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Sustitución de equipos de generación térmica con gas por biomasa: Factores clave

Sustitución de equipos de generación térmica con gas por biomasa: factores clave

La biomasa está destinada a tener un papel clave en el futuro energético más inmediato dentro del sector industrial impulsando una economía verde y disminuyendo la dependencia de los combustibles fósiles. Su potencial de generación energética y ahorro económico, así como su contribución a la descarbonización del sector industrial, están haciendo que cada vez más industriales se planteen la sustitución de sus equipos de generación térmica basados en combustibles fósiles – mayoritariamente gas natural – por otros empleando biomasa.

El paso a la biomasa implica un cambio en el modelo de suministro de energía respecto al uso de equipos con gas natural, cambios desde la forma en la que deberán diseñarse y seleccionarse esos nuevos equipos hasta la propia filosofía de operación y gestión de esos nuevos activos.

Aprovechamos para compartir algunos de los factores clave a tener en consideración a la hora de plantear un cambio a biomasa para la producción de energía térmica a nivel industrial:

  1. Necesidad de espacios, rutas y accesos
  2. Selección de la potencia térmica óptima
  3. Tipología de biomasa y caracterización
  4. Aprovisionamiento y estocaje
  5. Generación y gestión de residuos

 

1. Necesidad de espacios, rutas y accesos

Las necesidades de espacios respecto a instalaciones de generación térmica con gas natural son significativamente superiores, especialmente debido a las necesidades de instalación de equipamientos auxiliares para la recepción, tratamiento, almacenamiento y transporte de biomasa, así como para el tratamiento de humos.

Será clave desde un inicio verificar que se dispone de espacio suficiente para la implantación de los nuevos equipos y que se le puede dotar de unos accesos y rutas internas adecuadas para el tránsito de camiones.

2. Selección de la potencia térmica óptima

A diferencia de los equipos con gas natural, los que emplean biomasa rara vez se deberán dimensionar para la máxima demanda térmica, sino que deberá definirse la potencia térmica óptima que permita maximizar la cobertura de demanda teniendo en cuenta las particularidades operacionales de estos equipos.

Esta filosofía de dimensionamiento llevará a la necesidad de mantener algunos equipos con gas natural para poder garantizar el suministro de los picos de demanda térmica y momentos de demanda inferiores al mínimo técnico que no pudiesen suministrarse con la biomasa y, a su vez, como back-up para indisponibilidades de la central de biomasa.

Algunos de los principales factores a considerar:

  • Demanda térmica. Dado que los equipos con biomasa requieren de valores de inversión específica superiores a los equipos con gas, aquellos procesos productivos con elevadas demandas térmicas, estables y sin estacionalidad acusada serán los que permitirán soportar mayores inversiones y rentabilizarlas antes.
  • Nivel de carga mínimo (mínimo técnico). A diferencia de los equipos con gas natural, los equipos con biomasa requieren de un nivel de carga mínimo más elevado (entre un 30% y un 50% de su potencia nominal, según la tipología de biomasa empleada y su uso).
  • Velocidad de variación de carga. Dada la inercia térmica de estos equipos, las velocidades de modulación de carga tanto en subida (ramp-up) como en bajada (ramp-down) son sensiblemente inferiores a equipos con gas natural (del orden de un 3 – 4 %/min). Este factor deberá tenerse en cuenta para evaluar si el equipo proyectado será capaz de seguir o no las variaciones minutales de la curva de demanda térmica de fábrica o si será necesario prever algún sistema complementario (p.e. acumulador de vapor, operar en un rango de presión superior, etc).
generación térmica con biomasa
Ejemplo de cobertura de demanda térmica con biomasa y gas natural

 

Ejemplo de análisis de potencia óptima caldera biomasa

 

3. Tipología de biomasa y caracterización

A diferencia del gas natural, la composición de la biomasa puede ser muy heterogénea según su origen, su procesado e incluso según la estación del año. Por ello, será imprescindible definir el rango de composiciones, granulometría, poder calorífico, agentes contaminantes, humedad, contenido de impropios e inertes para que se tenga en cuenta a la hora de diseñar los equipos de transporte de biomasa, los equipos de producción térmica, así como los equipos de tratamiento de humos. Una vez diseñados para una tipología de biomasa o mix de éstas, no siempre será posible emplear otros tipos de biomasas para los que no fueron diseñados los equipos.

 

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4. Aprovisionamiento y estocaje

Para garantizar la disponibilidad de una central de biomasa será imprescindible disponer de un adecuado plan de aprovisionamiento de biomasa, así como un óptimo estocaje de ésta en planta que permita continuar operando la central en caso de problemas en la cadena de suministro de biomasa.

Deberá definirse a su vez en qué estado se aprovisionará la biomasa y, por tanto, qué pretratamientos deberán preverse en planta, previamente a alimentar los equipos de generación térmica (p.e. trituración, cribaje de sobretamaños, separación de metales, separación de piedras, secado, etc.).

5. Generación y gestión de residuos

En las centrales de producción de energía térmica a partir de biomasa se generan residuos cuya gestión deberá ser valorada y considerada en el proyecto. Los principales residuos generados son:

  • En los procesos de recepción, transporte y cribaje de biomasa se extraen metales, impropios, piedras, plásticos, etc.
  • En los procesos de combustión se generan dos tipos de residuos: cenizas de fondo, que comprenden la fracción gruesa y que a menudo se mezcla con las impurezas minerales contenidas en el propio combustible; y cenizas volantes que comprende la fracción más fina de cenizas que es arrastrada por los gases de la combustión.

 

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En ENGIE disponemos de una amplia experiencia en proveer soluciones energéticas a partir de biomasa natural o residual basadas en las últimas tecnologías y estado del arte. Participamos desde las fases más incipientes y de diseño de los proyectos hasta la ejecución y explotación de éstos. Nuestro propósito es aportar a nuestros clientes soluciones óptimas de acuerdo con sus necesidades particulares y poder ayudarles a descarbonizar sus procesos energéticos a partir del uso de la biomasa teniendo siempre en cuenta las particularidades y factores clave de estos proyectos.

 

Autor: Sergio Orero Esteban, Area Manager – Asset Based Engineering