México, D.F. 8 de octubre del 2015 COGENERACIÓN A PARTIR DE BIOGÁS PTAR SUR CD JUÁREZ. Ángel CANALES Director Técnico- Degremont

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Francisco Javier Peralta Cárdenas
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1 México, D.F. 8 de octubre del 2015 COGENERACIÓN A PARTIR DE BIOGÁS PTAR SUR CD JUÁREZ Ángel CANALES Director Técnico- Degremont

2 DEGREMONT, S.A. DE C.V. JUNTA MUNICIPAL DE AGUA Y SANEAMIENTO DE CIUDAD JUAREZ Chihuahua

3 GENERACION Y APROVECHAMIENTO DEL BIOGAS DE LA PTAR SUR JMAS PARA LA COGENERACION 1. ANTECEDENTES 1.1. Desarrollo sustentable Filosofía Degrémont Experiencia de Degrémont Generación y uso de biogás. 2. PROPUESTA TÉCNICA 2.1. Generación de biogás en PTAR Sur Descripción y especificación general Presupuesto global. 3. BENEFICIOS DEL PROYECTO 3 I

4 1. ANTECEDENTES JMAS y CAR celebraron un CPS donde CAR realizó el diseño y construcción de las PTAR s Norte y Sur de Cd. Juárez donde la operación y mantenimiento son también responsabilidad de CAR. Degrémont (empresa filial de Suez especialista mundial en tratamiento de agua) está presente Cd. Juarez desde 1998 como operador y tecnólogo de las PTAR s Norte y Sur e inversionista de CAR. JMAS y Degrémont identifican la oportunidad de reforzar la sostenibilidad del medio ambiente, a partir del aprovechamiento y uso del biogás producido por las PTAR s para la cogeneración de energía eléctrica y térmica. 4 I

5 1.1. Desarrollo Sustentable Filosofía de Degrémont. Satisfacer las necesidades de las generaciones presentes sin comprometer las posibilidades de las futuras para atender sus propias necesidades Ello es la base de nuestros valores, misiones, visiones y objetivos de cada una de las empresa del grupo Suez respetándose en cada proyecto en que participamos. Hoy día nuestro desarrollo económico se basa en el consumo moderado de materias primas e insumos provenientes del medio natural, NO les consideramos mas como inagotables, El aprovechamiento de todas formas de reúso de materiales o fuentes de energía renovables es parte de nuestras responsabilidades. 5 I

La Estrategia Verde de Degrémont se enmarca en 12 compromisos de entre los cuáles 5 están relacionados con la valorización del biogás de las PTAR s.

6 La Estrategia Verde de Degrémont se enmarca en 12 compromisos de entre los cuáles 5 están relacionados con la valorización del biogás de las PTAR s. Incrementar y promover la generación de energía renovable. Ser un destacado promotor local del desarrollo sustentable Mejorar la eficiencia energética en todas las operaciones. Optimizar el reciclaje de desperdicios y de costos. Mantener un diálogo continuo con nuestros clientes con una visión Social Ecológica Económica LOS TRES PILARES DEL DESARROLLO SUSTENTABLE 6 I

7 1.2. Experiencia de Degrémont. Especialista mundial en plantas de tratamiento de agua en los 5 continentes, presentes en: E.U., Brasil, México, España, Francia, Italia, India, Egipto, China, Australia, entre otros. Experiencia de 45 años en el mercado mexicano. Más de 300 Plantas de tratamiento de agua construidas en México (Mty, Gdl, Cd. De México, SLP, Puebla, Culiacán, Cd. Juárez, etc). En construcción su primera Cogeneración en México Principales Referencias de Cogeneración de Degrémont Grupo Producció Instalación País n (kwh) Gabal EGIPTO 11,600 Mapocho CHILE 9,000 Achéres FRANCIA 7,600 As Samra JORDANIA 6,000 Rhitala INDIA 3,000 Gdansk POLONIA 2,500 Tripoli LIBANO 2,400 La Gabia ESPAÑA 1,900 Marseille FRANCIA 1,900 Bordeaux FRANCIA 1,200 TOTAL PRODUCIDO POR DEGREMONT 94,200 7 I

8 1.3. Generación y uso del Biogás. Energía en los lodos? Mas que un residuo: Un recurso valioso Contexto: La energía potencial en los lodos representa hasta el doble del consumo eléctrico de una planta Tratar los lodos puede representar 15% del consumo eléctrico total de una planta Secar los lodos representa una parte importante del balance energético en una planta La Digestión produce biogás con un efecto significativo en el equilibro energético de una planta La incineración verde permite ahorrar y producir energía Objetivos: Electrical consumption Sludge potential energy up to Desarrollar el tratamiento de los lodos nos permite limitar su consumo de energía Tender hacia la autonomía energética 1 2 Sludge dewatering Drying Digestion Boosted digestion Consumo de Enérgia Produccion Enérgia 8 I

9 1.3. Generación y uso del Biogás. Tratamiento de lodos y Valorización de biogás Raw Biogas «light» treatment Advanced purification in situ valorization Biomethane Electricity CHP Heat Fuel biomethane ex situ valorization Whenever heat or fuel is needed far from the production unit Injection into natural gas grid Valorización del calor : Recuperación de calor y su posterior utilización para secado de lodos y otras operaciones locales (reducción en el consumo de gas). Cogeneración (CHP): Producción simultanea de calor y electricidad. Producción de biometano para ser inyectado en la red de distribución de gas, o transformado en biocombustible para autos, buses y camiones. 9 I

Electricity Heat 2,2 kwhe 1,8 kwht Produce calor y electricidad simultáneamente (vía un generador) a partir de biogás.

10 1.3. Generación y uso del Biogás. Tratamiento de lodos - Valorización de biogás : Cogeneración Combined Heat and Power 1 kg of SV 1Nm3 biogas = 6,3 kwh CHP Electricity Heat 2,2 kwhe 1,8 kwht Produce calor y electricidad simultáneamente (vía un generador) a partir de biogás. El calor es usado en los locales operativos y para calentar el digestor Electricidad verde autoconsumo, revendida o inyectada en la red de distribución Eficiencia eléctrica: 30-42% Eficiencia térmica: 35-45% 10 I

11 1.3. Generación y uso del Biogás. Tratamiento de lodos - Valorización de biogás : La PTAR 11 I

12 IMPACTOS POSITIVOS: La conversión de insumos de desperdicio en energía renovable. La disminución de emisiones de gases invernaderos. Reducción del consumo de energías fósiles. Creación de una nueva instalación limpia, autofinanciada, VENTAJAS DEL PROCESO: La producción de energía térmica y eléctrica. El autoconsumo de dicha energía en sitio. 12 I

13 2. PROPUESTA TECNICA : Potencial de biogás y cogeneración de la PTAR Sur DATOS DE ENTRADA BIOGÁS PRODUCIDO CAPACIDAD POTENCIAL DE ENERGÍA ELÉCTRICA UNIDAD PTAR SUR ACTUAL Nm³/d 13,130 Nm³/h 547 kwhe 948 Número de motores 2 Capacidad de generación de motor p/unidad kwhe 604 Capacidad de generación de motor p/unidad kwht 879 CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA (Neta) kwhe 900 CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA TÉRMICA kwht 1313 Consumo de biogás en motores Nm³/d 13,130 Nm³/h 547 Excedente de biogás Nm³/d 0 Nm³/h 0 13 I

14 2.1. Generación de biogás y su uso en PTAR Sur El tratamiento de lodos de la PTAR Sur, trata el lodo generado en la PTAR Norte y el producido en la misma. Hoy en día el biogás se usa para calentar los digestores de lodos y el exceso se quema en una antorcha. La energía eléctrica se recuperará para autoconsumo de la planta. La energía térmica se transferirá al circuito de calentamiento de los lodos del digestor 14 I

2.2. Descripción y especificación general: Características generales de los equipos 2x GENERADORES COMBUSTIBLE = BIOGÁS (Desulfurado y Secado) (60-64 % de gas metano) POTENCIA ELÉCTRICA: 604 kwm a 1.

15 2.2. Descripción y especificación general: Características generales de los equipos 2x GENERADORES COMBUSTIBLE = BIOGÁS (Desulfurado y Secado) (60-64 % de gas metano) POTENCIA ELÉCTRICA: 604 kwm a r.p.m. (neta, corregida por altitud) SERVICIO CONTÍNUO 24/24H, 330 días al Año VIDA ÚTIL = 234,000 hrs efectivas (26 años) Mayor disponibilidad de producción y un mejor aprovechamiento del Biogás, pensado en paros por mantenimiento y adaptado a las variaciones de producción del biogas. 15 I

Equipos considerados Desulfuración de biogás : La presencia de sulfuro de hidrógeno en el biogás (H 2 S) ocasiona corrosión por lo que hay que considerar un sistema de desulfuración: El uso de un

16 Equipos considerados Desulfuración de biogás : La presencia de sulfuro de hidrógeno en el biogás (H 2 S) ocasiona corrosión por lo que hay que considerar un sistema de desulfuración: El uso de un proceso biológico transforma el sulfuro de hidrógeno en otros compuestos y vapor de agua. Las condiciones del proceso logran remociones de sulfuro > al 99%. Este proceso se realiza en una bioreactor. 16 I

Equipos considerados Secador de biogás: Mantiene la humedad del biogas a la

El sistema se alimenta constantemente con líquido refrigerante.

a motores de generación eléctrica: La alimentación del biogás a los

17 Equipos considerados Secador de biogás: Mantiene la humedad del biogas a la entrada del motogenerador inferior al 80% a fin de preservar su vida útil. El sistema se alimenta constantemente con líquido refrigerante. Circulacion de refrigerante BIOGAS Descarga de condensados Sopladores de biogás a motores de generación eléctrica: La alimentación del biogás a los motogeneradores se hace con sopladores que alimenten a la presión requerida. Soplador tipo émbolos rotativos. 17 I

Motores de generación de energía (Motogeneradores): El biogás limpio y seco va al motor

energía eléctrica (con una eficiencia que varía de 30 a 38%).

aprovechado de los gases de escape del motor (con una eficiencia térmica que varía de 35

18 Motores de generación de energía (Motogeneradores): El biogás limpio y seco va al motor de combustión interna iniciando la energía mecánica que acciona el alternador generando energía eléctrica (con una eficiencia que varía de 30 a 38%). La energía térmica se genera por la refrigeración del bloque del motor y por el calor aprovechado de los gases de escape del motor (con una eficiencia térmica que varía de 35 a 40%). Los motores considerados son entregados en contenedores estandarizados que facilitan su manejo e instalación. 18 I

19 2.3. Presupuesto Cogeneración y Centrifugas. Inversión requerida: Cogeneración= 3.2 M USD Financiado con Recursos de Crédito de Banco del Bajío y Banco de Desarrollo de América del Norte con un 50% cada uno Sin cargo para JMAS Transferido sin costo al final del CPS ITEM CONCEPTOS IMPORTE 0 Estudios preliminares y análisis $ 115,151 1 Gestión del contrato y garantías $ 139,939 2 Ingeniería $ 242,424 3 Equipos (Moto generador y equipos periféricos) $ 2,090,909 4 Obra civil $ 212,121 5 Montaje electromecánico $ 272,727 6 Pruebas y Puesta en marcha $ 109,090 TOTAL USD $ 3,181, I

20 3. Beneficios del proyecto de cogeneración JMAS organismo referente en la gestión ambiental en Chihuahua. Promoción de la imagen de sustentabilidad de las PTAR s de Cd. Juarez con un beneficios social Apoyos de la EPA y Banco de Desarrollo de America del Norte (Comisión decooperación Ecologica Fronteriza) Reduce las emisiones de gases de efecto invernadero de sus instalaciones ( Tn / año) Moderniza la infraestructura de las PTAR, situandolas entre primeras 5 en el pais con COGENERACION Aprovecha al 100% los ahorros generados por la cogeneración beneficiando a la colectividad, Seguridad de inversión, ejecución y operación del proyecto. JMAS Recibirá al final del CPS los equipos de cogeneración sin costo, beneficiando así a la colectividad. 20 I

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