TECNOLOGÍA DE ALTA EFICIENCIA APLICADA AL APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO DE RESIDUOS Y BIOMASA

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1 CONFERENCIA ATEGRUS GENERA 2011 TECNOLOGÍA DE ALTA EFICIENCIA APLICADA AL APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO DE RESIDUOS Y BIOMASA SENER INGENIERÍA Y SISTEMAS, S.A. Madrid, 12 de Mayo de

2 ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN 2. SITUACIÓN ACTUAL EN ESPAÑA: RESIDUOS y BIOMASA 3. SOLUCIONES TÉCNICAS PARA EL APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO 4. DESARROLLOS DE SENER CON ALTA EFICIENCIA 5. RESUMEN Y CONCLUSIONES 2

3 1. INTRODUCCIÓN (I) Las recientes Directivas Marco sobre Residuos (DMR, Directiva 2008/98/CE de 19 de Noviembre de 2009) y sobre Energías Renovables (DER, Directiva 2009/28 /CE de 23 de Abril de 2009) marcan el camino para los próximos años, donde se deben integrar criterios energéticos, ambientales y técnicos. Estas Directivas de la UE van a marcar el camino hacia el futuro modelo energético y de gestión de residuos, suponiendo un cambio en la administración y en la población. La DMR establece un determinado nivel de eficiencia energética para considerar si una combustión de residuos es una operación de valorización energética o es de eliminación. La 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 han entregado ya su Plan de Acción Nacional para cumplir con los objetivos de la DER. Además, en España ha publicado simultáneamente el Plan de Energías Renovables

4 1. INTRODUCCIÓN (II) Las sociedades d desarrolladas d del entorno de la UE se caracterizan por su alto grado de dependencia de combustibles fósiles de importación, por los problemas generales de depósito en vertedero de residuos aprovechables material y energéticamente y por sus importantes yacimientos de biomasas de distintos tipos. Algunos de los problemas del mundo rural son la despoblación, agotamiento de las tierras y abandono de los cultivos tradicionales, los residuos agro-ganaderos e incendios forestales. Algunos de los problemas pobe asdel mundo urbano uba oson la concentración ce de población y la falta atade espacio, con la consiguiente generación descontrolada y acumulación de RSU. ALTERNATIVA: aprovechamiento energético de la biomasa (cultivos energéticos) y de residuos agro-ganaderos, forestales y urbanos. 4

5 1. INTRODUCCIÓN (III) APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO valorización mediante diferentes procesos de lo que antes era un residuo depositado en vertedero, considerándolo ahora una materia prima (residuos, biomasa) para generación de energía. La eficiencia energética, tal y como establece DMR 2008/98/CE, no sólo debe ser energética, sino también debe ser vista desde el punto de vista ambiental (balance de CO 2 ). Emisiones de CO 2 directas Emisio ones de CO 2 e vitadas 2/ t de RSU. t de CO Vertedero Valorización energética convencional alta eficiencia Metano a la atmósfera 2. Generación eléctrica, biogás 3. Emisiones evitadas por carbono secuestrado en el vertedero 4. Otras emisiones 5. Emisiones evitadas en vertedero con generación eléctrica por biogás 6. Transporte de residuos 7. Emisiones N 2 O, cenizas, escorias 8. Emisiones de combustión 9. Emisiones evitadas por generación eléctrica 10. Emisiones evitadas por reciclaje de metales 11. Emisiones evitadas por valorización energética

6 2. SITUACIÓN ACTUAL EN ESPAÑA: RESIDUOS y BIOMASA Fuente: IDAE OBJETIVO PER : 12,1% 1% de consumo de energía primaria Renovable 9,45% (2009). 30,3% 3% Consumo bruto de electricidad de origen renovable 24,7% (2009). Objetivo PER para BIOMASA: MW. En 2010 (fuente CNE): Biomasa (b.6 y b.8): 511 MW = 39% del Objetivo faltan 806 MW 6

7 3. SOLUCIONES TÉCNICAS PARA EL APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO (I) GENERALIDADES Existen diferentes desarrollos tecnológicos asociados al aprovechamiento energético de los residuos y la biomasa: CONVERSIÓN TÉRMICA Combustión (aire en exceso) Productos: vapor, electricidad, cenizas. Gasificación (aire en defecto) Productos: gas pobre (CO+ H2 +CH4), cenizas. Pirólisis (ausencia de aire) Productos: syngas (CO+ H2), líquidos, residuo carbonoso Plasma (ionización) syngas (CO+ H2), productos vitrificados. Se ha demostrado que únicamente con la COMBUSTIÓN se obtienen resultados satisfactorios a escala industrial, adquiriendo un equilibrio tanto técnico como económico. 7

8 3. SOLUCIONES TÉCNICAS PARA EL APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO (II) TECNOLOGÍA CONVENCIONAL La tecnología que tradicionalmente se ha aplicado a la valorización energética de RSU y biomasa, se ha basado en un ciclo termodinámico convencional, siguiendo los siguientes parámetros: Ciclo Rankine (año 1.850): Caldera + TV. Baja presión (50 bar) Alta temperatura(> 450 ºC) Rendimiento: 25%. 8

9 3. SOLUCIONES TÉCNICAS PARA EL APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO (III) TECNOLOGÍA CONVENCIONAL Los hornos de incineración sufren problemas de corrosión. La corrosión originada por el cloro presente en los residuos, posee un crecimiento exponencial a T> 400ºC. Consecuencias: sustitución frecuente de los enlaces de los haces tubulares de la caldera del primer paso con el segundo paso y partes de los haces sobrecalentadores o los haces completos. Para atenuar los efectos de la corrosión es preciso limitar la temperatura, lo que reduce notablemente el rendimiento del ciclo térmico convencional. 9

10 3. SOLUCIONES TÉCNICAS PARA EL APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO (IV) EVOLUCIÓN DEL RENDIMIENTO EN LA GENERACIÓN ELÉCTRICA 0,6 Precalentamiento regenerativivo del agua de alimentación Ciclos combinados ento Rendimi 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Locomotora de vapor Pará ámetros de vapor entamiento Recal to simple Recalentamient Parámetros de vapor PVE Zabalgarbi < 400 C, 100 bar alta ataeficiencia ce cacon tub turbina adegas Reactores de agua ligera Recalentamien nto doble PVE Tarragona 360 C,36 bar Tecnologías de alta eficiencia desarrolladas por SENER PVE Rüdersdorf 420 C, 90 bar recalentamiento Rango de trabajo convencional en Plantas de RSU y Biomasa Biomasa excepción Biomasa habitual Residuos excepción 1) Residuos habitual 1) Residuos,alta eficiencia con turbina de gas Residuos, alta eficiencia sin energía auxiliar 1) : PVE sin suministro de calor a terceros 10

11 3. SOLUCIONES TÉCNICAS PARA EL APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO (V) TECNOLOGÍA DE ALTA EFICIENCIA El objetivo de los desarrollos de SENER ha sido mejorar la eficiencia del aprovechamiento ener- gético de biomasas y residuos. Residuos R.S.U. 100% Caldera de residuos Pérdidas 15,5 % (< 25 %) 84,5 % ( 22 % ) Turbina de vapor Ciclo convencional La aplicación de estas tecnologías no depende de una determinada técnica de combustión (parrilla, lecho fluido). Ventaja: contar con la solución más apropiada en cada caso. Pérdidas 59,3 % Autoconsumo 5 % Generación neta < 25 % Estos ciclos térmicos generan más energía eléctrica que con los ciclos convencionales, solventando además el problema de la corrosión. Estas tecnologias, patentadas por SENER, emplean componentes conocidos y sumamente contrastados, pero dispuestos de forma novedosa para aumentar la eficiencia energética. Pérdidas 54 % Residuos R.S.U. Caldera de residuos Pérdidas 13 % 87 % Turbina de vapor 100% Ciclo de alta eficiencia (> 30 %) ( 32 % ) Autoconsumo 3 % Generación neta > 30 % 11

12 3. SOLUCIONES TÉCNICAS PARA EL APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO (VI) TECNOLOGÍA DE ALTA EFICIENCIA-SENER 2 Tecnología de alta eficiencia, aplicada en la PVE Zabalgarbi, basada en las siguientes premisas: Uso eficiente de recursos: residuos y gas natural. Aprovechamiento de los gases de escape de una TG, como en cualquier cogeneración. Ciclo Convencional + Recalentamiento. Alta presión (100 bar) y baja temperatura (<400ºC) Evita CORROSIÓN. Rendimiento e ~ 47%. 12

13 3. SOLUCIONES TÉCNICAS PARA EL APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO (VII) TECNOLOGÍA DE ALTA EFICIENCIA-SENER 4 Evolución natural, derivado de la experiencia de SENER con la PVE de Zabalgarbi (Bilbao), en operación desde 2004 : Se basa en un Ciclo Convencional con Recalentamiento (alta P y baja T). No necesita TG: el recalentamiento se realiza dentro de la caldera de residuos. Producción eléctrica sensiblemente superior a la del Ciclo Convencional. Rendimiento ~ 33%. 13

14 4. DESARROLLOS DE SENER CON ALTA EFICIENCIA (I) PLANTA DE VALORIZACIÓN ENERGÉTICA DE RSU - ZABALGARBI DATOS TÉCNICOS: Operación: h/año (desde 2004). Tipo de residuo: residuo sólido urbano y asimilable a urbano. Nº líneas: 1 (30 t/h). Capacidad: t/año. Energía eléctrica generada : MWh/año. BENEFICIOS MEDIOAMBIENTALES Y SOCIALES: Ahorro en energía convencional: 47% ( teq/año). Generación de energía renovable equivalente a teq/año. Emisiones de CO 2 evitadas: t/año. Reducción de impacto medioambiental por KWh generado. Generación de empleo: 72 trabajadores. BENEFICIOS ECONÓMICOS: Reducción de la corrosión en el horno. Mejora de la disponibilidad. Reducción de costes de Operación y Mantenimiento (O+M). Mejora en el ratio: Inversión/MWh generado. 14

15 4. DESARROLLOS DE SENER CON ALTA EFICIENCIA (II) PLANTA DE VALORIZACIÓN ENERGÉTICA DE BIOMASA Estas tecnologías de alta eficiencia también se pueden aplicar a plantas de valorización energética de biomasa, dependiendo de su composición. EJEMPLO: El eucalipto (cultivo energético) presenta un elevado contenido en cloro, el cual comienza a generar corrosión a T> 480ºC. - Tecnología a aplicar: SENER 4 modificado (media T). - Rendimiento eléctrico: 34% (frente a 28%: convencional). SENER está trabajando en 6 plantas de biomasa en España aplicando esta tecnología, con rango potencia ente MWe, utilizando como biomasa, residuos forestales y cultivos energéticos como sorgo y centeno. 15

16 Alimentación Biomasa Bombas Turbina Caldera Biomasa Escorias Edificios Control+Elec. Filtro ACC Cenizas Ventilador I. D. 16

17 5. RESUMEN Y CONCLUSIONES 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. PER : NO se han cumplido las expectativas; PANER establece objetivos otros objetivos: Biomasa (generación eléctrica): MW de potencia instalada GWh producción. RSU: Potencia nueva renovable en 2020: 187 MWe GWh producidos (2009: 95 MWe). Los ciclos Rankine convencionales se han quedado obsoletos, derivado de que han emergido tecnologías nuevas que no sólo son más eficientes, sino que suponen ahorros económicos en el O+M, mayor producción energética y mejores ratios de inversión por MWh generado. La alta eficiencia no sólo mejora las prestaciones, si no que a la vez se ve mejorado el plan de negocio. Los requerimiento de eficiencia establecidos en el anexo II de la DMR, se cumplen con cierta holgura. SENER lleva años apostando por esta tecnología, probada en sus instalaciones de Zabalgarbi (operando desde 2004) y que ahora está lanzando en el campo de la biomasa. Se debe apostar por la alta eficiencia para, por fin, alcanzar los objetivos energéticos en España. 17

18 MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN Mercedes Gómez de Arteche Botas SENER INGENIERÍA Y SISTEMAS, S.A. mercedes.gomez@sener.es 18