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• Javier Espinoza Gamarra

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ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA CENTRALES ELECTRICAS DE BIOMASA 1. Qué es biomasa. Por biomasa se entiende el conjunto de materia orgánica renovable de origen vegetal, animal o procedente de la transformación natural o artificial de la misma. Aunque los residuos puedan provenir de cualquier actividad, desde el punto de vista de su posible utilización industrial, los más importantes son los que provienen de la biomasa, es decir, lo que actualmente se denomina biomasa residual o residuos de origen vital, por cuanto que son renovables, es decir, que son generados año tras año. Esta "biomasa" no es más que materia orgánica no fósil, en la que la radiación solar ha reducido el hidrógeno y el carbono mediante el proceso básico de la fotosíntesis, permitiendo así que pueda tener un aprovechamiento de tipo químico-industrial y sobre todo, energético. Esta biomasa, debido a los procesos de conversión a que se ve sometida, origina residuos, considerados así porque en el contexto en que son generados no tienen valor económico alguno. Incluso es de señalar que la mayor parte de estos residuos no sólo no se aprovechan, sino que además afectan negativamente al Medio Ambiente. Las energías renovables representan un pequeño porcentaje del consumo de energía primaria. 2. La biomasa se clasifica en: A. Natural.-Producida en ecosistemas naturales. B. Residual, que comprende: 

Residuos forestales: Comprende los residuos de tratamientos silvícola y de cortes de pies maderables.



Residuos agrícolas: Incluye los restos de podas, rastrojos de cultivos, etc.



Residuos de industrias forestales: Representa los aserraderos, fábricas de pasta y papel, etc.



Residuos de industrias agrícolas: Comprende los bagazos, orujos, cáscaras, vinazas, huesos, etc.



Residuos biodegradables: Se refiere a los purines, estiércoles, Iodos de depuradoras, huesos, sebos, etc.

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C. Cultivos energéticos: •

Especies leñosas en turnos de 3-4 años y con 10.000 pies/Ha. Populus, etc.

•

Especies herbáceas. Miscanthus, Cynara, etc.

•

Cultivos para producir etanol (Trigo, maíz, pataca, sorgo azucarero, etc).

•

Cultivos para producir biodiesel (colza, girasol, lino oleaginoso, etc).

D. Excedentes agrícolas: Sirven para completar los cultivos no alimentarios y sustituir parcialmente los biocarburantes y los combustibles fósiles (aceite de algodón, aceite de soja, aceite de cártamo, etc.) en su caso. 3. Biomasa disponible con fines energéticos. La utilización de la biomasa como vector energético implica un análisis detallado de la disponibilidad y distribución de los recursos. El abastecimiento de una biomasa (renovable) disponible con fines energéticos posee dos soluciones principales: la biomasa de origen residual y los cultivos energéticos.

4. Biomasa de origen residual. Puede definirse como el conjunto de materiales biomásicos generados en las actividades de producción, transformación y consumo, que en el contexto en el que son generados no tienen ningún valor económico. Los residuos constituyen sustancias de composición muy variable pero con un denominador común: en ocasiones son potencialmente contaminantes y en algunos casos mucho; son de no fácil eliminación, y en general su aplicación en el sector agrícola con fines de enmiendas, fertilizantes o energéticos, requiere unos procesos de transformación o manejo que pueden suponer una incidencia en principio negativa en el ánimo de quién pretenda utilizarlas. La biomasa residual puede clasificarse dependiendo de su origen en: A. Residuos agrícolas y forestales. Los residuos agrícolas comprenden todas las partes de los cultivos alimentarios o industriales que no son consumibles o Centrales Eleé ctricas de Biomasa

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ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA comercializables. Constituyen una serie muy heterogénea de productos, con el denominador común de una gran dificultad de eliminación, por tener como ya se ha mencionado, en muchos casos un elevado potencial. B. Residuos ganaderos y agroindustriales. Los residuos ganaderos, como el estiércol, que ha pasado, en gran medida, a ser un residuo al ser sustituido por abonos sintéticos. Los residuos de las industrias agroalimentarias corresponden a aquellos de naturaleza orgánica que son producidos por las industrias derivadas de la agricultura (azucareras, fábricas de cervezas, destilerías, etc) y la ganadería (mataderos, lecherías, etc). C. Residuos urbanos. Procedentes de la actividad humana en los núcleos urbanos. Su tratamiento y eliminación son un problema cada vez mayor, debido a su continuo crecimiento. 5. Cultivos energéticos. Son cultivos específicos dedicados exclusivamente a la producción de energía. Estos cultivos, a diferencia de los agrícolas tradicionales, tienen como principales características su gran productividad de biomasa y su elevada rusticidad, expresada en términos tales como resistencia a las enfermedades y a la sequía, vigor y precocidad de crecimiento y capacidad de rebrote y de adaptación a terrenos marginales. Una condición imprescindible para la viabilidad de este tipo de cultivos es la necesidad de que el balance energético de todo el proceso productivo sea positivo, es decir, que se produzcan más calorías de las que se han consumido en su obtención. 6. Ventajas La biomasa es una fuente renovable de energía y su uso no contribuye a acelerar el calentamiento global; de hecho, permite reducir los niveles de dióxido de carbono y los residuos de los procesos de conversión, aumentando los contenidos de carbono de la biosfera. La captura del metano de los desechos agrícolas y los rellenos sanitarios, y la sustitución de derivados del petróleo, ayudan a mitigar el efecto invernadero y la contaminación de los acuíferos. Los combustibles biomásicos contienen niveles insignificantes de sulfuro y no Centrales Eleé ctricas de Biomasa

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ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA contribuyen a las emanaciones que provocan “lluvia ácida”. La combustión de biomasa produce menos ceniza que la de carbón mineral y puede usarse como insumo orgánico en los suelos. La conversión de los residuos forestales, agrícolas y urbanos para la generación de energía reduce significativamente los problemas que trae el manejo de estos desechos. La biomasa es un recurso local que no está sujeto a las fluctuaciones de precios de la energía, provocadas por las variaciones en el mercado internacional de las importaciones de combustibles. En países en desarrollo, su uso reduciría la presión económica que impone la importación de los derivados del petróleo. El uso de los recursos de biomasa puede incentivar las economías rurales, creando más opciones de trabajo y reduciendo las presiones económicas sobre la producción agropecuaria y forestal. Las plantaciones energéticas pueden reducir la contaminación del agua y la erosión de los suelos; así como favorecer el mantenimiento de la biodiversidad. 7. Desventajas Por su naturaleza, la biomasa tiene una baja densidad relativa de energía; es decir, se requiere su disponibilidad en grandes volúmenes para producir potencia, en comparación con los combustibles fósiles, por lo que el transporte y manejo se encarecen y se reduce la producción neta de energía. La clave para este problema es ubicar el proceso de conversión cerca de las fuentes de producción de biomasa, como aserraderos, ingenios azucareros y granjas, donde los desechos de aserrío, el bagazo de caña y las excretas de animales están presentes. Su combustión incompleta produce materia orgánica, monóxido de carbono (CO) y otros gases. Si se usa combustión a altas temperaturas, también se producen óxidos de nitrógeno. A escala doméstica, el impacto de estas emanaciones sobre la salud familiar es importante. La producción y el procesamiento de la biomasa pueden requerir importantes insumos, como combustible para vehículos y fertilizantes, lo que da como resultado un balance energético reducido en el proceso de conversión. Aún no existe una plataforma económica y política generalizada para facilitar el desarrollo de las tecnologías de biomasa, en cuanto a impuestos, subsidios y políticas que cubren, por lo general, el uso de hidrocarburos. Centrales Eleé ctricas de Biomasa

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ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA El potencial calórico de la biomasa es muy dependiente de las variaciones en el contenido de humedad, clima y la densidad de la materia prima. 8. CARACTERÍSTICAS TÍPICAS DE DIFERENTES COMBUSTIBLES DE LA BIOMASA USADAS COMERCIALMENTE PARA LA GENERACIÓN DE ENERGÍA. 8.1 Procesos de conversión de la biomasa en energía. Desde el punto de vista del aprovechamiento energético, la biomasa se caracteriza por tener un bajo contenido de carbono, un elevado contenido de oxígeno y compuestos volátiles. Estos compuestos volátiles (formados por cadenas largas del tipo CxHy, y presencia de CO2, CO e H2) son los que concentran una gran parte del poder calorífico de la biomasa. El poder calorífico de la biomasa depende mucho del tipo de biomasa considerada y de su humedad. Así normalmente estos valores de poder calorífico de la biomasa se pueden dar en base seca o en base húmeda. En general se puede considerar que el poder calorífico de la biomasa puede oscilar entre los 3000 – 3500 kcal/kg para los residuos ligno - celulósicos, los 2000 – 2500 kcal/kg para los residuos urbanos y finalmente los 10000 kcal/kg para los combustibles líquidos provenientes de cultivos energéticos. Estas características, juntamente con el bajo contenido de azufre de la biomasa, la convierten en un producto especialmente atractivo para ser aprovechado energéticamente. Cabe destacar que, desde el punto de vista ambiental, el aprovechamiento energético de la biomasa no contribuye al aumento de los gases de efecto invernadero, dado que el balance de emisiones de CO2 a la atmósfera es neutro. 8.2Biomasa seca Aquella que puede obtenerse en forma natural con un tenor de humedad menor al 60%, como la leña, paja, etc. Este tipo se presta mejor a ser utilizada energéticamente mediante procesos TERMOQUÍMICOS O FISÍCO-QUÍMICOS, que producen directamente energía térmica o productos secundarios en la forma de combustibles sólidos, líquidos o gaseosos. 8.2 Biomasa húmeda Se denomina así cuando el porcentaje de humedad supera el 60%, como por ejemplo en los restantes vegetales, residuos animales, vegetación acuática, etc. Resulta especialmente adecuada para su tratamiento mediante PROCESOS QUÍMICOS, o en algunos casos particulares, mediante simples PROCESOS FÍSICOS, obteniéndose Centrales Eleé ctricas de Biomasa

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ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA combustibles líquidos y gaseosos. 8.4Combustión. Es el más sencillo y más ampliamente utilizado, tanto en el pasado como en el presente. Permite obtener energía térmica, ya sea para usos domésticos (cocción, calefacción) o industriales (calor de proceso, vapor mediante una caldera, energía mecánica utilizando el vapor de una máquina). Las tecnologías utilizadas para la combustión directa de la biomasa abarcan un amplio espectro que va desde el sencillo fogón a fuego abierto (aún utilizado en vastas zonas para la cocción de alimentos) hasta calderas de alto rendimiento utilizadas en la industria. 8.5 Gasificación. Consiste en la quema de biomasa (fundamentalmente leña) en presencia de oxígeno, en forma controlada, de manera de producir un gas combustible denominado “gas pobre” por su bajo contenido calórico en relación, por ejemplo, al gas natural (del orden de la cuarta parte). La gasificación se realiza en un recipiente cerrado, conocido por gasógeno, en el cual se introduce el combustible y una cantidad de aire menor a la que se requeriría para su combustión completa. El gas pobre obtenido puede quemarse luego en un quemador para obtener energía térmica, en una caldera para producir vapor, o bien ser enfriado y acondicionado para su uso en un motor de combustión interna.

9. Visión general de una planta de biomasa

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Figura. Esquema de un central de biomasa

10. Requisitos funcionales En un primer lugar, el combustible principal de la instalación, residuos forestales o cultivos de plantaciones energéticas, son transportados y almacenados en la central. En ella pueden ser sometidos a un tratamiento de astillado, si no lo han recibido en campo (2) para reducir su tamaño. A continuación, pasa por un edificio de separación de combustible (3), en donde generalmente se clasifica en función de su tamaño, fineza y grosor, para después ser llevados a los correspondientes almacenes (4) y (5).

Figura. Recepción y tratado de la materia prima

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ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA A continuación los combustibles almacenados son conducidos a la caldera (7) para su combustión y el calor producido hace que el agua que circula por las tuberías de la caldera se convierta en vapor de agua. Generalmente la caldera tiene una parrilla donde quema el combustible grueso y el combustible fino se mezcla con el combustible de apoyo (generalmente se trata de un derivado del petróleo) procedente de su almacén (6), para ser quemado de la forma más eficiente posible.

Figura. Combustión de la materia prima El agua que circula por el interior de la caldera proviene del tanque de alimentación (10) esta agua, antes de entrar a la caldera, pasa generalmente por un economizador, donde es precalentada mediante el intercambio de calor con los gases de combustión aun calientes que salen de la propia caldera. Estos gases de combustión son sometidos a un proceso de recirculación por la caldera para reducir la cantidad de inquemados (partículas sólidas en suspensión) y así, aprovechar al máximo el poder energético y reducir las emisiones atmosféricas.

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Figura. Circuito agua y caldera Asimismo, los gases de combustión son depurados en un electrofiltro (9) mediante la precipitación de las partículas que transporta dicho gas antes de ser vertido a la atmmosfera a través de una chimenea. Las partículas retenidas, junto con las cenizas de la combustión, son conducidas al cenicero (8) para ser transportadas posteriormente a un vertedero o para posteriores usos como pueden ser fertilizados para la industria agrícola.

Figura. Escape de humos y cenizas El vapor generado en la caldera se expande en la turbina de vapor (12) que mueve el generador eléctrico (13), en donde se produce la energía eléctrica que una vez elevada su tensión en los

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ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA transformadores (14) es vertida al sistema mediante las líneas de transporte (15) correspondientes. El vapor de agua proveniente de la turbina es transformado en líquido en el condensador (11) y de ahí es enviada nuevamente al tanque de alimentación, cerrándose así el circuito principal del agua de la central.

Figura. Generación y vertido de energía eléctrica

11. Requisitos constitutivos De una manera general podemos subdividir el proceso de obtención de energía eléctrica en 4 sistemas, posteriormente en el apartado. 11.1.

Sistema de recepción de biomasa

Está formado por un conjunto de descarga de camiones, generalmente, mediante plataformas basculantes, bascula y medidor de humedad, ya que la biomasa se mide por volumen y humedad de la misma. 11.2.

Sistema de alimentación de biomasa

Está constituido por un patio o lugar de almacenamiento y un sistema de traslado de biomasa.

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ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA El tener un amplio recinto donde almacenar la biomasa, es muy importante pues la biomasa, por lo general, tiene una densidad energética mas baja que de los otros combustibles como podría ser el carbón. Por lo que ocupa mucho mas espacio. Un aspecto importante a tener en cuenta a la hora de almacenar la biomasa, es que esta puede autoinflamarse por que debe ser movida sacando el aire de los gases que se originan por auto indigestión, en el interior de los montones de astillas. Por esta razón, se recomienda recoger la biomasa en la parte inferior mediante tornillos sin fin. Por lo referente al sistema de traslado de biomasa, se entiende de este el traslado de la biomasa del patio de almacenamiento al sistema de alimentación autónomo de la caldera. Se pueden utilizar desde tornillos sinfín o cintas transportadoras hasta plumas con garfio tipo pulpo. 11.3.

Sistema de combustión de la biomasa

En los procesos de combustión diferenciamos 05 subsistemas:      11.4.

Sistema de combustión en parrilla donde se quema la biomasa. Sistema de entrada de aire para la correcta combustión. Sistema de intercambio de calor con el ciclo de agua vapor. Sistema de depuración de gases. Sistema de retirada de cenizas. Sistema de transformación de la energía mecánica en eléctrica

Podemos decir que este sistema lo forman, en su mayor parte, el grupo turbina-alternador. La turbina es la encargada de mover el rotor del generador, accionada por la energía mecánica del vapor de agua a presión y producir corriente eléctrica. Cuando el rotor gira a gran velocidad, debido a la energía mecánica aplicada en las turbinas, se produce corriente en los hilos de cobre del interior del estator. Esta corriente proporcionara al generador la denominada fuerza electromotriz, capaz de producir energía eléctrica a cualquier sistema conectado a él.

12. Esquema simplificado de generación eléctrica usando combustión de biomasa

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Figura. 13. LAS CENTRALES DE BIOMASA EN EL MUNDO Situación de la biomasa a nivel internacional Según la Agencia Internacional de Energía, en el año 2009 la oferta total de energía primaria en el mundo fue de 142000 GW-h, de los cuales 18480 GW-h, es decir el 13,1 % corresponde a energías renovables. El 75,9 % de la oferta total procedente de fuentes renovables, es decir 14.025 GW-h, corresponde a bioenergía, de acuerdo a los siguientes porcentajes: biomasa sólida 92,5 %, biocarburantes 4,5 %, biogás 1,8 % y residuos renovables 1,2 % (IEA, 2011). La biomasa sólida es la mayor fuente de energía renovable en el mundo, con mucha diferencia, debido a la existencia de la biomasa tradicional en los países en vías de desarrollo. Supone el 9,2 % de la oferta total de energía primaria en el mundo, el 70,2 % de la oferta total de energía renovable. De hecho, el 86 %de la biomasa sólida es producida y consumida en países que no pertenecen a la OCDE. La biomasa tradicional consiste en leña que se obtiene sin mediar transacción comercial, se utiliza fundamentalmente para cocinar y proporcionar calor en los hogares, tiene unos niveles bajos de eficiencia y genera problemas de salud al emitir gases y partículas contaminantes a causa de la combustión incompleta de la biomasa. La biomasa moderna se caracteriza por las transacciones en el mercado, funciona con mejores niveles de eficiencia, no tiene por qué dar lugar a problemas de salud y es utilizada para generar energía eléctrica, para producir calor y refrigeración en los hogares y en la industria y para producir biocarburantes para el transporte.

Principales centrales de biomasa en todo el mundo

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ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA PUESTO

CENTRAL

PAIS

POTENCIA INSTALADA

BIOMASA USADA

INICIO DE OPERACIÓN

1

Ironbridge

Reino Unido

740 MW

Pellets de madera

2013

2

Alholmenskraf

Finlandia

265 MW

Restos de madera y cultivos energéticos

2002

3

Toppila

Finlandia

210 MW

turba

2013

4

Polaniec

Polonia

205 MW

Restos de madera y cultivos energéticos

2012

5

Kymijarvi 2

Finlandia

160 MW

Plástico, papel, carbón, madera

2012

6

Vaasa

Finlandia

140 MW

Madera

2013

7

Wisapower

Finlandia

140 MW

Legía negra

2004

8

Florida Crystals

EE UU

140 MW

Fibra de caña de azúcar y madera reciclada

2009

9

KaukaanVoima

Finlandia

125 MW

Madera y turba

2010

10

Seinajoki

Finlandia

125 MW

Astilla de madera y Turba

1990

1. Ironbridge. 740 MW. Reino Unido La planta de biomasa de Ironbridge, está localizada en SevernGorge, Reino Unido, y es la planta de energía de biomasa pura más grande del mundo. Las instalaciones, que hace años fueron utilizadas como una central eléctrica de carbón con una capacidad instalada de 1.000 MW, fue reconvertida junto a las dos unidades de la central para la generación de energía a partir de biomasa en 2013. La planta es actualmente propiedad de la empresa británica E.ON, quien además es la encargada de su operación empleando pellets de madera para generar energía de biomasa. 2. AlholmensKraf. 265 MW. Finlandia La planta AlholmensKraft, está ubicada en las instalaciones de la fábrica de papel UPMKymmene en Alholmen, Jakobstad, Finlandia. La planta entró en funcionamiento en enero de 2002, y suministra también 100 MW de calor a la papelera y 60 MW de calefacción urbana para los habitantes de Jakobstad. La planta KraftAlholmens diseñada por los ingenieros de Metso, utiliza una caldera de lecho fluidizado circulante. Las instalaciones son operadas por OyAlholmensKraft, quien además es la propietaria junto a Perhonjoki, RevonSahkoOy y SkellefteaKraft.

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ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA 3. Toppila. 210 MW. Finlandia Ubicada en el distrito Toppila, en Oulu, Finlandia. Es una de las mayores centrales en el mundo que utilizan turba como combustible, y cuenta con una capacidad instalada de 210 MW de energía eléctrica y 340 MW de potencia térmica. La instalación cuenta con dos unidades de 75 MWe y 145 MWe. La caldera fue suministrada por Tampella y Ahlstrom, y las turbinas fueron suministradas por Zamech, LMZ y Ganz. La central es operada por Oulun Energia. 4. Polaniec. 205 MW. Polonia La planta de biomasa de Polaniec está situada en el condado de Staszów, al sudeste de Polonia, y es la cuarta planta de energía de biomasa más grande del mundo. La planta entró en operación comercial en noviembre de 2012 y hace uso principalmente de subproductos agrícolas y residuos de madera para su funcionamiento. La planta es propiedad de GDF SUEZ, quien además opera las instalaciones con la caldera de lecho fluidizado circulante para biomasa más grande y avanzada del mundo.

5. Kymijärvi II. 160 MW. Finlandia La planta de Kymijärvi II, está localizada en la ciudad de Lahti, en Finlandia, a unos 100 kilómetros al norte de Helsinki. Se trata concretamente de unas instalaciones basadas en gasificación que utiliza combustibles sólidos recuperados (CSR), tales como plástico, papel, cartón y madera. La planta inició su operación comercial en mayo de 2012, integrando un gasificador que convierte el combustible derivado de residuos en gas combustible. Entre el diverso equipamiento, incluye una caldera de vapor de circulación natural, una turbina Siemens SST 800 Tandem y el generador Siemens Gen5-100A-2P, así como un sistema de automatización para las instalaciones desarrollado por los ingenieros de Metso. Como resultado, la planta Kymijärvi II genera 300 GWh de electricidad y 600 GWh de calefacción urbana. 6. Vaasa. 140 MW. Finlandia La planta de gasificación de biomasa, situada en Vaasa, Finlandia, inició las operaciones por primera vez en marzo de 2013 tras la finalización de su construcción llevada a cabo por VaskiluodonVoimaOy, con una inversión total de 40 millones de euros. La planta de energía de biomasa produce biogás a partir de madera proveniente principalmente de residuos forestales, tratándose para producir calor y generar energía. Las instalaciones incluyen un gasificador CFB avanzado y la modificación de una caldera de carbón existente de la antigua planta. Centrales Eleé ctricas de Biomasa

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7. Wisapower. 140 MW. Finlandia La planta Wisapower está localizada en las instalaciones de la fábrica de papel de UPM en Pietarsaari, Ostrobothnia, Finlandia, y dispone de una capacidad de producción eléctrica de 140 MW desde su puesta en marcha en 2004. La central utiliza lejía negra como combustible primario. La turbina de vapor SST-800 y el generador empleado en las instalaciones fueron suministrados por los ingenieros de Siemens, mientras que la caldera fue proporcionada por los técnicos de Andritz. Actualmente PohjolanVoima es la propietaria y operadora de la planta a través de su filial WisapowerOy. 8. Florida Crystals. 140 MW. Estados Unidos La planta de biomasa Florida Crystals fue construida por los ingenieros de New Hope Power Partnership (NHPP) en la ciudad de South Bay, en el estado de Florida ( Estados Unidos). La central posee una capacidad instalada de 140 MW. La planta Florida Crystals utiliza la fibra de caña de azúcar (bagazo), así como madera urbana reciclada para la generación de electricidad, proveyendo de la energía necesaria para el procesamiento de la caña de azúcar, así como para el suministro de electricidad para alrededor de 60.000 hogares. 9. KaukaanVoima. 125 MW. Finlandia La planta de biomasa KaukaanVoima localizada en Lappeenranta, Finlandia, cuenta con una capacidad eléctrica instalada de 125 MW. La central fue inaugurada en mayo de 2010, y es propiedad de KaukaanVoimaOy, una joint venture entre PohjolanVoima, LappeenrannanEnergia y UPM. La planta tardó tres años en construirse con una inversión de 240 millones de euros, cuyas instalaciones hacen uso de madera y turba para la generación de energía y calefacción urbana 10. Seinäjoki. 125 MW. Finlandia La planta de biomasa Seinäjoki cuenta con una potencia instalada de 125 MW y está localizada en la ciudad de Seinäjoki al sur de Ostrobotnia, Finlandia. La central es operada por PohjolanVoima desde su entrada en funcionamiento en el año 1990, produciendo electricidad y calefacción urbana a partir de astillas de madera y turba como combustible principal. En octubre de 2013, los ingenieros de Metso fueron elegidos para implementar un nuevo sistema de automatización de la planta de energía de biomasa, conocido como DNA AutomationSystem.

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ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA POTENCIA INSTALADA (MW) 800 700 600 500 400 300 200 100

W

i sa po we Fl or r id aC ry sta Ka ls uk aa nV oi m a Se in aj ok i

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Tipos de biomasa PELLETS DE MADERA

FIBRA DE CAÑA DE AZUCAR

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ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA CENTRALES DE BIOMASA Y CAPACIDADES INSTALADAS EN AMERICA LATINA BRASIL La energía generada a partir de biomasa ha alcanzado alcanzó un total de 12500 MW de capacidad instalada en 500 plantas en operación, según datos que difundió Unión de la Industria de la Caña de Azúcar (UNICA), cifra que, comparativamente, supera la capacidad que se ha establecido tendrá en 2019 la represa hidroeléctrica de Belo Monte, la tercera mayor del mundo, detrás de la china Tres Gargantas y la binacional paraguayo-brasileña Itaipú. De acuerdo con la Agencia Nacional de Energía Eléctrica (ANEEL), la procedente de caña de azúcar es la principal fuente de generación a partir de biomasa en el país, con 10010 MW (el 80% del total), seguido por el licor negro, combustible resultante del proceso industrial del papel y la celulosa, que representa 1.530 MW (12.2% del total). El resto de la potencia instalada con biomasa como fuente es cubierto a través de residuos de madera, biogás, pasto elefante, aceite de almendra de palma, carbón vegetal y cáscara de arroz. Datos de ANEEL muestran que la capacidad total del Brasil es actualmente de 145 000 MW, y las termoeléctricas a biomasa en general, con su 12500 MW en operación, representan el 8.5% del total de la matriz energética. Esto pone a la biomasa en la tercera posición, sólo por detrás de las hidroeléctricas (62%) y del gas natural (9%). ARGENTINA La República Argentina posee una cantidad de recursos biomásicos importantes, de los cuales solo una muy pequeña parte es utilizada en la actualidad, existiendo en consecuencia disponibilidad de recursos para futuros aprovechamientos. La generación de energía eléctrica a partir de la biomasa en la Argentina se calcula que alcanza los 70 MW que representa el 0.2 % del total de la capacidad instalada; además, se calcula que solo el 2% del total de la capacidad en este país es proveniente de recursos renovables no convencionales como la eólica, solar y otros. Gran parte de la generación electrica en Argentina esta ligado a centrales hidroeléctricas (33%), térmicas a base de hidrocarburos (60%) y nuclear (5%). Se puede mencionar a las siguientes empresas que generan a partir de combustibles biomásicos: - Cooperativa Azucarera San Javier (San Javier Misiones): 210 kW, utiliza bagazo y leña

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ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA - Cooperativa Agrícola Picada Libertad (Leandro N. Alem - Misiones): 300 kW, utiliza cáscara de tung y leña. - Cooperatica Agrícola Oberá (Oberá - Misiones): 300 kW, utiliza cáscara de tung y leña. - Té del Valle (Aristóbulo del Valle - Misiones): 250 kW, utiliza leña - Las Marías (Gobernador Virasoro - Corrientes): 200 kW, utiliza leña y residuos de aserradero - Pindapoy (Apóstoles - Misiones): 200 kW, utiliza leña y residuos de aserradero. CHILE Según un reciente estudio que realizó el Ministerio de Energía, la Corporación Nacional Forestal (Conaf) y la Universidad Austral de Chile (UACh), en la zona comprendida entre las regiones de Coquimbo a Los Lagos, existe un potencial de generación de 2.129 MW, tomando en cuenta la superficie potencialmente aprovechable con fines energéticos. Sin embargo, la actual potencia generada a partir de este tipo de biocombustible es de 460 MW que representa casi el 2% del total de la potencia instalada en el país. En cambio, la generación hidroeléctrica (27%), gas natural (21%), térmica a base de carbón (20%), petróleo diésel (13.5%), solar fotovoltaica (6.6%) y eólica (5.8%); siguen siendo las principales fuentes de generación eléctrica.

COLOMBIA La biomasa en Colombia tiene mucho potencial por la gran capacidad para el aprovechamiento de residuos forestales y agrícolas que tiene el país, sobre todo en banano, cascarilla de arroz, pulpa de café y explotaciones silvícolas. Aunque aún queda mucho por hacer. El potencial energético de la biomasa en Colombia está estimado en unos 16 GWh al año. Los últimos estudios apuntan que las producciones de bagazo de caña (estimada en 1,5 millones de toneladas anuales), la cascarilla Centrales Eleé ctricas de Biomasa

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ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA de arroz (con 457.000 toneladas al año) y el fruto de palma de aceite presentan grandes posibilidades en el desarrollo de la biomasa en Colombia. Las zonas más adecuadas para generar esta energía son los Santanderes, los Llanos Orientales y la Costa Atlántica En el 2016, en Colombia se generaron 65 935 GWh de electricidad en el sistema interconectado nacional, de los cuales 597 GWh fueron generados a partir de biomasa. En la actualidad la generación a base de biomasa representa el 0.9% del total de la capacidad del país; el hidráulico (66%), térmicos a base de hidrocarburos (30%), eólicos y solares (3%). URUGUAY a capacidad de generación de electricidad a partir de la biomasa ya asciende a 410 megavatios instalados, lo cual equivale a 13 % del total en bruto producido en Uruguay. Este logro se deriva de la política ambiental que implementa el Gobierno de José Mujica con el cometido de disminuir el uso de fuentes fósiles para obtener energía en general y con ello mermar las emisiones de gases de efecto invernadero. La producción electrica por biomasa se encuentra en el tercer lugar después de la producción por centrales hidroeléctricas (64%) y las centrales eólicas (16%); en cuerto lugar se encuentra la generación electrica a base de combustibles hidrocarburantes (6%). MEXICO En este país la biomasa aporta el 4.22% del total de la energía primaria (SENER 2014). El recurso básico es madera forestal en forma de leña y carbón vegetal. Se estima un consumo de 38 millones de metros cúbicos de madera al año, es decir tres y media veces superior al uso de madera en rollo en las industrias del papel, muebles y construcción. Se estima que el potencial eléctrico con biomasa en México está por arriba de los 18500 MW, sin embargo la capacidad instalada para la generación con biomasa es de 680.6 MW

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ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA PAIS

POTENCIA PORCENTAGE PRINCIPAL INSTALADA EN DEL TOTAL BIOMASA BIOMASA

BRASIL

12500 MW

8.5%

CAÑA DE AZUCAR

9.0%

ARGENTINA

70 MW

0.2%

MADERA Y FORESTALES

RESIDUOS

0.5%

CHILE

460 MW

2.0%

MADERA Y FORESTALES

RESIDUOS

COLOMBIA

147 MW

0.9%

BAGASO Y BIOGAS

URUGUAY

410 MW

13.0%

CASCARA DE ARROZ Y 15.0% RESIDUOS FORESTALES

MEXICO

680.6 MW

4.2%

CAÑA DE MADERA

FUENTE PROYECCION AL 2020

AZUCAR

4.0%

1.0%

Y

9.0%

Biomasa en el Perú El incremento del consumo energético mundial en los últimos años, la necesidad de reducir la dependencia del petróleo y la toma de conciencia por reducir los problemas ambientales asociados con el uso de los combustibles fósiles hace necesario la focalización de esfuerzos hacia el estudio y desarrollo de las energías alternativas y renovables como la biomasa. En el Perú, los residuos agrícolas y forestales son recursos que actualmente no son explotados comercialmente y pese a que presentan un gran potencial no se contabilizan como fuente de energía primaria comercial en el Balance Nacional de Energía. Las acciones a nivel público y privado orientados a promover el desarrollo de la bioenergía requieren mejorar la capacidad del país en el conocimiento de aspectos relacionados con la oferta, composición y las tecnologías de aprovechamiento que actualmente existe sobre la biomasa con fines energéticos.(TEP=tonelada equivalente a petróleo)

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Fig.

Potencial energético disponible correspondiente a residuos biomásicos El departamento de Ica se encuentra ubicado en la costa sur central del litoral peruano, abarcando una superficie de 21 328 km2, equivalente al 1,7 por ciento del territorio nacional. La actividad agropecuaria departamental aportó el 5,5 por ciento del total nacional de 2010, contando con 117 mil hectáreas de tierras con aptitud agrícola. Entre los principales cultivos de exportación y agroindustria destacan el espárrago, algodón, uva, cebolla cabeza amarilla, palta, cítricos, mango, páprika y alcachofa, así como otros de consumo interno como camote, maíz amarillo duro, papa, pallar, tomate y zapallo.

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Potencial energético por residuo

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CONCLUSIONES Los residuos agrícolas y forestales del Perú son recursos que actualmente no son explotados comercialmente y que presentan un gran potencial como fuente de energía primaria por lo que se requiere mejorar la capacidad del país en el conocimiento del uso que actualmente existe sobre la biomasa con fines energéticos. En el Perú la agricultura, agroindustria y la industria de la madera generan anualmente más de 10 247,00 TM de residuos susceptibles de ser aprovechados energéticamente. La valoración energética indica un potencial de 2´993,506 TEP constituido principalmente por residuos de la cosecha de la caña de azúcar ( 20.6 %) , tallos, hojas y coronta del maíz (35.25%), bagazo y (17.4%), cascarilla de arroz (4.46%) y pajilla de arroz (13.6%, broza de espárrago (2.23%), broza de algodón ( 5.7%) y viruta y aserrín (0.8%). Los departamentos con mayor potencial son: La Libertad (26%), Lambayeque (16.7%), Lima (13%), San Martín (7.1%) , Piura (11.7%) e Ica (6.23%). PRINCIPALES CENTRALES DE BIOMASA EN EL PERÚ

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a) LA CENTRAL TÉRMICA DE BIOMASA HUAYCOLORO DE PETRAMÁS ENERGÍA ELÉCTRICA A PARTIR DE LA BASURA. Para el Dr. Jorge Zegarra Reátegui, Presidente Ejecutivo y promotor medioambiental, el funcionamiento de la Central Térmica de Biomasa de Huaycoloro significará el beneficio directo para unos 2 mil trabajadores de Petramás y para los usuarios industriales y domésticos de electricidad, que empezarán a ser abastecidos por una energía limpia conforme a los compromisos internacionales adquiridos por el Perú en la lucha mundial contra el cambio climático. En febrero del 2010, Petramás obtuvo la buena pro para suministrar energía eléctrica por 20 años al Estado Peruano por un total de de 28,294.80 MW por año, dentro del marco de la “Primera Subasta para el Suministro de Energía Eléctrica, con Recursos Energéticos Renovables (RER) al Sistema Eléctrico (SEIN)” llevada a cabo por OSINERGMIN con el objeto de emplear energía renovable (energía limpia) para garantizar la seguridad energética del país. Este proyecto de Petramás que genera energía eléctrica a partir de la basura, emplea el biogás generado en las plataformas del relleno sanitario Huaycoloro para la generación eléctrica, para lo cual se ha instalado una moderna estación automatizada de limpieza de biogás, una moderna central de Generación de 4.8MWh, una sala de control, una subestación de elevación de voltaje de 480V a 22,900V, una red de transmisión de 5.5 Km y una subestación de recepción para la interconexión con las redes del SEIN. Petramás: Energía Eléctrica a partir de la basura La primera planta de energía eléctrica renovable Central Térmica de Biomasa de Huaycoloro inició operaciones el 28 de octubre del 2011 y gracias a ella los tres millones y medio de kilos diarios de basura que recibe el relleno sanitario de Huaycoloro y que constituye alrededor del 42% de los residuos sólidos que genera toda la ciudad de Lima Metropolitana, se convierten en energía eléctrica que abastece a miles de peruanos al iniciarse su conexión al SEIN (Sistema Eléctrico Interconectado Nacional). Centrales Eleé ctricas de Biomasa

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ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA La planta, que tiene una potencia de 4.8 MW hora, cuenta con el auspicio del Banco Mundial y el aval de las Naciones Unidas. Precisamente, el acto de inauguración de la planta contó con la asistencia del representante de la Oficina del Banco Mundial Ing. Ousmane Dione. , además de importantes autoridades y personalidades del sector gubernamental nacional e internacional. Además de ser el primer relleno sanitario privado del Perú, Huaycoloro, ubicado en Huarochirí, es también la primera central térmica de biomasa que genera energía renovable mediante el debido recojo y tratamiento de la basura. Esta experiencia innovadora fue el tema principal de la II Charla Verde organizada por el Centro de Estudios Ambientales (CEA) de la Universidad de Lima, que tuvo como expositor a William Segura, gerente de proyectos de Petramás (Peruanos Trabajando por un Medio Ambiente Saludable), la empresa gestora de esta propuesta. El experto señaló que los emprendimientos privados son cruciales, sobre todo si se considera que cerca del 80% de los peruanos no pagan los arbitrios de limpieza y que el plan integral de gestión ambiental de residuos sólidos todavía no es acogido a nivel nacional. Por ello, resaltó la importancia de Huaycoloro, que de ser un relleno contaminador se ha convertido en una iniciativa modelo impulsada por el Banco Mundial en el año 2007 y que cuenta con el aval de la Organización de las Naciones Unidas (ONU). Segura refirió que uno de los principales aportes de Huaycoloro consiste en la captación de las emisiones de gases producidos por los residuos sólidos y en su posterior conversión en energía eléctrica, con el objetivo de disminuir la aceleración del calentamiento global. Para lograrlo, este proyecto dispone de 250 pozos de captación de biogás, un gaseoducto de más de 15 kilómetros, una estación de succión, una planta de quemado, un centro de tratamiento y compresión, una planta de generación de energía de 4,8 megavatios por hora y una línea de transmisión. Asimismo, el especialista recalcó que esta propuesta planea reducir dos millones de toneladas de CO2 en sus primeros seis años, en un proceso que se viene desarrollando dentro de lo estipulado por el Protocolo de Kioto, que propone la disminución de la emisión de gases que ocasionan el efecto invernadero. Así, por cada tonelada de CO2 capturada, la ONU otorga un bono de carbono a Petramás, propiciando un retorno de la inversión para la empresa. Segura también añadió que, de esta manera, se crea un círculo virtuoso que comprende las siguientes fases: servicios de limpieza, disposición final y segura de los residuos, mecanismo de desarrollo limpio y generación de energía renovable. Y es hacia ese proceso que hay que aspirar, especialmente si la ley de promoción de energía renovable apunta a que el 5% de los suministros de energía a nivel nacional debe provenir de fuentes renovables, con el propósito de cuidar el Perú y el planeta.

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b) CENTRAL TÉRMICA A BAGAZO PARAMONGA  Descripción General del Proyecto. La central térmica a bagazo Paramonga I, forma parte de la planta de producción de la empresa Agroindustrial Paramonga S.A.A. (AIPSAA) y está localizada en el distrito de Paramonga, provincia de Barranca, departamento de Lima. El proyecto consiste en una central de generación con turbina de vapor con extracción - condensación con una potencia instalada de 23 MW. Por sus características la planta de generación se desempeña como un sistema de cogeneración inyectando energía eléctrica a la red y suministrando vapor para los procesos productivos de la empresa. La central térmica de Paramonga entró en operación comercial el 17 de marzo del 2010, con una producción anual estimada de 115 GWh/año. La totalidad de la energía generada por la central, es colocada en el mercado de corto plazo y liquidada a Tarifa Adjudicada, por ser este un generador del tipo RER. El precio de la energía que fue ofertada por esta central en la Primera Subasta de Energías Renovables fue de 52.00 US$/MWh. (OSINERGMIN, 2011) Objetivos del Proyecto El objetivo principal del proyecto fue mejorar la eficiencia en la producción, mediante el uso de una central de cogeneración de 23 MW, que le permitiera generar energía eléctrica y vapor suficiente para la utilizarlo en el proceso productivo de elaboración de azúcar, utilizando todo el bagazo y residuos de la cosecha de caña de azúcar como combustible. Como objetivo adicional, se planteó la venta de energía al SEIN, lo cual hace más eficiente el uso de la capacidad de la planta de generación térmica. Así mismo, como consecuencia de la implementación del proyecto, se dio una mejora el tema de responsabilidad social y ambiental.  Objetivos del Proyecto El objetivo principal del proyecto fue mejorar la eficiencia en la producción, mediante el uso de una central de cogeneración de 23 MW, que le permitiera generar energía eléctrica y vapor suficiente para la utilizarlo en el proceso productivo de elaboración de azúcar, utilizando todo Centrales Eleé ctricas de Biomasa

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ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA el bagazo y residuos de la cosecha de caña de azúcar como combustible. Como objetivo adicional, se planteó la venta de energía al SEIN, lo cual hace más eficiente el uso de la capacidad de la planta de generación térmica. Así mismo, como consecuencia de la implementación del proyecto, se dio una mejora el tema de responsabilidad social y ambiental.  Beneficiarios Los beneficiarios directos del proyecto, vienen a ser los pobladores de la ciudad de Paramonga, ciudad localizada alrededor de la planta de producción de AIPSAA y que se caracteriza porque su existencia y sostenibilidad económica gira en torno a la empresa. La presencia de la compañía azucarera en la zona ha ido modificando progresivamente tanto el paisaje como el ordenamiento de la ciudad, ya que propició la creación de nuevos sectores en la ciudad los cuales fueron diseñados claramente para cumplir una función específica entre las personas que trabajaban en la fábrica. Por su naturaleza productiva, la empresa beneficia no sólo a la población local, sino también a la población de comunidades circundantes productoras de caña de azúcar, materia prima no sólo para la producción industrial, sino también para la obtención del bagazo de caña que se usa como combustible. 

De los Financistas

El proyecto se llevó a cabo mediante el mecanismo de arrendamiento financiero o Leasing. La entidad que participó del financiamiento fue el Banco Interamericano de Finanzas (BIF) (MEM, 2011b). El BIF forma parte del grupo empresarial Español Ignacio Fierro (Grupo IF), el cual cuenta con experiencia en España, Estados Unidos, Centroamérica y América del Sur. En el caso peruano, el BIF mantiene importantes inversiones en los sectores industrial, agroindustrial, comercial, inmobiliario y de servicios financieros. Estos negocios se desarrollan desde hace 50 años en el Perú. 

Aspectos Ambientales

Como parte de la contribución al desarrollo sostenible, la compañía Agro Industrial Paramonga S.A.A. efectúa un control de sus aspectos ambientales a fin de que las operaciones se desarrollen sin dejar impactos negativos al ambiente y a las poblaciones de nuestra área de influencia. El proyecto no afecta a los terrenos agrícolas de la zona ni su producción, debido a que el combustible a usar se obtiene como residuo de la actividad productiva. A partir de la puesta en operación de la caldera acuotubular, que usa como combustible exclusivamente bagazo, se ha dado una reducción significativa de la contaminación en comparación a la que se daba cuando aún no se implementaba el proyecto y se operaban las dos calderas que consumían petróleo y bagazo para la producción de energía. Este cambio de tecnología contribuye a la mejora de la calidad del aire, fundamentalmente, por la reducción de partículas en las emisiones, lo que a su vez tiene influencia en la reducción de molestias percibidas por la población contigua. LEY DE PROMOCIÓN DEL MERCADO DE BIOCOMBUSTIBLES 

Ley de promoción de la inversión para la generación de electricidad con el uso de energías renovables - Decreto Legislativo 1002 (mayo 2008)

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ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA El presente Decreto Legislativo tiene por objeto promover el aprovechamiento de los Recursos Energéticos Renovables (RER) para mejorar la calidad de vida de la población y proteger el medio ambiente, mediante la promoción de la inversión en la producción de electricidad. El presente Decreto Legislativo es de aplicación a la actividad de generación de electricidad con RER que entre en operación comercial a partir de la vigencia del presente Decreto Legislativo. La obtención de los derechos eléctricos correspondientes, se sujeta a lo establecido en el Decreto Ley Nº 25844, Ley de Concesiones Eléctricas, su Reglamento y normas complementarias. Podrán acogerse a lo dispuesto en el presente Decreto Legislativo las nuevas operaciones de empresas que utilicen RER como energía primaria, previa acreditación ante el Ministerio de Energía y Minas. 

Reglamento de la generación de electricidad con energías renovables Decreto Supremo 012-2011-EM (Marzo 2011)

Decreto Legislativo de promoción de la inversión para la generación de electricidad con el uso de energías renovables. 

LEY N° 28054

Artículo 1°.- Objeto de la Ley La presente Ley establece el marco general para promover el desarrollo del mercado de los biocombustibles sobre la base de la libre competencia y el libre acceso a la actividad económica, con el objetivo de diversificar el mercado de combustibles, fomentar el desarrollo agropecuario y agroindustrial, generar empleo, disminuir la contaminación ambiental y ofrecer un mercado alternativo en la Lucha contra las Drogas. Artículo 2°.- Definición de biocombustibles Se entiende por biocombustibles a los productos químicos que se obtengan de materias primas de origen agropecuario, agroindustrial o de otra forma de biomasa y que cumplan con las normas de calidad establecidas por las autoridades competentes. Artículo 3°.- Políticas Generales El poder Ejecutivo implementará las políticas generales para la promoción del mercado de biocombustibles, así como designará a las entidades estatales que deben ejecutarlas. Son políticas generales: 1. Desarrollar y fortalecer la estructura científico-tecnológica destinada a generar la investigación necesaria para el aprovechamiento de los biocombustibles; 2. Promover la formación de recursos humanos de alta especialización en materia de biocombustibles comprendiendo la realización de programas de desarrollo y promoción de emprendimientos de innovación tecnológica; 3. Incentivar la participación de tecnologías, el desarrollo de proyectos experimentales y la transferencia de tecnología adquirida, que permitan la obtención de biocombustibles mediante la utilización de todos los productos agrícolas o agroindustriales o los residuos de éstos; 4. Incentivar la participación privada para la producción de biocombustibles; 5. Incentivar la comercialización de los biocombustibles para utilizarlos en todos los ámbitos de la economía en su condición de puro o mezclado con otro combustible; Centrales Eleé ctricas de Biomasa

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ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA 6. Promover la producción de biocombustibles en la Selva, dentro de un Programa de Desarrollo Alternativo Sostenible; 7. Otros que determine el Poder Ejecutivo para el logro de lo establecido en el artículo 1° de la presente Ley. Artículo 4°.- Uso de biocombustibles El poder Ejecutivo dispondrá la oportunidad y las condiciones para el establecimiento del uso del etanol y el biodiesel. Artículo 5°.- Programa de Cultivos Alternativos DEVIDA como Ente Rector en la Lucha Contra las Drogas en el Perú, conjuntamente con los Gobiernos Regionales y PROINVERSIÓN elaborarán Proyectos dentro del Programa de Desarrollo Alternativo, que promoverán la inversión privada, así como fondos de Cooperación Internacional en la zona de ceja de selva orientados a la obtención de biocombustibles. Las entidades estatales dentro del portafolio de combustibles, dispondrán la compra de biocombustibles producidos dentro de los programas vinculados a la Lucha contra las Drogas.

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