Valorización de residuos agrícolas e instalación de calderas de biomasa AMISOLAR AHORRO ENERGÉTICO

Valorización de residuos agrícolas e instalación de calderas de biomasa AMISOLAR AHORRO ENERGÉTICO

Valorización energética de residuos agrícolas Qué es la Valorización Energética de Residuos? Es encontrar nuevas vías para aprovechar el contenido energético de los residuos y demás subproductos a través de alternativas sostenibles y eficientes De esta forma, es posible encontrar una nueva fuente de abastecimiento energético! Ingeniero Industrial 2

Valorización energética de residuos agrícolas Los residuos se pueden aprovechar energéticamente! Ingeniero Industrial 3

Valorización energética de residuos agrícolas Con la biomasa se puede obtener: Energía térmica: agua o aire caliente y vapor. Energía eléctrica: se obtiene a partir de la trasformación de la biomasa. Ciclo de vapor (combustión directa) Turbina de gas: utiliza gas de síntesis (pirólisis, biogás, gasificación) Energía mecánica: biocombustibles que pueden sustituir total o parcialmente a los combustibles fósiles (biodiesel y etanol) Cogeneración: producción conjunta de energía térmica y eléctrica. Ingeniero Industrial 4

Valorización energética de residuos agrícolas Tenemos Petróleo en Castilla y León? Cuánta energía tiene nuestro recurso? Recurso Humedad PCI (kj/kg) PCI (Kcal/kg) PCI (kw.h/kg) Gasoil - 41.800 10.000 11,61 Leñas, ramas, sarmiento Hueso de aceituna 0 % 20% 40 % 7% 12% 19.353 15.006 10.000 19.000 18.000 4.630 3.590 2.392 4.545 4.306 Orujo de uva 12% 15.884 3.800 4,42 Cáscara de almendra Paja de cereal 0 % 10% 15 % 0 % 10 % 20 % 18.559 16.469 15.424 17.138 15.173 13.209 4.440 3.940 3.690 4.100 3.630 3.160 5,38 4,17 2,78 5,28 5,00 5,16 4,57 4,28 4,76 4,21 3,67 Ingeniero Industrial 5

Valorización energética de residuos agrícolas Qué residuos agrícolas disponemos?: Evaluar la cantidad y calidad del recurso Ingeniero Industrial 6

Valorización energética de residuos agrícolas Es esto mucha o poca energía? Una kilocaloría es aproximadamente la energía que se necesita para elevar a 1ºC un litro de agua: Aproximadamente 2,3 kg de hueso de aceituna o de sarmientos, (10.000 kcal) pueden elevar 50ºC la temperatura a 200 litros de agua: ACS para más de 6 personas durante 1 día. Si 1 ha produce 1,7 Tn/año de sarmiento aprox 2 años de ACS para 6 personas. Ingeniero Industrial 7

Valorización energética de residuos agrícolas El ASTILLADO, se puede hacer en campo y permite convertir en astillas los restos leñosos procedentes de poda de cultivos leñosos (vid, almendro, olivos, tratamientos silvicolas...etc.) ASTILLAS: Constituyen un material adecuado para ser empleado en hornos cerámicos y de panaderia, viviendas Individuales, calefacciones centrales...etc. Ingeniero Industrial 8

Valorización energética de residuos agrícolas PELETIZACIÓN Molienda de microastilla Adecuación de humedad Compactación de la biomasa (Presión > 100 bar) Casi cualquier residuo se puede peletizar! PELETS: Constituyen un combustible muy competitivo comparable al gasoil: 2 kg de pelet = 1 litro de gasoil) Tienen muy bajo contenido en cenizas Bajo contenido en humedad < 10% Permiten ser bombeados al silo Permiten tamaños de silo menores que la astilla Perfecta regulación y automatización en caldera Ingeniero Industrial 9

Valorización energética de residuos agrícolas A efectos de proceso de siega y recolección, los equipos para biomasas agrícolas herbáceas para aprovechamiento energético son los mismos que para cultivos herbáceos enfocados a la alimentación humana o animal. COMPACTADORA - EMPACADORA Ingeniero Industrial 10

Valorización energética de residuos agrícolas Procesos, Productos y Aplicaciones Físicos Fisico-químicos Biológicos Termoquímicos Procesos Astillado Molienda Densificación Pirolisis Gasificación Fermentación D. anaerobia Extracción fisico-química Productos Leñas Astillas Briquetas Pellets Serrín Carbón Gas síntesis Aceites Gases combustibles Etanol Biogás Aceite Ésteres Aplicaciones Calefacción Electricidad Calefacción Electricidad Industria química Trasporte Calefacción Industria Electricidad Química Trasporte Industria química Ingeniero Industrial 11

Valorización energética de residuos agrícolas ACTORES Productores de materia prima Agricultores Ganaderos Asociaciones de pequeños empresarios Asociaciones de entidades locales Consumidores y transformadores Las mismas asociaciones de productores Productores de pellet Productores de electricidad Ingenierías y Empresas de Servicios Energéticos Industria consumidora de biomasa Ingeniero Industrial 12

Instalación de calderas de biomasa Uso térmico residencial y terciario Autoconsumo doméstico Hoteles, colegios, residencias, spas, ayuntamientos, calefacción de distrito Edificios de oficinas, naves industriales y agropecuarias Gestión grupal del recurso: Ayuntamientos, Asociaciones Cogeneración en industria y terciario Eficiencia Energética: Autoconsumo de electricidad y calor en microcogeneración Producción de energía eléctrica Centrales térmicas convencionales Plantas de Cogeneración y producción de pellet Ingeniero Industrial 13

Instalación de calderas de biomasa USO TERMICO RESIDENCIAL Las calderas de biomasa hoy día son totalmente automáticas Astilla Pellet Policombustible (hueso, cáscara, orujo ) Alta regulación de la combustión y potencia Sonda exterior para regulación de potencia Sonda Lambda para regulación de aire primario Disponible aire secundario para combustión de humos Extracción forzada y controlada de humos: garantiza la Tª minima de combustión de humos Regulación de la alimentación de combustible Dispositivos automáticos de limpieza Parrillas escalonadas de limpieza automática Tubuladores (intercambiador) Separador de cenizas volátiles Compactación de cenizas Ingeniero Industrial 14

Instalación de calderas de biomasa Ingeniero Industrial 15

Instalación de calderas de biomasa Comparativa de precios de venta Gasoil de calefacción: 1,10 / litro Pellet a granel certificado al 10% humedad máxima portes incluidos: 230 /tonelada+ IVA Hueso de aceituna: 170 / tonelada + IVA Astilla clasificada G30 y con humedad en torno al 25% portes incluidos: 115 /tonelada + IVA Olivo/Encina: 120 /tonelada + IVA Pero esto que significa en términos de energía? 0,111 /kw.h Gasoil 0,043 /kw.h Pellet 0,034 /kw.h Hueso 0,028 /kw.h Astilla 0,024 /kw.h Olivo/Encina Ingeniero Industrial 16

Instalación de calderas de biomasa Consumo del sistemas de calefacción en función del combustible y tipo de caldera por kw instalado Combustible Gasóleo Gas Natural Biomasa Tipo de caldera Convencional Caldera BT Convencional Condensación Pellets Hueso aceit Encina Poder calorífico (kcal/kg) 10.000 10.000 4.300 3.750 4.330 Poder calorífico (kcal/m 3 ) 8,5 8,4 9.000 9.000 Poder calorífico (kwh/kg) 11,63 11,63 5,00 4,36 5,03 Densidad aparente (kg/l) 0,85 0,84 0,680 0,573 1,05 Precio ( /litro) 1,1 1,1 Precio ( /kg) 1,294 1,310 0,231 0,17 0,12 Eléctrica Coste ( /kwh) 0,111 0,113 0,043 0,043 0,046 0,039 0,024 0,142 Rendimiento de la caldera 80% 90% 80% 105% 90% 85% 74% Cargas térmicas satisfacer vivienda(w) 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 Funcionamiento caldera (h/año) 900 900 900 900 900 900 900 900 Consumo vivienda media (kwh/año) 900,00 900,00 900,00 900,00 1.000,00 900,00 900,00 900,00 Consumo de combustible (l) 114 102 327 424 230 Consumo de combustible (Kg) 97 86 222 243 242 Termino fijo ( /año) 0 0 66,24 66,24 0 0 0 185,42 Coste anual 125,21 112,62 114,90 103,31 51,33 41,28 28,99 313,51 Ahorro anual respecto a caldera gasoil 12,59 10,31 21,89 73,87 83,93 96,22-188,30 Ahorro anual respecto a caldera gasoil 0,00% 10,05% 8,23% 17,49% 59,00% 67,03% 76,85% -150,39% Ingeniero Industrial 17

Gasoleo convencional Gasoleo BT GN Convencional GN Condensación Biomasa Pellets Biomasa Hueso Estufa leña Electrica Instalación de calderas de biomasa Matriz de Ahorros (%) Gasoleo convencional 0,0% -10,1% -8,2% -17,5% -59,0% -67,0% -76,8% 150,4% Gasoleo BT 10,1% 0,0% 2,0% -8,3% -54,4% -63,3% -74,3% 178,4% GN Convencional 8,2% -2,0% 0,0% -10,1% -55,3% -64,1% -74,8% 172,9% GN Condensación 17,5% 8,3% 10,1% 0,0% -50,3% -60,0% -71,9% 203,5% Biomasa Pellets 59,0% 54,4% 55,3% 50,3% 0,0% -19,6% -43,5% 510,7% Biomasa Hueso 67,0% 63,3% 64,1% 60,0% 19,6% 0,0% -29,8% 659,5% Estufa leña 76,8% 74,3% 74,8% 71,9% 43,5% 29,8% 0,0% 981,5% Electrica -150,4% -178,4% -172,9% -203,5% -510,7% -659,5% -981,5% 0,0% Ingeniero Industrial 18

Gasoleo convencional Gasoleo BT GN Convencional GN Condensación Biomasa Pellets Biomasa Hueso Estufa leña Electrica Instalación de calderas de biomasa Matriz de Ahorros ( /año) Gasoleo convencional 0-13 -10-22 -74-84 -96 188 Gasoleo BT 13 0 2-9 -61-71 -84 201 GN Convencional 10-2 0-12 -64-74 -86 199 GN Condensación 22 9 12 0-52 -62-74 210 Biomasa Pellets 74 61 64 52 0-10 -22 262 Biomasa Hueso 84 71 74 62 10 0-12 272 Estufa leña 96 84 86 74 22 12 0 285 Electrica -188-201 -199-210 -262-272 -285 0 Ingeniero Industrial 19

Instalación de calderas de biomasa Ejemplo de District heating Cuellar (Segovia) es un municipio de 9.200 habitantes rodeado de una importante masa forestal. En esta localidad se ha instalado una planta de calefacción y agua caliente sanitaria que da servicio a un barrio, una escuela, un pabellón deportivo y un centro cultural. La planta se alimenta fundamentalmente de los residuos de limpieza del monte y otros residuos forestales. La planta consta de dos calderas: Caldera 1 tipo acuotubular con dos parrillas móviles superpuestas tiene una potencia instalada de 4.500.000 Kcal./h. Caldera 2, también acuotubular con una parrilla móvil tiene una potencia instalada de 600.000 Kcal. /h La biomasa se almacena en un silo con una capacidad de 30t de combustible Ingeniero Industrial 20

Instalación de calderas de biomasa Calderas de paja La paja es un combustible renovable, muy económico y disponible fácilmente La utilización agrícola de la paja ha decaído recientemente Su utilización para uso térmico es una inmejorable salida a este deshecho agrícola Gases de salida con mínimas cantidades de compuestos sulfúricos y mucha menos cantidad de óxidos de nitrógeno Formato de Combustible: Fardos de paja cuadrados de las siguientes características: Sección máxima 1250 x 1200 y longitud de 2400mm aproximadamente Humedad máxima 20% (homogénea) Prensado medio Contenido de substancias incombustibles (polvo, tierra) < 0,4% Contenido de cenizas < 6% Los fardos de paja deben estar completamente ligados, sin deformación Ingeniero Industrial 21

Instalación de calderas de biomasa Calderas de paja Diseñadas totalmente a medida de las necesidades. Cámara de combustión, hecha en acero y refrigerada por agua, se divide en dos partes Parte delantera: para la entrada de combustible. Parrilla itinerante Parte posterior: salida para los gases de escape Aire primario bajo la parrilla Aire secundario por encima de la parrilla Intercambiador vertical de doble paso Recogida de volátiles y cenizas. Tª de impulsión de agua hasta 110ºC Tª de retorno superior a los 55ºC para evitar condensaciones Alimentación mediante Cinta transportadora Por sistema hidraúlico Ingeniero Industrial 22

Instalación de calderas de biomasa Calderas de paja para producción de vapor Producción eléctrica Ingeniero Industrial 23

Instalación de calderas de biomasa Calderas de vapor Las primeras están funcionando en dos fábricas productoras de cerveza artesana de España. Se usan para calentar el agua en la fase de maceración así como en la de ebullición, y en la de limpieza. Podría encargarse de la calefacción, además de poder generar algo de electricidad con los correspondientes accesorios Ingeniero Industrial 24

Instalación de calderas de biomasa Calderas de vapor Ahorro en la producción de vapor Poder calórico Consumo por 1kg. de vapor Coste unitario Coste para producir 1kg. de vapor Coste para producir 100kg. de vapor por hora. Hueso de aceitunas 6.300 Kcal/kg. 0,10 kg. 0,125 /Kg. 0,01 1,30 Semillas (piñones) avellanas, uva, 4.500 Kcal/Kg. 0,14 kg. 0,18 /Kg. 0,03 2,50 Pellets 4.200 Kcal/Kg. 0,16 kg. 0,20 /Kg. 0,03 3,20 Leña 3.600 Kcal/Kg. 0,18 kg. 0,24 /Kg. 0,04 4,30 Metano 8.500 Kcal/m³ 0,76 m³. 0,80 /m³ 0,06 6,10 Gasóleo 8.550 Kcal/lt. 0,078 lt. 1,20 /lt. 0,09 9,40 G.P.L. 6.300 Kcal/lt. 0,10 lt. 1,04 /lt. 0,13 13,30 Ingeniero Industrial 25

Sistemas Industriales Cogeneración con biomasa (calor + electricidad) y producción de pellet Ingeniero Industrial 26

Sistemas Industriales Cogeneración (Sistema ORC) Posibilidad de generar hasta 2 MWe a partir de fuentes de calor con baja entalpía. Procedimientos de marcha y parada simples. Buen funcionamiento a media potencia (carga parcial). Funcionamiento de la turbina a menos RPM de velocidad, lo que permite la impulsión directa del generador eléctrico sin necesidad de engranajes de transmisión especiales. Menor tensión mecánica en la turbina, debido a trabajar a menos velocidad. Larga vida de la turbina, al no existir erosión en las paletas, por no haber humedad en los inyectores de vapor. Fluido de trabajo libre de cloro, incombustible, no tóxico y que no daña la capa de ozono. Fluido orgánico en circuito cerrado Ingeniero Industrial 27

Sistemas Industriales Trigeneración Procedimiento similar a la cogeneración en el que se consigue frío, además de energía eléctrica y calor, a partir de un único combustible. La combinación de la cogeneración (calor y electricidad) con la absorción (frío) da lugar a la trigeneración. Ingeniero Industrial 28

Proyectos de valorización BIOMASA FASE 1: ESTUDIO BIBLIOGRÁFICO, RECOPILACIÓN DE DATOS ESTUDIO DE MAQUINARIA EXISTENTE, EXPERIENCIAS ANTERIORES...ETC. ESTUDIO DE LOS RESIDUOS POTENCIALES ESTUDIO DE POSIBLES CULTIVOS ENERGETICOS EN LA ZONA FASE 2: TRABAJO DE DINAMIZACIÓN: IDENTIFICACION DE ACTORES Y PROPUESTA DE CREACION DE ASOCIACIONES ESTUDIO DE CAMPO, RECOGIDA DE RESIDUOS, TOMA DE MUESTRAS...ETC. CULTIVO EN PARCELAS EXPERIMENTALES FASE 3. PROYECTO DE AUTOCONSUMO Y CALEFACCIÓN RESIDENCIAL PROYECTO DE CALEFACCIÓN DE DISTRITO PROYECTO DE CONSTRUCCION DE PLANTA DE BIOMASA PROYECTO DE CONSTRUCION DE PLANTA DE PELETIZACION. Ingeniero Industrial 29