INSTALACIONES DE BIOMASA ÍNDICE · Instalaciones de Biomasa 04/04/2011 1 ... Es el conjunto de la materia orgánica, ... para el transporte desde el almacenamiento a los generadores

Instalaciones de Biomasa 04/04/2011

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INSTALACIONES DE BIOMASA

Bruno De Miranda Santos Ingeniero IndustrialA Coruña, 4 de abril 2010

ÍNDICE

� Introducción

� Marco legislativo

� Análisis DAFO en el uso de Biomasa

� Estudio económico de una instalación de Biomasa en una Vivienda Unifamiliar

� Conclusiones


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INTRODUCCIÓN. ¿QUÉ ES LA BIOMASA?

Directiva 2001/77/EC

“ Fracción biodegradable de los productos, residuos y residuos de la agricultura (incluido sustancias vegetales y animales), forestales incluidos sus industrias, así como la fracción biodegradable de los residuos industriales y municipales”

Según IDAE

Es el conjunto de la materia orgánica, de origen vegetal o animal y los materiales que proceden de su transformación natural o artificial.

TIPO DE BIOMASA

Tipos de Biomasa

� Residuos vegetales (podas, siegas, limpieza de montes)

� Residuos de la industria maderera

� Paja y residuos cereales

� Cáscaras de frutos secos

� Residuo del proceso de elaboración de aceite de oliva

� Orujo de uva

� Cultivos industriales de algodón, girasol, caña de azúcar, etc.

� Cultivos energéticos

� Residuos de la ganadería


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TIPO DE BIOMASA

Poderes caloríficos de diferentes tipos de biomasa (fuente: IDAE)

LA BIOMASA EN EL ÁMBITO DOMÉSTICO

Tipos de Biomasa Indicados para su uso domético

AstillasPellets Leña, briquetas


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ELEGIR LA BIOMASA ADECUADA

¿Cómo elegir?

� En el caso de usuarios domésticos que no dispongan de residuos vegetales leñosos, nos decantaremos por pellets o astillas. Solo optaremos por leña o briquetas si el usuario está dispuesto a carga manual.

� Comprobaremos las especificaciones del fabricante de la caldera

� Optaremos por distribuidores que suministren biomasa normalizada (Normas Ö-NORM, DIN PLUS, …)

� Prestaremos atención a los parámetros de tamaño, contenido en humedad y densidad aparente.

EL TAMAÑO DE LAS ASTILLAS

ÖNORM M 7133 astillas de madera para generación de energía

Clases en función del tamaño

Tipo astilla

Porciones de tamaños admisiblesValores extremos

admisiblesmax. 4% max. 20% 60-100% max. 20%

Tamaño de astilla (mm)Media (cm 2)

Longitud (cm)

G30 < 1,0 1,0-2,8 2,8-16,0 >16,0 3,0 8,5

G50 < 1,0 1,0-5,6 5,6-31,5 >31,5 5,0 12,0

G100 < 1,0 1,0-11,2 11,2-63,0 >63,0 10,0 25,0


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LA INFLUENCIA DE LA HUMEDAD

El contenido en humedad previo de las astillas condiciona de manera muy importante su poder calorífico

Condición de la madera

Humedad PCI (Hu)

Recién cortada 50 – 60 % 2,0 kWh/kg

Almacenado un año 25 – 35 % 3,4 kWh/kg

Varios años de almacén 15 – 25 % 4,0 kWh/kg

Por encima del 30% de humedad, las astillas no son almacenables. Deben utilizarse astillas secas (W20 o inferior) o astillas almacenables (W30 o inferior)

LOS PELLETS

Acerca de los pellets

� Proceden de serrín prensado, no debe incluir aditivos ni aglutinantes, ni residuos de barniz o pegamento.

� Diámetro de pellets 6 mm, longitud 1 – 3 cm

� Max. contenido en humedad 10 %, asegurando un almacenamiento ilimitado y silo seco garantizado

� Poder calorífico inferior del orden de 4,9 kWh/kg

� La densidad aparente es 650 kg/m³

� Contenido de ceniza inferior a 0,5 %

� Deseable que el fabricante certifique que cumple normas (DIN, ÖNORM)


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LOS PELLETS

Ejemplo de características de Pellets, ensayo realizado por CIS-Madera

LA INSTALACIÓN DE CALEFACCIÓN

Características de la instalación de calefacción

� Es posible realizar instalaciones con elevado nivel de automatización, casi transparentes para el usuario

� Requerimiento de espacio elevados

� No es deseable la preparación instantánea de agua caliente sanitaria, debemos optar por acumuladores o interacumuladores.

� Es aconsejable que el circuito de calefacción cuente con un volumen de agua importante (inercia del orden de 20 litros / kw)

� Hay que prestar atención a los dispositivos de seguridad anti-incendio


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Distintas opciones para el almacenamiento

� Silo de obra

� Silo plegable de lona (aconsejable en locales con humedad)

� Tolva o tanque incorporado a la caldera (menor autonomía)

Distintas opciones para la alimentación

� Alimentación por gravedad

� Alimentación mediante tornillo sinfín (silo contiguo)

� Alimentación mediante sistemas neumáticos (silo a distinto nivel, o alejado de la caldera)


Ejemplo de instalación de caldera de pellets con silo de almacenamiento y tornillo sinfín


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Ejemplo de instalación de caldera de pellets con silo de almacenamiento y alimentación neumática


Ejemplo de instalación de caldera de pellets con silo de almacenamiento y alimentación neumática


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Ejemplo de caldera de pellets con tanque incorporado


Esquema tipo de instalación de

calefacción


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MARCO LEGISLATIVO

Reglamentación más relevante

� RITE: Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios(Real Decreto 1027/2007 y modificaciones)

� CTE: Código Técnico de la Edificación. Documentos Básicos HE(Real Decreto 314/2006 y modificaciones)

� Futura Orden que desarrolle la aplicación del RITE en Galicia

La Biomasa es relevante para

� Certificación de Eficiencia Energética de edificios nuevos(Real Decreto 47/2007)

EL REGLAMENTO DE INSTALACIONES TÉRMICAS

Enfoque reglamentario

� Las instalaciones de biomasa son un tipo más de instalaciones térmicas, aunque cuentan con requisitos particulares.

� Las prestaciones exigidas a las calderas son inferiores a las del resto de combustibles.

� Las exigencias de mantenimiento obligatorio son muy superiores a las de las que tienen las instalaciones de otros combustibles.


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Requisitos de rendimiento térmico (IT 1.2.4.1.2.1)

� En el caso de generadores de calor que utilicen biomasa el rendimiento mínimo instantáneo exigido será del 75 % a plena carga.

� Cuando el generador de calor utilice biocombustibles sólidos sólo se deberá indicar el rendimiento instantáneo del conjunto caldera-sistema de combustión para el 100 % de la potencia máxima, para uno de los biocombustibles sólidos que se prevé se utilizará en su alimentación 0, en su caso, la mezcla de biocombustibles.


Requisitos de seguridad (IT 1.3.4.1.1)

� Los generadores de calor que utilicen biocombustible sólido tendrán: un dispositivo de interrupción de funcionamiento del sistema de combustión en caso de retroceso de los productos de la combustión o de llama. Deberá incluirse un sistema que evite la propagación del retroceso de la llama hasta el silo de almacenamiento que puede ser de inundación del alimentador de la caldera o dispositivo similar, o garantice la depresión en la zona de combustión;

� un dispositivo de interrupción de funcionamiento del sistema de combustión que impida que se alcancen temperaturas mayores que las de diseño, que será de rearme manual;


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Requisitos de seguridad (IT 1.3.4.1.1)

� un sistema de eliminación del calor residual producido en la caldera como consecuencia del biocombustibie ya introducido en la misma cuando se interrumpa el funcionamiento del sistema de combustión. Son válidos a estos efectos un recipiente de expansión abierto que pueda liberar el vapor si la temperatura del agua en la caldera alcanza los 100 cC o un intercambiador de calor de seguridad;

� una válvula de seguridad tarada a 1 bar por encima de la presión de trabajo del generador. Esta válvula en su zona de descarga deberá estar conducida hasta sumidero.


Requisitos de espacio en la sala de máquinas (IT 1.3.4.1.2.6)[Potencia térmica mayor de 70 kw]

� Con calderas de combustibles sólidos, la distancia entre éstas y la chimenea será igual, al menos, al tamaño de la caldera.

� Las calderas de combustibles sólidos en las que sea necesaria la accesibilidad al hogar, para carga o reparto del combustible, tendrán un espacio libre frontal igual, por lo menos, a una vez y media la profundidad de la caldera.

� Las calderas de biocombustibles sólidos en las que la retirada de cenizas sea manual, tendrán un espacio libre frontal igual, por lo menos, a vez y media la profundidad de la caldera.


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Requisitos del almacenamiento de biomasa (IT 1.3.4.1.4)� Las instalaciones alimentadas con biocombustibles sólidos deben incluir un

lugar de almacenamiento dentro o fuera del edificio, destinado exclusivamente para este uso.

� Cuando el almacenamiento esté situado fuera del edificio podrá construirse en superficie o subterráneo, pudiendo utilizarse también contenedores específicos de biocombustible, debiendo prever un sistema adecuado de transporte.

� En edificios nuevos la capacidad mínima de almacenamiento de biocombustible será la suficiente para cubrir el consumo de dos semanas.

� Se debe prever un procedimiento de vaciado del almacenamiento de biocombustible para el caso de que sea necesario, para la realización de trabajos de mantenimiento o reparación o en situaciones de riesgo de incendio.


Requisitos del almacenamiento de biomasa (IT 1.3.4.1.4)� En edificios nuevos el almacenamiento de biocombustible sólido y la sala de

máquinas deben encontrarse situados en locales distintos y con las aperturas para el transporte desde el almacenamiento a los generadores de calor dotadas con los elementos adecuados para evitar la propagación de incendios de una a otra.

� En instalaciones térmicas existentes que se reformen, en donde no pueda realizarse una división en dos locales distintos, el depósito de almacenamiento estará situado a una distancia de la caldera superior a 0,7 m y deberá existir entre el generador de calor y el almacenamiento una pared con resistencia ante el fuego de acuerdo con la reglamentación vigente de protección contra incendios.

� Las paredes, suelo y techo del almacenamiento no permitirán filtraciones de humedad, impermeabilizándolas en caso necesario.


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Requisitos del almacenamiento de biomasa (IT 1.3.4.1.4)� No están permitidas las instalaciones eléctricas dentro del almacén. � Cuando se utilice un sistema neumático para el transporte de la biomasa, éste deberá

contar con una toma de tierra. � Cuando se utilicen sistemas neumáticos de llenado del almacenamiento debe:

� instalarse en la zona de impacto un sistema de protección de la pared contra la abrasión derivada del golpeteo de los biocombustibles y para evitar su desintegración por impacto;

� diseñarse dos aberturas, una de conexión a la manguera de llenado y otra de salida de aire para evitar sobrepresiones y para permitir la aspiración del polvo impulsado durante la operación de llenado. Podrán utilizarse soluciones distintas a la expuesta de acuerdo con las circunstancias específicas, siempre que sean debidamente justificadas.

� Cuando se utilicen sistemas de llenado del almacenamiento mediante descarga directa a través de compuertas a nivel del suelo, estas deben constar de los elementos necesarios de seguridad para evitar caídas dentro del almacenamiento.


Requisitos del mantenimiento (IT 3)

Operación Periodicidad

≤ 70 kW >70 kW

Comprobación del estado de almacenamiento del biocombustible sólido semanal semanal

Apertura y cierre del contenedor plegable en instalaciones de biocombustible sólido

semestral semestral

Limpieza y retirada de cenizas en instalaciones de biocombustible sólido mensual mensual

Control visual de la caldera de biomasa semanal semanal

Comprobación y limpieza, si procede, de circuito de humos de calderas y conductos de humos y chimeneas en calderas de biomasa.

anual mensual

Revisión de los elementos de seguridad en instalaciones de biomasa mensual mensual


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ANÁLIS DAFO EN EL USO DE BIOMASA

Análisis DAFO

� Análisis Interno: Fortalezas, Debilidades

� Análisis Externo: Amenazas, Oportunidades

Preguntas a contestar

� ¿Cómo se puede explotar cada fortaleza?

� ¿Cómo se puede aprovechar cada oportunidad?

� ¿Cómo se puede detener cada debilidad?

� ¿Cómo se puede defender de cada amenaza?


Oportunidades

� La Unión Europea apuesta de manera firme por las energías renovables

� Existe una creciente mejora de la imagen social de las nuevas energías

� Escalada de precios de los combustibles fósiles

� Posibilidad de reducir la dependencia energética

� Posibilidad de convertirse en motor de generación de empleo

� Mercado emergente, en fase expansiva

� Subvenciones a la implantación


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Amenazas

� Inseguridad jurídica

� Poder de los grupos de presión vinculados al sector energético

� Reglamentación demasiado exigente en cuanto al mantenimiento

� Mala coyuntura económica

� Déficit de tarifa


Fortalezas

� Plazos de amortización dentro del ciclo de vida de los productos

� Refuerzo de la imagen de responsabilidad social del usuario

� Disminución del impacto ambiental con respecto a otros combustibles

� Posibilidad de obtener una Calificación Energética A en la certificación energética de edificios

� Posibilidad de valorizar residuos

� Ausencia de olores. Sin riesgo de escapes.


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Debilidades

� Elevado coste de inversión inicial

� Elevados requerimientos de espacio

� Desconocida para el público en general

� Falta de cualificación en mantenedores / instaladores

� Oferta de combustible poco publicitada

� Como todo mercado nuevo, atractivo para los oportunistas

ESTUDIO ECONÓMICO DEL USO DE BIOMASA

Aplicación a una vivienda unifamiliar. Datos de partida

� Demanda de calefacción media: 100 w/m2

� Superficie considerada: 150 m2

� Carga térmica: 15000 w = 15 kw

� Horas de uso anual de la calefacción: 1.200 horas

� Demanda energética anual en calefacción: 18.000 kwh/año

� Demanda energética anual en agua caliente: 2.600 kwh/año

� Demanda energética anual total: 20.600 kwh


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Cálculo del consumo anual de combustible

oRendimient(kwh/kg) PCI

(kwh/año) energética Demanda (kg) eCombustibl de Demanda

×=


Cálculo coste anual de combustible

Combustible Pellets Gasóleo C Propano

Unidad Kg Kg KgPoder calorífico Inferior (kwh/kg) 4,90 11,63 13,95Demanda energética (kwh/año) 20.600 20.600 20.600Rendimiento de la caldera 0,85 0,85 0,85Consumo de combustible (kg/año) 4.946 2.084 1.737Coste unitario (€/kg) 0,20 € 0,70 € 0,85 €Importe del combustible (€/año) 989,20 € 1.458,70 € 1.476,70 €Ahorro obtenido con la caldera de pellets (€/año)

0,00 € 469,51 € 487,51 €


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Críticas al modelo

� Dificultad a la hora de estimar los rendimientos estacionales de las calderas, el uso de valores arbitrarios puede llevar a resultados contrarios

� Imposibilidad de conocer la evolución del coste de la energía a la hora de calcular amortizaciones, aunque es previsible que los pellets no crezcan al mismo ritmo que los combustibles fósiles.

� Se ha supuesto el mismo coste de mantenimiento, y se han despreciado los términos fijos en la facturación de gas canalizado por suministro


Balance medioambiental

La factura medioambiental de la biomasa es más favorable que la de otros combustibles, y siempre que se cultive / obtenga dentro del territorio del estado contribuirá a reducir el gasto por el cupo de emisiones.


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CONCLUSIONES

La Biomasa como contribución a la eficiencia energética

� Tecnología relativamente joven, con escasa implantación en Galicia.

� Gran potencial a la hora de valorizar residuos

� Mercado nuevo para las empresas instaladoras / mantenedoras

� Graves amenazas reglamentarias. Inseguridad jurídica.

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