Biomassa forestal: Instal·lacions i usuaris finals

Objectiu: aportar coneixements generales a propietaris forestals i estudiants per millorar la utilització de biomassa en la producció d’energia

ÍNDEX

1

Biom

assafo

restal–In

stal·lacion

siusuarisfin

als

1 Tecnologies de transformació

Elsmètodesdetransformaciódelabiomassaenenergiaesbasenenlautilitzaciódecalorcomafontdeconversió.

Elsprincipalsprocessossónlacombustió,lagasificacióilapiròlisi.

o Combustió:Éseltipusdeconversióenergèticamésemprat(estufes,llars,calderes),ons'aprofitadirectamentlacalor

generadaalacambradecombustióienelsgasosd'escapament,quesurtenambaltestemperatures.Suposal'oxidació

completadelabiomassaaaltestemperatures(800-1000ºC).

o Gasificació:Tecnologiaperaprofitarelgasproduït(syngas)com

a combustible. Aquest gas pot emprar-se en diversitat

d'instal·lacions per generar calor i / o electricitat. Suposa una

combustió incompleta a altes temperatures (700 - 1200 ºC) en

presènciadepocoxigen.Elprincipalavantatgedelagasificacióés

l'obtenciód'uncombustibleversàtil(syngas)quepotserutilitzat

enequipsdissenyatsperagasogasoil,substituintcompletament

oparcialmentalscombustiblesfòssilsconvencionals.

o Piròlisi:Tecnologiaperaprofitarelspossiblesproductesgenerats:biocombustiblesòlid(carbó),líquidi/ogasós.La

ràtiodeproductesgeneratsdepènde lavelocitat iduradadelprocésdepiròlisi.Ésadir,segons lescondicionsde

l'operacióespotobtenirméscarbó,oméslíquid,omésgas.Suposaunacombustióincompletaabaixestemperatures

(400-600ºC)enabsènciad'oxigen.Perexemple,éselsistemaempratperal'obtenciódecarbó.

Figura1:Esquemadelprocésdegasificaciódebiomassa.

2

Biom

assafo

restal–In

stal·lacion

siusuarisfin

als

2 Aplicacions generals (1) 2.1 Generació d’energia tèrmica Generarcalorambbiomassaésl'aplicacióméscomuna,generalmentperacalefacció.Apartird'aquestaenergiaes

generaaiguacalenta,airecalentivapor.Amés,espotaprofitarelvaporperalaproducciód'energiaelèctricaoaltres

processosindustrials. 2.2 Generació d’energia elèctrica

Obtingudaprincipalmentdelatransformaciótèrmicadelabiomassa.Pergenerarl'energiaelèctricaapartirdelabiomassa

hihadiferentstecnologies:

• Cicledevapor:basaten lacombustióde labiomassaapartirde laqualesgeneravapor,elqual

mitjançantlasevaexpansiófamoureunaturbina.

• Turbinadegas:basatenlagasificaciódelabiomassa.Utilitzaelsgasosdesíntesiobtinguts,elsquals

fanmoureunaturbina.Sielsgasosquesurtendelaturbinas'aprofitenenuncicledevapor,llavors

esparladeciclecombinat.

• Motoralternatiu:motorqueutilitzaelsgasosde síntesiobtingutsapartirde lagasificacióde la

biomassa.

Elrendimentdelageneracióelèctrica, igualqueambaltresfontsd'energia,ésmoltvariable.Peralabiomassasolestar

entreel20%iel30%.Larestadel'energiasolperdreenformadecalor.

3

Biom

assafo

restal–In

stal·lacion

siusuarisfin

als

2.3 Cogeneració

És la producció conjunta d'electricitat i calor. Aquest aprofitament simultani de calor i electricitat comporta un

rendimentglobalméselevat,adiferènciadelageneracióelèctricaconvencional.

Per tant, la cogeneració és un sistema d'alta eficiència, que permet reduir la factura energètica sense alterar el procés

productiu.Elsusuarispotencialssónempresesamb:

oDemandesdecalorid'electricitatsimultàniesicontínues.

oCalendarilaboralde4.500a5.000horesanuals.

oEspaisuficientilegalitzacióadequadaperalaubicaciódelsnousequips.

COGENERACIÓN (80%

100% DERIVATS DEL PETROLI 44% ELECTRICITAT 43% AIGUA CALIENTA O VAPOR

100% DERIVATS DEL PETROLI 35% ELECTRICITAT 65% PÈRDUES A

100% DERIVATS DEL PETROLI 70% AGUA CALIENTA O VAPOR

PRODUCCIÓ ELECTRICITAT TRADICIONAL (50% RENDIMENT)

SISTEMA DE PRODUCCIÓ COMBINAT DE CALOR I ELECTRICITAT

CALDERA (GAS)

XARXA (PÚBLICA)

COGENERACIÓ (80% RENDIMENT)

Figura2:Esquemad’unaplantadecogeneració

4

Biom

assafo

restal–In

stal·lacion

siusuarisfin

als

2.4 Trigeneració

La trigeneració és la producció conjunta d'electricitat, calor i fred. Una planta de trigeneració és similar a una de

cogeneració,alaquals'afegeixunsistemad'absorcióperalaproducciódefred.Gràciesalseualtrendiment,espotreduir

considerablementelcostenergèticdelsprocessosproductiusquanesnecessitengransquantitatsdecalor,fredindustrial

oenergiaelèctrica.

La trigeneració és aplicable al sector terciari, on -amés de calefacció i ACS (aigua calenta sanitària) - es necessiten

quantitatsimportantsdefredperaclimatització.

L'estacionalitatd'aquestsconsums(calefaccióal'hiverniclimatitzacióal'estiu)impediriaelfuncionamentnormald'una

plantadecogeneracióclàssica.

REFRIGERACIÓ CALOR BIOFUEL

GENERADORMOTOR

REFRIGERADORPERABSORCIÓ

RELECTRICITAT

Figura3:Componentsdelprocésdetrigeneració

5

Biom

assafo

restal–In

stal·lacion

siusuarisfin

als

3 Tipus de calderes de biomassa (2)

LescalderesdebiomassapodendotarelsedificisdecalefaccióiACS,ilasevafiabilitatésequiparablealssistemes

habitualsdegasogasoil.

Les instal·lacionsdeproduccióde calor ambbiomassa forestal requereixenuna inversió inicial de3 a5 vegadesmés

elevadaqueelssistemesconvencionalsambelmateixnivelld'automatismes.Noobstantaixò,elpreudelcombustibleés

mésbarat.Peraixòs'utilitzenquanhihanecessitatstèrmiquesconstantsielevades,onl'economiadelpreudelabiomassa

respectealpreudelcombustiblefòssilpermetamortitzarmésràpidamentlainversió.

L'úsdebiomassaperacalefaccióestàespecialmentrecomanatonescompleixalgundelsrequisits:

§ Calderainstal·ladaambmésde15anys(degasnaturalogasoil)

§ Depròximarenovació

§ Defuturaconstrucció

§ Ambdemandadeclimatitzacióaltaiconstant

§ Ambespaiperlasitjailadescàrrega

Lescalderesdebiomassaesclassifiquensegonseltipusdecombustiblequeadmeten:

• Calderesdellenya:midapetita,molteficientsibaixcost.

• Calderesespecífiquesdepèl·let:midapetita(finsa40kW),altamenteficientsibaixcost.

• Calderesd'estella:midamitjanaogran,altamenteficientsiunamicaméscaresquelesdepèl·lets.

• Calderesmixtesopolicombustibles:admetendiferentstipusdecombustible(pèl·let,estella,restesdepoda,

pinyold'oliva,closcadefruitssecs,etc.)reprogramantelsparàmetresdelacaldera(simultàniament,no).Per

aixòpotescollir-seelcombustibleenfunciódelpreuiladisponibilitatlocal).Sóndemidamitjana(25kW-150

kW)omajor(>200kW).

6

Biom

assafo

restal–In

stal·lacion

siusuarisfin

als

Avuidia,l'avançtecnològichapermèsquelescalderesdebiomassaigualinenprestacions,comoditatirendimenta

les calderes de combustibles fòssils. Així i tot, l'ús energètic de la biomassa presenta alguns inconvenients en

comparacióambl'úsdelscombustiblesfòssils:

o Labiomassatémenysdensitatenergètica,elquefaqueelssistemesd'emmagatzematgesiguinmésgrans.

o Elssistemesd'alimentaciódelcombustibleil'eliminaciódelescendressónméscomplexosirequereixenuns

costosd'operacióimantenimentméselevats.

o Elscanalsdedistribuciódelabiomassanos'handesenvolupattantcomelsdelscombustiblesfòssils.

o Labiomassatéuncontingutelevatd'humitat,elquefaqueendeterminadesaplicacionspuguisernecessari

unprocésprevid'assecat.

Cal plantejar-se des del principi el biocombustible que es vol emprar i les característiques del lloc a calefactar, per tal de dissenyar la instal·lació a l'efecte (tipus de caldera, cremador, sistemes d'alimentació, sitja, etc.).

7

Biom

assafo

restal–In

stal·lacion

siusuarisfin

als

3.1 Calderes de llenya DescripcióLallenyasegueixsentlaformaméscomunadecalefacciódomèstica.Lescalderesmésmodernespresentenuna

avançadatecnologia,ambrendimentssuperiorsal90%.Lasevapotènciaoscil·laentre19i40kW.

ÚsrecomanatCalefacciódecasesaïlladesd'unopocspisos,amb

superfíciesaescalfardefinsa230m2.Especialment

interessantsiesdisposadellenyadeproducciópròpia

ComponentsoCalderadeflamainvertida

oAcumuladorinercialdelacalor

oEscalfadorperl'ACS

ocentraldecontrol

DissenydelsistemaDimensions:Enfunciódelescaracterístiquesdelsistema

decalefaccióiaïllamentdel'edificiidelazonaclimàtica

onestroba,generalmentesrecomanaunapotència

entre20i40W/m3.

Calunapotènciamenorenedificisbenaïllatsiamb

sistemesdecalefacciód'altaeficiència,comelsdeterra

oparetsradiants.

Sistema

d’aspiració

Bescanviadortèrmic

Echangeurthermique

Càrregadellenya

Cambra

de

combustió

sonda

centraletade

microprocessador

Recuperador

defums

Amblaporta

oberta

Figura4:Calderadellenya.

8

Biom

assafo

restal–In

stal·lacion

siusuarisfin

als

Nombredecàrreguesaldia:Constitueixl'autonomiadefuncionamentdesitjada.Depèndelacapacitatdelaboca

d'entradapercarregarlallenyaidelapotènciadelacaldera.Larelacióentreaquestesduesmesures,expressantla

capacitatdecàrregadellenyaenlitresilapotènciaenkW,proporcionaelnombreaproximatd'horesd'autonomia

defuncionamentcontinualamàximapotència.

CombustibleLlenyaambhumitatinferioral25%Hbh.Ésadir,assecadaalmenysun

anyal'aire,preferiblementsotacoberta.

CondicionantsLes calderes de llenya tenen avantatges enfront de les xemeneies de

llenyaconvencional:

oLasevanetejaésmoltmenysfreqüent,encaraquemésqueamb

calderesd'altresbiomasses

oGeneralmentsónd'alimentaciósemiautomàtica,ésadir,ques'ha

derealitzarlacàrregadelallenyamanualmentunaoduesvegades

aldia.

Foto1:Estufadellenyaambcàrregainferior

comporta

9

Biom

assafo

restal–In

stal·lacion

siusuarisfin

als

3.2 Calderes de pèl·lets

DescripcióElpèl·letésdemidapetita,homogeniiformacilíndricaillisa.Peraixòtendeixacomportar-secomunfluid,facilitant

elmovimentdelcombustibleilacàrregaautomàticadelescalderes.

Lasevapotènciapotoscil·larentreels12iels500kW,ambunrendimentproperal90%.

ÚsrecomanatCalefaccióenedificisdemidapetitaomitjanacomp.ex.casesindividuals

dinsd'unnucliurbà,blocsdepisos,hotels,etc.

ComponentsoCaldera

oDipòsitdepèl·let

oSistemad'alimentació

ocentralderegulació

oOpcionalment,acumuladorinercialiescalfadorperaACS

Figura3:Esquemad’unaestufadepèl·lets

10

Biom

assafo

restal–In

stal·lacion

siusuarisfin

als

DissenydelsistemaEldipòsitd'emmagatzematgehad'estaralcostatdelasaladelacalderaomoltpròxim.

Lescalderesméssenzillesescarreguenmanualmentambsacsde15kg,peraunaautonomiad'unopocsdies.En

canvi,encalderesambmajorpotènciapothaver-hiundipòsitmésgrandetipusmetàl·lic,flexibleod'obra,dedimensions

moltvariadesenfunciódelsdiesomesosd'autonomiaqueesprefereixi.

CombustiblePèl·letsquecompleixinelsrequerimentsdelacalderaenbasealsestàndardsestablerts,queregulenlaqualitatipoder

caloríficdelcombustible.

Elpèl·letestàdisponiblealmercatendiferentsformats:

oSacspetitsde10-15kg,utilitzatsenestufes,xemeneiesicalderespetitesambdipòsitdecàrregamanual

oBigbagsde800a1.000kg,utilitzatsensistemesd'alimentaciódecargolbisensfi

oAdojo,utilitzatensitgesd'emmagatzematge

CondicionantsElpreudelpèl·letéssuperioralde l'estella.Peraixò,quanhihagiespaisuficientpera lasitjad'emmagatzematgede

l'estellaisilaprioritatésl'estalvieconòmic,esrecomanaunacalderad'estellafrontunadepèl·lets,jaques'amortitza

abanslainstal·lació.Siesprioritzal'estalvienoperacionsdemanteniment,elpèl·letsempreésmilloropció.

11

Biom

assafo

restal–In

stal·lacion

siusuarisfin

als

3.3 Calderes d’astella

DescripcióElssistemesd'estellasóntotalmentautomatitzatsinotenenlímitdemida,podentaconseguirpotènciesDe25fins

a1.000kW,ambunrendimentproperal90%.

ÚsrecomanatCalefaccióenedificisdemidamitjanaograncom p.ex.

masies,hotels,escoles,comunitatsdeveïns,

hospitals,ajuntaments,centrescomercials,piscines

cobertes,etc.Tambéperausosindustrialsamb

elevadademandatèrmicacomgrangesd'engreix,

hivernacles,formatgeries,etc.

ComponentsoCaldera

oDipòsitperemmagatzemarl'estella

oSistemad'alimentació

ocentralderegulació

oOpcionalment,acumuladorinerciali

escalfadorperaACS

Figura4:Esquemad’unaestufad’astella

12

Biom

assafo

restal–In

stal·lacion

siusuarisfin

als

Foto2:Càrregad’estellapergravetat.CTFC

DissenydelsistemaEldipòsitd'emmagatzematgehad'estaralcostatdelasaladelacalderaomoltpròxim.Had'estardimensionaten

funciódelapotènciairendimentdelacaldera,delescaracterístiquesdelcombustibleidel'autonomiarequerida

(mínim15dies).

Eltipusdedescàrregadeterminaràlaconfiguraciódelasitja:

oDescàrregapergravetat:sitgesenterrats;permetl'úsdecamionsambcaixa

basculant(elsmésusualsieconòmics).

oDescàrregaambelevació:permetunamajorflexibilitateneldissenydela

sitja,peròesrequereixunremolcespecial.

oDescàrregaambsistemapneumàticomitjançantimpulsorsauxiliars:permet

unaflexibilitatabsolutaenlaubicaciódelasitja.

CombustibleEstellaquecompleixielsrequerimentsdelacalderaenbaseaunestàndard.

Perexemple,peralescalderesaustríaquess'utilitzalanormaÖNORMM7133:

oCalderesdomèstiques:G30=midaaproximatde2,8a16mmihumitatinferioral30%

oCalderesmitjanes:G50=midaaproximatde5,6a31,5ihumitatinferioral35%.

CondicionantsUndelscondicionantsmésimportantsperalaconstrucciód'unsistemadecalefacciód'estellesésladisponibilitatd'un

localperal'emmagatzematge,enunaposicióaccessibleperalsmitjansdetransportdelcombustibleiambunespai

adequatperalesmaniobres.

13

Biom

assafo

restal–In

stal·lacion

siusuarisfin

als

4 Implicacions per a cada tipus d’instal·lació (1)

4.1 Mida de la instal·lació

Segonsladimensióespodendistingirelstipusd'instal·lació:

oLesmenors:calderesd'autoconsum(consumde<100tany)ilesmini-xarxesdecalor(<1000t/any).Generen

únicamentcalor.

oCentralstermoelèctriques(CHP,CombinedHeatandPower)apartirde5MWe(<100.000t/any)

Commésgranéslainstal·lació,menoréslainversióperunitatinstal·lada(€/kW),laqualcosafaméseconòmiquesles

instal·lacionsgrans.Noobstantaixò,amesuraques'augmentaelvolumdedemandadematèriaprimeratambé

s'incrementaelradirequeritd'aprovisionament,ipertants'incrementenelscostosdetransportipertantdelamatèria

primera(4).

Pertant,lesplantesméspetitestenenunacàrregamésreduïdapelquefaacostosdetransport.

D'altrabanda,laproducciódebiomassa(t/ha)aixícomlasevalocalització,afectenelcostdel'energiai-pertant-sobre

lamesuraòptimadelaplanta.

Aixímateix,coms'hacomentat,enpetitesinstal·lacionsperacalefaccióelscostosd'inversió(€/kW)sónméselevats

queensistemesconvencionalsambgasogasoil,mentrequeelcombustible(€/kWh)ésmésbarat.

14

Biom

assafo

restal–In

stal·lacion

siusuarisfin

als

4.2 Variació estacional de la demanda Esprodueixsobretotenplantespetites,iprovocaalhoracertafluctuacióenl'activitatd'aprofitamentforestali

subministrament.

Lesgransplantestermoelèctriquestenenunademandamésestable.Noobstantaixò,peraaquestesgransdemandescal

evitarembussosdevehiclesdesubministramentenèpoquesdemàximademandaialsmatinsprogramantacuradament

elslliuraments(5).

4.3 Garantia de subministrament Calgarantirunsubministramentsuficientquecobreixieventualitatscomp.ex.:

oIncidènciesclimàtiques

oAvariesdelsequipsdesubministramentocontratempsdelpersonal

oAltsibaixosenelmercatdelafusta

Peraixòlesinstal·lacionsdemitjàogranconsumsolentenirelsubministramentdiversificat(mixdesubministrament),

ambdiferentsproveïdors idiferents fontsdebiomassa llenyosa (perexemple,biomassad'origenagrícola). Enaquest

sentit,unaplantadegranconsumdebiomassasituadapropdelacostapermetincloureenelmixdesubministrament

l'aprovisionamentlocalialhoraelmarítimdesd'altrespaïsosaunpreucompetitiu.

4.4 Requisits Elsrequisitsperalamatèriaprimeravariensegonslaplanta,elsistemad'alimentacióielssistemesdecontrol.Commés

granéslainstal·lació,soladmetreestellademenysqualitat:majorsdimensions,majorhumitat,ambmésimpureses.Per

aixòi l'economiad'escala,enpetitesplantesdecalefaccióelcombustibleésméscarquelamitjana, jaquelaqualitat

requeridaésmajor(5)ilesquantitatssubministradesmenors.

15

Biom

assafo

restal–In

stal·lacion

siusuarisfin

als

Enrelacióalahumitatesconsiderenelssegüentsvalorsdereferència(6)(5):

->1MW:admetfustaassecadaal'airelliure,finsal50%Hbh.

-<1MW:esrequereixhumitatmàximadel25-30%Hbh.

Taula1:Enrelacióalagranulometria,aFranças'esmentenlessegüentsdimensionsmitjanessegonseltipusdecaldera(6):

DestinacióDimensió(cm)

NotesLongitud Amplada Grossor

Calderesgrans 8 5 1-3 Comunacaixadelluminsgran

Calderesindividualsy

medianes(30-400kW)1,5-3 1-1,5 0,5 Méspetitaqueundit

4.5 Xarxa de subministrament

Bonapartdelmaterialdisponiblecomafontdebiomassasónelsaprofitamentsforestals.Pertant,dinsdelmixde

subministramentésnecessaricomptar,enprimerllocamblescadenesd'aprofitamentforestalpreexistents,lesqueja

estansubministrantmatèriesprimeresalaindústriadelafustaobiomassaaaltresinstal·lacions.

Eninstal·lacionsdegranconsumaquestmixhad'incloureproveïdorsdediferentsescales(granescala,mitjana,

propietarisoempresesparticulars)pergarantirelgruixdelademandaicobrirlesfluctuacions(7).

16

Biom

assafo

restal–In

stal·lacion

siusuarisfin

als

5 Elecció d’una caldera

Al'horadetriarunacalderadebiomassahihaunasèried'aspectesaconsiderarprèviament:

●Consumanualestimat:perescollirlapotènciadecalderamésadequada.

●Disponibilitatd'espaiiaccessos:unsistemadecalefaccióambbiomassatéunesexigènciesd'espaimajorsqueun

sistemaconvencional.Engeneral,caldisposard'espaisuficientperalacaldera,lasitjail'accésdelscamionsperpoder

subministrarlabiomassa.

●Capacitatdeldipòsitsegonselnombredecàrreguesanuals.

●Garantiadesubministramentdelproducte:hadeassegurar-seelsubministramentamig-llargterminiambunaqualitat

delabiomassaaltaiconstantabansdelseuestabliment.Elsubministramentdellenyaiestellaésrecomanableadistàncies

curtes,mentrequeelpèl·let(acausadelasevaelevadadensitatenergètica)facilitaelseutransportallarguesdistàncies.

●Mantenimentdelacaldera:quannos'utilitzencalderesdebiomassaambsistemesautomàticsdeneteja,calplanificar

laretiradaperiòdicadelescendresdelsintercanviadorsdecalor.Amés,s'hadevigilarelnivelldecombustiblealasitja

d'emmagatzematgeiplanificarlasevareposicióperevitarlamancadesubministrament.

●Serveitècnicdeconfiançaiproper

17

Biom

assafo

restal–In

stal·lacion

siusuarisfin

als

B – Bibliografia

1AFIB(APROFITAMENTSFUSTERSIBIOMASSA),CTFC.Síntesid'informaciótemàtica:Biomassa.19pp.Recuperado

en2017desdehttp://afib.ctfc.cat/sintesi-dinformacio-tematica-biomassa:[s.n.],2011.

2LÓPEZ,I.etal.Tecnologiesiaplicacionsdelabiomassa..Dossiertècnic,n.62,p.337-346,2013.3RODRÍGUEZ,J.etal.Aprofitamentidesemboscdebiomassaforestal.[S.l.]:GeneralitatdeCatalunya.Departamentde

MediAmbientiHabitatge.CentredelaPropietat(CPF).,2006.

4KUMAR,A.;CAMERON,J.B.;FLYNN,P.C.BiomasspowercostandoptimumplantsizeinwesternCanada.BiomassandBioenergy,n.24,p.445-464,2003.5HAKKILA,P.(.P.Developingtechnologyforlarge-scaleproductionofforestchips.WoodEnergyTechnologyProgramme1999-2003.Finalreport.TEKES.[S.l.],p.99pp.2004.6LAURIER,J.-P.;POUËT,J.-C.;BALLAIRE,P.Bois-energie:Ledéchiquetageenforêt.ADEME.CollectionConnaîtrepour

agir.ed.Paris:[s.n.],1998.111pp.

7BELL,J.F.V.;TEMMERMAN,M.;SCHENKEL,Y.Threelevelprocurementofforestresiduesforpowerplant.Biomassandbioenergy,n.24,p.401-409,2003.

Dissenyiredacció:JuditRodríguezCrèditsd’Il·lustracions:AFiB-CTFC

Edició:maig2019

Maquetació:Eduter-CNPR

Aquest projecte va ser finançat amb el suport de la Comissió Europea. Aquesta publicació (comunicació) reflecteix únicament l'opinió de l'autor, i la Comissió Europea no és responsable de l'ús que pugui fer de la informació continguda en la mateixa.

Peramésinformaciócontactaramblesentitats

sòciesdelprojecteeforOwnSietspropietari/aforestal

ABèlgica AEspanya AFrança

Sietsestudiantoformador/a

ABèlgica AEspanya AFrança