Tecnología de Madera INIA - AECI Montevideo – Uruguay – julio 2010
Dendroenergía
Ing. Ftal. Martín Sánchez Acosta
Instituto Nacional de
INTA :Estación Experimental
Concordia – Entre Ríos
Concordia
Entre Ríos
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
Lignocelulosicas:
productos-
Energía térmica
(agua-vapor-aceite,etc)-
Energía eléctrica
( vapor- turbina )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
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
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 ?
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.
Lignocelulosicas:
procesos
-
Químicos:
furfural – ésteres - alcoholes-
Termoquímicos
combustión : 500 -800 C con O2 pirólisis : 200 a 1500 C sin O2gasificación : 600 a 1500 C poco O2
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)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
Calidad de astillas
- Tamaño - forma
-
Densidad
-
humedad
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
Densidad kg/m3 >1200 800 -1200 < 800
Humedad % < 20 20 -30 > 30
Friabilidad Hc > 65 50 -65 < 50
Incandescen Hc > 20 10 - 20 < 10
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
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 %
-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
…Producción energía eléctrica:
DISCRIMINACIÓN DE LAS INVERSIONES (U$S)
1. Patio de biomasa
2.390.874
2. Caldera, generación de vapor
5.797.732
3. Turbo – reductor
2.414.801
4. Generador sincrónico
2.340.993
5. Sistema eléctrico
3.160.224
6. Construcción civil
1.288.385
7. Proyecto ejecutivo
552.165
8. Transporte de los equipos
640.326
TOTAL U$S 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$S 24
- Caldera flamotubular p/ residuos de madera, 30 t/h, 24 bar , 315
-Turboreductor de Condensación en vacío – 5
-Generador Sincrono Trifásico – 6,25 MVA – 13,2 kV – 50 Hz -Patio de biomasa cubierto de 2.400 m3,
-Transformador elevador trifásico 6.25 MVA – 13,2/33 kV
-Estación de tratamiento de agua (clarificación) c/capacidad de -30 m3/h y Reservorio de agua clarificada de 2 x 100 m3
-Integración (servicios): Proyecto
Producción energía eléctrica:
caso Argentina 5 MW
COSTO DE LA INSTALACIÓN DE LA CENTRAL
POR kW
Potencia instalada: 5.000 kW
Costo total de la inversión, promedio U$S 13.250.000
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) U$S 108
“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 emisi
ó
n por materiales neutros o
de baja “
…