Dendroenergia Montevideo 2010 Martinsa D

Tecnología de Madera INIA - AECI
Montevideo – Uruguay – julio 2010
Dendroenergía
Ing. Ftal. Martín Sánchez Acosta
Instituto Nacional de
Tecnología Agropecuaria
Estación Exp. Concordia ER
INTA :Estación Experimental
Concordia – Entre Ríos
Entre Ríos
Concordia
I.N.T.A.
Desde 1956
en el País
 12 Centros de
investigación
 47 Estaciones
Experimentales
 320 Agencias de
Extensión
 7000 empleados
Biomasas:
- Lignocelulósicas
- Amiláceas
- Azucaradas
- Energéticas: no alimenticias
Lignocelulosicas:
- Energía térmica
productos
(agua-vapor-aceite,etc)
- Energía eléctrica ( vapor- turbina )
- Energía mecánica (biogas - motores)
Porqué
dendroenergía
Más del 50 % del consumo mundial
de madera es para energía
De 4.000 millones de m3, 2.300 se utilizan
como combustible para 2.000 millones de
personas : FAO 2007
Porqué
dendroenergía
- Es renovable
- El CO2 fue fijado previamente
- Efecto neutro en el efecto invernadero
- Contenidos casi nulos SO2 : no lluvia ácida
- Sustitución de fósiles : bonos de C
- Independencia estratégica: no depend.
Problemas de la
dendroEnergia
- Rendimientos en calderas menores
- Menor densidad energética- mas volumen
- Posible contenido de humedad
- Posible exportación de nutrientes
- Comercialización mas dificultosa
- Lejanía de centros de consumo
Problemas operativos
- Heterogeneidad
- Baja densidad –alta humedad
- Tamaños de granulometría
- Dificultad movimiento – dosificación
- Presencia de impurezas
- Fermentaciones
-(esto se disminuye con residuos de industrias o el chipeo)
Materia prima
- Leña
- Chips
- Residuos
- Densificados
- Carbón
Procedencia
- Residuos de industrias
- Residuos de cosechas
- Residuos de monte
- Ramas
- Hojas ?
- Plantaciones energéticas ??
Residuos de industrias
En aserrado de eucalipto:
- 45 % de rinde en tablas
- 25 % de costaneros
- 15 % de aserrín
- 10 % de corteza
- 5 % de despuntes - recortes
Residuos de cosechas
- Troncos finos
- Ramas
- Madera torcida – rota - recortes
- Cortezas ?
- Hojas ?
-Eucalipto 5 a 20 tn/ha
Tipo de biocombustibles: Generalidades
 Los biocombustibles de primera generación son producidos
a partir de cereales (maíz, trigo), oleaginosas (colza, aceite
de palma) y cultivos de alto % de azúcar (cana de azúcar)
usando tecnología ya establecida y funcionando a gran
escala.
 En contraste, los combustibles de segunda generación son
producidos a partir de material lignocelulósico (pastos
perennes, rastrojo, residuos forestales)
Los combustibles líquidos de primera generación tuvieron
un gran debate en el ámbito internacional ya que compiten
con el uso de alimentos y de recursos para generación de
alimentos.
Procesos de conversión de biocombustibles
Lignocelulosicas: procesos
- Químicos:
furfural – ésteres - alcoholes
- Termoquímicos
combustión : 500 -800 C con O2
pirólisis : 200 a 1500 C sin O2
gasificación : 600 a 1500 C poco O2
- Bioquímicos (biogas - motores)
Biodiesel a partir de biomasa: Objetivos
 El termino BTL (Biomass-to-liquid) es aplicado a los
combustibles sintéticos producidos a partir de biomasa, a
través de rutas de conversión termoquímicas.
 El objetivo es producir combustibles que sean similares a
los actuales, de origen fósil, como la nafta y el diesel y que
puedan ser utilizados en sistemas de distribución existentes y
motores standards.
 El proceso Fischer-Tropsch es el usado como tecnología
en la conversión
El proceso conocido como Fischer-Tropsch (FT) es usado
para convertir gas de síntesis en combustible para
automóviles.
El proceso FT es una tecnología conocida y fue aplicada en
escala industrial usando carbón mineral o gas natural para la
síntesis de combustibles líquidos. Fue desarrollado a fines de
1920, en Alemania, y usada en la segunda Guerra
Combustión:
- Almacenamiento-transporte
- Cámara de combustión
- Caldera (vapor-agua caliente-aceite)
- Depuradores de gases (biogas - motores)
Calidades energéticas
- Madera
- Astillas
- Pellets
- Briquetas
- Carbón
CERTIFICACION…….
Calidad de madera
- Composición elemental H O C
- Densidad – humedad
- Volátiles
- Carbono fijo
- Cenizas - minerales
- Poder calorífico
Importancia de la humedad en el rendimiento
Calidad de astillas
- Tamaño - forma
- Densidad
- humedad
- Poder calorífico
Briquetas
200 Mpa/cm2
100 a 150 C
8 -15 % H
0,5 a 1 cm
40-60 wh/t
200 a 2500 kg/h
Calidad de briquetas
Caracteristica
buena
aceptable
mala
% mat mineral
< 10
10 -20
> 20
>1200
800 -1200
< 800
Humedad %
< 20
20 -30
> 30
Friabilidad Hc
> 65
50 -65
< 50
Incandescen Hc
> 20
10 - 20
< 10
Densidad kg/m3
Según Centre de Reserches Agronomiques de Gembloux Belgica
Pellets
8-15 % H
0,5 cm
800 kg/m3 granel (1200)
2500 – 25.000 kg/h
Calidad del Carbón
- Densidad
- Granulometría
- Carbono fijo
- Poder calorífico
- Cenizas
Producción de electricidad
en baja escala
Ejemplos de casos 10 y 5 MW
Composición química de Eucalyptus grandis de 7 años
(Brito, J)
Celulosa :
55.0 %
Hemicelulosas: 17.3 %
Lignina :
26.2 %
Extractivos :
2.6 %
Para madera de Eucalyptus grandis
Densidad 0.390 a 0.480 kg/m3
Densidad real: 1.430 kg/m3
Cenizas: 0.5 a 1 %
Poder calorífico superior: 4600 a 4276 kcal/kg
PCI: 4400 a 4000 kcal/kg
Lignina: 27 a 26,2 %
Rendimiento en carbón: 31%.
Producción energía eléctrica:
caso Argentina 10 MW
-Depósito de la biomasa silo de 3500 m3
- Caldera 55 ton/h – 45 kgf/cm2, 450 ºC
- Consumo de biomasa = 15,67 ton/h
- Turbina múltiple etapa de condensación
Vapor Generado: 55 m3/h
- Generador
- Paneles eléctricos
- Estructura física para la operación …
DISCRIMINACIÓN DE LAS INVERSIONES (U$S)
1. Patio de biomasa
2. Caldera, generación de vapor
3. Turbo – reductor
4. Generador sincrónico
5. Sistema eléctrico
6. Construcción civil
7. Proyecto ejecutivo
8. Transporte de los equipos
TOTAL
2 millones de u$s/MW
U$S
2.390.874
5.797.732
2.414.801
2.340.993
3.160.224
1.288.385
552.165
640.326
18.405.500
COSTO DE LA ENERGIA VENDIDA
1) Tiempo de amortización
10 años
2) Intereses reales crédito en 10 años
50%
3) Tarifa de compra por ton.
U$S 10,00
4) Combustible comprado por año
96.088 ton.
5) Costo anual del comb.( 3 x 4)
U$S 960.880
6) Costo anual de mantenimiento
U$S 180.000
7) Costo anual del personal
U$S 330.850
8) Costo anual de oper.( 5 + 6 + 7)
U$S 1.471.730
9) Valor total de la inversión
U$S 18.405.500
10) Valor total a amortizar con intereses
U$S 27.608.250
11) Valor anual a amortizar con intereses
U$S 2.760.825
12) Energía total vendida anualmente :
61.320
13) Costo anual ( amortización + operación ) :
U$S 4.232.555
14) Costo final de la energía por MWh (13/12)
U$S 69
15) Costo final de la energía sin amortización
U$S 24
Producción energía eléctrica:
caso Argentina 5 MW
- Caldera flamotubular p/ residuos de madera, 30 t/h, 24 bar ,
315
-Turboreductor de Condensación en vacío – 5
-Generador Sincrono Trifásico – 6,25 MVA – 13,2 kV – 50 Hz
-Patio de biomasa cubierto de 2.400 m3,
-Transformador elevador trifásico 6.25 MVA – 13,2/33 kV
-Estación de tratamiento de agua (clarificación) c/capacidad de
-30 m3/h y Reservorio de agua clarificada de 2 x 100 m3
-Integración (servicios): Proyecto
COSTO DE LA INSTALACIÓN DE LA CENTRAL
POR kW
Potencia instalada:
5.000 kW
Costo total de la inversión, promedio U$S 13.250.000
Costo pot kW instalado U$S 1.325,00
FACTOR DE UTILIZACION
2tn de biomasa generan 1 MW/h
factor de utilización del 70% para oper. de la Central.
La energía producida anualmente, será:
1. Potencia disponible
5.000 kW
2. N de horas por año
8.760
3. Factor de utilización
0,7
4. Energía vendida por año (1x2x3) 30.660 MWh
5. Consumo de biomasa x hora
10,3 ton/h
5. Consumo de biomasa x año
87.512 ton/año
Costo final de la energía por MWh (13/12)
Costo final de la energía sin amortización
U$S 108
U$S 43
“Los productos forestales que se
cosechen de manera sostenible y los
combustibles derivados de la madera
pueden reducir las emisiones de gases
de invernadero si sustituyen materiales
de alta emisión por materiales neutros o
de baja “
…
Congreso Forestal Mundial , Argentina 2009
APLAUSOS