BIOMASA U3 – TECNOLOGIAS MODERNAS PARA EL USO RACIONAL Y EFICIENTE DE LA ENERGIA. INTEGRANTES: - LUIS FERNANDO DURON PEDROZA - MANUEL DE JESUS LOPEZ DE LA CRUZ - LUIS JACOB CAMPOS CALDERON - FERNANDO GUTIERREZ SANCHEZ - ESTRELLA NURIA LUZ ZENTENO HERNANDEZ INTRODUCCION • El estudio de la utilización de energías renovables es un tema que actualmente da mucho de que hablar ya que como en nuestra materia de sistemas de generación de energía, hemos estado viendo que las energías no renovables y recursos naturales utilizados en centrales térmicas para producir energía eléctrica cada vez se están agotando por su sobreexplotación y que la mayoría si no es que todos los recursos tienen un tiempo de vida que poco a poco nos va alcanzar, es por esto que el uso de Biomasa o residuos de todo tipo pueden ser alguna opción para implementar ya que son recursos que cada día se van almacenando o se producen de manera natural tales como residuos agrícolas, forestales, etc. BIOMASA • La biomasa es también conocida como bioenergía o biocombustibles, es la fracción biodegradable de los productos y residuos de la agricultura, la forestación y sus industrias asociadas. Aunque también incluye la parte orgánica de los desperdicios municipales e industriales. • Dicha biomasa es considerada energía renovable ya que su contenido energético procede, en última estancia, de la energía solar fijada por los vegetales en el proceso fotosintético. Esta materia orgánica es renovable cuando se produce a la misma velocidad de consumo, evitando la sobreexplotación de los recursos naturales. • En contraposición, el carbón, el gas, el petróleo y otros combustibles fósiles no se consideran biomasa, aunque deriven de material orgánico. Los millones de años necesarios para la formación de estos combustibles (acumulando carbono) hacen que no puedan ser calificados como renovables. CICLO DEL DIOXIDO DE CARBONO • Cuando se combustiona, la biomasa libera CO2 a la atmósfera, el mismo CO2 que absorbió de esta última durante su crecimiento (en el caso de la materia orgánica vegetal) o que absorbieron las plantas ingeridas (si se trata de materia orgánica animal). Cuando se consume de una manera sostenible, el ciclo se cierra y el nivel de CO2 a la atmósfera se mantiene constante, de forma que su utilización no contribuye a generar el cambio climático. Y no sólo eso. Su consumo evita el de los combustibles fósiles que sí generan emisiones causantes del recalentamiento del planeta. Además, elimina residuos ayudando a disminuir el riesgo de incendio y trata líquidos residuales que son fuente de contaminación del subsuelo y de aguas subterráneas. BIOENERGIA • La forma de transformar la biomasa en energía depende, fundamentalmente, del tipo de biomasa que se esté tratando y del destino que se quiera dar a esta energía. El sector bioenergética está basado en tres modos de usar la energía: para calefacción, para generación eléctrica y para producción de biocombustibles. Los sistemas comerciales para utilizar biomasa residual seca se pueden clasificar en función de que estén basados en la combustión del recurso (por ejemplo, en calderas para biomasa) o en su gasificación. • Los sistemas comerciales para aprovechar la biomasa residual húmeda están basados en la pirolisis. Para ambos tipos de recursos, existen varias tecnologías que posibilitan la obtención de biocarburantes. MECANISMOS DE GENERACION DE ENERGIA • La biomasa es creada mientras las plantas absorben CO2 durante su fase de crecimiento (1). El hombre cultiva y usa la biomasa (por ej.) en forma de madera para fabricar muebles, construir viviendas, etc.(2) Eventualmente, la biomasa termina en basurales donde se descompone y libera su CO2 (3). Las centrales de biomasa son una variación humana de este ciclo. En vez de dejar que se descomponga, la biomasa es quemada para generar energía para uso doméstico e industrial (4). La ventaja es que esta combustión libera el mismo volumen de CO2 que la descomposición natural, sin alterar el equilibrio ambiental. TIPOS DE BIOMASA Biomasa natural: Se produce de forma espontánea en la naturaleza, sin intervención humana. Por ejemplo, las podas naturales de los bosques. Biomasa residual seca: Procede de recursos generados en las actividades agrícolas y forestales, así como en las industrias agroalimentaria y maderera (ej: aserrín). Biomasa residual húmeda: Procede de vertidos biodegradables formados por aguas residuales urbanas e industriales y también de los residuos ganaderos (el guano, por ejemplo). Cultivos energéticos: Su única finalidad es producir biomasa transformable en combustible. Incluye los cereales, oleaginosas, remolacha y los cultivos lignocelulósicos. El diagrama bajo estas líneas muestra las posibles transformaciones de la biomasa, desde los materiales crudos hasta su uso final. ¿COMO ES UNA CENTRAL DE BIOMASA? • Una central de biomasa se ocupa de obtener energía eléctrica mediante diferentes procesos de transformación de la materia orgánica. Básicamente el funcionamiento de una central es el siguiente: • 1) La biomasa recogida se quema en calderas. • 2) El calor de esta combustión se usa para hervir agua y obtener vapor. Los gases se evacúan por conductos y chimeneas. • 3) El vapor mueve una turbina conectada a un generador (al igual que en las centrales tradicionales). • 4) El generador convierte la energía mecánica en energía eléctrica. • 5) El voltaje de la electricidad generada se eleva para su distribución a través de la red. PARTES Y COMPONENTES • 1.- Secador de la biomasa • El secado es una operación imprescindible por la elevada humedad que presenta la biomasa según sea su tipo. Esta operación se puede realizar en un secadero rotatorio directo, cuyo flujo secante proviene de los gases de combustión desprendidos por una caldera de biomasa alimentada con la viruta. • 2.- Refinado del material • El material, una vez secado, se hace pasar por un molino refinador que iguala los tamaños de partícula. La materia prima seca y refinada se transporta de forma neumática a un silo donde es almacenada. • 3.- Parque de combustibles (Sistema de almacenamiento) • Es el lugar donde se almacenan los combustibles y es la parte más extensa de la planta. • Para hacernos una idea aproximada, sabemos que se necesitan 140 000 toneladas de biomasa al año para una planta de 20 megawatios. Se aconseja que el espacio tenga capacidad de almacenamiento para entre 1 y 3 meses de carga. Para 3 meses serían 35 000 toneladas. Obviamente se necesita maquinaria pesada para mover la biomasa. La maquinaria se guarda en un almacén junto al parque de biomasa. • La biomasa puede almacenarse de diferentes maneras, dependiendo de las instalaciones existentes o la disponibilidad de espacio. Así, la biomasa se puede almacenar en un depósito dentro del edificio, en un almacén separado del edificio o en una habitación cerrada cerca de la caldera. Pueden utilizarse silos, en superficie o subterráneos. • En este sitio es donde se va almacenar la biomasa y donde se va a regular el tamaño del grano ya que esto dependerá del tipo de caldera que se tenga, ya que con estas condiciones no deben de variar para que la caldera trabaje en una mayor eficiencia. • 4.- Silo de día Se trata del almacén que contiene la biomasa que se va a consumir durante unas cuantas horas. El transporte del combustible hasta el silo se realiza mediante cintas transportadoras. • 5.- Bandas transportadoras Las cintas transportadoras de biomasa deben enfrentarse a la tormenta perfecta, ya que trabajan en entornos altamente explosivos e inflamables. Deben ser completamente antiestáticas y autoextinguirse con la mayor rapidez posible en caso de llegar a incendiarse • 6.- Caldera de biomasa • La cámara de combustión normalmente está formada por un sistema de combustión y una cúpula de distribución de gases de combustión. Además, casi todas las calderas tienen un sistema de regulación del caudal de aire de combustión para conseguir una combustión óptima. • Dentro de la parte del horno está la parrilla, que puede ser de distintos tipos, si es que la central tiene caldera de parrillas. En lugar de parrillas, la caldera puede ser de lecho fluidizado o de inyección. • La caldera tiene en la parte de abajo unas tolvas para recogida de escorias y ceniza, las cuales hay que llevar a las plantas de gestión de residuos. • 7.- Sistema de depuración de gases Se trata el humo ahí antes de que pase a la chimenea para que tenga una opacidad determinada y no sea un humo gris que contamine. • 8.- Chimenea Las chimeneas de biomasa garantizan una salida humos que generan en la cámara de combustión mejor conocido como caldera. • 9.- Ciclo agua/vapor El funcionamiento del ciclo: Se le hace pasar agua a alta presión a través de la caldera. El agua cambia de fase a vapor y se eleva su temperatura. La energía del fluido se expande en las turbinas haciéndolas girar. Las turbinas están conectadas a alternadores electicos que producen electricidad. • 10.- Turbina de vapor Una turbina de vapor es una turbomáquina motora, que transforma la energía de un flujo de vapor en energía mecánica. • 11.- Generador Un generador es una máquina eléctrica rotativa que transforma energía mecánica en energía eléctrica • 12.- Sistema de refrigeración El vapor que ya no tiene energía se pasa por torres de refrigeración o aerocondensadores, lo cual hace que se convierta en agua y vuelve a entrar en el sistema. Algunas plantas utilizan torres de refrigeración y otras usan aerocondensadores. • 13.- Sistemas auxiliares • Tanque de combustible auxiliar: Es conveniente tener un combustible auxiliar para para encender la caldera. Este combustible suele ser gasoil. Los ventiladores para la refrigeración de equipos. Estos equipos son las bombas, compresores, etc. También hay sistemas de refrigeración principal, de lucha contra incendios y de suministro de agua bruta y de aire comprimido para instrumentación. Asimismo, tenemos plantas para tratar tanto el agua como los efluentes. • 14.- Sistema eléctrico de alta tensión Son sistemas que permiten conectar a la red eléctrica que genera el alternador. • 15.- Sistema eléctrico de baja tensión Este sistema permite conectar todos los sistemas auxiliares que se tienen en la central de biomasa. • Precio económico. Si se compara con el petróleo o el carbón, se puede considerar a la biomasa como la más económica. Su coste puede ser un tercio de lo que cuestan otras materias primas. • Menor dependencia de los combustibles fósiles. Los expertos lo tienen claro: la biomasa ayuda a reducir la dependencia de los combustibles fósiles, siendo la mayoría de ellos caros de extraer (como el carbón) y más contaminantes. Esta fuente de energía tiene un gran potencial en España, ya que existen grandes cantidades de residuos que se pueden aprovechar. • Poco contaminante. Es una fuente que apenas contamina el medio ambiente, por lo que ayuda a mejorar la calidad del aire y a reducir los efectos del cambio climático. Aunque sí se emite dióxido de carbono (CO2) a la atmósfera, los niveles de emisiones son mínimos. VENTAJAS • Fuente de energía renovable y muy abundante. En todo el mundo existe una gran cantidad de madera, residuos o basura orgánica. Por lo tanto, esta fuente de energía es renovable, completando un ciclo que permite no contaminar suelos y destruir residuos de todo tipo. • Crea empleo en zonas rurales. En los pueblos ayuda a mantener la población, ya que crea puestos de trabajo, generando todo tipo de actividades. Precisamente, en estas zonas rurales es donde más residuos existen, bien sea por maderas o rastrojos (monte) como residuos agrícolas y animales (granjas). • Limpieza de montes. La biomasa permite limpiar los bosques, evitando así la degradación y los incendios forestales. • Rendimiento muy elevado. Algunas empresas todavía tienen dudas sobre esta fuente de energía, puesto que temen por el rendimiento de la biomasa. En los últimos años, las novedades introducidas, algunas tecnológicas, han incrementado la fiabilidad de la biomasa. DESVENTAJAS Su rendimiento es menor al de otros tipos de fuentes de energía como los combustibles fósiles. Se requiere de grandes terrenos disponibles para su producción y para su posterior almacenamiento. Puede poner en riesgo zonas forestales. Se generan cenizas. Si se apuesta por la biomasa, cabe destacar que la quema de los residuos genera cenizas, algo que incrementa los costes operacionales. Además, las medidas de seguridad en la incineración deben ser elevadas, tanto por la temperatura como por la emisión de gases. Se necesita una zona de almacenamiento. El espacio que ocupa la biomasa es elevado. No solo por el volumen de la caldera, sino también por los residuos que se deben utilizar para generar energía. Muchas organizaciones deben destinar un espacio único para los residuos y, por otro lado, para la caldera. Mantenimiento específico. Al no estar tan extendidas, el mantenimiento de estas calderas es único, necesitándose a empresas concretas y que están especializadas en mantener, en buen estado, las instalaciones de biomasa. OPERACIÓN GENERAL DE LA BIOMASA • Se obtiene un combustible renovable, neutro en cuanto a emisiones de CO2. • Tiene aplicación en múltiples sectores, tanto en la industria como en el sector doméstico y el terciario, ya que aporta notables ventajas energéticas, económicas y de cuidado del entorno que hacen de ella una de las principales fuentes energéticas renovables en estos ámbitos. • Se trata de descomponer la biomasa utilizando el calor (a unos 500ºC) sin oxígeno. A través de este proceso se obtienen gases formados por hidrógeno, óxidos de carbono e hidrocarburos, líquidos hidrocarbonatos y residuos sólidos carbonosos. • La energía de la biomasa proviene en última instancia del Sol. Los vegetales y los animales absorben y almacenan una parte de la energía solar que llega a la tierra en forma de alimento y energía. Cuando esto ocurre, también se crean subproductos que no sirven para los seres vivos ni pueden ser utilizados para fabricar alimentos, pero sí para hacer energía de ellos. • Existen diferentes formas para transformar la biomasa en energía aprovechable, pero son dos de las más utilizadas en la actualidad. • Combustión. Existe cuando quemamos la biomasa con mucho aire (20-40% superior al teórico) a una temperatura entre 600 y 1.300ºC. Es el modo más básico para recuperar la energía de la biomasa, de donde salen gases calientes para producir calor y poderla utilizar en casa, en la industria y para producir electricidad. • Pirólisis. Se trata de descomponer la biomasa utilizando el calor (a unos 500ºC) sin oxígeno. A través de este proceso se obtienen gases formados por hidrógeno, óxidos de carbono e hidrocarburos, líquidos hidrocarbonatos y residuos sólidos carbonosos. Este proceso se utilizaba hace años para hacer carbón vegetal. RECURSOS NECESARIOS PARA SU OPERACION • se utilizan diferentes microorganismos que degradan las moléculas en procesos como la fermentación alcohólica y metánica. De esta forma, a partir de materia orgánica se generan biocombustibles secundarios con distintas aplicaciones. • Entre las energías renovables destaca el uso de productos obtenidos a partir de materia orgánica para producir energía. Estos productos componen lo que se denomina comúnmente “biomasa”, una definición que abarca un gran grupo de materiales de diversos orígenes y con características muy diferentes. Los residuos de aprovechamientos forestales y cultivos agrícolas, residuos de podas de jardines, residuos de industrias agroforestales, cultivos con fines energéticos, combustibles líquidos derivados de productos agrícolas (los denominados biocarburantes que son tema de otra guía del IDAE), residuos de origen animal o humano, etc., todos pueden considerarse dentro de la citada definición. LUGARES EN MEXICO Estado Numero de Plantas Capacidad Instalada (MW) Generación (GWH) Veracruz 24 393.66 582.72 Jalisco 9 95.61 231.75 San Luis Potosi 4 80.7 155.19 Aguascalientes 2 3.63 8.52 • La energía obtenida a partir de la biomasa es básicamente energía producida por desechos orgánicos de origen vegetal o animal, como madera o desechos de la agricultura. • En México la capacidad instalada para generar energía a partir de biomasa en 21 estados de la república en ene año 2022 sumó 646.37 Megawatts (MW) y una generación de energía de 1,399.33 GWh. EJEMPLOS • Veracruz: Generan energía eléctrica utilizando bagazo de caña como combustible. • Jalisco: Principalmente generan energía con astillas finas, producto de la madera triturada. • San Luis Potosí: Generación de biomasa, a través de digestión de maíz y restos de la producción ganadera. • Aguascalientes: En el municipio de Calvillo, Aguascalientes, se localiza la única planta en México que genera energía eléctrica a partir de pencas de nopal y excremento de vaca. 5 PLANTAS DE BIOMASA MAS GRANDES 1. Ironbridge. 740 MW. Reino Unido. • El combustible empleado en esta planta de biomasa son pellets de madera. 2. AlholmensKraft. 265 MW. Finlandia. • El combustible empleado en esta planta de biomasa es el papel. 3. Toppila. 210 MW. Finlandia. • En esta planta utilizan turba como combustible. 4. Polaniec. 205 MW. Polonia. • Esta planta usa principalmente subproductos agrícolas y residuos de madera para su funcionamiento. 5. Kymijärvi II. 160 MW. Finlandia. • Esta planta utiliza combustibles sólidos recuperados como el plástico, papel, cartón y madera. IMPACTO AMBIENTAL Y CANTIDAD DE ENERGIA PRODUCIDA • El aprovechamiento de la biomasa como fuente de energía ofrece un amplio rango de beneficios ambientales: puede contribuir a mitigar el cambio climático y el efecto invernadero, reducir la lluvia ácida, prevenir la erosión de los suelos y la contaminación de las fuentes de agua, reducir la presión provocada por la basura urbana, enriquecer el hábitat de la vida silvestre y ayudar a mantener la salud humana y estabilidad de los ecosistemas. • La biomasa es la única fuente de energía que aporta un balance de CO2 favorable, siempre y cuando la obtención de la biomasa se realice de una forma renovable y sostenible. Esto ocurre cuando el consumo del recurso se hace más lentamente que la capacidad de la Tierra para regenerarse. De esta manera, la materia orgánica es capaz de retener durante su crecimiento más CO2 del que libera en su combustión, sin incrementar la concentración de CO2. ENERGIA PRODUCIDA • Central San Salvador - 7,5 MW – cáscara de arroz – generación de energía eléctrica por medio de combustión directa en lecho fluidizado/grilla vibrante. • Central Villaguay – 2 MW – cáscara de arroz – cogeneración por medio de combustión en grilla vibrante. • Central Concordia – 25 MW – residuos forestoindustriales – generación de energía eléctrica por medio de gasificación y combustión. • Central Federación – 25 MW – residuos forestoindustriales – generación de energía eléctrica por medio de gasificación y combustión.
