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
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