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Seminario sobre tecnologías energéticas para biomasa y resíduos
27-28 de Junio de 2006
Tecnologías energéticas para la biomasa
Juan E. Carrasco
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Procesos de conversión energética de la biomasa. Materias primas utilizadas y aplicaciones
ETBE
Materias Primas Procesos y productosintermedios Aplicaciones
Res. agrícolasRes. forestalesRes. forestales yagroind. sólidosCultivosenergéticos
CombustiónCalorElectricidad
Gasificación Gas degasificación
CalorElectricidad
Combust. transporteElectricidad
HidrógenoMetanol
Pirólisis Aceites depirólisis
CalorElectricidad
Carbón vegetal
Res. agroindustrialeslíquidos, res. urbanos Digestión
anaerobiaBiogás
CalorElectricidad
Caña de azúcarCerealesRemolacha
Fermentaciónalcohólica
Bioetanol Combustible transporte
SojaColzaGirasol
Transesterificación Biodiesel Combustible transporte
Reducción granulométricaSecadoDensificación
Biocomb. sólidos
Eterificación
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BIOMASA
PIROLISIS
CHAR + TAR (HC, aldehidos, cetonas,(c) ácidos, alcoholes, etc.)
GASIFICACIÓN O2
350-500ºC
750-1000ºC
HC + CO + H2 + CO2 + C
CO2 + H2O
COMBUSTIÓN 800-1100ºCO2
Proceso de descomposición térmica de la biomasa yTemperaturas indicativas de los procesos.
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Tecnologías comerciales de combustión de la biomasa
• Parrillas
• Lecho fluidizado
• Ciclónica
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Caldera de biomasa con parrilla móvil
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Esquema de una caldera de combustión de biomasa “cigar-fire”
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Vista de los tubos de un recuperador de calor en una caldera de biomasa pirotubular
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Biomass traveling- grate spreader stoker (Siemens)
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Distintos tipos de lecho fluidizado y tecnologías
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Vista de la placa de distribución de campanas de una planta de combustión de biomasa de lecho fluidizado
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Combustor de biomasa de tecnología ciclónica. 1,1 MW
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Simulación de llama en un horno de biomasa pulverizada
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Rangos de capacidad de los equipos
Tecnología de combustión/fabricante
Rendimiento energético máximo
Costes de inversión
comparativos
Necesidad de limpieaza del gas de chimenea(1)
De 33 MWth ymax. 10 MWela 63 MWth y max. 20 MWe
Combustor de parrillaGeKa
88 % bajos Tratamiento de los gases necesario en algunos casos
De33 MWth ymax. 10 MWel a 63 MWth y max. 20 MWel
Combustor de lecho fluidizadoBabcock Borsi PowerAustrian Energy
92-94 % altos No es preciso tratamiento
De 15 MWtha 35 MWth
Combustor de lecho fluidizadoAhlstrom/Finland
92 - 94 % altos No es presciso tratamiento
De 1 MWth y max. 200 kWel a 20 MWth y max. 6 MWel
Combustor ciclónico verticalBTU Cottbus, BBP IK Peitz, ERI
94 % medios No es preciso tratamiento
N.D. Combustor de combustible pulverizadoSchoppe
94 % medios-altos Tratamiento de los gases necesario en algunos casos
18 MWth Tecnología combinada parrilla/combustible pulverizadoFa. Weiss, Dillenburg
94 % altos Tratamiento de los gases necesario en algunos casos
(1) Limpieza adicional a los ciclones y filtros de mangas o electrofiltros N.D. No disponible
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APLICACIONES COMERCIALES DE LA BIOMASA PARA PRODUCCIÓN DE CALOR Y ELECTRICIDAD
• TÉRMICAS
Sector Aplicaciones Equipos Doméstico
Calefacción, cocina, ACS
Equipos indviduales:estufas,cocinas, chimeneas, calderas. Equipos centralizados: calderas. Calefacción de distrito: calderas.
Industrial
Calor de proceso: vapor, agua y aire calientes
Calderas
• ELÉCTRICAS
Ciclos Rankine: Calderas, turbinas de vapor.
Gasificacion: gasificadores de lecho fijo, motores. (precomercial)
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Chimney feeded with woody biomass
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Chimenea con acumulador de calor. 25kWt Tulikivi-Finlandia.
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Caldera de biomasa de parrila móvil.150 kWt.CALORDOM.
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Haz de leños
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Biomass pellets and briquettes.
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Caldera para balas redondas de paja. 150kWt
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Emisiones CO
Eficiencia
Fuente: Lasselsberger (2002)
Evolución de la eficiencia y emisiones de CO2 en pequeñascalderas de biomasa.
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PRECIOS INDICATIVOS DE DIFERENTES EQUIPOS TÉRMICOS INDIVIDUALES DE BIOMASA DE USO EN EL SECTOR DOMÉSTICOCOMPACTO DE CHIMENEA CON RECIRCULACIÓN FORZADA DE AIRE MEDIANTE
TURBINASCapacidad Sup. calentada Precio aprox.
(Kcal/h) kW m2 Euros
8.00011.00014.00018.000
9121620
<7070-9090-130>130
6808109501220COMPACTOS DE CHIMENEA CON CIRCUITO CERRADO DE AGUA
Capacidad Precio aprox. (€/kW)
12-25 kW 100-150
COCINAS Y ESTUFAS CON CALDERA PARA CALEFACCIÓN Y ACS.
CALDERB1OILCALDERAS PARA SÓLID
Capacidad(Kcal/h) Precio aprox.(euros)
Capacidad con leña kW
10-50
Precio aprox.(€/KW)
250-40020.00025.00030.000
88010801220
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PRODUCCIÓN TÉRMICA Y ELÉCTRICA CON BIOMASA YCON FUENTES CONVENCIONALES EN ESPAÑA.
Precios aproximados indicativos de diferentes energías para calefacción en el sector doméstico a pequeñosconsumidores (€/GJ)
Costos de la generación eléctrica (c€/kWh).
Gasóleo 16-18
Gas natural (1) 16
Electricidad (2) 16- 17
Biomasa:- Leña- Pelets
9-1211-14
Fuentes Convencionales 4 - 6
Biomasa 6 - 12
(1) Precio para comunidades de vecinos. (2)Con acumuladores y tarifa nocturna
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Planta centralizada de calefacción con biomasa en Dinamarca(400 KWth)
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Planta térmica (calefacción-ACS) con biomasa. 1MWth. Movera (Zaragoza)
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Planta térmica o decogeneración
Red de agua
Diagrama de una planta de calefacción de distrito
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Planta de calefacción de distrito con biomasa. 2.4MWth. Cuéllar (Segovia
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Caldera de parrilla fija con biomasa en puertas Norma (Soria)
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Planta térmica alimentada con hueso de aceituna en la provincia de Córdoba (4,6 MWth)
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CALDERA
AIRE
BIOMASA
CENIZAS
GASESCOMBUSTIÓN
TURBINA DE VAPOR
CALOR
G
Der
Ciclo rankine de generación eléctrica
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Planta de generación eléctrica con paja de cereal. Sangüesa (Navarra) 25 MWe.
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Planta de generación eléctrica con alperujo deVetejar. 12 MWe
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Planta de generación eléctrica con orujillo de Extragol. 8,7 MW.Foto:VALORIZA.
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Planta de generación eléctrica con orujillo. Villarta de San Juan(Ciudad Real). 16 MWe . Horno de combustible pulverizado
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Planta de generación de electricidad multibiomasa en Finlandia. 50 MWe
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Central térmica multicombustible de Maajvaert. 50MW
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Centro de InvestigacionesEnergéticas, Medioambientalesy Tecnológicas
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
20
30
40
50
60
70
80 X
X
XX
X
X
X
X
Influencia del tamaño de la planta y del coste de la biomasa sobre los costos de generación eléctrica.
Costos(€/MWh)
Tamaño de planta (MW)
Biomass: 43,4 €/tdm
Biomass: 20,1 €/t dm
79,9
63,5
57,252,9
58,2
49,2
44,7
41,7
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Gases de motor
Calor
Electricidad
Condensados
Cenizas
Motogenerador
Antorcha
VenturiFiltro
Ciclón
Gasificador
Aire
Aire
Biomasa
Diagrama de flujo de un proceso de gasificación conproducción eléctrica.
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ARBRE-TPS. Planta BIGCC. 7MWe
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Planta de gasificación de biomasa en Värnamo (Finlandia). 7 MW