción orgánica) = (25 45 %) t x 0,120m 3 /kg x 21 MJ/m 3 / 3,6 * 0,387 η = 9 16 MWe Energía eléctrica a partir de la combustión de la fracción resto = (35-60 %) t x 11 MJ/kg / 3,6 * 0,30 η = MWe Por tanto, la mayor parte de la energía eléctrica (el %) se obtiene de la combustión, y solo un % se obtiene del biogas Energía recuperada según tecnologías comprobadas con referencias operativas a escala industrial.

7 7 EL POTENCIAL ENERGÉTICO (TEÓRICO) DE LOS RESIDUOS URBANOS Residuos en Europa 2004 Energía eléctrica Emisiones de CO 2 evitadas Residuos en España 2006 Energía eléctrica Emisiones de CO 2 evitadas t/a x 10 MJ/kg x 30 % de rendimiento = MJ/a = MWh t /a = MW e durante todo el año = t/a (mix energético de España, planta con un rendimiento eléctrico en torno a 26 %) t/a x 10 MJ/kg x 30 % de rendimiento = MJ/a = MWh t /a = MW e durante todo el año = t/a (mix energético de España, planta con un rendimiento eléctrico en torno a 26 %)

8 8 I N D I C E 1. CONSIDERACIONES ENERGÉTICAS Y MEDIOAMBIENTALES 2. DESARROLLOS TECNOLÓGICOS DE SENER 3. ALGUNOS EJEMPLOS 4. RESUMEN Y CONCLUSIONES

9 9 2. DESARROLLOS TECNOLÓGICOS DE SENER SENER es un grupo empresarial con vocación de desarrollar y aplicar tecnologías en esta línea: en producción de energías limpias: energía solar termoeléctrica, cultivos energéticos en tratamiento de biomasas y residuos con elevada eficiencia: residuos agrícolas, forestales, urbanos...

10 10 CORROSIÓN EN CALDERAS DE RESIDUOS Para atenuar los efectos de la corrosión es preciso limitar la temperatura, lo que reduce notablemente el rendimiento del ciclo térmico.

11 11 VALORIZACIÓN ENERGÉTICA DE BIOMASA Y RESIDUOS Desde el principio, el objetivo de los desarrollos de SENER ha sido mejorar la eficiencia del aprovechamiento energético de biomasas y residuos. La aplicación de estas tecnologías no depende de una determinada técnica de combustión (parrilla, lecho fluido), lo que conlleva la ventaja de poder contar con la técnica más apropiada en cada caso. Con estos ciclos térmicos se genera considerablemente más energía eléctrica que con los ciclos convencionales más avanzados. De esta manera se contribuye además a la protección del medio ambiente y a frenar el cambio climático. Estas tecnologias, patentadas, emplean componentes conocidos y sumamente contrastados, pero dispuestos de forma novedosa para aumentar la eficiencia energética. Los principales componentes son caldera, turbina de vapor e intercambiadores de calor. Pérdidas 15,5 % Pérdidas 59,3 % Pérdidas 54 % Residuos R.S.U. 100% Caldera de residuos 84,5 % Turbina de vapor 100% Caldera de residuos Pérdidas 13 % 87 % Turbina de vapor ( 22 % ) Autoconsumo 5 % Generación neta < 25 % Residuos R.S.U. ( 32 % ) Autoconsumo 3 % Ciclo convencional (< 25 %) Ciclo de alta eficiencia (> 30 %) Generación neta > 30 %

12 12 CICLOS CALDERA / TURBINA DE ALTA EFICIENCIA En este caso se genera en la caldera de biomasa / residuos vapor a alta presión y a temperatura moderada, con lo que se evita la corrosión acelerada en las partes más calientes de la caldera. El ciclo térmico, con recalentamiento y altamente regenerativo, permite una producción eléctrica sensiblemente superior

13 13 CICLOS DE ALTA EFICIENCIA CON TURBINA DE GAS Turbina de gas G G G Turbina de vapor En esta variante se genera en la caldera de vapor a alta presión y a temperatura moderada, con lo que se evita la corrosión acelerada en las partes más calientes de la caldera. Caldera R.S.U. Caldera de recuperación El ciclo térmico está caracterizado por la turbina de gas, que genera electricidad y un gas de escape que se utiliza para sobrecalentar y recalentar el vapor precedente de la caldera de residuos y elevar la temperatura del agua de alimentación

14 14 I N D I C E 1. CONSIDERACIONES ENERGÉTICAS Y MEDIOAMBIENTALES 2. DESARROLLOS TECNOLÓGICOS DE SENER 3. ALGUNOS EJEMPLOS 4. RESUMEN Y CONCLUSIONES

15 15 3. ALGUNOS EJEMPLOS El proyecto ZABALGARBI surge para abordar conjuntamente la necesidad de buscar alternativas sólidas al vertedero en una zona urbana densamente poblada y la necesidad de producir energía con alta eficiencia cerca de los puntos de consumo. La zona servida es el Bilbao Metropolitano. La primera línea está funcionando desde 2004 (> 5 años). Emplea tanto residuos urbanos como gas natural para optimizar la producción eléctrica. Anual En 5 años Capacidad de tratamiento 30 t/h t/a t Producción eléctrica de la planta 95 MWe MWeh/a MWeh Emisiones de CO 2 por el gas natural t/a Emisiones evitadas por la valorización energética t/a Emisiones totales t/a t Para generar la producción eléctrica de ZABALGARBI en 5 años ( MW) en una central térmica con hulla, se hubieran emitido en torno a t de CO 2. por lo que el ahorro de CO 2 se asciende a t

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19 19 EJEMPLO DE PRESTACIONES Biomasa Forestal primaria PCI 11,5 MJ/t Caldera 22 t/h (+ 5 %) Vapor Turbina 70,1 MWt 78,7 t/h 23,2 MWe Aerocondensador Autoconsumos 2,09 MWe Potencia neta 21,11 MWe Operación h/a eq Rendimiento bruto 33,1 %

20 20 I N D I C E 1. LA PROBLEMÁTICA ENERGÉTICA Y MEDIOAMBIENTAL 2. DESARROLLOS TECNOLÓGICOS DE SENER 3. ALGUNOS EJEMPLOS 4. RESUMEN Y CONCLUSIONES

21 1. Dos Directivas de la UE van a cambiar la tendencia de la actual sociedad desarrollada, caracterizada por una producción de residuos incontenible y no siempre bien gestionada y por un modelo energético obsoleto, ineficiente y a menudo basado en la importación de combustibles fósiles. 2. La Directiva sobre Energías Renovables ha fijado como objetivo para 2020 un aumento del 20 % en la eficiencia energética, una reducción del 20 % en las emisiones de GEI y un 20 % de producción eléctrica con energías renovables 3. La Directiva Marco sobre Residuos considera a la valorización energética de residuos fósiles con una jerarquía superior al vertedero, siempre que la transformación se realice con elevada eficiencia energética. 4. Tanto en las zonas rurales como en las zonas urbanas existen un importante volumen de residuos (agroganaderos, forestales, urbanos) cuyo aprovechamiento energético es un reto y una oportunidad. 21

22 5. Las actuales crisis económicas y energéticas nos debieran hacer reflexionar y cambiar de actitud. Es necesario avanzar hacia un nuevo sistema de suministro de energía, que sea respetuoso con el medio ambiente, con bajas emisiones de GEI y, sobre todo, más eficiente. 6. Para cumplir con los objetivos energéticos y medioambientales de la UE el desarrollo tecnológico es una herramienta fundamental. Y también resulta clave disponer de un marco regulatorio claro y estable a largo plazo. 7. SENER ha desarrollado diversos procesos de producción eléctrica a partir de biomasas y residuos, que mejoran sensiblemente la eficiencia energética, reduciendo así las emisiones de GEI. 8. Estas tecnologías han sido validadas en la planta ZABALGARBI en Bilbao, que funciona desde 2004, con notables efectos positivos para mitigar el cambio climático. 9. En la actualidad hay diversos proyectos de biomasas y residuos, en distinto grado de avance, en los que contempla la aplicación de este tipo de tecnologías de alta eficiencia. 22

23 23 MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN Para más información