Estudio de pre-factibilidad para una planta de cogeneración a partir de biomasa lignocelulósica seca

Transcripción

1 INSTITUTO COSTARRICENSE DE ELECTRICIDAD C. S. INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO ÁREA DE INVESTIGACIÓN EN ENERGÍAS ALTERNATIVAS Estudio de pre-factibilidad para una planta de cogeneración a partir de biomasa lignocelulósica seca Elaborada por: Ing. Ana Catalina Villalobos González Ing. Gloriana Alvarado Ramírez Febrero 2014

2 Contenido Objetivos ICE-IEA Antecedentes Propuesta Evaluación del residuo y del proceso Consideraciones para el estudio de pre-factibilidad Resultados del estudio de pre-factibilidad Conclusiones Recomendaciones

3 Objetivos ICE-IEA Desarrollar proyectos de generación de energía Diversificación de la matriz energética Aprovechamiento del potencial biomásico existente en Costa Rica Fomentar proyectos de generación eléctrica y de cogeneración a partir de biomasa seca residual.

4 Objetivos ICE-IEA Generar impacto social y ambiental positivo Disminución del efecto invernadero Tratamiento integral y uso alternativo de residuos Generación de fuentes de empleo Producción de energía más limpia.

5 Estudio de pre-factibilidad para una planta de cogeneración con biomasa seca ANTECEDENTES

6 Antecedentes Estudios preliminares Estudio por parte de ICE, referente a diversos tipos de biomasa ( ): Caracterización de la biomasa Potencial másico y energético Ubicación del recurso (logística/accesibilidad) Biomasa seleccionada: madera Forestal residual Residuos generados en la industria (aserrío y otros)

7 Antecedentes Conversación con diferentes aserraderos en el país. Negociación con Aserradero seleccionado. Instalaciones ubicadas en una de las zonas de mayor actividad forestal del país. Industria Plantaciones forestales propias + planes forestales, garantizando: Materia prima disponible y sostenible en el tiempo. Tipo de residuos generados por la industria: Diferentes formatos: astillas, aserrín, polvo. Se dispone de gran cantidad de material almacenado en patios Presenta requerimientos energéticos : térmicos y eléctricos Proceso de secado.

8 Propuesta Proyecto de cogeneración y su estudio de pre- factibilidad Problema planteado Solución tecnológica Industria que genera y almacena residuos de forma constante Problemas ambientales por generación de metano y otros Conatos de incendio Residuos aprovechables energéticamente Propuesta Industria con requerimientos energéticos

9 Propuesta Sistema de cogeneración con biomasa: Integración de sistemas de energía Proceso de cogeneración en el que se produce simultáneamente energía eléctrica y energía calorífica útil a partir de un combustible. Para: 1. AUTOCONSUMO y 2. VENTA DE ELECTRICIDAD Calor Electricidad

10 Aserradero EVALUACION DEL RESIDUO Y DEL PROCESO

11 Evaluación del residuo de biomasa Estacionalidad Definición del potencial utilizable (másico y energético) Recolección y transporte Selección de la tecnología de transformación y generación Caracterización química, física y energética del residuo Evaluación Evaluación económicafinanciera

12 Procesos de la industria Aserrío y secado de madera Principales procesos de la industria Planta de laminados Planta de aglomerados

13 Características principales de la biomasa tipo equivalente Humedad de la biomasa: 44% b.h. Poder calórico de la biomasa: kj/kg. Cantidad de biomasa tipo equivalente : t/año.

14 Principales procesos de la industria Proceso de secado, alimentado por una caldera de vapor Aserrío y secado de madera Principales procesos de la industria Planta de laminados Planta de aglomerados Planta de laminados, alimentada por una caldera de vapor Planta de aglomerados, con dos consumos (secadora rotativa y el proceso de prensado)alimentados con una caldera de aceite térmico

15 Requerimiento térmico: calor de proceso Escenario 1 Escenario 2 55% del tiempo trabajan 3 plantas. 5658kWt 45% del tiempo trabajan 2 plantas (no considera planta de laminados). 4112kWt Tiempo laborado: h/año

16 Requerimiento eléctrico Patrón de carga (12 al 16 de marzo 2013) Picos de consumo que llegan a los 1,2 MWe, entre semana durante el día Valles en el consumo eléctrico que descienden a 80 kwe especialmente fines de semana y durante las noches El consumo medio anual se ha estimado como 320 kwe

17 Planta de Co-generación para aprovechamiento de residuos de biomasa CONSIDERACIONES PARA EL ESTUDIO DE PRE-FACTIBILIDAD

18 Requisitos presentados por el desarrollador Se requiere que el sistema propuesto cubra el mayor requerimiento térmico posible. Residuo aprovechable Se pretende no cambiar el equipo de combustión que posee la industria (caldera). Biomasa de proceso Biomasa en pila de material almacenado ( t aprox., permitiendo extraer de la pila t/año). Compra de biomasa a lo externo de la industria: no sobrepasar el 25 % de la biomasa generada por el aserradero anualmente.

19 Criterios de evaluación Criterios técnicos Cubrir la mayor cantidad de procesos térmicos, mediante la planta de cogeneración. Los casos en los que la turbina presente una potencia menor a 200 kwe son considerados no viables técnicamente, ya que se debe comprobar la existencia de estos equipos en el mercado. Asegurar las condiciones de operación de caldera: remplazo. Disponibilidadde labiomasa: menor o iguala t/año. En caso de requerirse compra de biomasa, no debe sobrepasar el 25% en relación a la biomasa total disponible en proceso por año.

20 Criterios de evaluación Criterios económico-financieros Valor actual Neto (VAN) Tasa Interna de Retorno (TIR) El costo total es una estimación realizada a partir de datos de plantas similares en funcionamiento Es uno de los datos que presenta más incertidumbre y tendrá que ser ajustado en fases futuras. Consideraciones: Egresos: se fijaprecioalabiomasa ($ 8,3/t), se asume compra internayexterna delamisma. Ingresos: el único ingreso considerado para las plantas de cogeneración, corresponde a la venta/ahorro de electricidad (9,3 c$/kwe). Principal inversión inicial: Sustitución de la caldera.

21 Estudio de mercado preliminar Determinar el costo de la biomasa $ 8,3/t Identificar posible competencia para la biomasa. Inexistenciade un mercado formal para los residuos de madera riesgopara el proyecto.

22 Planta de Co-generación para aprovechamiento de residuos de biomasa RESULTADOS DEL ESTUDIO DE PRE-FACTIBILIDAD

23 Ruta termoquímica seleccionada Combustión Disponible y madura a nivel comercial Tipo y calidad de biomasa se adapta a la tecnología Experiencias exitosas con la tecnología

24 Evaluación realizada 22 escenarios evaluados Diferentes configuraciones Sustitución de la caldera instalada en la empresa Compra de biomasa. Diferentes potencias eléctricas Cobertura térmica de los diferentes procesos

25 Ejemplo de evaluación realizada Parámetro evaluado CondExt 1 CondExt 2 CondExt 3 CondExt 4 CondExt 5 CondExt 6 CondExt 7 CondExt 8 CondExt 9 Utilización de la energía térmica Vapor a secadores de madera X X X X X X X X X Vapor a planta de aglomerados X X X Vapor a planta laminados X X X Datos técnicos Cambio de caldera actual X X X X X Uso de biomasa adicional (pila/compra) X X X X X X X Potencia eléctrica (W e, kw)

26 Diseño conceptual propuesto De los 22 casos, se seleccionaron 2 de ellos Diseño conceptual Configuraciones de 320 kwede potencia (consumo energético promedio del aserradero). Posibilidad de Neteo: planta operando 24 h/día, entregará a la red la misma cantidad de energía consumida por la industria

27 Diseño conceptual propuesto Esquema del ciclo de vapor de una planta de cogeneración a condensación con extracción

28 Características de los casos seleccionados Parámetro Unidades Caso 1 Caso 2 Procesos cubiertos con cogeneración NA Secado Secado y laminados Aseguramiento de condiciones de operación de Caldera NA Sí Sí Tamaño de turbina disponible en el mercado NA Sí Sí Disponibilidad de biomasa tipo equivalente (w=44% b.h.) (t/año) Sí Sí Biomasaacomprar (%) 0 0 Potencia eléctrica (W e ) (kw) Potencia de la caldera (kw) Costo total de la planta de cogeneración en dólares Costo total (M$) 1,55 1,91 Inversiónespecífica ($/kw e )

29 Resultados económico-financieros Configuración Indicadores financieros Escenariocon financiamiento externo Caso1 Caso 2 VAN ($) TIR (%) 24,4 VAN ($) TIR (%) 18,1

30 Análisis de Sensibilidad Variación del VAN con el cambio en el costo de la biomasa 350, , , , , ,000 50,000 Caso 1 y = -5E+06x R² = % -50, % 4.0% 6.0% 8.0% 10.0% 12.0% 140, , ,000 80,000 60,000 40,000 20,000 Caso 2 y = -5E+06x R² = % -20, % 4.0% 6.0% 8.0%

31 Conclusiones Los casos seleccionados presentan: Cumplen los criterios de evaluación propuestos. Cubren algunas demandas térmicas de la industria mediante cogeneración. Viabilidad técnica y económica. Se tiene la posibilidad de cubrir las demandas eléctricas bajo un esquema de neteo. La empresa obtiene reducción de costos energéticos y optimización del proceso productivo.

32 Recomendaciones Existen casos que no cumplen con algunos de los criterios de evaluación planteados, no obstante, éstos brindan opciones interesantes para la empresa. Debe integrarse dentro de un nuevo análisis financiero, la ventaja que representa la generación del vapor para autoabastecimiento en los diferentes procesos (ahorro por no comprar electricidad para la producción de vapor), siendo esta otra razón que justificaría las inversiones requeridas. Para los casos en que se mantiene la caldera actual, no se puede asegurar su viabilidad técnica y económica, por no disponer de un diagnóstico que asegure las condiciones mínimas de operación de ese equipo. Debido a lo anterior serecomendó ala empresa evaluar elestado realde la caldera.

33 Recomendaciones Se debe realizar un estudio de mercado más detallado, el cual confirme la información utilizada en este estudio. Se recomendó a la empresa implementar un sistema de almacenamiento que minimice el deterioro de la biomasa debido a que en la actualidad se almacena en patios al aire libre. Se debe impulsar la integración de la energía en el sistema productivo, haciendo uso eficiente de la energía térmica que puede ser generada con biomasa (procesos que apliquen eficiencia energética en su desarrollo).

34 GRACIAS POR SU ATENCIÓN!