Biogás : Un Combustible Sustentable

Biogás : Un Combustible Sustentable
El caso del Relleno Sanitario y
Central Loma Los Colorados
Sergio Durandeau Stegmann
Gerente General
KDM Energía S.A.
¿Quiénes Somos?
• KDM S.A. es una empresa privada, dedicada a la gestión y tratamiento integral de residuos.
• Es propietaria y operadora del Relleno Sanitario Loma Los Colorados (RSLLC), entre otros
rellenos sanitarios.
• En 1995 se adjudicó una licitación internacional por 16 años (renovables) para el tratamiento,
transporte y disposición final de los RSU de los municipios del Área Norte de Santiago,
proyecto pionero en Chile.
GESTIÓN Y TRATAMIENTO
INTEGRAL DE RESIDUOS
¿Quiénes Somos?
• En 2009 se crea KDM ENERGÍA, empresa enfocada a la generación de energías renovables
no convencionales (ERNC) y a la generación de “bonos de carbono” ó reducciones de
emisiones de gases de efecto invernadero (GEI).
• KDM ENERGÍA es propietaria y operadora de la Central Loma Los Colorados, proyecto de
generación eléctrica en base a biogás, pionero en Chile.
PROYECTOS DE GENERACIÓN ENERGÍA
RENOVABLE NO CONVENCIONAL
PROYECTO DE GENERACIÓN ELÉCTRICA CON BIOGÁS
El caso del Relleno Sanitario y Central Loma Los Colorados
OBJETIVOS DEL PROYECTO
Generar “bonos de carbono” ó reducciones de gases
efecto invernadero (GEI), mediante la destrucción del
metano (CH4) presente en el biogás, contribuyendo a la
contención del cambio climático (Protocolo de Kyoto).
Generar energía eléctrica en base al biogás producido
por el relleno sanitario Loma Los Colorados para su
inyección a la red eléctrica.
Metano (CH4) es un poderoso GEI (1 ton de CH4 equivale a 21 ton de CO2).
PROYECTO DE GENERACIÓN ELÉCTRICA CON BIOGÁS
LOCALIZACIÓN
• El proyecto de
Generación Eléctrica
en base a Biogás se
ubica dentro del
relleno sanitario Loma
Los Colorados, a 60
km al norte de
Santiago de Chile.
UBICACIÓN RELLENO
SANITARIO “LOMA LOS
COLORADOS”
Ciclo de los Residuos Sólidos Urbanos
•
•
•
Montenegro
Las operaciones de KDM en la Región
Metropolitana comprenden una Estación
de Transferencia ubicada en la comuna
de Quilicura y el Relleno Sanitario Loma
Los Colorados ubicado en la comuna de
Til-Til.
Recibe el 64% de los RSU generados en la
Región Metropolitana.
Contratos por más de 16 años con 24
municipios
KDM S.A.
5.962 Ton/dia
63,8%
COINCA S.A
1.410 Ton/día
15,1%
RELLENO SANITARIO
LOMA LOS COLORADOS
Rungue
Mapa de los Residuos
Domiciliarios de la Región
Metropolitana
Tiltil
Línea Ferroviaria
Batuco
Ruta 5 Norte
ESTACION DE
TRANSFERENCIA
Aeropuerto Comodoro
Arturo Merino Benítez
Maipú
Relleno Sanitario
Santiago Poniente
CONSORCIO SANTA
MARTA S.A.
1.979 Ton/día
21,2%
Relleno Sanitario
Santa Marta
San
Bernardo
5
0
10
km
20
Puente
Alto
Ex Vertedero Lepanto
Ciclo de los Residuos Sólidos Urbanos
ESTACIÓN DE TRANSFERENCIA QUILICURA (ETQ)
• La ETQ recibe más de 6.000 ton/día de RSU.
• Sobre 1.000 camiones recolectores por día.
• En la ETQ los RSU son transferidos a silos herméticos de
26 ton capacidad, donde son compactados.
• Luego son enviados por ferrocarril al relleno sanitario
Ciclo de los Residuos Sólidos Urbanos
TRANSPORTE FERROVIARIO A RELLENO SANITARIO
• Inicialmente se transportaba en camiones, lo que implicaba más de
200 viajes por día al Relleno Sanitario.
• Desde 2003 el transporte se realiza por ferrocarril, disminuyendo
de 200 viajes por camión a 8 trenes día.
• Al llegar al relleno sanitario, los silos son transferidos a camiones
que los llevan a frente de trabajo para su disposición final.
.
Ciclo de los Residuos Sólidos Urbanos
RELLENO SANITARIO LOMA LOS COLORADOS (RSLLC)
• El RS Loma Los Colorados fue construido de acuerdo a exigentes estándares ambientales:
MANEJO DE BIOGÁS
IMPERMEABILIZACIÓN
Y DRENAJE DE FONDO
TRATAMIENTO DE
LIXIVIADOS
Ciclo de los Residuos Sólidos Urbanos
RELLENO SANITARIO LOMA LOS COLORADOS (RSLLC)
PROYECTO APROBADO
210 Ha
100 Millones Ton
AÑO 2045
SITUACION 2010
(14 AÑOS DE OPERACIÓN):
70 Ha construidas
22 Millones Ton
dispuestas
PROYECTO DE GENERACIÓN ELÉCTRICA CON BIOGÁS
¿CUÁL ES EL ORIGEN DEL BIOGÁS?
Tiene su origen en la BIOMASA ó MATERIA ORGÁNICA BIODEGRADABLE presente en los
RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS.
BIOMASA EN RELLENO SANITARIO
LOMA LOS COLORADOS= 72%
PROYECTO DE GENERACIÓN ELÉCTRICA CON BIOGÁS
¿COMO SE FORMA EL BIOGÁS?
Se forma durante la DESCOMPOSICIÓN
BIOLÓGICA de la materia orgánica o
biomasa bajo condiciones ANAERÓBICAS.
Biogás
Composición del Biogás
Relleno Sanitario LLC:
Metano CH4 :
48,5 %
Dióxido de Carbono CO2:
40,2%
Oxígeno O2:
2,3 %
Nitrógeno N2:
9%
Humedad
Biomasa
Relleno
Sanitario
Temperatura
Ausencia
de Oxígeno
Lixiviados
PROYECTO DE GENERACIÓN ELÉCTRICA CON BIOGÁS
TIPOS DE BIOBIO-DIGESTORES ANAERÓBICOS PARA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS
A PARTIR RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS (RSU) :
Biodigestor Anaerobio, Madrid, España
RSU requieren selección y tratamiento previo
Relleno Sanitario Loma Los Colorados, Santiago, Chile
RSU no requieren selección ni tratamiento previo
Biodigestor Anaerobio, Barcelona, España
RSU requieren selección y tratamiento previo
Relleno Sanitario, cerca de Hamburgo, Alemania
RSU no requieren selección ni tratamiento previo
PROYECTO DE GENERACIÓN ELÉCTRICA CON BIOGÁS
PROCESO BIOLOGICO
Fases de la composición del biogás durante
la descomposición de los residuos en un
relleno sanitario:
• Fase I: Ajuste inicial (aerobia).
• Fase II: Fase de transición.
• Fase III: Fase ácida.
• Fase IV: Metanogénica estable
(anaerobia).
• Fase V: Fase de maduración.
2sem
sem.. 2meses
2años
10años
10años
Patrón típico de generación del biogás (Farquar y Rovers, 1973)
Proporcion de CO2
80
40
POZOS
NUEVOS
05
17
o0
-F
eb
-
4
4
-A
g
01
-E
n
e0
-0
3
14
-J
un
28
c02
-D
i
10
-M
ay
-0
2
-0
1
05
-A
19
-O
01
-M
-A
g
28
24
-N
ov
1
br
-0
ct
-0
0
0
ar
-0
9
o9
-J
un
-0
3
14
-E
ne
-0
4
01
-A
go
-0
4
17
-F
eb
-0
5
Patrón real de generación del biogás en el RSLLC
28
c02
10
-D
i
-M
ay
-0
2
-0
1
0
24
-N
ov
r-0
1
0
-A
b
19
ct
-0
-O
01
ar
-0
0
15
-M
-A
go
-9
9
28
40
20
POZOS
ANTIGUOS
0
60
15
20
POZOS
ANTIGUOS
80
(% v/v)
60
Proporcion de CH4
100
POZOS
NUEVOS
05
Concentración(% )
100
PROYECTO DE GENERACIÓN ELÉCTRICA CON BIOGÁS
PRODUCCIÓN TEÓRICA DE BIOGAS
EN RELLENO SANITARIO
n
Qt = k ⋅ L0 ⋅ ∑ M i ⋅ e − kti
i =1
Modelo Cinético:
•
•
•
•
•
Qt
k
L0
Mi
ti
= Tasa de producción anual (m3/año)
= constante de degradación (depende de clima)
= Potencial de generación de gas (m3/ton), (tipo RSU)
= Masa dispuesta en el año i (ton)
= edad de la sub-masa i (años)
PROYECTO DE GENERACIÓN ELÉCTRICA CON BIOGÁS
Flujo Real de Biogas vs Flujo Proyectado
(m3/h)
10.000
9.000
8.000
7.000
6.000
5.000
4.000
3.000
2.000
1.000
0
Flujo Biogas Real (m3/h)
Flujo Biogas Projectado (m3/h)
PROYECTO DE GENERACIÓN ELÉCTRICA CON BIOGÁS
POTENCIAL ENERGÉTICO DEL BIOGÁS DEL RSLLC
• 1 m3 de Biogás contiene 48,5% de metano (CH4).
• Valor calorífico del metano (CH4) es 10 kWh/m3.
Luego, el potencial energético de 1 m3 biogás es:
1 m3 x 48,5% x 10 kWh/m3 = 4,85 kWh.
Considerando una producción actual de biogás de 9000 m3 /hora,
el potencial energético contenido es:
9000m3/h x 4,85 kWh/m3 = 43,7 MWh/h
Quemadores Planta
Biogás KDM (Julio, 2010)
PROYECTO DE GENERACIÓN ELÉCTRICA CON BIOGÁS
APROVECHAMIENTO DE LA ENERGÍA DEL BIOGÁS
La tecnología disponible y más ampliamente utilizada para la conversión energética
del biogás, son los motores de combustión interna, los cuales alcanzan eficiencias de:
Eficiencia Eléctrica: 42%
Eficiencia Térmica: 43%
Con esta tecnología, la energía contenida en 9000 m3/hora de biogás, puede ser
convertida a energía eléctrica y energía térmica, obteniendo los siguientes valores:
Energía Eléctrica = 43,7 MWh/h x 42% = 18,4 MWhelec/h
Energía Térmica = 43,7 MWh/h x 43% = 18,8 Mwhterm/h
Módulo Generador Típico
Proyecto Generación Eléctrica con Biogás
POTENCIA INSTALADA EN FUNCIÓN DE LA GENERACIÓN DE BIOGÁS
• Tasa de producción de residuos = 2,5% anual
• Eficiencia de captación
= 50% de eficiencia en la captura del biogás.
60.000
120
Biogas Generado (m3/h)
Biogas Capturado (m3/h)
Biogas Generado/Capturado (m3/h)
100
Potencia Instalada (MW)
Potencia Instalada Futura (MW)
Año Cierre
40.000
80
Disposición de Residuos (MMton/año)
30.000
60
20.000
40
10.000
20
0
0
1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 2055 2060 2065 2070
Año
Capacidad de Generación Eléctrica (MW)
50.000
Proyecto Generación Eléctrica con Biogás
DESCRIPCIÓN CONCEPTUAL
• El sistema de Generación Eléctrica se conecta al sistema de captación y planta de
termogradación de biogás del Relleno Sanitario Loma Los Colorados.
Transmisión
Relleno Sanitario
Campo de Pozos
Estación de
Succión y Quema
Módulos
Generadores
Transformadores
Sistema Captación de Biogás
CARACTERÍSTICAS DE LA RED DE CAPTACIÓN DE BIOGÁS
• Red de tuberías de HDPE extendidas sobre la superficie (70 hectáreas) del relleno sanitario.
• Posee una matriz de transporte del biogás con capacidad de hasta 35.000 m3/hora.
Sistema de Captación de Biogás
CARACTERÍSTICAS CAMPO DE POZOS
• Sistema de pozos verticales ubicados sobre la superficie del
relleno sanitario.
• Esquema progresivo de instalación de pozos, proporcional
al crecimiento del relleno sanitario.
• N° total de pozos verticales: 280
• Distanciamiento entre pozos:40 (m) aprox.
• Profundidad de pozos: 20-40 (m).
Línea de aire
comprimido
Lixiviado
Biogás
Bomba
Sumergible
Captación y Termodegradación Biogás
CONSTRUCCIÓN SISTEMA DE CAPTACIÓN Y TERMODEGRADACIÓN DE BIOGÁS
Construcción Red
Tuberías de
Captación
Perforación y
construcción
campo de pozos
Montaje de
Antorchas
Construcción Sala
de Control
Planta Succión y Termodegradación Biogás
CARACTERÍSTICAS GENERALES
• Capacidad de 10
10..000 m3/hora de biogás.
biogás. Actualmente succiona aprox.
aprox. 9.000 m3/hora.
/hora.
• Se compone principalmente de un sistema de succión y un sistema de quema por medio de
antorchas de alta eficiencia (99
99,,9%)
Termodegradación
(Antorchas)
Estación de
Succión
(Blowers)
Matriz Red de
Captación
KOP
Trampa de
Condensados
Etapa 1 : Central Loma Los Colorados I
SITUACIÓN EN 2010: PLANTA PILOTO
Planta de Succión
de Biogás
Planta de Biogás
(Antorchas)
Sala de
Control
Central Loma
Los
Colorados I
Planta de
Compresión y
Acondicionamiento
del Biogás para
Generadores
Etapa 1 : Central Loma Los Colorados I
DIAGRAMA FÍSICO (2010)
Alimentador
EEMTT 23 kV
M
Línea Transmisión KDM
23 kV
Central LLC1
2MW
Planta Succión de
Biogás y Antorchas
Red de Captación de biogás
Etapa 1 : Central Loma Los Colorados I
PANTALLA DE CONTROL (día Martes 17/8/2010 12:50:01 a.m.)
Etapa 2 : Central Loma Los Colorados II
NUEVO PROYECTO PARA 2011
Central Loma
Los Colorados I
Área Proyecto
Central Loma Los
Colorados II
Planta de
Termodegradación
(Antorchas)
Perspectiva Maqueta 3D Central Loma
Los Colorados II
GRACIAS !!!!!!