Central de Biomasa de 1MW en Ribadedeva

8/15/2019 Central de Biomasa de 1MW en Ribadedeva

1/34

Central de Biomasa de 1 MW

AUTORES:

Adriana Souza

Sheila Pavón

María Navarro

Patricia Hernández

Combustión Industrial

Máster en Ingeniería de la Energía !PM"

#$%&


2/34

Universidad Politécnica de Madrid Máster en Ingeniería de la Energía

Combustión Industrial 'ISE() 'E !NA CEN*+A, 'E -I)MASA 'E % M.

%

ÍNDICE DE CONTENIDOS

%/ )-0E*I1) /////////////////////////////////////////////////////////// /////////////////////////////////////////////////////////// /////////////////////////// #

#/ IN*+)'!CCI2N //////////////////////////////////////////////////////////////////////////// //////////////////////////////////////////////////////// #

#/%/ SI*!ACI2N ENE+34*ICA AC*!A, //////////////////////////////////////////////////////////////////////// ///////////////// # #/%/%/ Situación energ5tica de Es6a7a//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 8

#/#/ 0!S*I9ICACI2N A, !S) 'E -I)MASA /////////////////////////// //////////////////////////////////////////////////////// :

#/8/ -I)MASA ///////////////////////////////////////////////////////////////////////// /////////////////////////////////////////////////////////// /////// ;

#/8/%/ *i6os de biomasa ///////////////////////////////////////////////////// /////////////////////////////////////////////////////////// /////// ;

#/8/#/ 1enta

8/ ?)NA 'E ES*!'I) //////////////////////////////////////////////////////////// /////////////////////////////////////////////////////////// /////// >

8/%/ +I-A'E'E1A /////////////////////////////////////////////////////// /////////////////////////////////////////////////////////// ////////////// %$ 8/%/%/ -iomasa en +ibadedeva /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// %%

3.1.2. 'is6onibilidad del recurso 6ara la 6roducción de energía //////////////////////////////////// %#

:/ 'ESC+IPCI2N 'E ,A P,AN*A /////////////////////////////////////////////////////////// /////////////////////////////////////////// %8

:/%/ P+E*+A*AMIEN*) 'E ,A A,IMEN*ACI2N ////////////////////////////////////////////////////// ////////////// %8

:/#/ SIS*EMA 'E A,IMEN*ACI2N ///////////////////////////////////////////////////// /////////////////////////////////////////// %:

:/8/ CA,'E+A ///////////////////////////////////////////////////// /////////////////////////////////////////////////////////// //////////////////////// %;

:/:/ *!+-INA 'E 1AP)+ /////////////////////////////////////////////////// /////////////////////////////////////////////////////////// //// %>

:/;/ C)N'ENSA')+ ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// ////////////////////////////////// %@

:/&/ *)++E 'E +E9+I3E+ACI2N ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// #$

;/ C,C!,)S /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// ///////////////////////////////// #%

;/%/ CIC,) 'E +ANBINE ///////////////////////////////////////////////////// /////////////////////////////////////////////////////////// //// #%

1) Vapor sobrecalentado. /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// ///////////////////////////////// ##

;/#/ 'E*E+MINACI2N 'E ,)S P!N*)S 'E *+A-A0) ////////////////////////////////////////////////////// //// #8

;/8/ ES*!'I) ENE+34*IC) 'E, CIC,) 'E +ANBINE ////////////////////////////////////////////////////// //// #:

;/:/ ES*!'I) ENE+34*IC) 'E, CIC,) 'E +ANBINE C)N CC,EPA' //////////////////////// #D

&/ C)NC,!SI)NES ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 8%

D/ -I-,I)3+A9A /////////////////////////////////////////////////////////// /////////////////////////////////////////////////////////// ////////////// 8#


3/34



#

1. OBJETIVO

El obetivo principal del presente pro!ecto es la elaboración de un estudio técnico

preliminar para la construcción de una planta de Biomasa en el principado de "sturias#

Espa$a.

%e pretende ele&ir un Conceo de "sturias para implementación del pro!ecto de

producción ener&ética# basado en la biomasa como 'uente de ener&(a renovable# analiando

la disponibilidad ! viabilidad de utiliación del recurso del proprio Conceo.

2. INTRODUCCIÓN

*o! en d(a el estudio de ener&(as renovables alternativas ue&a un papel mu! importante

a nivel mundial. Para cumplir con el obetivo del presente trabao ser+ importante ,acer

re'erencia a la situación ener&ética tanto a nivel mundial ! europeo como# por supuesto# en

Espa$a.

"dem+s# se presentar+ brevemente -ué es la biomasa# sus ventaas ! el tipo utiliado

como obeto de dise$o.

2.1.

SITUACIÓN ENERGÉTICA ACTUAL

%e&n la "&encia Internacional de la Ener&(a# apro/imadamente el 10 de la ener&(a

primaria mundial procede de recursos asociados a biomasa.

%e&n datos del 2ondo de las 3aciones Unidas para la "limentación ! la "&ricultura

42"5)# 6algunos países pobres obtienen el 90% de su energía de la leña y otros

biocombustibles7 819. En :'rica# "sia ! ;atinoamérica representa la tercera parte delconsumo ener&ético ! para


4/34



8

En Europa# el => de la ener&(a primaria de ori&en renovable procede de esta 'uente#

sin embar&o sólo supone el > sobre el total ener&ético. En &eneral# en torno al @A se

destina a usos térmicos ! el 1 a la producción de electricidad.

Figura 1. Producción de energía primaria con biomasa en la Unión Europea [2].

2.1.1.

Situación ene!"tica #e E$%a&a

En


5/34



:

2.2.

JUSTI'ICACIÓN AL USO DE BIO(ASA

Es importante comentar el por -ué el uso de biomasa ! no de los combustibles 'ósiles

m+s ,abituales.

El petróleo es un recurso a&otable# por lo -ue es necesario buscar otras alternativas

renovables -ue adem+s supon&an menor contaminación.

%e&n estudios estad(sticos publicados por C5DE% 8A9# la producción mundial de

petróleo crudo est+ aumentando# sobre todo en los pa(ses pertenecientes a la 5PEP.

%iendo los ma!ores demandantes de dic,o combustible "mérica del norte# Europa# "siaG

Pac('ico.

Figura 2. Distribución de la producción y la

demanda de petróleo por reas [3].

Figura 3. !omparación de la distribución de la

demanda y producción de petróleo por reas

geogr"icas en # en 2$12 [3].

En consecuencia# e/isten dos puntos importantes a tener en cuenta# la oli&opoliación

del mercado por parte de los pa(ses productores de petróleo ! la escase de este recurso.

Como !a se ,a comentado anteriormente# se est+n buscando otras alternativas al

petróleo para la producción de electricidad# como residuos a&r(colas. ;o -ue supondr+

una disminución de la dependencia ener&ética en cuanto a dic,os combustibles 'ósiles.

Com6romiso euro6eo


6/34



;

*o! en d(a se trata de cumplir con los obetivos propuestos para


7/34



&

• iomasa &atural es a-uella -ue se produce en la naturalea.

• iomasa residual es la -ue &enerada en las actividades ,umanas -ue utilian

materia or&+nica. Este tipo de biomasa tiene asociadas unas ventaas -ue se

describir+n posteriormente.o Desiduos a&r(colas

o Desiduos 'orestales

o Desiduos &anaderos

o Desiduos industriales

o Desiduos urbanos

• E#cedentes agrícolas

•

'ultios energ(ticos cual-uier tipo de cultivo a&rario cu!a 'inalidad sea

proporcionar material como aprovec,amiento ener&ético 8@9

Por otro lado# la biomasa# $e!-n $u u$*# puede clasi'icarse enH

• )so *(rmicoH aplicaciones tecnoló&icas dedicadas al suministro de calor para

cale'acción# producción de a&ua caliente sanitaria !Lo procesos industriales. ;os

tipos de biomasa m+s comunes en los usos térmicos proceden de las industrias

a&r(colas 4,uesos de aceitunas ! c+scaras de 'rutos secos)# de las industrias

'orestales 4astillas# virutas# etc.) ! de actividades silv(colas ! de cultivos le$osos

4podas# le$as# etc.). Estos materiales se pueden trans'ormar en pellets ! bri-uetas#

astillas molturadas ! compactadas# -ue 'acilitan su transporte# almacenamiento !

manipulación.

• )sos el(ctricosH aplicaciones para &eneración de ener&(a eléctrica# tanto de 'orma

e/clusiva como mediante sistemas de co&eneración o sistemas de coGcombustión

89.

2.).2. Ventaa$ #e/ u$* #e +i*,a$a e$i#ua/

"dem+s de las ventaas -ue supone como 'uente renovable# el uso de residuos

a&r(colas supone una a!uda al desarrollo rural ! tratamiento adecuado de ciertos residuos

-ue pueden ser contaminantes 8


8/34



D

En cuanto al 'actor medioambiental es bene'icioso !a -ue &estionar restos de podas !

limpieas de bos-ues limitar+ la propa&ación de incendios. Por otro lado# contribu!e a

disminuir las emisiones de C5


9/34



>

2.).). Bi*,a$a e/e!i#a0 Bi*,a$a Re$i#ua/

Por todas las ventaas anteriormente dic,as# la biomasa ele&ida para el presente

pro!ecto es la residual# espec('icamente la residual 'orestal. Pero también se va analiar

la viabilidad de utiliación de biomasa 'orestal del municipio ele&ido.

). ONA DE ESTUDIO

"sturias es una de las comunidades autónomas con ma!ores masas 'orestales# tanto

de madera comercial 4pino ! casta$o


10/34



@

Mediante la aplicación %IK para evaluación de recursos de biomasa a&r(cola ! 'orestal#

BI5D"I%E del CIEM"J# se puede con'irmar la &ran disponibilidad de biomasa en "sturias#

4+igura ).

+igura $ Ealuación de biomasa en -sturias 8


11/34



%$

Esta productividad mu! alta con'iere a Dibadedeva una vocación productiva clara de#

capa de soportar una selvicultura intensiva. untamente a este 'actor se pueden sumar

su situación &eo&r+'ica ! buena ,idrolo&(a# ! por eso se ,a ele&ido este Conceo para

implementación del presente pro!ecto.

).1. RIBADEDEVA

Dibadedeva es un municipio situado en el principado de "sturias# con un +rea de A=#??

m ,abitantes ! una densidad de =


12/34



%%

%e&n el IFEP" 8=9# las actividades económicas del a!untamiento est+n divididas en


13/34



%#

Con relación a la utiliación de la biomasa# se limita su aprovec,amiento por raones

económicas# de mecaniación ! de erosión a terrenos con pendiente i&ual o menor al A0

en toda Espa$a e/cepto en onas de altas productividades# donde se ampliar+n los

aprovec,amientos ,asta el =0 de pendiente ! en 'ormaciones de inus radiata, inus

pinaster ! Eucalyptus spp. en la ona de la Cornisa Cant+brica 4"sturias# Cantabria ! Pa(s

Vasco) donde se&n el sistema lo&(stico se podr+ alcanar ,asta el = 8?9. Por lo tanto# el

aprovec,amiento en Dibadedeva puede alcanar ,asta =.

Dibadedeva también posee un monte de eucaliptos ! en


14/34



%8

*abla 3$ oderes caloríficos de diferentes tipos de iomasa +orestal 8?9

4CS 56ca/78!9:u,e#a# ;.?A0 A.=@0


15/34



%:

• "stillado. Proceso mediante el -ue se consi&ue una primera etapa de reducción

&ranulométrica# -ue permite obtener astillas con un tama$o m+/imo de part(cula

-ue posibilita el maneo# almacenae# car&a ! transporte de los residuos de una 'orma

técnicamente viable !a -ue# de otra 'orma# estos productos residuales ser(aninmaneables utiliando métodos convencionales. En este caso la biomasa va a ser

triturada in situ. 8@9

• Jriturado. Esta operación consiste en la reducción &ranulométrica de la biomasa

utiliada ,asta conse&uir part(culas de tama$o menores a < cm# consi&uiendo as( su

,omo&eneidad. ;a biomasa residual es triturada ! molida también in situ en el campo

por las m+-uinas reco&edorasGtrituradoras# para -ue en el transporte ocupen menos

volumen ! sea de 'orma m+s económica.

• %ecado 3atural. Es una técnica simple basada en el aprovec,amiento de las

condiciones ambientales 'avorables para 'acilitar la des,idratación de los residuos !

obtener unos niveles de ,umedad -ue posibiliten un maneo económico ! -ue

'aciliten las si&uientes 'ases de trans'ormación o bien# permitan obtener unos

rendimientos aceptables en los procesos de conversión ener&ética a -ue sean

destinados los residuos 89 .En nuestro caso# por su escasa ,umedad# la biomasa es

apilada directamente en el par-ue de almacenamiento de la planta# ,asta -ue ,a!a

reducido su ,umedad relativa a un 10 apro/imadamente.

Por tanto# en la central se emplea de 'orma directa la materia prima apilada en la ona

de almacenamiento comn de ambas plantas.

=.2. SISTE(A DE ALI(ENTACIÓN

Est+ constituido por un patio o lu&ar de almacenamiento ! un sistema de traslado de

biomasa.

Un aspecto importante a tener en cuenta a la ,ora de almacenar biomasa es -ue esta

puede autoGin'lamarse por lo -ue debe ser removida sacando el aire de los &ases -ue se

ori&inan# por autoGdi&estión# en el interior de los montones de biomasa triturada ! molida

8109 .Por esta raón# se recomienda reco&er la biomasa en la parte in'erior mediante un

tornillo sin'(n -ue se encar&a de ir removiendo la biomasa evitando -ue combustione.


16/34



%;

9igura @= EsKuema del sistema de alimentación/ F%%G

;a biomasa entra en el depósito por la parte superior ! por lo dic,o en el apartadoanterior va a poseer reillas de ventilación en los laterales de modo -ue los &ases

producidos por la biomasa se evacuen. El tornillo sin'(n de la parte in'erior también se

encar&a de llevar la biomasa# en un sistema autom+tico# la alimentación a la caldera.

=.).

CALDERA

Fespués de pasar por el tornillo sin'(n la alimentación lle&a a la caldera para su

combustión. El tipo de caldera -ue ,emos ele&ido es acuotubular# donde el 'luido de

trabao se desplaa por tubos durante su calentamiento para convertirse en vapor de

a&ua. %on las m+s utiliadas !a -ue permiten altas presiones a su salida ! tienen &ran

capacidad de &eneración.

E/iste una amplia variedad de sistemas para la combustión de biomasa en calderas -ue

puede suministrar el calor re-uerido para la &eneración de ener&(a eléctrica.

El sistema para la combustión de la biomasa ele&ida de esta planta es un sistema de

parrilla móvil inclinada. *emos ele&ido este sistema teniendo en cuenta las distintas

caracter(sticas de la materia prima como es el tama$o medio de ésta después de la

trituración ! molienda# el contenido de ,umedad# el tipo de combustibles ! su contenido

en cenias.

Fesde la ona de almacenamiento# el tornillo sin'(n dosi'ica la biomasa de 'orma

controlada ,asta -ue -uedan sobre la parrilla. ;os blo-ues de parrilla móviles introducen


17/34



%&

la materia prima ! la transportan a demanda por la c+mara de combustión# ase&urando

as( una -uema óptima 81


18/34



%D

;a &eometr(a de esta caldera est+ dise$ada con > pasos de ,umo para aumentar al

m+/imo los tiempos de permanencia de los ,umos en el interior de la caldera ! as(

alcanar la ma!or e'iciencia con las m(nimas emisiones en la atmós'era. En el

economiador el a&ua es precalentada# con los &ases de combustión calientes -ue salende la propia caldera# por intercambio de calor F%8G. Estos &ases de combustión se

someten a un proceso de recirculación por la caldera para reducir la cantidad de

in-uemados !# as(# aprovec,ar al m+/imo el poder ener&ético.

Jambién al ampliar la c+mara de postcombustión se reducen las emisiones en la

atmós'era ! 'acilita la decantación de las part(culas en el interior de la misma c+mara.

El sobrecalentador es el encar&ado de producir vapor a altas temperaturas# para -ue

as( no se produca problemas de condensación en los tubos portadores del ese mismo

vapor.

El revestimiento re'ractario de la caldera es de elevado espesor# para 'acilitar el secado

del combustible ! ,omo&eneiar el 'luo de los &ases de entrada al intercambiador.

En nuestra planta después de la caldera vamos a tener un ciclón depurador de ,umos#

el cual va a ser el encar&ado de separar las part(culas sólidas o l(-uidas en suspensión en

el &as -ue las porta# mediante la 'uera centr('u&a del movimiento en espiral.

Figura 12. Es+uema caldera ,1- y ciclón de depuración de umos ,1$-. F%8G

;as part(culas separadas en el ciclón ! las cenias 'ormadas en la combustión se

conducen a un depósito para m+s tarde ser transportadas a un vertedero o a una

empresa especialiada en &estionar estos residuos.


19/34



%>

=.=.

TURBINA DE VA4OR

Una turbina de vapor es un motor térmico c(clico rotativo# de combustión e/terna# -ue

trans'orma la ener&(a del 'luo de vapor -ue sale de la caldera 4a una temperatura !

presión elevadas) en ener&(a mec+nica a través de un intercambio de cantidad de

movimiento entre el vapor ! el rodete# -ue cuenta con +labes. ;a ener&(a mec+nica se

transmite a un &enerador para producir ener&(a eléctrica -ue# una ve elevada la tensión

en los trans'ormadores# es vertida a la red mediante las l(neas de transporte

correspondientes.

%on las turbinas condensadoras las -ue se encuentran comnmente en plantas de

producción de ener&(a eléctrica. Estas turbinas e/pelen vapor en estado parcialmentesaturado a una presión bastante in'erior a la atmos'érica ,acia un condensador 8109.

En nuestro caso ,emos esco&ido una turbina de vapor de la marca %IEME3%# modelo

%%JG100# -ue puede &enerar una potencia m+/ima de = MW# cubriendo nuestra demanda

de 1MW.

Figura 13. /urbina seleccionada F%:G

*abla 4$ Especificaciones de la turbina$

(*#e/*4*tencia,@ 589

4e$ión intei* ,@5+a!9

Te,%eatua intei* ,@5C9

R4(,@

%%JG100 =000 ?= >@0 =00


20/34



%@

=..

CONDENSADOR

Un condensador es un intercambiador térmico# en el cual el vapor de a&ua -ue

proviene de la turbina cambie a 'ase l(-uida mediante el intercambio de calor 4cesión de

calor al e/terior) con otro medio.

;a condensación se puede producir bien utiliando aire mediante el uso de un

ventilador 4aerocondensadores) o como en nuestro caso# con a&ua en circuito

semicerrado con torre de re'ri&eración 81=9. ;a cantidad de 'luido re'ri&erante a emplear

depende del incremento de temperatura permisible en el a&ua de re'ri&eración ! del

volumen de vapor -ue se &enere en la planta.

Por interior de los tubos del intercambiador circula a&ua a baa temperatura# mientras

-ue por el e/terior se ,ace pasar el vapor de a&ua. ;as condiciones en las -ue trabaan los

tubos de un condensador son bastante duras# al ser condiciones en las -ue la corrosión#

incrustación ! proli'eración de especies bioló&icas son especialmente 'avorables. Por ello#

la ma!or(a de las partes del condensador est+n construidas con acero ino/idable.

Fel condensador el a&ua en estado l(-uido es enviada al tan-ue de alimentación#

cerr+ndose el as( el circuito el circuito principal de a&ua de la central.

;a ma!or parte de los condensadores trabaan en condiciones de vac(o# para -ue as( el

salto ent+lpico sea lo ma!or posible# de esta 'orma el vapor pierde toda la ener&(a posible

en la turbina ! se trans'orme en ener&(a mec+nica.

5tra 'unción del condensador es eliminar los &ases como el 5


21/34



#$

Figura 1%. Es+uema condensador F%&G

=..

TORRE DE RE'RIGERACIÓN

;a 'unción del sistema de re'ri&eración es evacuar el calor liberado en la combustión

de la biomasa ! -ue no puede ser aprovec,ado para la &eneración de ener&(a eléctrica#

as( como de re'ri&erar el a&ua de condensación para devolverla al circuito con una

temperatura idónea para poder realiar correctamente el ciclo.

En nuestro caso vamos a utiliar un sistema semicerrado con torre de re'ri&eración de

tiro inducido donde el a&ua caliente procedente de la re'ri&eración se dea caer por el

interior de la torre uni'ormemente. En la parte superior# unos ventiladores ,acen -ue el

aire circule a contracorriente del a&ua. El a&ua -ue pasa al aire# ! por tanto se evapora#

e/trae el calor necesario para la evaporación del propio l(-uido ! produce por tanto un

en'riamiento del mismo.

Con este sistema el aporte de a&ua es muc,o menor# ! por tanto# el impacto

medioambiental de las plantas -ue evacuan el calor sobrante utiliando torres de

re'ri&eración# también lo es.

;os elementos m+s importantes -ue la constitu!en sonH


22/34



#%

• %eparador de &otasH detiene las &otas de a&ua -ue est+n unto con la corrientes de

aire -ue sale de la torre.

• %istema de distribución de a&uaH %on tuber(as -ue reparten el a&ua de 'orma

uni'orme por encima del relleno por &ravedad o por presión.• Material de rellenoH proporciona una super'icie de intercambio entre el a&ua ! el

aire ! retarda el tiempo de ca(da del a&ua.

• VentiladoresH son los -ue crean el 'luo de aire.

• Balsa de a&uaH depósito de a&ua 'r(a situado en la parte in'erior de la torre.

Figura 10. Es+uema torre de re"rigeración

. CFLCULOS

" continuación se van a realiar los c+lculos para el dise$o del ciclo de Danine simple

para el dise$o de la Central de Biomasa -ue estamos estudiando. %e van a indicar las

propiedades termodin+micas de cada uno de los puntos principales del ciclo.

.1.

CICLO DE RAN6INE

El ciclo de Danine es un ciclo de potencia -ue opera con vapor. El vapor es producido

en una caldera a alta presión. " continuación este vapor pasa a través de una turbina

donde produce ener&(a ! por lo tanto pierde presión. Fespués atraviesa el condensador#

donde el vapor remanente cambia al estado l(-uido. Posteriormente# es succionado por la


23/34



##

bomba la cual aumentar+ la presión del 'luido para poder in&resarlo nuevamente a la

caldera ! repetir el ciclo.

;a 2i&ura 1? muestra el &r+'ico donde se re'lea el ciclo de Danine. %e indican los

puntos '(sicos de una instalación real# donde el 'luido de trabao e/perimenta cambios de

estado.

Figura 1. Etapas del ciclo de )anine

Jeóricamente# el ciclo -ueda de'inido por las si&uientes etapasH

1


24/34



#8

.2.

DETER(INACIÓN DE LOS 4UNTOS DE TRABAJO

Como se ,a comentado# el obetivo es el dise$o de una central de biomasa de 1 MW

de potencia con previsión de un mar&en ,ol&ado teniendo en cuenta el rendimiento del

alternador ! el suministro de potencia a los servicios au/iliares de la instalación.

" la salida del condensador# la presión t(pica para centrales de este tipo es de 0#1 bar.

Por lo tanto# las propiedades termodin+micas de los puntos teóricos de trabao -uedan

de'inidas tal ! como se indica a continuaciónH

/abla 3. !ondiciones de operación y propiedades termodinmicas del !iclo de )anine.

4unt* 1 2$ ) =$

T 5C9 >>#@ >=#@A >=#@A >?#


25/34



#:

.).

ESTUDIO ENERGÉTICO DEL CICLO DE RAN6INE

Para obtener 1 MW de potencia eléctrica# los datos de cantidad de biomasa ! caudal

de vapor necesarios se realiar+n tomando como base tal potencia.

Parte de la potencia &enerada es comunicada a los servicios au/iliares de la planta#

constitu!endo el 10 de la &eneración bruta. Por tanto# la potencia en bornes del

alternador se calcular+ se&nH

= − 0,10 · = 1 = 1111,11

;a turbina -ue va unida por un rotor a un alternador -ue# al &irar# produce ener&(a

eléctrica. El alternador presenta un rendimiento del =# por lo -ue con la si&uiente

ecuación se puede calcular la potencia -ue &enera la turbinaH

=

= = 1169,59

Caudal de vapor en la turbina:

Para calcular el caudal de vapor de la turbina# ,a! -ue tener en cuenta la e/presión

-ue relaciona la potencia &enerada por la turbina con las entalpias de entrada ! salida !

dic,o caudalH

P!" = #$ %&'ℎ − ℎ(

#$ %& = #$ %&)* = 1,1++6 -. = /09,+ -ℎ %e considera -ue dic,o caudal coincide con el de la caldera !a -ue en este proceso se

omite el secado previo de la biomasa.

Potencia necesaria en la caldera:

Con el dato obtenido en el apartado anterior ! las propiedades termodin+micas

correspondientes# se calcula la potencia necesaria en la calderaH


26/34



#;

)* = #$ %&)*'ℎ − ℎ(

)* = +++,5+ %e necesita suministrar una potencia de A#A MW a la caldera. %e comprueba -ue este

re-uerimiento de potencia entra dentro de los ran&os establecidos por el 'abricante de la

caldera -ue se ,a seleccionado anteriormente.

Masa de combustible disponible:

%e ,a considerado un poder calor('ico in'erior medio de la biomasa residual 'orestal de

A?0 calL& 4E* N* $e encuenta e/ *i!en #e /a eKeencia.). Por otro lado# se

considera un rendimiento de la caldera del 0. Por tanto# el caudal de biomasa

re-uerido se determina mediante la e/presiónH

) = #$ )2 · 34)2 · )*

#$ )2 = 1+, -ℎ

%i se considera -ue la central va a trabaar apro/imadamente ?000 ,oras al a$o# la

masa de combustible a disponer en un a$o 'inalmente debe serH

)2 = /0 78

Teniendo en cuenta la biomasa forestal existente en el concejo, en la Tabla 6 se puede

observar que el concejo posee 791 ha de superficie arbolada, siendo 57% de esta superficie

de eucalipto e 22% de quercus, ambas especies de frondosas [13].

*abla .$ 5uperficie arbolada en 6ibadedea 81A9

Superficie Arbolada (ha)

ConcejoCifra

abs.Coníferas Eucalipto Castaño Hayedo Quercus

Otras

frondosas

Ribadedeva 791 2 454 1 0 177 157

Estas especies mayoritariamente presentes en el concejo poseen una posibilidad total enton/ ha.año para producción de biomasa muy distintas, como se nota en la Tabla 7 [6]. Sin


27/34



#&

embargo, según estas posibilidades, solo estas dos especies ya presentan una potencial

producción mayor que la necesaria para suministrar la central, caso si quiera utilizar

biomasa forestal, además de la residual.

*abla 2$ roducción potencial de biomasa !ton7año" en 6ibadedea

Especie Superficie(ha)

Posibilidad total(ton/ha.año)

Producción potencial(ton/año)

Eucalipto 454 12,3 5.584

Quercus 177 2,9 513

Con el intuito de utilizar apenas la biomasa residual se ha estimado la producción anual

de biomasa forestal residual disponible para el concejo a partir de la producción de laprovincia de Asturias. De acuerdo con los resultados descritos en literatura [14] para la

estimación de la disponibilidad anual de biomasa forestal residual según estratos arbóreos

(Tabla 8), Asturias puede producir 210.132 ton/año de biomasa forestal residual a partir de

su superficie aprovechable de 197.827 ha.

*abla 8$ iomasa forestal residual en -sturias

Provincia

Superficie

aprovechable(ha)

Biomasa forestal residual disponible (ton/año)

Potencial Competencia Disponible

Asturias 197.827 260.132 50.000 210.132

Utilizando la misma relación de Asturias para Ribadedeva, el concejo podría producir

840,20 ton/año de biomasa forestal residual en sus 791 ha, cerca del 17% de la masa de

combustible necesaria para la planta, además el 32% de esta producción proveería de sus

montes públicos, que presentan una superficie aprovechable 253 ha.

El restante del suministro necesario podría venir de las localidades cercanas al Concejo,

como de los municipios de Llanes o Ribadesella que presentan una superficie arbolada

incluso mayor que la de Ribadedeva. Usando la misma relación realizada para Ribadedeva

y Asturias, podríamos estimar que Llanes podría producir 6.185,20 ton/año y Ribadesella

2.364,46 ton/año de biomasa forestal residual, cantidades mayores que las necesarias para

suministrar la central.

*abla 9$ roducción potencial de biomasa !ton7año" en 1lanes y 6ibadesella


28/34



#D

Su%eKicie A+*/a#a 5a9

C*nce*Ci'raabs.

Con('eras Eucalipto Casta$o *a!edo uercus5tras

'rondosas

L/ane$ =.@=@ A?= 1.A@A 1.0>?

Ri+a#e$e//a A@=

Calor evacuado en el condensador:

Para calcular el calor -ue debe disipar el condensador se emplea la si&uiente ecuaciónH

:)* = #$ %&'ℎ − ℎ(

:)* = +,9

Rendimiento eléctrico global:

El rendimiento eléctrico &lobal se calcula de acuerdo a la si&uiente 'órmulaH

= ;-?7 @ABC>DB7


29/34



#>

;a 2i&ura 1@# muestra el dia&rama JGs 4temperaturaGentrop(a) obtenido a través del

pro&rama.


30/34

Universidad Politécnica de Madrid

Combustión Industrial FI%EY5 F

Figura 1'. 3odelado del ciclo de )an2ine con !yclepad


31/34

Universidad Politécnica de Madrid

Combustión Industrial FI%EY5 F

Figura 1*. Diagrama /4s obtenido con !yclepad

%e puede observar -ue el pro&rama C!clepad ,a &enerado los mismos resultados -ue los obtenidos median

en apartados anteriores.

Como nica di'erencia indicar -ue el punto de trabao establecido a la salida de la turbina en un principio se

sobrecalentado en el ciclo real 42i&ura 1?). %in embar&o# como se muestra en el dia&rama de la 2i&ura 1@ se


32/34


Combustión Industrial FI%EY5 FE U3" CE3JD"; FE BI5M"%" FE 1 MW

8%

. CONCLUSIONES

El obetivo del presente trabao ,a sido el dise$o de una central de biomasa -ue

&enerase 1 MW de potencia eléctrica# utiliando como combustible principal de la

planta residuo 'orestal.

%e ,a realiado el estudio ener&ético del ciclo de Danine# determinando las

propiedades termodin+micas de cada uno de los puntos caracter(sticos -ue

representan el dia&rama JGs# as( como la masa de combustible necesaria# el caudal de

vapor ! el rendimiento eléctrico &lobal de la central.

Por ltimo# se ,an comprobado dic,os c+lculos modeliando el ciclo de Danine con

C!clepad# donde se ,an obtenido datos no obtenidos numéricamente ! el dia&rama JGs

del ciclo.


33/34



8#

M. BIBLIOGRA'ÍA

F%G 3/ d/ P/ d/ Asturias Asturias #$$&/ FEn líneaG/ Available= htt6s=LL/asturias/esL6ortalLsiteL/ Fltimoacceso= Abril #$%&G/

F#G CIEMA* #$%&/ FEn líneaG/ Available= htt6=LLbioraise/ciemat/esL-ioraiseL/

F8G 3/ d/ P/ d/ Asturias OPlan 9orestal de la Comarca de +ibadesella Asturias #$%$/

F:G A/ d/ +ibadedeva O+ibadedeva #$%&/ FEn líneaG/ Available= htt6=LL/ribadedeva/esL/ Fltimo acceso=Abril #$%&G/

F;G I/ d/ '/ E/ d/ P/ d/ Asturias I'EPA #$%&/ FEn líneaG/ Available=htt6=LL#/ide6a/esLlashcomarcalLdemograiaLdemograia/as6QidRcomarca>TidRconce


34/34



ÍNDICE DE 'IGURASFigura 1. Producción de energía primaria con biomasa en la Unión Europea [2]. /////////////////////// 8Figura 2. Distribución de la producción y la demanda de petróleo por reas [3]. //////////////////////// :Figura 3. !omparación de la distribución de la demanda y producción de petróleo por reas

geogr"icas en # en 2$12 [3]. /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// :Figura %. !iclo del !& 2 [2]. ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// D+igura $ Ealuación de biomasa en -sturias 8

/abla 3. !ondiciones de operación y propiedades termodinmicas del !iclo de )anine. ////// / #8/abla %. )endimientos isentrópicos de turbina y bomba. /////////////////////////////////////// ////////////////////// //////// #8/abla 0. Entalpías reales de los puntos 2 y %. //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// #8*abla .$ 5uperficie arbolada en 6ibadedea 81A9 ////////////////// ////////////////////// ///////////////////// ///////////////////// ///// #;

*abla 2$ roducción potencial de biomasa !ton7año" en 6ibadedea /////////////////////// ///////////////////// ///// #&

*abla 8$ iomasa forestal residual en -sturias /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// #&

*abla 9$ roducción potencial de biomasa !ton7año" en 1lanes y 6ibadesella ////////////////// /////////////// #&

Central de Biomasa de 1MW en Ribadedeva

Documents

Transcript of Central de Biomasa de 1MW en Ribadedeva