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Trabajo del módulo de biomasa: Centrales Termoeléctricas de Biomasa

Article · October 2018

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Carlos Julio Marrugo Escobar

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Resumen— El presente artículo se basa en el trabajo A continuación, se explica brevemente las tipologías de
propuesto por el profesor Santiago García para la asignatura de caldera utilizadas para la combustión de biomasa.
otras energías renovables correspondiente al módulo de Biomasa
en el Máster Universitario en Energías Renovables en Sistemas A. Tecnología de parrillas
Eléctricos de la Universidad Carlos III de Madrid. A su vez, es
una breve descripción de los tipos de calderas utilizadas en este Es la tecnología más utilizada tradicionalmente (a
tipo de tecnologías, ventajas, desventajas, alcances, temperaturas inferiores a 1000°C) pues es la más económica y
dimensionamiento y consideraciones a la hora de la puesta en la más fácil de operar. Sin embargo, la humedad y
marcha de las centrales termoeléctricas de biomasa. granulometría suelen ser complejas.
Palabras clave — Biomasa, central termoeléctrica de biomasa, Consiste básicamente en el transporte del combustible
caldera, fuente de energía renovable. mediante el arrastre de elementos provistos para el movimiento
relativo entre sí.
I. INTRODUCCIÓN En esta clase de tecnología existen varios tipos de parrillas:
En primer lugar, se entiende por biomasa al conjunto de - De barras longitudinales
materia orgánica, de origen vegetal o animal, y los materiales - De barras transversales
que procedan de su transformación natural o artificial que son - De rodillos
susceptibles de ser transformados en combustible útil. - De alimentación invertida
Por lo tanto, una central termoeléctrica de biomasa es una
planta que aprovecha ese combustible útil para generación B. Tecnología de lecho fluidizado
eléctrica mediante el proceso de combustión de la biomasa. Consiste básicamente en arena a altas temperaturas dentro
Estas centrales constituyen un gran valor en el sector de la cámara de combustión variando su densidad mediante la
energético debido a su amplio uso en muchos sectores de la inyección de aire. Son capaces de manejar mejor eficiencia en
industria. Además, representa una buena alternativa para la su proceso de combustión en comparación con la tecnología de
reducción de emisiones de gases de efecto invernadero a la parrillas.
atmósfera en comparación a las centrales termoeléctricas a En esta clase de tecnología existen dos tipos de calderas:
base de combustibles fósiles. - Calderas de lecho fluido burbujeante: la inyección de
aire es baja de tal manera que la arena flota a una altura
determinada con altas temperaturas. Presenta un
proceso de combustión completo y mejor eficiencia.
- Calderas de lecho fluido circulante: la inyección de aire
es alta de tal manera que la arena presenta circulación
alrededor de la cámara. Presentan un excelente proceso
de combustión, sin embargo, son muy costosas, con un
sistema de control complejo y alto mantenimiento.
C. Tecnología de inyección
En este tipo de calderas, el combustible es arrastrado por una
corriente de aire en el quemador, se basa en la inyección de
combustible pulverizado. Este tipo de tecnología emplean
Fig. 1. Esquema general de una central termoeléctrica de biomasa [1]. partículas de biomasa con diámetros de 5mm que tengan
humedad relativa inferior al 15%. Estas calderas presentan un
II. MARCO TEÓRICO
rendimiento de 80% y su costo puede estar en la mitad
La caldera es el equipo principal en una central aproximadamente en comparación con las otras tecnologías [2].
termoeléctrica de biomasa, representa alrededor del 50% del Existen tres zonas donde se produce la combustión:
costo total de inversión. En esta se elabora el proceso principal - Llama primaria, donde se realiza la primera combustión.
de aprovechamiento energético (combustión). - Llama secundaria, donde se lleva a cabo la segunda
Existen distintos tipos de calderas según la tecnología combustión a menor temperatura.
empleada. Cada uno de los tipos de caldera conlleva diferentes - Combustión de sustancias volátiles, tercera zona que
eficacias energéticas, posibilidades de uso de distintas tiene lugar en las secciones más alejadas de los
biomasas, costes de inversión, mantenimiento, etc. quemadores.
La elección de la caldera más apropiada dependerá de un - Parrilla, donde se queman los compuestos cuya
estudio de optimización de todos los parámetros. combustión resulte más difícil y lenta.
 III. CUESTIONARIO cantidad de combustible que se quiera mantener como
Se desea construir una planta de biomasa, con combustible método de autonomía.
principal orujillo de aceituna, 14500 kJ/kg PCI y 20% de - Sistema de secado de la biomasa: es muy importante
humedad, de 20 MW. para el aprovechamiento energético del combustible,
pues de éste depende la extracción de humedad que es
1- ¿Es posible construir una planta de biomasa de 100 MW? la que más influye en el poder calorífico de la biomasa.
- Caldera de biomasa: es el elemento más importante y
R/ Sí, pero sería un problema logístico muy grande, sobre más costoso de la central, aquí se realiza el proceso de
todo la gestión del transporte de la biomasa. La ubicación de la combustión y aprovechamiento energético directo.
planta es un dato fundamental para la operabilidad de la misma, - Sistema de depuración de gases: es el encargado de
puesto que los costes de transporte y logística dependerán de quitar los humos emitidos por las partículas sólidas.
la zona y sus alrededores. Además, tendrá que garantizarse la - Ciclo agua-vapor: es el proceso que sucede entre los
gran cantidad de combustible que se necesita para tan gran cuatro elementos más importantes de la central (caldera,
magnitud de potencia, que es aproximadamente entre 1000- turbina, condensador y bomba).
5000 hectáreas de combustible para esta planta. - Turbina de vapor: es el elemento que transforma la
energía del flujo de vapor en energía mecánica rotativa.
2- ¿Cuánta biomasa necesita la planta para producir - Generador eléctrico: es el elemento que permite
durante 7000 horas equivalentes? convertir la energía mecánica rotativa proveniente de la
turbina, en energía eléctrica.
R/ Primero que todo se debe tener en cuenta que la eficiencia - Sistema eléctrico de alta tensión: es el sistema
de la planta corresponde a la cantidad de energía térmica que conectado a la red eléctrica de alta tensión encargado de
se necesita para producir energía eléctrica, como sigue a elevar la tensión y transmitir la energía para su uso final.
continuación: - Sistema eléctrico de baja tensión: es el sistema que
suministra energía a los equipos auxiliares de la planta.
𝜂 = 𝐸𝑒/𝐸𝑡 (1) - Sistemas auxiliares: son los sistemas que permiten un
uso adecuado y óptimo de la central, tales como: red
Donde η es la eficiencia (considerada del 25% para efectos contra incendios, planta de tratamiento de aguas,
prácticos), Ee es la energía eléctrica total que se espera que sistema de aire comprimido, sistema de combustible
produzca la planta en su funcionamiento óptimo, Et es la auxiliar, sistema de refrigeración, entre otros.
energía térmica necesaria para la producción de energía - Sistema de control distribuido: es el encargado de
eléctrica total. gestionar la apertura y cierre de válvulas, monitorea
Por lo tanto, reemplazando η=0.25 y Ee = 20MW x 7000h todas las variables que influyen en el proceso de
en la ecuación (1), la Et= 560000 MWh. conversión de energía, tales como: temperatura, presión,
Luego, se procede a calcular la cantidad de energía que la humedad, agua, vapor, potencia, energía, entre otros,
planta produce en un año: con el fin de garantizar una operación óptima dentro de
la planta.
560000 𝑀𝑊ℎ ∗ 10 𝑘𝑊 ⁄𝑀𝑊 ∗ 3600 𝑠⁄ℎ REFERENCIAS
= 2.016 ∗ 1012 𝑘𝐽⁄𝑎ñ𝑜
[1] Guillermo. (2009). Esquema de una central de biomasa. [Figura].
Tomado de http://centralese.blogspot.com/2009/02/centrales-termicas-
Posteriormente, al dividir la energía producida en un año de-biomasa.html.
entre el poder calorífico inferior (PCI) de la biomasa se obtiene [2] Santiago García, Centrales termoeléctricas de biomasa, Editorial
renovetec, 2012, páginas 164-166.
la cantidad de combustible necesaria para producir energía [3] Santiago García, Centrales termoeléctricas de biomasa, presentación.
eléctrica en la planta durante 7000 horas. 2012, http://www.renovetec.com/biomasa-santiagogarcia.pdf.

𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑏𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎 = 2.016 ∗ 1012 𝑘𝐽⁄14500 𝑘𝐽/𝑘𝑔 = Carlos Marrugo es estudiante del Máster Universitario en
139034482.76 𝑘𝑔⁄𝑎ñ𝑜 = 139034.5 𝑡𝑜𝑛/𝑎ñ𝑜 Energías Renovables en Sistemas Eléctricos de la Universidad
Carlos III de Madrid. Anteriormente, ha cursado los estudios de
Grado en ingeniería eléctrica en la Universidad de Antioquia -
3- ¿Cuánto costaría esta planta, aproximadamente? Colombia (2011-2017). Antes de incorporarse al Máster actual
ha trabajado en el sector de energía y telecomunicaciones
R/ Depende de varios factores (tecnología, equipos, materia (2016-2018) como ingeniero de proyectos eléctricos.
.
prima, ubicación, entre otros). Sin embargo, para efectos
prácticos, una planta de 20 MW se estima un coste aproximado
de 2.5 M€/MW, es decir, 50M€.

4- ¿Qué equipos y sistemas principales tendría?

R/
- Sistema de almacenamiento y tratamiento de la biomasa:
se entiende por almacén, y su tamaño dependerá de la

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