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    UNIVERSIDAD DE CASTILLA-LA MANCHA

    ESCUELA DE INGENIEROS INDUSTRIALES DE ALBACETE

    GRADO EN INGENIER ÍA EL ÉCTRICA

    PLANIFICACI ÓN Y EXPLOTACI ÓN DE CENTRALES

    BIOMASA PARA PRODUCCI ÓN EL ÉCTRICA Y SU

    APLICACI ÓN INDUSTRIAL

    ALUMNO: ANA FERN ÁNDEZ GUILLAM ÓN

    PROFESOR: TANIA GARC ÍA S ÁNCHEZ

    Marzo, 2016

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    ÍNDICE GENERAL

    ÍNDICE GENERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I

    ÍNDICE DE TABLAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III

    ÍNDICE DE FIGURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V

    1. INTRODUCCI ÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

    2. FUENTES Y PRESENCIA EN C-LM . . . . . . . . . . . . . . . . 7

    3. CARACTER ÍSTICAS Y RENDIMIENTOS . . . . . . . . . . . . 123.1. CARACTER ÍSTICAS CALOR ÍFICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . 123.2. RENDIMIENTOS DE TURBINA–GENERADOR ALIMENTADAS

    MEDIANTE BIOMASA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153.2.1. CENTRALES DE BIOMASA CON CICLO DE VAPOR:

    CICLO RANKINE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223.2.2. COGENERACI ÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243.2.3. TRIGENERACI ÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.2.4. CO-COMBUSTI ÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293.2.5. EMPLEO DE SING ÁS Y BIOGÁS . . . . . . . . . . . . . . . 30

    4. PROCESOS INDUSTRIALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

    5. REDUCCI ÓN DE CO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

    6. BIBLIOGRAF ÍA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

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    BIOMASA ÍNDICE DE TABLAS

    ÍNDICE DE TABLAS

    Tabla 1. Fuentes de biomasa residual y principales residuos generados

    en Castilla– La Mancha [ 32] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9Tabla 2. Generací on de biomasa residual en Castilla-La Mancha [ 32] . . 10Tabla 3. Inuencia de la humedad en el poder caloŕıco . . . . . . . . . 13Tabla 4. Poderes caloŕıcos de diferentes tipos de biomasa en kcal/kg [34] 14Tabla 5. Centrales de biomasa en Espa˜na [30] . . . . . . . . . . . . . . . 19Tabla 6. Centrales de gasicaci ón en España [30] . . . . . . . . . . . . . 19Tabla 7. Centrales de biog ás en España [30] . . . . . . . . . . . . . . . . 21Tabla 8. Centrales de FORSU en Espa˜na [30] . . . . . . . . . . . . . . . 21Tabla 9. Tipos de centrales, m´aquinas eléctricas, disponibilidad y

    velocidad de respuesta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24Tabla 10. Caracteŕısticas de las tecnoloǵıas de generaci´ on eléctrica en

    trigeneraci ón eléctrica con biomasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

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    BIOMASA ÍNDICE DE FIGURAS

    ÍNDICE DE FIGURAS

    Figura 1. Procesos de conversíon de biomasa más relevantes [7] . . . . . 1

    Figura 2. Potencia instalada en Espa˜ na en el año 2014. Datos de REE . 5Figura 3. Cobertura de la demanda en Espa˜ na en el año 2014. Datos de

    REE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6Figura 4. Usos del suelo en Castilla–La Mancha . . . . . . . . . . . . . . 7Figura 5. Biomasa forestal disponible en Castilla–La Mancha . . . . . . 8Figura 6. Generací on de biomasa residual en Castilla-La Mancha . . . . 10Figura 7. Caldera convencional y Caldera de condensaci´on [2] . . . . . . 13Figura 8. Poder caloŕıco inferior con 0 % de humedad . . . . . . . . . . 15Figura 9. Centrales de bioenerǵıa en Espa˜ na . . . . . . . . . . . . . . . 16Figura 10. Centrales de generací on eléctrica con biomasa – Potencia de 1

    a 5 MW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17Figura 11. Centrales de generací on eléctrica con biomasa – Potencia de 5

    a 20 MW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17Figura 12. Centrales de generací on eléctrica con biomasa – Potencia >

    20 MW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18Figura 13. Centrales de biomasa en Castilla–La Mancha . . . . . . . . . . 22Figura 14. Esquema de una central de biomasa . . . . . . . . . . . . . . . 23Figura 15. Comparaci´on cogeneración y generación separada de calor y

    electricidad en una central eléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25Figura 16. Esquema de abastecimiento energético con trigeneraci´ on . . . 28Figura 17. Esquema de abastecimiento energético con co-combusti´ on . . . 30Figura 18. Motores de combusti ón interna alternativos . . . . . . . . . . 31Figura 19. Tecnoloǵıa a emplear seg´un la potencia requerida en MW . . . 34Figura 20. Tecnoloǵıa a emplear seg´un la potencia requerida en kW . . . 34Figura 21. Factor de emisi ón medio en tCO 2 /MWh . . . . . . . . . . . . 37

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    BIOMASA 1 INTRODUCCI ÓN

    1. INTRODUCCI ÓN

    Para la mayoŕıa de la poblaci´ on mundial, las formas m ás familiares de enerǵıa

    renovable son las que provienen del sol y del viento. Sin embargo existen otras fuentesde enerǵıa que proporcionan un alto porcentaje de la enerǵıa consumida en el mundoy tienen potencial para suplir mayores cantidades. [ 38]

    El término biomasa se reere a toda la materia org´ anica que proviene deárboles, plantas y desechos de animales que pueden ser convertidos en enerǵıa; olas provenientes de la agricultura (residuos de máız, café, arroz), del aserradero(podas, ramas, aserŕın, cortezas) y de los residuos urbanos (aguas negras, basuraorgánica y otros). Esta es la fuente de enerǵıa renovable m´ as antigua conocida porel ser humano, pues ha sido usada desde que nuestros antepasados descubrieron elfuego. [4]

    Desde la antig üedad, la forma m ás común de utilizar la enerǵıa de la biomasaha sido por medio de la combusti ón directa; sin embargo, los avances tecnol ógicoshan permitido el desarrollo de procesos m ás ecientes y limpios para la conversiónde biomasa en enerǵıa, de modo que en la actualidad la valorací on de la biomasapuede hacerse a través de los métodos que se muestran en la Figura 1.

    Figura 1: Procesos de conversi ón de biomasa más relevantes [7]

    Métodos termoquı́micos:Es la manera de utilizar el calor para transformar la biomasa. Los materialesque funcionan mejor son los de menor humedad (madera, paja, c´ascaras, etc.).Se utilizan para:

    Combusti ón:Se quema la biomasa con mucho aire (20-40% superior al teórico) a unatemperatura entre 600 y 1.300 C.

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    BIOMASA 1 INTRODUCCI ÓN

    Es el modo más básico para recuperar la enerǵıa de la biomasa, de dondesalen gases calientes para producir calor y poderla utilizar en hogares, enla industria o para producir electricidad.

    Pir ólisis:Se trata de descomponer la biomasa utilizando el calor (a unos 500 C)sin ox́ıgeno. A trav́es de este proceso se obtienen gases formados porhidr ógeno, óxidos de carbono e hidrocarburos, ĺıquidos hidrocarbonatosy residuos sólidos carbonosos. Este proceso se utilizaba hace ya a ños parahacer carb ón vegetal.

    Gasicación:La gasicación es un proceso termoqúımico en el que la biomasa en

    presencia de una cantidad reducida de ox́ıgeno (para no llegar acombusti ón) produce diferentes elementos qúımicos: mon´oxido decarbono (CO ), díoxido de carbono (CO2 ), hidr ógeno (H ) y metano(CH 4 ), en cantidades diferentes. La temperatura de la gasicaci´ onpuede estar entre 700 y 1.500 C y el ox́ıgeno entre un 10 y un 50 %.Según se utilice aire u ox́ıgeno, se crean dos procedimientos degasicación distintos. Por un lado, el gas´ogeno (gas pobre) y por otro elgas de śıntesis.

    ◦ Gasógeno o gas pobre:El gas de gasógeno o gas pobre se obtiene mediante una gasicaci ónde biomasa sólida (leña o residuos agŕıcolas, con un contenido enhumedad inferior al 20 %), haciendo pasar a gran velocidad unapequeña cantidad de aire a través de una gran masa en combusti´ on.El ox́ıgeno del aire quema el carbono contenido en la biomasaporporcionando CO y CO2 ; este último se reduce a su vez a CO encontacto con la masa incandescente. Por su parte, el vapor de agua

    procedente de la humedad del combustible se disocia produciendohidr ógeno y liberando ox́ıgeno, el cual se combina con el carbonopara producir m ás óxidos de carbono. Tambíen se obtienenhidrocarburos (principalmente metano) y, al emplearse aire, elcontenido en nitr ógeno del gas formado es elevado. Este gas,denominado gas de gas ógeno o gas pobre, tiene un reducido podercaloŕıco (3 , 4 a 5, 4 MJ/m 3 ).Este hecho obliga a utilizar el gas directamente en unidades decombusti ón, para obtener electricidad y vapor, debido a que lapresencia de nitr ógeno impide su transformaci ón en productos m ás

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    nobles (gas de śıntesis, metanol) y desaconseja su almacenamiento ytransporte por su baja densidad energética.

    ◦ Gas de śıntesis o sing ás:

    Cuando se opera en el gasicador con ox́ıgeno y vapor de agua,además de que el gas producido está exento de nitr ógeno, seproducen cantidades apreciables de hidr´ ogeno y monóxido decarbono. El resultado es una mezcla CO/H 2 con un contenido máso menos elevado de CO2 e hidrocarburos, que se denomina gas deśıntesis o sing ás. Su poder caloŕıco oscila entre los 5, 0 y los10, 9 MJ/m 3 . Esta mezcla de gases, tras ser convenientementetratados, puede utilizarse como combustible en turbinas, calderas o

    motores de combustí on interna (que acoplados a alternadoresproducen enerǵıa eléctrica que se vierte a la Red) para producirenerǵıa mec ánica, eléctrica y/o calorı́ca.

    Co-combusti ón:Consiste en la utilizaci ón de la biomasa como combustible de ayudamientras se realiza la combusti´on de un combustible fósil (carbón,petr óleo, gas natural) en las calderas. Con este proceso se reduce elconsumo del combustible y, por lo tanto, las emisiones de CO2 .

    Métodos bioquı́micos:Se llevan a cabo utilizando diferentes microorganismos que degradan lasmoĺeculas. Se utilizan para biomasa de alto contenido en humedad. Los m´ ascorrientes son:

    Digestión anaer óbica:La digestión de biomasa humedecida por bacterias en un ambiente sinox́ıgeno (anaer´obico) produce un gas combustible llamado biog´as, que es

    una mezcla de metano y di óxido de carbono. Combustibles alcoh ólicos:

    De la biomasa se pueden producir combustibles ĺıquidos como etanol ymetanol. El primero se produce por medio de la fermentací on deazúcares y, el segundo por la destilaci ón destructiva de madera. Estatecnoloǵıa se ha utilizado durante siglos para la producci´ on de licores y,más recientemente, para generar sustitutos de combustibles f´ osiles paratransporte. Estos combustibles se pueden utilizar en forma pura o

    mezclados con otros, para transporte o para la propulsi´ on de máquinas.

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    BIOMASA 1 INTRODUCCI ÓN

    Biodiesel:A diferencia del etanol, que es un alcohol, el biodiesel se compone deácidos grasos y ésteres alcalinos, obtenidos de aceites vegetales, grasa

    animal y grasas recicladas. A partir de un proceso llamado“transestericaci´on”, los aceites derivados orgánicamente se combinancon alcohol (etanol o metanol) y se alteran qúımicamente para formarésteres grasos como el etil o metilo ester. Estos pueden ser mezcladoscon diesel o usados directamente como combustibles en motorescomunes. El biodiesel es utilizado, t́ıpicamente, como aditivo del dieselen proporci ón del 20 % y su gran ventaja es reducir considerablementelas emisiones, el humo negro y el olor.

    Gas de rellenos sanitarios:Se puede producir un gas combustible de la fermentací on de losdesechos sólidos urbanos en los rellenos sanitarios. Este es una mezclade metano y di óxido de carbono. La fermentaci ón de los desechos y laproducción de gas es un proceso natural y común en los rellenossanitarios; sin embargo, generalmente este gas no es aprovechado.Además de producir enerǵıa, su exploraci´on y utilización reduce lacontaminaci ón y el riesgo de explosiones en estos lugares y disminuye la

    cantidad de gases de efecto invernadero.Los benecios de esta fuente energética son m últiples: [39]

    La biomasa es un recurso que bien gestionado es pr ácticamente inagotable.

    No aumenta el efecto invernadero dado que las emisiones de CO2 que se generanen el proceso son menores que las que hubiera provocado el no aprovechamientode la biomasa.

    El uso de biomasa de origen forestal disminuye el riesgo de incendios y deplagas de insectos.

    La explotaci ón de biomasa favorece la creación de empleo especialmente enáreas rurales.

    Posibilita la independencia energética evitando aśı desequilibrios econ´ omicos.

    Hoy en d́ıa, la enerǵıa generada gracias a este proceso tiene m´ ultiples aplicacionesen sus distintas modalidades: [ 39]

    Generaci ón eléctrica y su distribuci´on directa a través de la red eléctrica.

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    Distribuci ón en electricación rural y sistemas aislados.

    Uso directo del gas resultante para diversas aplicaciones térmicas.

    Climatizaci ón.

    Calefacción distribuida.

    Sistemas agrı́colas.

    Las mayores potencias instaladas en el sistema eléctrico espa˜ nol están en lascentrales de ciclo combinado, hidr áulicas, nucleares y de carb ón (ver Figura 3). Labiomasa y cogeneración representan un 7 % respecto a la potencia total instalada.

    Figura 2: Potencia instalada en Espa˜ na en el año 2014. Datos de REE

    En cuanto a la cobertura de demanda, destacan la nuclear, e´ olica y el carbóncubriendo pr ácticamente el 60 % de la demanda total. La cogeneraci´on y biomasa

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    BIOMASA 1 INTRODUCCI ÓN

    cubrieron el 9 %, siendo la quinta tecnoloǵıa m´as empleada junto con las centralesde ciclo combinado.

    Figura 3: Cobertura de la demanda en Espa˜ na en el año 2014. Datos de REE

    Las comunidades aut´onomas que más han explotado esta enerǵıa renovable enEspaña son Aragón, Castilla Le ón, Castilla-La Mancha y Andalućıa, lugares donde labiomasa se obtiene de cultivos energéticos, explotaciones silv́ıcolas, podas, residuosdel olivar y otros, favoreciendo el ahorro de costes y la reducci ón de la huella decarbono.

    El marco regulatorio de la biomasa est´a compuesto por diversas leyes entre las quedestacan el RD 661/2007, que regula la producci´on de enerǵıa eléctrica en régimenespecial, y la Ley 43/2003 de Montes, que garantiza la conservaci ón y protección delos montes españoles. [40]

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    BIOMASA 2 FUENTES Y PRESENCIA EN C-LM

    2. FUENTES DE BIOMASA Y SU PRESENCIAEN CASTILLA–LA MANCHA

    Respecto al aprovechamiento eléctrico, la materia combustible que se considerabiomasa según lo establecido en el RD 661/2007 es: [35]

    Excedentes agrı́colas.

    Biomasa residual: residuos de las actividades agŕıcolas, de jardineŕıa, deaprovechamientos forestales y otras operaciones silv́ıcolas en las masasforestales y espacios verdes.

    Cultivos energéticos: agrı́colas y forestales.

    Castilla-La Mancha es un regi ón de fuerte tradici ón agraria. Según la Agenciade Gesti ón de la Enerǵıa de Castilla-La Mancha (AGECAM, S.A.) m´ as del 50 % deltotal de la supercie de esta comunidad est´a dedicada a tierras de cultivo, de lascuales prácticamente el 50 % corresponden a cultivos herb´aceos y algo más del 20 %a cultivos leñosos. El terreno forestal ocupa casi el 25 % del total de la supercie.[32]

    En la Figura 4 se presenta la distribuci´on del suelo en Castilla–La Mancha que,

    como se puede ver, es predominantemente supercie agŕıcola cultivada (coloramarillo), seguido de suelo forestal (color verde oscuro).

    Figura 4: Usos del suelo en Castilla–La Mancha

    En la Figura 5(a) se muestra el reparto de suelo para la agricultura, que permitellegar a la conclusión de que la mayor parte del suelo est á dedicado a cultivo desecano (color naranja), destacando los vi˜nedos (color rojo) por la zona centro de

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    BIOMASA 2 FUENTES Y PRESENCIA EN C-LM

    la comunidad y los olivares (color lila) en diversas zonas de Toledo, Ciudad Real yGuadalajara.

    En las Figuras 5(b) y 5(c) se presenta el aprovechamiento de masas forestales

    existentes en la comunidad (restos de masas forestales y arb´ ol completo). Las zonaspredominantes se encuentran en Cuenca, Guadalajara y sur de Albacete.

    (a) Agricultura [ 41]

    (b) Aprovechamiento de restos forestales[29]

    (c) Aprovechamiento de ´ arbol completo[29]

    Figura 5: Biomasa forestal disponible en Castilla–La Mancha

    Debido a esto, existe una potente estructura industrial asociada a latransformaci´on de productos agŕıcolas y forestales, y se genera un gran volumen deresiduos de origen biomásico que pueden ser valorizados energéticamente o sersometidos a tratamientos energéticos para su posterior aprovechamiento.

    Las principales fuentes de biomasa residual de Castilla–La Mancha aśı comolos principales residuos que se generan se pueden ver en la Tabla 1. Por lo general,proceden de las tareas propias realizadas en el campo (siega, poda, tala, vendimia...),

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    de los tratamientos silv́ıcolas, de instalaciones fabriles que utilizan como materiaprima uvas, aceitunas o madera (alcoholeras, serreŕıas, f´ abricas de muebles...), deganadeŕıas porcinas aśı como la propia actividad humana (vertederos y depuradoras

    de aguas residuales).

    Tabla 1: Fuentes de biomasa residual y principales residuos generados enCastilla– La Mancha [ 32]

    De forma cuantitativa, el potencial de esta comunidad en cuanto a residuosprocedentes de los sectores agrario y forestal (junto con sus industrias detransformaci´on), se muestran en la Tabla 2. La Figura 6 muestra estos mismosdatos, indicando la relaci ón en porcentaje de cada tipo de residuo. Se puedecomprobar que m ás del 80 % de residuos biomásicos valorizables energéticamentese cubren con residuos agŕıcolas, ya sean herb´aceos o leñosos.

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    BIOMASA 2 FUENTES Y PRESENCIA EN C-LM

    Tabla 2: Generaci´on de biomasa residual en Castilla-La Mancha [32]

    Figura 6: Generaci ón de biomasa residual en Castilla-La Mancha

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    Además, según el Plan de Fomento de las Enerǵıas Renovables (PLAFER),Castilla–La Mancha es la tercera comunidad aut´ onoma en cuanto a potencial derecursos de biomasa. [32]

    Una vez conocida que existe materia prima en esta comunidad, y que adem´ as esabundante, es importante considerar la calidad de la misma. Esto se desarrolla enla Seccíon 3.

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    BIOMASA 3 CARACTER ÍSTICAS Y RENDIMIENTOS

    3. CARACTER ÍSTICAS CALOR ÍFICAS YRENDIMIENTOS DE TURBINA –

    GENERADOR ALIMENTADAS MEDIANTEBIOMASA PARA OBTENCI ÓN DEGENERACI ÓN EL ÉCTRICA

    3.1. CARACTER ÍSTICAS CALOR ÍFICAS

    Con el objetivo de determinar la idoneidad de las fuentes de biomasa con nenergético para su aprovechamiento, deben considerarse los siguientes factores, queson de importancia para la producci´on de energı́a. [35]

    El poder calorı́co.

    Balance energético por hectárea y utilizaci´ on efectiva de todos los componentesdel cultivo en el proceso.

    El contenido en cenizas de la planta cosechada, sus propiedades, punto defusión y contenido de humedad.

    A pesar de la importancia de los tres, el de mayor peso es el poder calorı́co. Portanto, para este trabajo s´ olo se tendrá en cuenta ese factor.

    Se procede ahora a denir qué es el poder caloŕıco inferior y superior. [ 42]

    Poder caloŕıco inferior (PCI): Cantidad total de calor desprendido en lacombusti ón completa de combustible sin contar la parte correspondiente alcalor latente del vapor de agua de la combusti´on, ya que no se producecambio de fase, sino que se expulsa en forma de vapor.

    Poder caloŕıco superior (PCS): Cantidad total de calor desprendido en lacombusti ón completa del combustible cuando el vapor de agua originado en lacombusti ón está condensado. Aśı pues, se contabiliza el calor desprendido eneste cambio de fase, lo que provoca que con la misma cantidad de combustible,se genere más calor.

    Para aprovechar el PCS son necesarias calderas especı́camente dise˜ nadas paraello, denominadas calderas de condensaci ón, que tienen un rendimiento hasta un30 % superior al de las calderas convencionales al aprovechar el calor de condensación

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    BIOMASA 3 CARACTER ÍSTICAS Y RENDIMIENTOS

    necesario para calentar el agua de retorno de la caldera (ver Figura 7). Para unacaldera que no sea de condensación, se debe emplear el PCI. [2]

    Figura 7: Caldera convencional y Caldera de condensaci´on [2]

    Para ver la inuencia que la humedad tiene sobre el poder caloŕıco, en la Tabla 3se muestra a modo de ejemplo cómo vaŕıa el PCI con respecto a la humedad quetiene la madera.

    Condición de la madera Humedad PCI (kWh/kg)Recién cortada 50 – 60 % 2.0

    Almacenada un a ño 25 – 35 % 3.4Varios a ños de almacén 15 – 25 % 4.0

    Tabla 3: Inuencia de la humedad en el poder caloŕıco

    Como se puede observar, el contenido de humedad reduce la energı́a disponible,es decir, un mismo poder caloŕıco (PCI o PCS) dar´a peor resultado cuanta m´ashumedad tenga el combustible de biomasa.

    En la Tabla 4 se pueden ver los poderes calorı́cos de diferentes tipos de biomasa.

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    BIOMASA 3 CARACTER ÍSTICAS Y RENDIMIENTOS

    Tabla 4: Poderes caloŕıcos de diferentes tipos de biomasa en kcal/kg [ 34]

    En la Figura 8 se muestran los mismos datos que en la Tabla 4; es fácil apreciarque el PCI a 0% de humedad es muy similar para todos los tips de biomasa,

    comprendido entre los 4000 y 5000 kcal/kg.

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    BIOMASA 3 CARACTER ÍSTICAS Y RENDIMIENTOS

    Figura 8: Poder caloŕıco inferior con 0 % de humedad

    Puesto que en Castilla–La Mancha se tiene paja de cereales, sarmientos de vid,ramas de poda del olivo, residuos forestales y residuos de industrias forestables (seg´unlo mostrado en las Tabla 2), las caracterı́sticas caloŕıcas son adecuadas para poderllevar a cabo la construcci ón de una instalaci ón para producir electricidad a partirde biomasa en esta comunidad.

    3.2. RENDIMIENTOS DE TURBINA–GENERADORALIMENTADAS MEDIANTE BIOMASA

    Hasta el momento, la combusti´on seguida de un ciclo de vapor (ciclotermodin ámico de Rankine) ha sido la principal tecnoloǵıa empleada para generar

    electricidad. La biomasa se puede utilizar como combustible principal para lascalderas, pero puede tambíen servir para cogeneraci´ on y trigeneraci ón. El biogásprocedente de la digesti ón anaerobia se utiliza principalmente para aplicaciones decogeneración.

    En la Figura 9 se pueden ver las centrales de bioenerǵıa m ás importantes(Producci ón de calor en color rojo, Cogeneración en naranja y Electricidad enazul) existentes en Espa˜na.

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    BIOMASA 3 CARACTER ÍSTICAS Y RENDIMIENTOS

    Figura 9: Centrales de bioenergı́a en Espa˜ na

    Las Figuras 10–12 muestran las centrales de generaci´on de electricidad a partirde biomasa presentes en Espa ña en función de su potencia instalada.

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    BIOMASA 3 CARACTER ÍSTICAS Y RENDIMIENTOS

    Figura 10: Centrales de generaci ón eléctrica con biomasa – Potencia de 1 a 5 MW

    Figura 11: Centrales de generaci´on eléctrica con biomasa – Potencia de 5 a 20 MW

    17

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    BIOMASA 3 CARACTER ÍSTICAS Y RENDIMIENTOS

    Figura 12: Centrales de generaci ón eléctrica con biomasa – Potencia > 20 MW

    En las Tablas 5–8 se indican las centrales de biomasa, gasicaci ón, biogás yFORSU instaladas en Espa˜na.

    Planta Localizaci´ on Potencia [MW]Planta de biomasa deSangüesa

    Sangüesa (Navarra) 30.5

    Térmica AFAP Villaca˜ nas (Toledo) 7.8Planta de biomasa deBriviesca Briviesca (Burgos) 16Planta de biomasa deMiajadas

    Miajadas (C áceres) 16

    Pinasa biomasa Fuentes (Cuenca) 4.032Talosa Biomasa Foria (Cuenca) 4.032Red de calor y fŕıo deBarcelona Sur, L’Hospitalety Zona Franca

    Zona Franca (Barcelona) 2

    18

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    BIOMASA 3 CARACTER ÍSTICAS Y RENDIMIENTOS

    Planta Localizaci´ on Potencia [MW]

    Biomasa HuelvaComplejo IndustrialEnce (Huelva)

    40.95

    Biomasa Navia Complejo IndustrialEnce (Navia)

    36.65

    Cogeneraci ón licor negroHuelva

    Complejo IndustrialHence (Huelva)

    27.5

    Cogeneraci ón NaviaComplejo IndustrialEnce (Navia)

    40.33

    Cogeneraci ón PontevedraComplejo IndustrialEnce (Pontevedra)

    34.57

    Enemansa Villarta de San Juan(Ciudad Real)

    16

    Energı́a de la LomaVIllanueva del Arzobispo(Jáen)

    16

    CTB CorduenteCorduente(Guadalajara)

    2

    Bioallarluz Allariz (Orense) 2.35Vapor y electricidad El

    TejarPalenciana (C´ordoba) 12.9

    Pellets Asturias Tineo (Asturias) 1.001Bioenerǵıa Santamaŕıa Lucena (Córdoba) 9.82

    ExtragolVillanueva de Algaidas(Málaga)

    9.15

    Bioeléctrica de Linares Linares (Jaén) 15Tabla 5: Centrales de biomasa en Espa˜ na [30]

    Planta Localizaci´ on Potencia [MW]

    EnamoraMóra d’Ebre(Tarragona)

    0.75

    Planta de gasicací on debiomasa de Jundiz

    Poĺıgono IndustrialJundiz (Vitoria)

    0.672

    Biomasa Molla Xàtiva (Valencia) 1.65Planta Taim Weser Zaragoza 0.65

    Tabla 6: Centrales de gasicaci´on en España [30]

    19

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    BIOMASA 3 CARACTER ÍSTICAS Y RENDIMIENTOS

    Planta Localizaci´ on Potencia [MW]Bioenerǵıa Ultzama Ultzama (Navarra) 0.5Vertedero de RSU de

    VacarissesBarcelona 2

    EDAR GuadaleteJerez de la Frontera(Cádiz)

    0.569

    Ecoparc 1 Barcelona Barcelona 5.206

    Ecoparc 2 MontcadaMontcada i Reixac(Barcelona)

    4.165

    Ecopac 3 Sant Adri á delBesós

    San Adri á del Besós(Barcelona)

    4.165

    Vertedero de RSU de Alcal á Madrid 2.3Veredero de RSU de NuevaRendija

    Madrid 1.55

    Vertedero de RSU de N ájera La Rioja 1.15Vertedero de RS de Badajoz Badajoz 0.8

    Vertedero de RSU de JerezJerez de la Frontera(Cádiz)

    1

    Desgasicación del

    vertedero de MálagaMálaga 2

    Planta de biometanizaci´onde Jaén

    Jaén 0.78

    Planta de metanizací ondel parque tecnol ógicoambiental de Mallorca

    Palma de Mallorca 0.94

    Desgasicación delvertedero de Bens

    A Coruña 4.7

    Desgasicación delvertedero de Arico

    Santa Cruz de Tenerife 4.672

    Planta de tratamiento deRSU de Ávila

    Urtraca Miguel ( Ávila) 0.511

    Planta de biometanizaci´ondel CTR de Palencia

    Palencia 0.536

    Biogás Garraf Gav à (Barcelona) 12.468Planta de biometanizaci´on

    del CTI de A Coru ña

    A Coruña 6.27

    20

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    BIOMASA 3 CARACTER ÍSTICAS Y RENDIMIENTOS

    Planta Localizaci´ on Potencia [MW]Vertedero de RSU deValdepe ñas

    Valdepe ñas (CiudadReal)

    0.12

    Planta de biometanizaci´onU TE Ebro

    Zaragoza 5.742

    EDAR Burgos Burgos 1.10EDAR Butarque Madrid 1.048Planta de biometanizaci´onde San Román de La Vega

    San Román de La Vega(León)

    1.672

    Planta de biometanizaci´onde la Paloma

    MadridInyección de biogásen la red de gas

    naturalDesgasicación delvertedero de Pinto

    Pinto (Madrid) 4.239

    Desgasicación delvertedero de Logroño

    Logrono 0.536

    Desgasicacióndel vertedero deValdeming ómez

    Madrid 18.92

    Tabla 7: Centrales de biog´as en España [30]

    Planta Localizaci´ on Potencia [MW]

    Valorización energética deRSU de Cantabria

    Meruelo (Cantabria)10.4 (atribuible aFORSU el 50 %:5.2 MW)

    Valorización energética deRSU de Madrid Madrid

    29 (atribuible a

    FORSU el 50 %:14.5 MW)

    Valorización energética deRSU Tirme Son Reus I

    Palma de Mallorca21.89 (atribuible aFORSU el 50 %:10.945 MW)

    Valorización energética deRSU Tirme Son Reus II

    Palma de Mallorca38 (atribuible aFORSU el 50 %:19 MW)

    Tabla 8: Centrales de FORSU en Espa˜ na [30]

    21

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    BIOMASA 3 CARACTER ÍSTICAS Y RENDIMIENTOS

    Entre todas las existentes, en Castilla–La Mancha existen seis centrales debiomasa y una de biogás. En la Figura 13 se muestran estas centrales junto con supotencia.

    Figura 13: Centrales de biomasa en Castilla–La Mancha

    Como se puede observar, todas son de peque ña potencia, inferior a 20 MW.

    3.2.1. CENTRALES DE BIOMASA CON CICLO DE VAPOR: CICLORANKINE

    Una central de biomasa es una instalací on industrial dise ñada para generarenerǵıa eléctrica a partir de recursos biol´ ogicos. Aśı pues, las centrales de biomasautilizan fuentes renovables para la producci´ on de enerǵıa eléctrica. [ 19]

    En la Figura 14 se puede ver el esquema de una central de biomasa; el procesode funcionamiento es el t́ıpico de una central térmica convencional que trabaja conciclo termodin ámico de Rankine.

    22

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    BIOMASA 3 CARACTER ÍSTICAS Y RENDIMIENTOS

    Figura 14: Esquema de una central de biomasa

    En cuanto a caracteŕısticas técnicas y constructivas, la producci´ on deelectricidad a partir de biomasa s´olida precisa de sistemas complejos, puesto que engeneral se necesitan centrales con grandes calderas, con vol úmenes de hogarmayores que si se utilizaran combustibles convencionales (puesto que el volumendel combustible es más grande), que conllevan inversiones elevadas y reducenligeramente su rendimiento (actualmente est´ an en torno al 20 % de eciencia frenteal 40 % que se consigue en las centrales térmicas convencionales) al aumentar lasupercie por la que se produce pérdidas por convecci ón de calor. Además,requieren un volumen importante de biomasa para hacer viable la operaci´ on deuna planta eléctrica. [ 43]

    No obstante, la aplicaci´on eléctrica de la biomasa contribuye a la estabilidadde la red de distribuci ón, dada su capacidad para proporcionar al sistema eléctricogarantı́a de suministro a cualquier hora del d́ıa, independiementente de las diferentescondiciones meteorológicas (sol, viento o lluvia). Se trata, por tanto, de una enerǵıarenovable con un car ácter gestionable lo que la distingue de otras fuentes renovables.

    23

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    BIOMASA 3 CARACTER ÍSTICAS Y RENDIMIENTOS

    Tipo de central Máquinaeĺectrica

    Disponibilidadrecurso

    Velocidadrespuesta

    Central nuclear Śıncrono Gestionable Muy lenta.

    Limitada porlas exigencias deseguridad

    Central térmicaconvencional (carb ón,gas natural o petr´oleo)

    Śıncrono Gestionable Lenta / Media

    Central de ciclocombinado

    Śıncrono Gestionable Media. Limitadapor la potencia

    Central de ciclo simple(turbina de gas en cicloregenerativo)

    Śıncrono Gestionable Media/R´ apida.Limitada por lapotencia

    Central hidr´aulica degran potencia (m ás de10 MW)

    Śıncrono Gestionable R´apida

    Central hidr´aulica depequeña potencia (menos

    de 10 MW)

    Śıncrono /Ası́ncrono

    Gestionable /No gestionable

    Rápida

    Central solar térmica Śıncrono No gestionable.Gestionable conalmacenamiento

    Lenta / Media

    Central solar FV No usa No gestionable.Gestionable conalmacenamiento

    Rápida

    Central de biomasa Śıncrono Gestionable Lenta / MediaCentral geotérmica Śıncrono Gestionable MediaParque e ólico Aśıncrono No gestionable R ápida

    Tabla 9: Tipos de centrales, m´aquinas eléctricas, disponibilidad y velocidad derespuesta

    3.2.2. COGENERACI ÓN

    La cogeneración es entendida como la producci ón combinada de energı́a térmica

    útil (enerǵıa térmica que si no fuera producida por la instalaci´ on, debeŕıa producirse

    24

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    BIOMASA 3 CARACTER ÍSTICAS Y RENDIMIENTOS

    de otra forma (consumiendo combustible), para satisfacer una demanda de caloro fŕıo existente, tanto a efectos de un proceso industrial, como de climatizaci´ onde cualquier tipo de edicio) y enerǵıa eléctrica o mec´anica. Lo más general es la

    cogeneración de calor y energı́a eléctrica. La relaci´on entre la electricidad y el calorgenerados, se conoce como la relación E/Q.

    Hay que recordar que la termodin´amica obliga a la evacuaci ón de una ciertacantidad de calor en todo proceso térmico de producci´ on de electricidad, ya que todoel calor absorbido no puede transformarse en trabajo. El objetivo de la cogeneraci´ ones que no se pierda esta gran cantidad de enerǵıa.

    Las principales caracteŕısticas diferenciales de la cogeneraci´ on son:

    Se aprovechan varios tipos de enerǵıa, por lo que tiene un potencial de

    rendimiento mayor que una central convencional. A su vez este mayorrendimiento da origen a tres de sus mayores ventajas: menor consumo decombustible, coste de producci ón menor y menor impacto ambiental.

    Se produce la enerǵıa donde se consume, por lo que hay menores pérdidas portransporte y aumenta la autonomı́a de las f´ abricas.

    Por tanto, la cogeneraci´on es considerada una medida de eciencia energética,pues aprovecha excedentes de enerǵıa que, de otra forma, seŕıan desechados al

    ambiente. Si se compara la cogeneraci ón con la generación separada de calor y deelectricidad en una central eléctrica (ver Figura 15), la eciencia del conjuntoaumenta considerablemente, lo que implica una necesidad inferior de combustible yuna reducci ón importante de las pérdidas.

    Figura 15: Comparaci ón cogeneración y generación separada de calor y electricidaden una central eléctrica

    En general, para cualquier combustible, la generaci´ on de electricidad tiene unaeciencia de conversión directa del 35 %, mientras que la producci ón de calor tieneuna eciencia de conversión directa del 85 %. Una planta de cogeneraci ón que genere

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    BIOMASA 3 CARACTER ÍSTICAS Y RENDIMIENTOS

    a la vez calor y electricidad con biomasa permite alcanzar un rendimiento en tornoal 85%.

    El conjunto de tecnoloǵıas de cogenerací on incluye tecnoloǵıas ampliamente

    probadas y utilizadas a distintas escalas para la generací on eléctrica. Acontinuaci ón se presentan los detalles para las tecnoloǵıas m´as t́ıpicas utilizadas enproyectos de cogeneración.

    1. Motor de combusti ón interna – Ciclo Otto:

    Rango tı́pico: 10 – 3000 kW

    Relación E/Q: 0.5 – 0.7

    Eciencia eléctrica: 20 – 32 %

    Eciencia térmica: 50 %

    Eciencia cogeneración: 70 – 82%

    2. Motor de combusti ón interna – Ciclo Diesel:

    Rango tı́pico: 10 – 3000 kW

    Relación E/Q: 0.8 – 2.4

    Eciencia eléctrica: 23 – 38 %

    Eciencia térmica: 50 %

    Eciencia cogeneración: 73 – 88%

    3. Turbina de gas:

    Rango t́ıpico: 800 – 20000 kW

    Relación E/Q: 0.5 – 0.8

    Eciencia eléctrica: 24 – 31 %

    Eciencia térmica: 50 %

    Eciencia cogeneración: 74 – 81%

    4. Turbina de vapor:

    Rango t́ıpico: 10000 – 100000 kW

    Relación E/Q: 0.1 – 0.5

    Eciencia eléctrica: 17 – 34 %

    Eciencia térmica: 50 %

    26

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    BIOMASA 3 CARACTER ÍSTICAS Y RENDIMIENTOS

    Eciencia cogeneración: 67 – 84%

    Los sistemas de generación eléctrica por cogeneraci ón con biomasa y/o sing ásdeben alcanzar unos niveles mı́nimos de eciencia para ser considerados en el régimenespecial: [35]

    Hasta 5 MW: 18 %

    De 5 a 10 MW: 20%

    De 10 a 20 MW: 22%

    De 20 a 50 MW: 24%

    La cogeneración con biomasa supone aproximadamente el 48 % de la capacidadinstalada de generaci ón de electricidad con biomasa en Espa ña.

    3.2.3. TRIGENERACI ÓN

    Los sistemas de trigeneraci ón optimizan el uso y aprovechamiento energéticos,obteniendo de ellos electricidad, calor y fŕıo.

    Para ello, se emplea un proceso de cogeneraci ón en el que, aparte de generarenerǵıa eléctrica y enerǵıa térmica en forma de calor, también se obtiene fŕıo

    gracias a un proceso de absorción (se basan f́ısicamente en la capacidad que tienenalgunas sustancias, tales como el agua y algunas sales como el bromuro de litio,para absorber, en fase ĺıquida, vapores de otras sustancias tales como el amoniacoy el agua, respectivamente) con el que se genera fŕıo a partir de una fuente decalor. Esto es muy útil especialmente en los meses estivales, en los que la demandade calor disminuye y el calor extráıdo se aprovecha para la generací on de frı́o,utilizable para la refrigeraci´on (aire acondicionado). De esta forma se consigue apartir de una enerǵıa primaria tres tipos de enerǵıa, lo que conlleva un importante

    ahorro económico.

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    BIOMASA 3 CARACTER ÍSTICAS Y RENDIMIENTOS

    Figura 16: Esquema de abastecimiento energético con trigeneraci´ on

    La trigeneraci ón es aplicable al sector terciario, donde adem´as de necesidadesde calefacción y agua caliente se requieren importantes cantidades de fŕıo paraclimatizaci ón. La estacionalidad de estos consumos (calefaccí on en invierno yclimatizaci ón en verano) impediŕıa la normal operaci´on de una planta decogeneración clásica.

    Para la generaci ón de energı́a eléctrica existen diferentes sistemas para el empleode la biomasa, siendo los más utilizados:

    Motor Stirling:

    Los motores Stirling son máquinas térmicas reversibles, de ciclo cerrado ycombusti ón externa.Generan enerǵıa mec´anica absorbiendo calor de una fuente externa. Comocualquier otro ciclo termodin ámico, es necesario disipar parte de este calorabsorbido el cual se utilizar á para la generaci ón de frı́o.

    Ciclo Rankine:El mismo que en las centrales de biomasa.

    Ciclo Rankine Org ánico (ORC):El principio de funcionamiento del ciclo org ánico de Rankine es el mismo queel ciclo de vapor.La diferencia est á en el uido utilizado en el ciclo, que en lugar de ser agua,es un uido orgánico.

    En la Tabla 10 se muestran las diferentes caracterı́sticas de estas tecnoloǵıas.

    28

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    BIOMASA 3 CARACTER ÍSTICAS Y RENDIMIENTOS

    Modelo

    Rango depotenciaseléctricas

    [kW]

    Estado delarte

    ηelectrico[ %]

    ηtermico[ %]

    ηtotal [ %]

    Stirling 1–100 kW

    En fase dedesarrollo,plantas dedemostraci ón

    10–12 74–76 84–88

    Rankine1500–20000

    En fasecomercial,tecnologı́a

    madura

    16–18 52–62 68–80

    ORC 450–2500

    En fasecomercial,más de90 plantasoperandodesde 1998

    15–16 70–71 85–87

    Tabla 10: Caracteŕısticas de las tecnoloǵıas de generaci´ on eléctrica en trigeneraci´on

    eléctrica con biomasa

    3.2.4. CO-COMBUSTI ÓN

    La co-combusti ón en centrales térmicas de carb´on convencionales ya enfuncionamiento se trata de una tecnoloǵıa de desarrollo relativamente reciente,consistente en la sustituci´on de parte del carb ón empleado en la central,generalmente entre el 2 y el 20 %, por biomasa. Aunque este porcentaje sea

    pequeño, debido al gran tama˜no de las centrales, el resultado nal es la producci ónde una muy importante cantidad de enerǵıa eĺectrica con este combustiblerenovable.

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    BIOMASA 3 CARACTER ÍSTICAS Y RENDIMIENTOS

    Figura 17: Esquema de abastecimiento energético con co-combusti´ on

    Adicionalmente a las importantes ventajas del uso de la biomasa sobre lautilizaci ón de combustibles fósiles, la co-combustión presenta también aspectospositivos frente a una central que emplee biomasa exclusivamente. Estas ventajaspueden paliar, por lo menos en buena parte, los problemas que impiden una mayorpenetraci ón de esta energı́a renovable:

    Inversi ón necesaria (por unidad de potencia instalada) muy inferior, puesto quese puede aprovechar gran parte de la infraestructura existente en cada central(ciclo de vapor, sistemas eléctricos, sistema de refrigeraci´on y, al menos, partede la caldera), lo que repercute en una dr´astica reduccíon de la inversión.

    Generaci ón de enerǵıa eléctrica con un rendimiento superior. Aśı, en una plantade biomasa se obtienen rendimientos que dif́ıcilmente superan el 20 %, frentea las centrales de co-combusti ón en las que se produce enerǵıa eléctrica en unagran instalaci ón, con rendimientos del orden del 32-38 %.

    Mucha mayor exibilidad en la operaci ón. Una central de co-combusti ónposibilita una gran exibilidad y una f´acil adaptación a la disponibilidad debiomasa en cada momento. Una planta de biomasa podŕıa encontrarse antela necesidad de parar o reducir carga en determinados periodos, debido a unaescasez de recursos en esa época o a un coyuntural aumento de sus precios.Sin embargo, una central de co-combusti´on podrı́a en estas situaciones seguiroperando a plena carga quemando el combustible para el que fue dise˜nada enuna mayor proporción e incluso de forma exclusiva.

    3.2.5. EMPLEO DE SING ÁS Y BIOG ÁS

    El empleo de singás y biogás permite obtener altos rendimientos eléctricos apartir de biomasa, algo muy dif́ıcil mediante combusti´ on directa con el cicloRankine. Mediante el empleo de este gas se pueden alcanzar rendimientos

    30

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    BIOMASA 3 CARACTER ÍSTICAS Y RENDIMIENTOS

    eléctricos de hasta un 30-40 % mediante el uso de moto-generadores, mientras quecon un ciclo Rankine convencional simple funcionando con biomasa las cifrasrondan un 20 % de rendimiento.

    En función de la tecnoloǵıa de generaci ón eléctrica o térmica, ser´a preciso queel singás cumpla unos requisitos en cuanto a part́ıculas, alquitranes, podercalorı́co, concentraci´on de cada gas, temperatura, etc. Generalmente, lasaplicaciones en motor o turbina de gas orientadas a la generaci´ on eléctrica o a lacogeneración/trigeneraci´on, son más exigentes en cuanto a la limpieza de gas(part́ıculas) y a las posibles emisiones contaminantes postcombusti´ on.

    MOTORES DE COMBUSTI ´ ON INTERNA

    Los motores de combusti ón interna (MCI) son sistemas cerrados en los que se

    transforma un movimiento rotativo en un movimiento alternativo. El trabajo que serealiza se basa en la variaci ón del volumen.

    Figura 18: Motores de combusti ón interna alternativos

    Los motores de combusti ón interna presentan cuatro etapas distintas:

    1. Compresión: Disminuye el volumen de aire del interior del motor.

    2. Combusti ón: El pist ón llega al PMS, entra el combustible y salta la chispa.

    3. Expansi ón: El pistón vuelve al PMI por la fuerza de la explosión del

    combustible.

    31

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    BIOMASA 3 CARACTER ÍSTICAS Y RENDIMIENTOS

    4. Expulsi ón y admisión: El pist ón vuelve a desplazarse al PMI y los productos dela reacción (CO 2 + H 2 O) salen por la válvula de expulsíon y autom áticamentese abre la de admisión para que vuelva a entrar aire, volviendo el pist´on al

    PMI y volver a realizar la compresi ón.

    Por lo general, estas unidades tienen una capacidad inferior a 100 MW.Su eciencia normalmente est á en torno al 30-45 %. Los ciclos ideales para

    modelar este tipo de motores son el ciclo Otto y el Diesel.

    MCI con ciclo Otto:La fase de combustión es a volumen constante.Este tipo de motores pueden funcionar ´unicamente con biog ás como

    combustible.MCI con ciclo Diesel:La fase de combustión es a presión constante.Este tipo de motores requieren algunas modicaciones para permitirles quefuncionen con biogás; esto es una operación de combustible dual, de maneraque hasta el 60 % del combustible puede ser biogás. El inconveniente de realizaresto es que el rendimiento disminuye entre un 3 y un 10 % con respecto alempleo de combustible diesel, que suelen estar en torno al 45–50 %.

    CENTRALES DE BIOMASA CON TURBINA DE GAS: CICLO BRAYTON

    Su franja de operaci ón va desde pequeñas potencias (30 kW para lasmicroturbinas) hasta 500 MW, de manera que compiten con los motoresalternativos y con las instalaciones de vapor.

    El principal inconveniente es su bajo rendimiento (30-35 %) comparado con losmotores de combusti ón interna.

    32

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    BIOMASA 4 PROCESOS INDUSTRIALES

    4. IMPLEMENTACI ÓN EN PROCESOSINDUSTRIALES CON ALTAS NECESIDADES

    DE DEMANDA EL ÉCTRICAPuesto que la electricidad es un bien necesario en la actualidad, el empleo de

    biomasa se puede llevar a cabo en cualquier tipo de proceso industrial.Según la demanda eléctrica consumida en la industria, se puede hacer la siguiente

    clasicación:

    Ciclo Rankine: 50 – 100 MW

    Cogeneraci ón: Motor de combusti ón interna con ciclo Otto: 10 – 3000 kW

    Motor de combusti ón interna con ciclo Diesel: 10 – 3000 kW

    Turbina de gas: 0.8 – 20 MW

    Turbina de vapor: 10 - 100 MW

    Trigeneraci´on:

    Stirling: 1 – 100 kW Ciclo Rankine: 1.5 – 20 MW

    Ciclo Orgánico Rankine: 450 – 2500 kW

    Co-combusti ón: 100 – 500 MW

    Motor de combusti ón interna: 100 MW

    Ciclo Brayton: 30 kW – 500 MW

    En las Figuras 19 y 20 se ven estas potencias representadas en forma de gr´aco,de manera que sea m ás fácil conocer la/s tecnoloǵıa/s m´ as adecuada/s a emplearsegún la potencia requerida.

    33

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    BIOMASA 4 PROCESOS INDUSTRIALES

    Figura 19: Tecnoloǵıa a emplear seg´un la potencia requerida en MW

    Figura 20: Tecnoloǵıa a emplear seg ún la potencia requerida en kW

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    BIOMASA 5 REDUCCI ÓN DE CO 2

    5. C ÁLCULO DE REDUCCI ÓN DE CO2 ENCOMPARACI ÓN CON DEMANDA

    EL ÉCTRICA TRADICIONALAl igual que los sistemas de combusti ón convencionales, las calderas de

    combusti ón de biomasa pueden emitir ciertos contaminantes locales como ´oxidosde nitr ógeno (NO x ), monóxido de carbono (CO), partı́culas y di´oxido de azufre(SO 2 ). La mezcla y cantidad de contaminantes producidos depender´ a del tama ño ydiseño de la caldera, la calidad y el tipo de combustible utilizado, de lascondiciones del proceso y de los equipos de control de la contaminación instaladosen la planta. El mantenimiento de la caldera y del equipo asociado tambíenafectar á a las emisiones contaminantes (a peor mantenimiento, mayores emisiones).

    En el informe del IPCC (2011) se dice que las emisiones de contaminantes, comoSO 2 y NOx , son generalmente m ás bajas para biomasa que para carb´ on y gasóleo.A nivel de España, en el programa Biomcasa se comparan emisiones procedentesde biomasa con emisiones procedentes de gas óleo y de gas natural, y se armaque en cuanto a CO las emisiones procedentes de la biomasa son menores que lasprocedentes del gasóleo y del gas natural; en cuanto a SO 2 las emisiones procedentesde la biomasa son menores que las procedentes del gas óleo pero mayores que lasprocedentes del gas; en cuanto a part́ıculas (PM), las emisiones procedentes de labiomasa son mayores que las procedentes del gas óleo y del gas natural. [33]

    Para saber con m ás exactitud las emisiones de CO2 según cada tipo de central,se va a comparar el factor de emisión para cada una de las fuentes de enerǵıa quegeneran electricidad. Este factor viene expresado en toneladas de CO2 por megavatiohora (tCO 2 /MWh ), y representa las toneladas de di´oxido de carbono emitidas a laatm ósfera al generar una cantidad de enerǵıa eléctrica igual a un MWh.

    La tasa de emisión de CO2 asociada a cada fuente de enerǵıa se calcula

    multiplicando el factor de emisi ón de la fuente por su potencia correspondiente,expresada en MW.

    A continuaci ón se muestran los factores de emisi ón de cada fuente de generaci ón.[27] [28]

    Centrales térmicas de carb´ on:El carb ón es un combustible con un alto contenido en carbono y, por ello, sucombusti ón emite una gran cantidad de CO2 por cada MWh producido. Poreste motivo, el factor de emisi ón medio es de 0.96 tCO 2 /MWh .

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    BIOMASA 5 REDUCCI ÓN DE CO 2

    Ciclo combinado de gas natural:El gas natural tiene un contenido en carbono muy bajo, por lo que sucombusti ón genera una menor cantidad de emisiones de CO2 que otros

    combustibles. Adem ás, los ciclos combinados son plantas de generaci ón quepresentan rendimientos muy elevados en la conversi´on del calor de lacombusti ón a la electricidad. Estos dos motivos hacen que el factor deemisión medio sea de 0.38 tCO 2 /MWh .

    Centrales térmicas de petr´ oleo/gas natural:Estas centrales presentan una gran heterogeneidad, por lo que se incluyen enel mismo grupo. A partir de diversos estudios se ha llegado a la conclusi ón deun factor de emisión medio de 0.71 tCO 2 /MWh .

    Hidráulica, termosolar, e´olica, fotovoltaica, biomasa, biog ás y nuclear:Estas tecnoloǵıas comparten la caracterı́stica de no emitir CO2 para producirelectricidad, ya que su funcionamiento no depende de la utilizaci´on decombustibles f ósiles. Por tanto el factor de emisi ón medio es 0 tCO 2 /MWh .

    Cogeneraci ón:Hay que diferenciar entre los distintos tipos posibles de cogeneraci´on:

    Motor de combusti ón interna: Factor de emisi´on medio de0.40 tCO 2 /MWh .

    Turbina de gas: Factor de emisi´on medio de 0.37 tCO 2 /MWh .

    Turbina de vapor: Factor de emisi´ on medio de 0.42 tCO 2 /MWh .

    Ciclo combinado: Factor de emisi ón medio de 0.37 tCO 2 /MWh .

    Residuos sólidos urbanos:A pesar de no emplear combustible f ósil, tiene un factor de emisi ón medio muy

    bajo, de valor 0.24 tCO 2 /MWh .En la Figura 21 se muestra una gr áca con los factores de emisión medios. Es

    fácil observar que los combustibles f ósiles (carbón, petr óleo y gas natural) son losque tienen un valor m ás elevado, seguido de los ciclos combinados y las diferentesformas de cogeneración.

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    BIOMASA 5 REDUCCI ÓN DE CO 2

    Figura 21: Factor de emisi ón medio en tCO 2 /MWh

    Mediante el empleo de biomasa (o cualquier otra enerǵıa renvable) se reduciŕıantodas las emisiones de CO2 asociadas a los combustibles fósiles.

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    BIOMASA 6 BIBLIOGRAF ÍA

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    [33] http://www.revistasice.com/CachePDF/CICE_83_117-140__78E2E154C2BB213409D09C083013930C.pdf

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    [35] http://www.idae.es/uploads/documentos/documentos_10737_Biomasa_prod_elec_y_cogeneracion_07_b5ba3c15.pdf

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