4 Construcción del modelo de análisis

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1 4 Construcción del modelo de análisis 4.1 Introducción Se explica a continuación el modelo de análisis para los conceptos de pirólisis distribuida y centralizada. El objetivo principal del modelo es permitir un estudio comparativo entre los dos conceptos a partir de unos datos de entrada. El modelo, desarrollado en hojas Excel, permite la definición y modificación de estos datos de entrada, permitiendo así la actualización del estudio conforme el estado del arte avance y se obtengan datos más precisos. Así mismo, el modelo desarrolla estudios de sensibilidad de forma que es posible el estudio de la variación del resultado conforme algunos de los parámetros principales son modificados. A continuación se describe, de forma detallada, el modelo desarrollado. 4.2 Datos de entrada Los datos de entrada para el modelo de análisis se definen en una de las hojas del modelo. Una de las características más importantes del modelo es la fácil actualización de estos datos de entrada. A continuación se definen los datos de entrada necesarios para el cálculo de costes referentes a las plantas de pirólisis y gasificación, así como las características de la biomasa y el bioslurry y sus costes logísticos. Por último, el modelo permite incluir como dato de entrada el porcentaje de cada uno de los medios de transporte en cada uno de los modelos: pirólisis distribuida y centralizada Procesos Los datos de entrada necesarios para los procesos productivos son principalmente los necesarios para el cálculo de los costes de operación de cada una de las plantas. Los datos a incluir para una planta de referencia son: Pirólisis Capex (TCI p ) ( ) Costes variables de operación (Cv p ) ( /año) 7

2 Vida útil de la planta (Vu p ) (años) Capacidad individual (W p ) (MW biomasa) Exponente de escalado (n p ) Rendimiento másico (η p ) (t bioslurry/ t biomasa) Tiempo de operación (t p ) (horas/año) Gasificación Capex (TCI g ) ( ) Costes variables de operación (Cv g ) ( /año) Vida útil de la planta (Vu g ) (años) Capacidad de referencia (W g ) (MW bioslurry) Exponente de escalado (n g ) Rendimiento másico (η g ) (t bioetanol/ t bioslurry) Tiempo de operación (t g ) (horas/año) Biomasa El modelo permite la definición de la biomasa disponible y de sus características, permitiendo obtener los resultados del análisis para una zona concreta. Los datos de coste de la biomasa y de su transporte son también datos de entrada objeto de estudio. En concreto, los datos de partida a definir en relación a la biomasa son: Biomasa disponible Densidad de biomasa (d) (tdm/ha año) Porcentaje de tierra plantada (p) (%) Porcentaje de biomasa disponible (a) (%) Coste de la biomasa en el punto de recogida (Cmp) ( /t) Coste de transporte en camión Coste fijo (A bc ) ( /t) Coste variable (B bc ) ( /t km) Coeficiente de transporte (m) Coste de transporte en tren Coste fijo (A bt ) ( /t) Coste variable (B bt ) ( /t km) 8

3 Coeficiente de transporte (m) Composición de la biomasa Humedad (h) (%) Composición en base seca (% Carbono, % Hidrógeno, % Oxígeno, % Nitrógeno, % Azufre, % Cloro, % Ceniza) Bioslurry Las características del bioslurry son dependientes de los datos del proceso de pirólisis disponibles, en concreto para este análisis podrá ser actualizado el PCI del mismo. Los costes de su transporte son también datos de partida del modelo. A continuación se detallan los datos necesarios: PCI (MJ/kg) Coste de transporte en camión Coste fijo (A oc )( /t) Coste variable (B oc ) ( /t km) Coeficiente de transporte Coste de transporte en tren Coste fijo (A ot ) ( /t) Coste variable (B ot ) ( /t km) Coeficiente de transporte (m) Concepto de pirólisis distribuida El modelo de pirólisis distribuida queda definido en el modelo de cálculo a excepción del medio de transporte de biomasa y bioslurry que podrá ser seleccionado como dato de entrada. La disponibilidad de cada tipo de transporte en la zona a estudiar definirá el porcentaje de cada transporte necesario para el análisis: Tipo de transporte de la biomasa: Camión (%) Tren (%) Tipo de transporte para el bioslurry: Camión (%) 9

4 Tren (%) Concepto de pirólisis centralizada El modelo de pirólisis centralizado queda definido en el modelo de cálculo a excepción del tipo de transporte de biomasa que podrá ser seleccionado como dato de entrada. Como en el caso del concepto distribuido, la zona a estudiar definirá la disponibilidad de cada tipo de transporte: Tipo de transporte para la biomasa: Camión (%) Tren (%) 4.3 Metodología de cálculo El modelo simplificado permite el cálculo del coste total de producción por tonelada de producto (bioetanol) para los dos conceptos de análisis: pirólisis distribuida y pirólisis centralizada para una planta de gasificación de bioetanol a partir de bioslurry. La comparativa entre estos dos conceptos reside fundamentalmente en el estudio de los efectos de la economía de escala al reducir el tamaño de las plantas frente al efecto en los aumentos de coste en la logística de la biomasa al aumentar el tamaño de las mismas. Con el objetivo de analizar la influencia de cada uno de estos efectos para cada planta (pirólisis distribuida, pirólisis centralizada y gasificación) se definirá el coste total CT de producción por tonelada de producto (bioslurry para las plantas de pirólisis y etanol para la planta de gasificación) como la suma de la contribución de la primera materia (biomasa/bioslurry), CF, el coste de operación, CP, y el coste de transporte, CD [5]: CT = CF + CP + CD ( 1 ) Cada uno de los términos anteriores se definen en función a los costes conocidos de una planta de referencia (pirólisis o gasificación) especificados como datos de partida: 1

5 CF: constante con el tamaño de la planta CP: los costes de operación específicos disminuirán al aumentar el tamaño de la planta conforme a un exponente de escalado (n) CD: los costes de transporte específicos aumentarán al aumentar el tamaño de la planta. Para la biomasa, este aumento será conforme a un coeficiente de transporte (m) 4.4 Modelo de análisis para el concepto de pirólisis distribuida El concepto de pirólisis distribuida se define como numerosas plantas de pirólisis satélites distribuidas de menor tamaño que consiguen densificar el producto final y reducir así el coste de transporte de la biomasa hasta la planta de gasificación. El modelo de análisis desarrollado para este concepto se ha estructurado en dos optimizaciones dependientes como se muestra en la Fig. 3. La primera optimización determinará el tamaño óptimo de una planta satélite de pirólisis distribuida a partir de los datos de partida referentes al proceso de pirólisis, características de la biomasa y costes de transporte. Una vez calculado el tamaño óptimo de la planta satélite de pirólisis, éste se considerará constante para todas las plantas en el cálculo de la segunda optimización. El siguiente paso es determinar el número óptimo de plantas de pirólisis que alimentarían una planta de gasificación, indirectamente se optimiza el tamaño de la planta de gasificación a partir de un número entero de plantas de pirólisis de tamaño óptimo. En esta segunda optimización se tienen en cuenta los datos de entrada del proceso de gasificación y síntesis y coste del transporte. 11

6 CF p Contribución de la biomasa CP p Coste de operación CT p (W p ) = CF p + CP p (W p ) + CD p (W p ) Min CT p (W p ) W p opt CD p Coste de transporte Optimización 1: Tamaño Pirólisis CF g Contribución del slurry CP g Coste de operación CD g Coste de transporte Optimización 2: Número plantas Pirólisis CT g (N g ) = CF g + CP g (N g ) + CD g (N g ) Min CT g (N g ) N g opt W g óptimo Fig. 3 Modelo de análisis para el concepto de pirólisis distribuida Optimización del tamaño de la planta satélite de pirólisis La optimización del tamaño de la planta satélite de pirólisis (W p ) se realiza analizando gráficamente la ecuación (1) aplicada a una sola planta de pirólisis distribuida. Los términos de la ecuación (1) para una planta de pirólisis se definen a continuación: CF p : Coste específico de contribución de biomasa ( /t bioslurry). Este término se calcula dividiendo el coste de la biomasa entre el rendimiento másico de la planta de pirólisis conforme a la siguiente ecuación (2): Cmp (1 + h) CF = ( 2 ) η 12

7 CF ( /t bioslurry) = Coste de contribución de biomasa Cmp ( /t biomasa) = Coste de la biomasa en el punto de recogida h (%) = Humedad de la biomasa η p (t bioslurry/t biomasa) = Rendimiento másico de la planta de pirólisis Una vez definido el coste de la biomasa en el punto de recogida, este coste permanece fijo durante la optimización. CP p : Coste de operación de la planta de pirólisis distribuida ( /ton bioslurry), se calcula teniendo en cuenta los parámetros siguientes: Coste variable de operación (Cvp) ( /año): El coste variable es lineal con la capacidad de la planta de pirólisis y se referencia a la capacidad de diseño. W Cv = Cv o ( ) W ( 3 ) o Cv p ( /año) = Coste variable de operación de una planta de pirólisis de referencia W p (MW) = Capacidad de la planta de pirólisis a calcular W p (MW) = Capacidad de una planta de pirólisis de referencia Costes fijos (Cf p ) ( /año): Para el cálculo de los costes fijos, se calcula en primer lugar el capex ( ) correspondiente al tamaño de planta de pirólisis estudiado. El capex se ve afectado por la capacidad de la planta de pirólisis analizada siguiendo la siguiente proporción: TCI W n = TCI o ( ) ( 4 ) W o TCI p ( ) = Capex de una planta de pirólisis de capacidad Q W p (MW) = Capacidad de la planta de pirólisis a optimizar 13

8 W p (MW) = Capacidad de una planta de pirólisis de referencia n p = Exponente de escalado de la planta de pirólisis El coste fijo se define como el 1% del capex calculado para la capacidad de la planta. Cf =,1 TCI ( 5 ) Cf p ( /año) = Costes fijos TCI p ( ) = Capex Amortización (Re p ) ( /año): El coste de amortización se calculará como el total del capex dividido por la vida útil de la planta: TCI Re = ( 6 ) Vu Re p ( /año) = Amortización TCI p ( ) = Capex de la planta de pirólisis a estudiar Vu p (años) = Vida útil de la planta de pirólisis Tasa de retorno de la inversión (ROI p ) ( /año): Se estima como el 4% del coste de amortización ROI =,4 Re ( 7 ) ROI p ( /año) = Tasa de retorno de la inversión Re p ( /año) = Amortización de la planta de pirólisis Una vez definidos estos parámetros, se determina la necesidad anual de biomasa seca de la planta de pirólisis (tdm/año): W t 36 Q = ( 8 ) PCI 1 14

9 Q p (tdm/año) = Necesidad anual de biomasa seca de la planta de pirólisis W p (MW) = Capacidad de la planta de pirólisis en términos de energía PCI t p (horas/año) = Tiempo de operación de la planta de pirólisis PCI (MJ/kg) = Poder calorífico inferior de la biomasa El poder calorífico inferior de la biomasa (MJ/kg se calculará a partir de la siguiente correlación tomada de bibliografía [6]: PCI =,1367 +,3137 C +,79 H +,318 O O = 1 C H Ceniza ( 9 ) donde C, H, O y Ceniza son la fracción másica de carbono, hidrógeno, oxígeno y ceniza de la biomasa en base seca. Finalmente, el coste de operación, CP p ( /t bioslurry), se obtiene a partir de la expresión: Cv + Cf + Re + ROI CP = Q η p ( 1 ) CP p ( /t bioslurry) = Coste de operación de la planta de pirólisis Cv p ( /año) = Coste variable de operación de la planta de pirólisis Cf p ( /año) = Coste fijo de la planta de pirólisis Re p ( /año) = Amortización de la planta de pirólisis ROI p ( /año) = Tasa de retorno de la inversión de la planta de pirólisis Q p (tdm/año) = Necesidad anual de biomasa seca de la planta de pirólisis η p (t bioslurry/t biomasa) = Rendimiento másico de la planta pirólisis El coste de operación es dependiente del tamaño de la planta de pirólisis y acorde a la economía de escala será menor conforme el tamaño de planta aumente. 15

10 CD p : Coste de transporte de biomasa ( /t bioslurry). El coste de transporte de la biomasa es proporcional a la distancia de transporte y a la cantidad transportada. Si se considera que la cantidad de biomasa alrededor de una planta aumenta con el cuadrado de la distancia, D, para una planta, el coste de transporte se define como: CD = CD = CD ( D / D ) ( W / W ) = CD ( W / W ) ( W / W ) 1,5 = CD ( W / W ) m,5 ( W / W ) ( 11 ) [ 5] CD p ( /t bioslurry) = Coste de transporte de biomasa para una planta de pirólisis de capacidad W D p (km) = Distancia recorrida de referencia para una planta de pirólisis de capacidad W D p (km) = Distancia recorrida para una planta de pirólisis de capacidad W pp W p (MW) = Capacidad de la planta de pirólisis a calcular W p (MW) = Capacidad de una planta de pirólisis de referencia m = Coeficiente de transporte. Este exponente puede oscilar desde un valor de 1,5 hasta 2 aunque el valor más realista se considera 1,5 [7]. El término del coste de transporte de biomasa de referencia, CD p ( /t), se define siguiendo los siguientes pasos: Cálculo del área total necesaria para obtener la biomasa necesaria para la capacidad de referencia de la planta de pirólisis. El cálculo del área se define como: 2 Q A (km ) =,1 (d p a) ( 12 ) 16

11 Q (tdm/año) = Necesidad anual de biomasa seca conforme a la ecuación (8) d (tdm/ha año) = Densidad de plantación de la biomasa p (%) = Porcentaje de tierra plantada a (%) = Porcentaje de tierra disponible Se considera la biomasa distribuida uniformemente en un círculo alrededor de la planta de producción. El radio máximo alrededor de la planta se obtiene por lo tanto suponiendo una circunferencia: A R max = ( 13 ) π Rmax (km) = Radio máximo A (km2) = área Ai Ai = Am Am Fig. 4 Cálculo del radio máximo de recolección biomasa El radio medio en el que se obtiene la biomasa para la planta se encuentra a 2/3 del radio máximo calculado [5]. La distancia real recorrida por un camión hasta la puerta de la planta de producción es mayor que el radio medio en línea recta dependiendo de la naturaleza de la red de carreteras. Para tener en cuenta esta distancia adicional se define el factor de tortuosidad, τ. El factor de 17

12 tortuosidad se encuentra en un rango desde 1,2 para regiones desarrolladas hasta 3 para regiones menos desarrolladas. Se determina un factor de 1,5 para este estudio, por lo que la distancia recorrida se calcula: D 2 = Γ Rmax ( 14 ) 3 D (km) = Distancia recorrida de referencia para una planta de pirólisis de capacidad W τ = Factor de tortuosidad Rmáx (km) = Radio máximo Finalmente, el coste de transporte de biomasa de referencia, CD p ( /t bioslurry) se obtiene: CD + ( B = (( B bt D bc D + A bt + A bc ) % Camión ) % Tren) /η p ( 15 ) CD p ( /t bioslurry) = Coste de transporte de biomasa para una planta de pirólisis de capacidad W B bc ( /t biomasa km) = Coste variable del transporte de biomasa en camión A bc ( /t biomasa) = Coste fijo del transporte de biomasa en camión B bt ( /t biomasa km) = Coste variable del transporte de biomasa en tren A bt ( /t biomasa) = Coste fijo del transporte de biomasa en tren D p (km) = Distancia recorrida de referencia para una planta de pirólisis de capacidad W η p (t bioslurry/t biomasa) = Rendimiento másico de la planta de pirólisis 18

13 El coste de transporte de la biomasa calculado contempla el transporte de la biomasa desde el punto de recogida hasta la planta de pirólisis. La distancia recorrida dependerá de la necesidad de biomasa y por tanto el coste de transporte aumentará conforme el tamaño de la planta aumente. El tamaño óptimo será aquel que minimice el coste total de producción de bioslurry CT ( /t bioslurry). La optimización se lleva a cabo gráficamente mediante un análisis de sensibilidad, calculando para distintas capacidades de planta el coste asociado al bioslurry e identificando el menor de ellos Optimización del número de plantas satélites de pirólisis El segundo paso es definir la optimización del tamaño de la planta de gasificación a través de la optimización del número de plantas de pirólisis distribuidas que alimentarán bioslurry a la misma. Como hipótesis principal se considerará que todas las plantas de pirólisis distribuida tienen el mismo tamaño igual al óptimo. La optimización se realiza teniendo en cuenta los siguientes parámetros de la ecuación (1): CF g : Coste de contribución de bioslurry ( /t bioetanol). El coste del bioslurry será el correspondiente al tamaño óptimo de la planta satélite de pirólisis. Este coste permanece fijo durante la optimización y se calcula a partir de la ecuación (2) CF g ( /t bioetanol) = Coste de contribución del bioslurry Cmp ( /t bioslurry) = Coste del bioslurry η g (t bioetanol/t bioslurry) = Rendimiento másico de la planta de gasificación CP g : Coste de operación de la planta de gasificación ( /t bioetanol). Se consideran dentro de este término: Coste variable de operación (Cv g ) ( /año). Calculado a partir de la ecuación (3). 19

14 Costes fijos (Cf g ) ( /año). Para el cálculo de los costes fijos, se calcula en primer lugar el capex ( ) correspondiente al tamaño de planta estudiado a partir de la ecuación (4). El coste fijo se calcula a partir de la ecuación (5). Amortización (Re g ) ( /año): El coste de amortización se calculará utilizando la ecuación (6). Tasa de retorno de la inversión (ROI g ) ( /año): Calculado a partir de la ecuación (7). Una vez definidos estos parámetros, se determina el consumo anual de bioslurry de la planta (t/año): W N t 36 B = η ( 16 ) PCI 1 B g (t/año) = Consumo anual de bioslurry W p (MW) = Capacidad de una planta satélite de pirólisis N = Número de plantas satélites de pirólisis t p (horas/año) = Tiempo de operación de la planta de pirólisis PCI (MJ/kg) = Poder calorífico inferior de la biomasa η p (t bioslurry/t biomasa) = Rendimiento másico planta pirólisis Finalmente, el coste de operación, CP g ( /t bioetanol), se obtiene a partir de la expresión: Cv + Cf + Re+ ROI CP = B η ( 17 ) CP g ( /t bioetanol) = Coste de operación de la planta de gasificación Cv g ( /año) = Coste variable de operación de la planta de gasificación Cf g ( /año) = Coste fijo de la planta de gasificación Re g ( /año) = Amortización de la planta de gasificación 2

15 ROI g ( /año) = Tasa de retorno de la inversión de la planta de gasificación B g (t/año) = Consumo anual de bioslurry de la planta de gasificación η g (t bioetanol/ t bioslurry) = Rendimiento másico de la planta de gasificación Estas variables son dependientes del tamaño de la planta y acorde a la economía de escala será menor conforme el número de plantas de pirólisis aumenten (aumentando así el tamaño de planta de gasificación). CD g : Coste de transporte del bioslurry ( /t bioetanol). El coste de transporte contempla el transporte del bioslurry desde la planta de pirólisis hasta la planta de gasificación. Está formado por un término de coste fijo debido a la carga y descarga y un término de coste variable dependiente de los kilómetros recorridos. El cálculo se define siguiendo los siguientes pasos: Cálculo del área total necesaria para obtener la biomasa necesaria para la capacidad de referencia de la planta de gasificación. El cálculo del área se define como: 2 B A ( km ) =,1 ( 18 ) ( d p a) η B g (t/año): Consumo anual de bioslurry acorde a la ecuación (17) d (tdm/ha año) = Densidad de biomasa p (%) = Porcentaje de tierra plantada a (%) = Porcentaje de tierra disponible η g (t bioslurry/ t biomasa seca) = Rendimiento másico de la planta de pirólisis Se considera que en el área calculada, las plantas de pirólisis están distribuidas uniformemente en un círculo alrededor de la planta de 21

16 gasificación. El radio máximo alrededor de la planta se obtiene por lo tanto suponiendo una circunferencia conforme a la ecuación (13) A2 A1 A3 An A6 A4 Am A5 Fig. 5: Esquema de cálculo para optimización número plantas de pirólisis El radio medio se encuentra a 2/3 del radio máximo calculado. La distancia real recorrida por un camión hasta la puerta de la planta de producción es mayor que el radio medio en línea recta dependiendo de la naturaleza de la red de carreteras. Para tener en cuenta esta distancia adicional se define el factor de tortuosidad,τ. El factor de tortuosidad se encuentra en un rango desde 1,2 para regiones desarrolladas hasta 3 para regiones menos desarrolladas. Se determina un factor de 1,5 para este estudio, por lo que la distancia recorrida se calcula acorde a la ecuación (14). Finalmente, el coste de transporte de bioslurry a la planta de gasificación se obtiene: CD = (( B + ( B ot oc D + A ) % Camión D + A ) % Tren) /η ot oc ( 19 ) CD g ( /t bioetanol) = Coste de transporte de bioslurry a la planta de gasificación 22

17 B oc ( /t bioslurry km) = Coste variable del transporte de bioslurry en camión A oc ( /t bioslurry) = Coste fijo del transporte de bioslurry en camión B ot ( /t bioslurry km) = Coste variable del transporte de bioslurry en tren A ot ( /t bioslurry) = Coste fijo del transporte de bioslurry en tren D (km) = Distancia recorrida η g (t bioetanol/ t bioslurry) = Rendimiento másico de la planta de gasificación El coste de transporte asociado al bioslurry aumentará conforme el número de plantas de pirólisis aumenten para una misma capacidad de producción total del bioslurry. El número de plantas de pirólisis óptimo y por tanto el tamaño óptimo de la planta de gasificación, será aquel que minimice el coste total de producción de etanol CT ( /t bioetanol). La optimización se realiza gráficamente mediante un análisis de sensibilidad, calculando para distinto número de plantas de pirólisis el coste final asociado al bioetanol e identificando el menor de ellos. 4.5 Modelo de análisis para el concepto de pirólisis centralizada El concepto de pirólisis centralizada se define como una única planta de pirólisis anexa a la planta de gasificación. Este concepto, a priori, evitaría la construcción de numerosas plantas de pirólisis optimizando la economía de escala para la pirólisis en sola planta de mayor tamaño que reduciría los costes de capital y por tanto los costes operativos.. El modelo de análisis busca optimizar el tamaño de la planta de pirólisis y gasificación centralizada, siguiendo el esquema de cálculo que se define en la figura Fig

18 CF p+g Contribución de la biomasa CP p+g Coste de operación CT p+g (W p+g ) = CF p+g + CP p+g (W p+g ) + CD p+g (W p+g ) Min CT p+g (W p+g ) W p+g opt CD p+g Coste de transporte Optimización 1: Tamaño Pirólisis+ Gasificación Fig. 6. Modelo de análisis para el concepto de pirólisis centralizada Optimización planta pirólisis y gasificación centralizada La optimización de la planta de pirólisis y gasificación centralizada se lleva a cabo representando gráficamente la ecuación (1). Las variables que intervienen en la optimización son: CF p+g : Coste de contribución de biomasa ( /t bioethanol). Este término se calcula dividiendo el coste de la biomasa entre el rendimiento másico de la planta de pirólisis y el rendimiento másico de la planta de gasificación conforme a la siguiente ecuación (2): CF p+ g Cmp (1 + h) = η η p g ( 2 ) CF p+g ( /t bioetanol) = Coste de contribución de biomasa Cmp ( /t biomasa) = Coste de la biomasa h (%) = Humedad de la biomasa η p (t bioslurry/t biomasa) = Rendimiento másico planta pirólisis η g (t bioetanol/t bioslurry) = Rendimiento másico planta de gasificación Una vez definido el coste de la biomasa en el punto de recogida, permanecerá constante durante la optimización. 24

19 CP p+g : Coste de operación de la planta de pirólisis y gasificación centralizada ( /ton bioetanol), se calcula sumando los costes de operación de la planta de pirólisis y la planta de gasificación. Tanto para la planta de pirólisis como para la planta de gasificación, se calculan por tanto los siguientes parámetros: Coste variable de operación (Cv) ( /año): El coste variable es lineal con la capacidad de la planta y se referencia a la capacidad de diseño conforme con la ecuación (3). Costes fijos (Cf) ( /año): Para el cálculo de los costes fijos, se calcula en primer lugar el capex ( ) correspondiente al tamaño de planta estudiado a partir de la ecuación (4). El coste fijo se define como el 1% del capex calculado para la capacidad de la planta (ecuación (5)). Amortización (Re) ( /año): El coste de amortización se calculará haciendo uso de la ecuación (6). Tasa de retorno de la inversión (ROI) ( /año): Se define como el 4% del coste de amortización a partir de la ecuación (7). Una vez definidos estos parámetros, se determina la necesidad anual de biomasa seca de la planta centralizada (tdm/año) a partir de la ecuación (8), calculando el poder calorífico inferior de la biomasa mediante la ecuación (9). A partir de la necesidad anual de biomasa, se calcula el bioslurry total consumido por la planta de gasificación a partir de la expresión: B = Q η ( 21 ) g B g (t bioslurry/año) = Consumo de bioslurry anual Q p+g (tdm/año) = Necesidad anual de biomasa seca η g (t bioslurry/t biomasa) = Rendimiento másico planta pirólisis Finalmente, el coste de operación, CP p+g ( /t etanol), se obtiene a partir de la expresión: 25

20 CP p+ g Cv = p + Cf p + Re p + ROI p + Cv B η g g + Cf g + Re g + ROI g ( 22 ) CP p+g ( /t bioetanol) = Coste de operación de la planta de pirólisis gasificación centralizada Cv p ( /año) = Coste variable de operación de la planta de pirólisis Cf p ( /año) = Coste fijo de la planta de pirólisis Re p ( /año) = Amortización de la planta de pirólisis ROI p ( /año) = Tasa de retorno de la inversión de la planta de pirólisis Cv g ( /año) = Coste variable de operación de la planta de gasificación Cf g ( /año) = Coste fijo de la planta de gasificación Re g ( /año) = Amortización de la planta de gasificación ROI g ( /año) = Tasa de retorno de la inversión de la planta de gasificación B p+g (t bioslurry/año) = Consumo de bioslurry anual η g (t bioetanol/t bioslurry) = Rendimiento másico planta de gasificación El coste de operación es dependiente del tamaño de la planta de pirólisis y gasificación centralizada y acorde a la economía de escala será menor conforme el tamaño de planta aumente. CD p+g : Coste de transporte de biomasa hasta la planta de pirólisis y gasificación centralizada ( /t bioetanol). El coste de transporte de la biomasa es proporcional a la distancia de transporte y a la cantidad transportada. Si se considera que la cantidad de biomasa alrededor de una planta aumenta con el cuadrado de la distancia, D, para una planta, el coste de transporte se define acorde a la ecuación (11). CD p+g ( /t bioetanol) = Coste de transporte de biomasa hasta una planta de pirólisis y gasificación centralizada de capacidad W p+g D p+g (km) = Distancia recorrida de referencia para una planta de pirólisis y gasificación centralizada de capacidad W 26

21 D p+g (km) = Distancia recorrida para una planta de pirólisis y gasificación centralizada de capacidad W p+g W p+g (MW) = Capacidad de la planta de pirólisis y gasificación centralizada a calcular W p+g (MW) = Capacidad de una planta de pirólisis y gasificación centralizada de referencia m = Coeficiente de transporte. Este exponente puede ir desde 1,5 hasta 2 aunque el valor más realista se considera 1,5 [8]. El término del coste de transporte de biomasa de referencia, CD p+g ( /t), se define siguiendo los siguientes pasos: Cálculo del área total necesaria para obtener la biomasa necesaria para la capacidad de referencia. El cálculo del área se define mediante la ecuación (12). Se considera la biomasa distribuida uniformemente en un círculo alrededor de la planta de producción. El radio máximo alrededor de la planta de pirólisis y gasificación centralizada se obtiene por lo tanto suponiendo una circunferencia conforme la ecuación (13). Ai Ai = Am Am Fig. 7: Esquema de cálculo para optimización del tamaño de pirólisis centralizada El radio medio en el que se obtiene la biomasa para la planta se encuentra a 2/3 del radio máximo calculado. La distancia real recorrida por un camión hasta la puerta de la planta de producción se considera mediante un factor de tortuosidad (τ) de 1,5 conforme a la ecuación (14). 27

22 Finalmente, el coste de transporte de biomasa de referencia, CD p+g ( /t bioetanol) se obtiene: CD (( B D + A ) % Camión + ( B D + A ) % Tren) bc bc bt bt = ( 23 ) ηp ηg CD p+g ( /t bioetanol) = Coste de transporte de biomasa para una planta de pirólisis y gasificación centralizada de capacidad W B bc ( /t biomasa km) = Coste variable del transporte de biomasa en camión A bc ( /t biomasa) = Coste fijo del transporte de biomasa en camión B bt ( /t biomasa km) = Coste variable del transporte de biomasa en tren A bt ( /t biomasa) = Coste fijo del transporte de biomasa en tren D p+g (km) = Distancia recorrida de referencia para una planta de pirólisis y gasificación centralizada de capacidad W p+g η p (t bioslurry/t biomasa) = Rendimiento másico planta pirólisis η g (t bioetanol/t bioslurry) = Rendimiento másico planta de gasificación El coste de transporte de la biomasa calculado contempla el transporte de la biomasa desde el punto de recogida hasta la planta de pirólisis y gasificación centralizada. La distancia recorrida dependerá de la necesidad de biomasa y por tanto el coste de transporte aumentará conforme el tamaño de la planta aumente. El tamaña óptimo será aquel que minimice el coste total CT ( /t bioetanol). La optimización se lleva a cabo gráficamente mediante un análisis de sensibilidad, calculando para distintas capacidades de las plantas el coste asociado al bioetanol e identificando el menor de ellos. 28