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INFORME
POSIBILIDAD PARA PLANTA DE COGENERACIÓN MEDIANTE
USO DE RESIDUOS FORESTALES EN ATALAYA – UCAYALI
Consultor: Jaime Gianella Silva
Lima julio 2009
Documento elaborado para ITDG- Soluciones Prácticas, Lima Perú
1. CONDICIONES DE REFERENCIA
1.1 Características del proyecto
Instalar una planta de cogeneración que opere con el biocombustible ‘residuo
forestal’, constituye una posibilidad para maximizar el uso de la materia prima
que se procesaría en el aserradero propuesto por WWF. Este aserradero
constituye parte del proyecto diseñado para garantizar la explotación racional
del recurso forestal a cargo de las Comunidades Indígenas (CCII), ubicadas
en la Provincia de Atalaya del Departamento/Región de Ucayali.
La operación de la indicada planta de cogeneración permitiría cumplir, entre
otras, las siguientes metas: a) suministrar la energía requerida para la
transformación de la madera en el aserradero del proyecto; b) generar un
beneficio económico por el menor costo de la energía requerida en
comparación al precio del suministro de terceros; y c) generar ingresos
adicionales al proyecto por la venta de la energía excedente.
Además de los objetivos de eficiencia e ingreso mencionados, la operación
de la planta de cogeneración contribuirá al logro de metas sobre ‘balance
cero’ o ‘balance positivo’ en materia de emisiones de GEI, objetivo que deben
observar el desarrollo del conjunto de las actividades de los proyectos
promovidos por WWF.
1.2 Energía requerida y restricciones de suministro
El funcionamiento del aserradero requerirá de electricidad y energía térmica
en forma de calor/vapor de proceso.
1.2.1 Electricidad
La electricidad es necesaria para operar las máquinas industriales de corte y
acabados de la madera y para el funcionamiento de equipos y servicios que
implica las funciones administrativas de toda planta industrial.
La máxima potencia de electricidad que demandará el aserradero se estima
en 70 – 50 kW/h por turno/día de operación que comprenda labores de
aserrío y acabados de la madera, funcionamiento de los hornos de secado y
desarrollo de actividades administrativas. Durante las horas/día en las que no
se ejecute tareas de aserrío y acabado, la demanda máxima de electricidad
alcanzaría un rango de 15 – 20 kW/h.
En la ciudad de Atalaya, donde se ubicará la planta/aserradero del proyecto,
existen restricciones para acceder al suministro de electricidad de la red
local. La empresa Electro Ucayali – Atalaya es la que brinda dicho servicio,
opera un pequeño sistema aislado de generación-distribución de electricidad,
cuya potencia instalada es de 1.70 MWe, conformada por hidroenergía (51%)
y térmica (49%). La fuente térmica es de motores/generadores que utilizan
diesel.
La unidad de hidroenergía no puede operar a plena carga, no se dispone del
caudal suficiente. La cuenca en la que se ubica la hidroeléctrica registra una
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merma del recurso agua, proceso que presenta una tendencia creciente.
Revertir dicho proceso implicará llevar a cabo inversiones para el manejo de
la cuenca durante un período relativamente prolongado (10 – 15 años). Será
necesario recuperar el nivel de vegetación arbórea y arbustiva que permita
niveles adecuados de retención/alimentación de agua en la cuenca.
En función al volumen de agua disponible, la hidroeléctrica alcanza una carga
máxima de 870 kW/h en época de avenida, en el estiaje disminuye a 400 –
450 kW/h. Si bien, la demanda/carga que Electro Ucayal - Atalaya debe
atender es del orden de 600 kW/h, se constata la permanencia de demanda
insatisfecha en magnitud significativa respecto de la actual capacidad real de
oferta local.
La demanda de electricidad de familias que no tienen acceso a dicho servicio
(aprox. 1,300 familias), el requerimiento de energía de nuevas inversiones
para suministro de agua potable, necesidad de energía para telefonía y
diversas actividades comerciales – industriales, suma alrededor de 650
KW/h. A ello se agrega la necesidad de electricidad de aserraderos (aprox. 34 unidades que solicitan se les proporcione una potencia de 70 – 100 kW/h
c/u) los cuales por la carencia de suficiente suministro eléctrico en la ciudad
de Atalaya, han trasladado al campo sus operaciones de transformación
primaria de la madera, actividad que la ejecutan a mayor costo con energía
generada en base al uso de diesel.
Subsanar la deficiencia de la oferta de electricidad en la ciudad de Atalaya
mediante energía térmica generada con diesel, constituye una opción
antieconómica. Electro Ucayali – Atalaya utiliza sus equipos de generación
térmica a diesel para completar la oferta que no puede asegurar únicamente
con energía proveniente de la hidroeléctrica. El costo del kW/h generado con
diesel llega a US$ 0.33, cifra diez veces superior al costo estimado para la
generación hidroeléctrica y mediante uso de la biomasa residuo forestal.
1.2.2 Calor / vapor de proceso
La energía en forma de calor que se requerirá para el aserradero se
destinará para operar los hornos de secado de la madera procesada (madera
aserrada/tablas y tablillas) y para los hornos de secado de los residuos del
aserrío que se utilizarán como combustible en la planta de cogeneración del
aserradero.
La cantidad de calor/día, expresada en HP, Btu o MWt, para el secado de la
madera procesada se estima superior respecto de lo necesario para el
secado del residuo del aserrío. Para ambos casos el calor provendrá del
vapor de escape de la turbina de la planta de cogeneración.
Una alternativa para suministrar calor podría ser la combustión de residuos
de aserrío para generar directamente calor; o bien, utilizar los mismos para
operar un caldero que genere vapor a baja presión. En ambos casos no se
aprovecharía la ‘biomasa residuo’ para cogeneración, lo cual constituye un
factor que resta eficiencia al uso del recurso madera y eleva el costo unitario
de operación del aserradero. Esto último se explicaría por el mayor costo de
la energía (electricidad, petróleo) que se tendría que adquirir a terceros.
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1.3 Perspectivas para suministro de energía y justificación del proyecto
Para el ámbito de influencia de la ciudad de Atalaya, no existen inversiones
en proceso para atender de manera satisfactoria la demanda de energía
actual y proyectada. Esta situación se prevé estable a mediano plazo (5
años), lo cual constituiría una restricción para el proyecto de aserradero
propuesto por WWF si en el mismo no cuenta con autosuministro de
electricidad y de calor/vapor de proceso.
La instalación de la planta de cogeneración se justifica por los resultados
económicos y ambientales que se espera alcanzar. Su operación entregará al
aserradero energía a menor costo del suministro de electricidad que ofrece la
empresa local Electro Ucayali - Atalaya (Sistema Aislado), como del posible
suministro futuro de electricidad a través del Sistema Eléctrico Nacional
Interconectado (SEIN).
Con relación al calor/vapor de proceso requerido en el proceso de
transformación de la madera, la generación del mismo mediante el uso
eficiente del residuo de aserrío determina un costo significativamente inferior
por unidad de energía (Btu, MWt) en comparación al uso de combustibles de
origen fósil.
El aprovechamiento de los residuos de aserrío para fines de energía
competitiva, representa una decisión que obliga y muestra metas de mayor
eficiencia empresarial. A su vez, la operación de la planta de cogeneración
implicará contribuir a mitigar la emisión de GEI. El uso de la biomasa ‘residuo
forestal’ constituye una opción ‘balance cero’ respecto de las emisiones
indicadas.
2.
EVALUACIÓN DEL RECURSO
La propuesta de WWF para instalar un aserradero en Atalaya, establece que
durante los primeros cinco años de operación se procesará 12,695 m3 de
madera por año en base a 1 turno/día durante un período de 300 días/año.
El volumen de madera que se prevé recibir estará compuesto por lotes de
madera blanda (80%) y lotes de madera dura (20%). La madera blanda se
suministrará en forma de madera rolliza y provendrá de las CCII vinculadas al
proyecto. La madera dura provendrá tanto de las indicadas CCII en forma de
tablones (1,401 m3 = 54.4%) como de Concesiones Forestales (1,175 m3 =
45.6%) en forma de madera rolliza.
En función a la condición/forma del suministro (madera rolliza y cuartones) y
tipo de producto final (tablas de madera aserrada y tablillas) que el
aserradero elaborará, se proyecta la cantidad de residuos que se espera
obtener. La madera blanda se empleará para obtener tablas aserradas, la
madera dura para tablillas (parquet, parquetón para pisos)
El primer aserrío transforma la madera rolliza en cuartón, operación que se
puede efectuar en campo (mediante equipos/aserraderos portátiles) o en las
instalaciones del aserradero. En este primer aserrío/corte se registra la mayor
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merma, el residuo representa 50% - 55% del volumen de la troza o madera
rolliza.
Posterior al primer aserrío, los principales pasos que comprende el proceso
de transformación de la madera en el aserradero son: canteado, reaserrado,
despunte, clasificación, secado y cepillado. En todos ello se generan nuevas
mermas, las que en conjunto suman una pérdida adicional promedio de 10%
- 15% para el caso de la madera blanda destinada a la preparación de
madera aserrada en forma de tablas. En el caso de la madera dura usada
para producir tablillas, la pérdida adicional alcanza a 20% - 25% del volumen
de la troza/madera rolliza.
2.1 ESTIMACIÓN DEL VOLUMEN (M3) DE RESIDUOS
Para estimar el volumen y disponibilidad de residuos de madera que se
generaría en el aserradero propuesto para el proyecto, se han considerado
tres opciones, las cuales se establecen en función a la condición/forma de
recepción de la madera (rolliza, cuartones), tipo de madera (blanda, dura),
tipo de producto (tablones, tablillas) y número de turnos/día de operación (1 ó
más).
2.1.1
Opción 1 (según parámetros de la propuesta del proyecto)
En el documento del proyecto se considera los siguientes parámetros de
operación:
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Volumen/año total de madera a ser procesada 12,695 m3
Volumen/año de madera blanda en condición de madera rolliza
suministrada por CCII 10,119 m3
Volumen/año de madera dura en condición de cuartones
suministrada por CCII 1,401 m3
Volumen/año de madera dura en condición de madera rolliza
suministrada por concesiones forestales 1,175 m3
El total de madera blanda rolliza se destinará para tablas, el proceso de
transformación implica una merma equivalente al 60% del volumen, la cifra
estimada de residuo es:
ƒ
residuos de madera blanda rolliza 10,119 m3 X 0.60 = 6,071.4
m3/año
El total de madera dura comprende cuartones y madera rolliza (2,576 m3),
para el proceso de transformación de los cuartones se estima una merma de
20% y para la transformación de la madera rolliza dura 70%, las cifras
estimadas de residuos son:
ƒ
ƒ
Residuo de cuartones madera dura 1,401 m3 X 0.20 = 280.2 m3
Residuo de madera dura rolliza 1,175 m3 X 0.70 = 822.5 m3
Opción 1 total volumen de residuos = 7,174.1 m3 (~>50% humedad)
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2.1.2
Opción 2 (suministro madera rolliza)
Considera que el suministro de madera dura por parte de las CCII se efectúe
en forma de madera rolliza, lo cual implicaría 50% más en términos de
volumen a lo establecido en el documento del proyecto. Los otros suministros
de madera blanda y dura serían similares a lo indicado para la Opción 1.
El volumen anual de madera a ser procesada en el aserradero pasaría de
12,695 m3 a 14,096 m3, lo cual significa un aumento de 11%. Este mayor
volumen de madera procesada no necesariamente debe requerir extender el
número de horas/turno de operación, se considera que existe márgenes para
ajustar la secuencia de los pasos del proceso en planta y de esta manera
maximizar el tiempo de proceso por m3. Ello permitiría incrementar el
volumen y disponibilidad de residuos en el aserradero, cuyo valor económico
se estima superior al costo del flete adicional campo – aserradero que implica
transportar madera rolliza en vez de tablones. Las cifras son:
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Volumen/año total de madera a ser procesada 14,096 m3
Volumen/año de madera blanda en condición de madera rolliza
suministrada por CCII 10,119 m3
Volumen/año de madera dura en condición de madera rolliza
suministrada por CCII 2,802 m3
Volumen/año de madera dura en condición de madera rolliza
suministrada por concesiones forestales 1,175 m3
Tanto el tipo de producto a ser elaborado según clase de madera blanda y
dura, como los coeficientes de merma serían similares a lo estipulado en la
Opción 1. Por lo tanto, las cifras proyectadas del volumen factible de residuos
son:
ƒ
ƒ
Residuo de madera blanda rolliza 10,119 m3 X 0.60 = 6,071.4
m3/año
Residuo de madera dura rolliza 3,977 m3 X 0.70 = 2,783.9
m3/año
Opción 2 total volumen de residuos = 8,855.3 m3 (~>50% humedad)
2.1.3
Opción 3 (suministro madera rolliza y operación de 1½ turno por día)
La posibilidad para que el aserradero opere 1½ turnos por día se basa en las
consideraciones siguientes: a) los equipos a ser instalados pueden operar por
más de 1 turno/día sin que ello afecte su período de vida útil; b) la inversión
complementaria que demandaría contar con mayor capacidad de secado es
marginal respecto del monto de inversión base previsto; c) existe en el ámbito
de la localización escogida para el proyecto suficiente oferta de madera para
garantizar la operación del aserradero; d) permitiría mayor volumen de residuos
para sustentar mayor potencia de cogeneración; e) existe mercado para
entregar la mayor generación de electricidad; y f) la operación de la planta de
cogeneración se estima rentable y se dispone de especiales instrumentos de
promoción para su participación en el mercado.
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La composición del suministro de madera blanda y dura, así como la canasta
de productos finales, sería similar a lo considerado para las otras opciones.
Suponiendo un rendimiento constantes/hora en la operación del aserradero se
procesaría los volúmenes de madera:
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Volumen/año total de madera a ser procesada 21,144 m3
Volumen/año de madera blanda en condición de madera rolliza
suministrada por CCII y/o proveniente de concesiones forestales
15,178.5 m3
Volumen/año de madera dura en condición de madera rolliza
suministrada por CCII y/o proveniente de concesiones forestales
4,203 m3
Volumen/año de madera dura en condición de madera rolliza
suministrada por concesiones forestales 1,762.5 m3
Los productos según tipo de madera y correspondientes coeficientes de merma
serían similares a lo descrito para la Opción 1 y Opción 2. Las cifras sobre el
volumen de residuos son:
ƒ
ƒ
Residuo de madera blanda rolliza 15,178.5 m3 X 0.60 = 9,107.1
m3/año
Residuo de madera dura rolliza 5,965.5 m3 X 0.70 = 4,175.8
m3/año
Opción 3 total volumen de residuos = 13,282.9 m3 (~>50% humedad)
2.2 ESTIMACIÓN DE LA ENERGÍA CONTENIDA EN LOS RESIDUOS DEL
ASERRADERO
El poder calorífico de los residuos de madera es función de su contenido de
humedad. En un rango de humedad de 0% a 70% y condición de baja
eficiencia calorífica (LHV) la energía primaria de la madera, expresada en kW/h
por Kg. de madera/residuo, fluctúa de 5.0 kW/h a 1.1 kW/h (ver Anexo III
gráficas y cuadro sobre energía y eficiencia de la biomasa según contenido de
humedad).
La energía primaria del potencial volumen de residuos del aserradero del
proyecto, se ha calculado en base a la cantidad/peso anual (Kg, ton) y grado
de humedad en el que serían utilizados para fines de cogeneración.
Para establecer el peso neto, o peso en base seca, de los residuos del
aserradero, la densidad considerada para la madera blanda es 0.50 y para la
madera dura de 0.80. A su vez, para estimar el peso final por unidad de residuo
(Kg., ton) se considera un grado de humedad de 30%, el cual se alcanzará
mediante proceso de secado en instalaciones/hornos de la planta de
cogenración.
De acuerdo al coeficiente de relación energía – humedad de la madera, los
residuos con 30% de humedad contienen 3.5 kW/h por Kg. de energía primaria,
lo cual es equivalente a 3.5 MWt/ ton, 19.4 MM/ Btu ton ó 20 GJ/ton.
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El volumen/peso en toneladas de residuos y correspondiente contenido de
energía primaria en MWt, proyectados para cada una de las opciones descritas
en (2.1), según los parámetros indicados sobre densidad, humedad y contenido
de energía primaria, alcanzan los siguientes valores:
2.2.1 Opción 1 (según parámetros de la propuesta del proyecto)
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Residuos de madera blanda ~> 50% humedad 6,071.4 m3 X
0.50 (densidad) x 1.30 (humedad post secado) = 3,946.4 ton
Residuos de madera dura ~> 50% humedad 1,102.7 m3 X 0.80
(densidad) x 1.30 (humedad post secado) = 1,146.8 ton
Total nominal residuos 30% humedad 5,093.2 ton X 3.5 MWt ton
= 17,826.2 MWt
Total efectivo considerando merma de 10% en el acopio del
residuos en el aserradero = 17,826.2 X 0.90 = 16,043.6 MWt
2.2.2 Opción 2 (suministro madera rolliza)
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Residuos de madera blanda ~> 50% humedad 6,071.4 m3 X
0.50 (densidad) x 1.30 (humedad post secado) = 3,946.4 ton
Residuos de madera dura ~> 50% humedad 2,784 m3 X 0.80
(densidad) x 1.30 (humedad post secado) = 2,895.3 ton
Total nominal residuos 30% humedad 6,841.7 X 3.5 MWt ton =
23,945.9 MWt
Total efectivo considerando merma de 10% en el acopio del
residuos en el aserradero = 23,945.9 X 0.90 = 21,551.3 MWt
2.2.3 Opción 3 (suministro madera rolliza y operación de 1½ turno por día)
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Residuos de madera blanda ~> 50% humedad 9,107.1 m3/año
m3 X 0.50 (densidad) x 1.30 (humedad post secado) = 5,919.6
ton
Residuos de madera dura ~> 50% humedad 4,175.8 m3 X 0.80
(densidad) x 1.30 (humedad post secado) = 4,342.8 ton
Total residuos 30% humedad 10,262.4 X 3.5 MWt ton =
35,918.5 MWt
Total efectivo considerando merma de 10% en el acopio del
residuos en el aserradero = 35,918.5 X 0.90 = 32,326.6 MWt
3. POTENCIA FACTIBLE PARA PLANTA DE COGENERACIÓN
La potencia factible, medida en MWe/h, de la planta de cogeneración del
aserradero, se determina en función de la energía primaria estimada para cada
opción de procesamiento/aserrío descritas, eficiencia termoeléctrica de los
equipos/instalaciones de cogeneración que se seleccionen y al factor de carga
de operación anual.
Dado el alto grado de humedad de la madera, el sistema de cogeneración
considerado como más conveniente es el de gasificación – combustión.
Comprende la operación de equipos de gasificación de la biomasa para
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obtener el gas denominado Syngas, el cual se somete a combustión para
operar un caldero y generar vapor que se utiliza para mover turbinas que
generan electricidad. Este sistema permite un mejor aprovechamiento de la
energía primaria contenida en la biomasa (ver Anexo I sobre flujo de proceso
gasificación – combustión – generación de electricidad).
Parte del vapor exhausto/escape de la turbina se destina para proveer el calor
requerido por los hornos de secado, en los cuales se reducirá el contenido de
humedad tanto de la madera procesada para ser comercializada, como los
residuos del aserradero que servirán de combustible para la cogeneración.
El sistema de gasificación – combustión descrito permite alcanzar una
eficiencia termoeléctrica de 0.35. Un sistema de combustión directa de los
residuos para operar calderos que generen vapor para turbinas, implicaría
utilizar más energía en el secado de dicho combustible hasta 10% - 8% de
humedad para alcanzar niveles de eficiencia termoeléctrica del orden de 0.25.
Existen calderos de alta eficiencia para combustión directa de biomasa, sy
operación exige combustible en base seca y granulometría fina, son de tipo
lecho fluidizado (burbujeante, circulante) y están diseñados para potencia de
15 ó más MWe.
El factor de carga que se plantea viable para la planta de cogeneración del
proyecto es 0.80, lo cual implica un período de operación anual de 7,000 horas.
3.1 Opción 1 Potencia Factible (según parámetros de la propuesta del
proyecto)
ƒ
Energía primaria 16,043.6 MWt X 0.35 eficiencia termo eléctrica
= 5,615.3 MWe /7,000 horas año = Potencia 0.80 MWe
3.2 Opción 2 Potencia Factible (suministro madera rolliza)
ƒ
Energía primaria 21,551.3 MWt X 0.35 eficiencia termo eléctrica
= 7,542.9 MWe / 7,000 = Potencia 1.08 MWe
3.3 Opción 3 Potencia Factible (suministro madera rolliza y operación de
1½ turno por día)
ƒ
Energía primaria 32,326.6 MWt X 0.35 eficiencia termo eléctrica
= 11,314.3 MWe / 7,000 = Potencia 1.62 MWe
4. GENERACIÓN, AUTOCONSUMO Y EXCEDENTE
4.1 Opción 1 Potencia 0.80 MWe
La generación de 0.80 MWe/h, menos un margen de pérdida de 5% de la
electricidad producida por deficiencias/fallas imprevistas en los sistemas de
distribución interna y de entrega a la red, determina un saldo neto de
energía útil de 760 kW/h. De acuerdo al factor de carga de 0.80 previsto
(7,000 horas/año de operación), la cantidad neta anual de energía útil sería
5,320 MWe.
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La carga/demanda máxima de electricidad para el funcionamiento del
aserradero se estima en 70 kW/h, este rango de consumo puede ser
superior a lo que efectivamente se requiera. Es necesario contar con la
información sobre requerimiento de electricidad para el funcionamiento
conjunto de los equipos del aserradero.
De acuerdo a lo previsto la Opción 1 operaría en base a 1 turno. El cálculo
de consumo de kWe/h/turno se contabiliza 10 horas por turno, lo cual
otorga mayor margen de seguridad/flexibilidad para el suministro de
electricidad al aserradero. En la dinámica de las plantas de procesamiento
es usual la ocurrencia de situaciones que demandan horarios mayores a la
jornada de 8 horas.
La operación para procesamiento de madera durante 10 horas/día y
70kW/h, determina una demanda de electricidad de 700 kWe/día y anual de
210 MWe. El requerimiento de electricidad durante el tiempo que no operen
los equipos del aserradero, excepto los hornos, abarcaría un período de
5,760 horas/año. Para este período se considera el consumo máximo de
20 kW/h, lo cual sumaría 115.2 MWe/año.
La diferencia entre las cifras de energía/electricidad neta a ser entregada
por la planta de cogeneración (5,320 Mwe) y el consumo de electricidad del
aserradero (210 MWe + 115.2 MWe = 325.2 MWe/año), muestra que se
dispondría de un excedente o energía adicional anual de 4,995 MWe.
La entrega de energía excedente/adicional a la red deberá programarse en
función a la secuencia de la demanda del aserradero (horas/día,
horas/semana, horas/mes). De manera agregada, se estima que el
excedente de 4,995 MWe/año permitiría entregar a la red local (Sistema
Aislado) 690 kWe/h durante las horas que operen los equipos eléctricos del
aserradero y 740 kWe/h en las horas restantes.
4.2 Opción 2 Potencia 1.08 MWe
Considerando similar período de operación anual y pérdida de electricidad
(5%) a lo indicado para la Opción 1, la operación de una potencia de 1.08
MWe permitirá disponer de 1.026 MWe/h y 7,182 MWe/año de energía
neta.
Para el cálculo de generación y consumo de energía referentes a esta
opción de potencia, las horas de operación/día del aserradero y demanda
de electricidad, son iguales a lo proyectado para la Opción 1. Ello significa
que la Opción 2 dispondría de un excedente anual de energía del orden de
6,857 MWe. Tal cifra sustenta la posibilidad para entregar a terceros 956
kWe/h durante las horas de operación del aserradero y 1.0 MWe/h en el
tiempo restante. Dicha entrega/venta podría efectuarse a la red local y/o de
acuerdo a lo establecido en la Ley, suministrar directamente electricidad a
consumidores específicos (p.ej. empresas industriales, aserraderos, etc.).
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4.3 Opción 3 Potencia 1.62 MWe
En el supuesto de una tasa de pérdida de 5% de la electricidad generada y
período de operación anual de 7,000 horas, la operación de una potencia
de 1.62 MWe permitirá disponer de 1.54 MWe/h y 10,780 MWe/año de
energía neta.
Para la opción 3 se ha considerado que el aserradero funcionará en base a
1½ turnos por día. Si bien, de acuerdo a la reglamentación laboral esta
establecido 8 horas por turno, como criterio para asegurar/flexibilizar la
entrega de electricidad al aserradero, se considera 10 horas/día por turno.
El hecho que se trabaje 1½ turnos de manera continua implica que el
tiempo de operación por día del aserradero sumaría 14 horas y 4,200
horas/año, el correspondiente período de parada alcanzaría a 4,560
horas/año.
En función al período laboral de 300 días/año estipulado en la propuesta
del proyecto y demanda máxima de 70 kW/h por parte del aserradero
durante 4,200 horas/año = 294 MWe (operación) y de 20 kWe/h durante
4,560 horas/año = 91.2 MWe (parada), el consumo anual de electricidad del
mismo alcanzaría a 385.2 MWe
Las cifras indicadas para la Opción 3 sobre producción de energía neta
anual (10,780 MWe) y consumo anual de electricidad del aserradero (385.2
MWe), muestran que se dispondría de 10,394.8 MWe como excedente de
electricidad para su entrega a la red y/o mercados específicos. Ello supone
la posibilidad de entrega de 1.47 MWe/h a terceros en horas de operación
del aserradero y 1.52 MWe durante las horas de parada.
5. Requerimiento de Vapor
Las operaciones del aserradero requieren el suministro de vapor para hornos
de secado de madera procesada y secado de residuos. La humedad de la
madera procesada deberá disminuir de aprox. 50% - 60% a un rango de 10% 12%. Los residuos que se utilizarán como combustible, cuyo porcentaje de
humedad inicial es similar al de la madera procesada, deben alcanzar un nivel
no mayor de 30%.
La propuesta del proyecto incluye la operación de 3 hornos/cámaras para
secado de madera procesada (tablas aserradas y tablillas). La capacidad
prevista para los hornos es de 80 m3 c/u. Se incluiría un horno de similar
dimensión para el secado de los residuos.
No se dispone de información detallada sobre características técnicas de los
hornos y correspondiente requerimiento de vapor. Sin embargo, para el
objetivo de este informe, es razonable estimar de manera preliminar tal
requerimiento. La operación de hornos de la dimensión indicada, requeriría
vapor equivalente a 100 hp/hora (254,443 Btu) y condición de presión de 20 –
30 psi. La operación conjunta y continua de los 4 hornos que considerados
como parte de las funciones del aserradero demandará 400 hp/hora de vapor.
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El volumen de vapor indicado sería suministrado como vapor de
escape/exhausto de la turbina. Si la potencia a ser instalada corresponde a la
Opción 1 (0.80 MWe) la correspondiente turbina operaría razón de 28,000 lb.
vapor/hora y aprox. ~= 650 psi. El volumen y presión mencionados determinan
la posibilidad de contar con un volumen de vapor de salida de la turbina
equivalente a ~= 930 hp/hora, magnitud 2.3 veces superior a lo que
demandaría la operación de los hornos del aserradero. El vapor que se utilice
en los hornos se recuperaría mediante condensación y se agregaría al agua
que resulte de la condensación del resto de vapor para retroalimentar el
caldero.
6. MONTO DE INVERSIÓN, COSTO DE OPERACIÓN E INGRESO
En esta sección se presentan cifras preliminares sobre monto de inversión por
kW instalado, costo unitario de operación e ingreso estimado por concepto de
venta de electricidad a terceros, entrega de electricidad al aserradero e ingreso
por concepto de reducciones de emisiones de CO2 o Certificados de
Emisiones Reducidas (CERs). En base a las cifras mencionadas se evalúa
márgenes probables de beneficio que resultarían de la operación de la planta
de cogeneración del aserradero. Se examina solo correspondiente a la Opción
1 Potencia 0.80 MWe. En el Anexo II se presenta una somera comparación de
las principales variables sobre disponibilidad de biomasa residuos, producción,
costos e ingreso correspondiente a las tres opciones de potencia que se han
considerado en este informe.
6.1 Monto de inversión estimado
El costo por Kw instalado se incrementa conforme se reduce la escala de
potencia. La planta de cogeneración que se instalaría como parte del
aserradero propuesto por WWF para Atalaya, tendría una potencia de 0.80
MWe, constituye una planta térmica de pequeña escala.
De acuerdo a la potencia indicada, el monto de inversión alcanzaría US$ 2.0
MM – US$ 2.4 MM. Se estima un costo (preliminar) del orden de US$ 2,500 –
US$ 3,000 por kW instalado. Incluye equipos centrales (gasificadotes, turbinas,
generadores, sistemas de alimentación, condensadores, tableros de control,
ventiladores) que serían importados como de manufactura nacional, más el
costo que abarca la inversión en obra civil (terreno, acondicionamiento,
edificaciones), instalaciones complementarias (horno de secado, infraestructura
servicios, equipos de control) y servicios de ingeniería.
6.2 Costo de operación
El costo de operación de las plantas térmicas se explica mayoritariamente por
el costo que representa el valor del combustible. Para el caso de la planta de
cogeneración del proyecto que WWF propone para Atalaya, el costo del
combustible sería mínimo, se le podría imputar el costo del personal previsto
para labores de acopio de los residuos en las instalaciones del aserradero.
Para una planta de potencia 0.80 Mwe y mínimo costo del combustible, se
estima que el costo de generación por kW/h estaría en un rango de US$ 0.030
– US$ 0.035, respectivamente. Tomado un valor intermedio (US$ 0.0325) a los
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costos indicados, la operación anual de la planta (7,000 horas/año = 5,600
MWe) alcanzaría un costo de alrededor de US$ 182,000.
6.3
Ingreso
El ingreso de la planta de cogeneración comprendería tres fuentes: venta de
electricidad a la red o clientes específicos, valoración contable o retribución
efectiva por la electricidad y vapor de proceso que se entregaría para la
operación del aserradero, más ingreso por concepto de CERs.
El proyecto puede implementarse mediante la creación de una empresa
propietaria que administraría el aserradero y la planta de cogeneración. Los
costos e ingresos se manejarían como parte de una misma contabilidad. Otra
posibilidad es la conformación de empresas separadas, una propietaria del
aserradero otra de la planta de cogeneración. En este informe se hace
referencia solo a los costos e ingreso estimados para la planta de
cogeneración.
Las cifras de costos e ingresos se relacionan con el monto de inversión
descrito en (6.1), en base a lo cual se evalúa la existencia o no del posible
margen de beneficio.
De acuerdo a la potencia de operación prevista para la Opción 1, la electricidad
nominal que se podría entregar asciende a 4,995 MWe/año. El ordenamiento
legal vigente sobre generación eléctrica, establece que la electricidad
excedente de plantas de cogeneración se puede entregar a la red bajo
condiciones preferenciales de entrega/recepción.
El precio por MWe entregado a la red lo fija OSINERGMIN a través de su
Gerencia Adjunta de Regulación Tarifaria (GART). Existen costos/precios
diferenciados según se trate de operaciones que corresponden al SEIN o
Sistemas Aislados de generación/distribución de electricidad. El proyecto se
ubica en una zona con Sistema Aislado.
El precio en barra por kW/h establecido para el período mayo 2009 – abril 2010
por OSINERGMIN – GART (Resolución OSINERGMIN Nº 053–2009– OS/CD,
abril 2009), para el ‘Sistema Aislado-Ucayali’, es ctm S/./24.00/kw/h, lo cual en
función a una tasa de cambio de S/. 3.0 por US$, significa ctv US$ 8.00 por
Kw/h = US$ 80.00 MWe/h.
Los precios en barra de los Sistemas Aislados corresponden a los costos
medios de generación y transmisión correspondientes a la inversión, operación
y mantenimiento del conjunto de Sistemas Aislados de cada empresa, en
condiciones de eficiencia1. Estos precios son referenciales y no tiene aplicación
práctica para las ventas de generador a distribuidor en dichos sistemas, ni
aquellas que son trasladadas a los consumidores finales.
1
De conformidad con lo establecido en el Artículo 30º de la Ley Nº 28832 Ley para Asegurar el desarrollo
Eficiente de la Generación Eléctrica, y por el inciso a) del numeral 5.1 del Artículo 5º del Reglamento de
Mecanismo de Compensación para Sistemas Aislados aprobado mediante el Decreto Supremo Nº 0692006 – EM.
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Para proyectar el ingreso de la planta de cogeneración del proyecto por venta
de electricidad a la red local, se ha considerado un precio menor por kW/h del
que se infiere de la indicada resolución de OSINERGMIN. Se ha considerado
un escenario/precio relativamente conservador de US$ 60 por MWe.
Es probable a corto plazo, que el precio por MWe suministrado a la red, para el
SEIN y Sistemas Aislados, sea mayor a US$ 60. OSINERGMIN–GART deberá
convocar antes de fin de año la licitación para otorgar el derecho de suministrar
a la red 500 MWe mediante energías renovables. Para ello se ha previsto la
fijación de un precio bonificado por MWe.
Si el total de los 4,995 MWe que se considera factible entregar a la red, en
base a una potencia instalada de 0.80 MWe y 7000 horas/año de operación, se
comercializan a razón de US$ 60 por MWe, el ingreso anual sería US$
299,700. Un cálculo más conservador que considere la venta del 70% de dicha
energía, implicaría un ingreso anual de US$ 209,790.
La estimación de costo e ingreso muestra que el ingreso por la venta, a precio
de US$ 60 MWe, de toda la electricidad generada que sea adicional a lo
requerido por el aserradero, sería 64% superior al costo de operación anual de
la planta de cogeneración. Si la venta de la ‘energía adicional’ representa el
70% de la misma, ello determinaría un ingreso 15% superior al costo de
operación mencionado.
Las cifras expuestas de costo e ingreso, constituyen cálculos agregados y de
carácter preliminar. Se plantean para establecer razonables parámetros
técnicos y económicos básicos que sustenten la posible viabilidad del proyecto.
Con relación al ingreso anual de la planta de cogeneración se deberá incluir el
valor de la electricidad y vapor de proceso que se suministraría al aserradero,
más el ingreso por concepto de CERs. Si al aserradero se le cobra US$ 0.10
por kW/h se contaría con un ingreso anual adicional de US$ 21,000.
El posible ingreso por concepto de CERs se puede establecer en función a los
MWe que se entreguen a la red. Para tal efecto se multiplica los MWe
entregados por el Factor de Emisión de la Red (FE). El FE es 0.547 tonCO2eq
por Mwe. Este FE esta referido al SEIN y puede variar por los cambios en la
composición según fuente (hidrocarburos/renovable) del la energía que se
suministra a la red. No se ha publicado aún el FE para Sistemas Aislados. Por
lo tanto, los cálculos sobre ingreso por CERs que se presentan a continuación
son preliminares.
La entrega a la red del total de 4,995 MWe proyectados como adicionales o
excedentes, determinaría un FE de 2,732.26 tonCO2eq y similar cantidad de
CERs. La venta de los CERs en el mercado spot podría alcanzar un valor de
US$ 15 de acuerdo al valor promedio de los últimos 12 – 18 meses. La
comercialización de los mismos bajo contrato a futuro y pago parcial
adelantado, implicaría un menor valor, se considera razonable US$ 10 por
CERs, en base a este último precio se podría generar un ingreso de US$
27,322/año para la planta de cogeneración del proyecto.
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
ƒ
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ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
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ƒ
El proyecto dispondría de suficiente biomasa ‘residuo forestal’
para operar una planta de cogeneración de hasta 0.80 MWe
durante 7,000 horas/año; o mayos potencia y menor período de
operación/año.
La consideración de supuesto distintos a los planteados en la
propuesta del proyecto sobre % de madera en troza y madera en
cuartones a ser recibida en el aserradero, así como respecto del
número de turnos de operación/día, permitiría incrementar el
volumen disponible de biomasa residuos para combustible y
consecuentemente sustentar la operación de una mayor
potencia factible de instalarse para la planta de cogeneración.
Dada la oferta potencial para servicio de aserrado que se infiere
del volumen de madera rolliza que registra su paso por Atalaya,
se recomienda analizar con la mayor desagregación el
costo/beneficio que implicaría dar un uso más intensivo a la
capacidad instalada prevista para el aserradero.
Un aspecto que deberá evaluarse con relación a la decisión de
inversión es si la planta de cogeneración se propone como
complemento o suministro de energía para el aserradero; o si la
misma cumpliría un papel de fuente de recursos para financiar
otras actividades del proyecto de WWF relativas a la
conservación y manejo responsable de los bosques amazónicos.
Otro aspecto importante a considerar para definir la dimensión
de potencia a ser instalada es la posibilidad para contribuir a
mejorar la condición de vida de la población de Atalaya. Las
instancias de gobierno provincial/distrital y entidades del sector
público (sectores de Educación, Salud) podrían recibir
electricidad a menor costo de que actualmente se les suministra,
serían también beneficiarios del proyecto. El ahorro que ello
genere a los programas sociales se reorientaría para ampliar la
cobertura de los mismos.
Se recomienda que el máximo de potencia a ser instalado en
una primera etapa (5 años) no supere 1.2 MWe. Si bien,
nominalmente existe la posibilidad de acceso a mayor volumen
de residuos en caso se incremente la actividad de aserrío en
Atalaya la proyección de la demanda eléctrica local podría
atenderse con la operación de las unidades de Electro Ucayali –
Atalaya y de la planta de cogeneración del proyecto.
La viabilidad para operar una potencia mayor y “exportar
energía” desde Atalaya se podría efectuar una vez se construya
la interconexión del SEIN Satipo – Atalaya.
De acuerdo a cifras proyectadas por WWF, para el año 10 de
funcionamiento del proyecto el la oferta de madera rolliza de las
CCII y de concesiones llegaría a 302,096 (65% blandas y 35%
duras). Considerando similares factores de merma, humedad,
densidad, eficiencia termo-eléctrica, a los utilizados para este
informe, el procesamiento en Atalaya del volumen de oferta
indicado permitiría disponer de residuos para sustentar la
operación de una potencia de 27 MWe por 7,000 horas año.
Para la implementación de la planta de cogeneración del
proyecto, se considera factible obtener costos de inversión y de
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ƒ
ƒ
ƒ
operación menores a los expuestos en este informe. Lo cual
dependerá de la gestión de la etapa pre-operativa. Respecto de
la inversión, la posibilidad para fabricar en el país una proporción
mayor de los equipos requeridos incidiría en su reducción. En
materia de costos de operación, especialmente administrativos,
su reducción podría lograrse mediante la fusión de dicho tipo de
labores que demande la operación del aserradero la planta de
cogeneración.
Un monto de inversión por kW instalado de aprox. US$ 2,750
(cifra intermedia del rango de inversión por kW instalado
indicado en 6.1) para la planta de cogeneración de 0.80 MWe de
potencia, determinaría US$ 2.2 MM de inversión total.
El financiamiento mediante 40% de aporte (US$ 880,000) y 60%
de préstamo (US$ 1’320,000) con tasa de interés de 10%,
permitiría repagar la planta en un plazo de 5 años, ello en
función a los valores del costo de operación y monto de ingreso
anual por venta de electricidad a la red y de CERs que se han
considerado.
De manera preliminar se ha estimado una TIRE de 0.16 para el
monto de inversión, estructura de financiamiento y período de
pago descritos. La correspondiente, preliminar, TIRF se estimó
en 0.21.
JGS, Lima 18 julio 2009
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ANEXO I
System Flow Chart
High-heat fan
Biomass
Straw:
Production water
/ heating water
Rice stem
Cyclone dust collector
Rice husk
Cotton stalk
Millet stem
Wheat straw
Palm husk
Other types of
biomass
Gas Cleaning & Cooling
System
Bamboo stem
Electrostatic decoking precipitator
Sugar Cane
waste
Recycling fluidized bed
Wood waste
Cyclone dust collector
Corn stalk
Steam generator
set 2MW—12MW
Fuel
boiler
Fuel
generator
set
0.4
0.8
1.0
1.2
1.5
2.0
MW
Dry Ash, (the carbon ash could be used
for chemical production of Fertilizers,
activated carbon and/ or silica)
Syngas composición:
CO:12-18%,
CO2: 10-16%,
CH4: 4-8%,
O2: 0.5-1.2%,
N2: 54-60%.
H2: 3-7%,
CnHm: 1-1.4% ,
Valor calorífico : 5,200 KJ/Nm3 - (LHV 1,240Kcl/Nm3, HHV 1,350Kcal/Nm3).
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Industry
gas/
Domestic
gas
ANEXO II
PROYECTO PLANTA DE COGENERACIÓN ATALAYA-UCAYALI
POTENCIA MWe/hora
0.80
1.08
1.62
1. m3/año residuos ~> 50%
humedad
2. ton/año biomasa residuo
30% humedad ton/año volumen
neto
3. Contenido energía primaria
residuos 30% humedad MWt/ton
4. Energía primaria en residuos
disponibles
5. Eficiencia termo-eléctrica
6. Período operación
anual/horas
7. Energía producida MWe/año
8. Pérdida energía (5%)
MWe/año
9. MWe/año netos entregados
10.Consumo aserradero
Mwe/año
11.MWe/año para la red
(excedente)
13. Precio MWe entregado a la
red US$
14. Ingreso anual venta
electricidad US$
15. CERs número estimado
anual (MWe entregado a red X
0.547)
16. Precio CERs mercado spot
17. Ingreso anual venta de
CERs US$
18. Ingreso total/año US$
20. Costo inversión kW instalado
US$
21. Inversión total estimada US$
MM
22. Costo de operación por
kWe/h US$
23. Total costo anual de
operación
24 Diferencia anual
ingreso/costo US$
7,174
8,855
13,285
4,584
6,157
9,238
3.5
3.5
3.5
16,044
21,551
32,334
0.35
7,000
0.35
7,000
0.35
7,000
5,600
280
7,560
378
11,340
567
5,320
325
7,182
325
10,773
385
4,995
6,857
10,388
60
60
60
299,700
411,420
623,280
2,732
3,750
5,682
10
27,322
10
37,500
10
56,820
327,022
2,750
448,920
2,750
680,100
2,500
2.2
2.97
4.05
0.0325
0.0315
0.030
182,000
238,140
340,200
145,022
210,780
339,510
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ANEXO III
Gráfico Nº1
Valor calorífico menor (LHV) de madera en kWh por kg
a un contenido de humedad específico (%)
LHV en KWh por kg
Pelets
Contenido humedad 8%
LHV 4,7 lWh/kg
6.0
El LHV aumenta en 0.3 KWh/kg
cuando el contenido de humedad
decrece en 5%
Maderos después de 2-3 años de secado
al aire
Contenido de humedad 20%
LHV 4 kWh/kg
5.0
4.7
4.0
Después de llenado:
Contenido de humedad
55%
LHV 2 kWh/kg
3.0
2.0
1.0
0.0
0
5 8
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
Contenido de humedad (%)
Fuente Austrian Energy Agency
65
70
75
80
85
90
Gráfico Nº 2 Eficacia de caldera con materia verde
_____________________________________________________________
Eficacia de
caldera
%
100
90
80
Contenido de
humedad
70
60
10
20
30
40
50
60
70
%
Gráfico Nº 3 Poder Calorífico
_______________________________________________________
MJ/kg
kcal/kg
Briqueta
de
madera
20
15
Virutas
de
madera
d
10
5
BTU/
-5000 lb
-8000
-4000
-6000
-3000
-4000
-2000
-2000
-1000
Contenido en
humedad
10
30
50
70
Poder calorífico con relación al contenido en humedad
90
Gráfico Nº 4
Los siguientes valores están calculados usando materia seca:
Fig. 1
MJ/kg
kcal/kg
BTU/lb
Madera
19 - 21
4500-5000
8200
- 9100
Corteza
19 - 22
4500 - 5250
8200
- 9500
Paja
19 - 20
4500 - 4750
8200
- 5600
Jucos
18 - 19
4300 - 4500
7750
- 8200
Turba
Petróleo
20 - 25
36 - 40
4750 - 6000
8600 - 9500
8600
15500
- 10750
- 17200