25 abril 2008

Flexibilidad del combustible en proyectos de cogeneración

Uno de los principales problemas que se plantea al promover un proyecto de cogeneración utilizando combustibles biogénicos es la heterogeneidad de los mismos y si disponibilidad. Por ejemplo, si utilizamos restos de poda, la poda está disponible durante unos meses al año, pero el resto del año seguramente tendríamos que utilizar otros combustibles. Presentamos en este artículo un proyecto que puede subsanar estos problemas, y por su interés lo abordaremos con el mayor detalle El último número de la revista Power engineering International (February 2008) expone los resultados de la planta experimental (a escala comercial) Alholmens Kraft en Finlandia, única en su género que utiliza diferentes biocombustibles para hacer funcionar su sistema de calderas a gran escala. Esta planta, que comenzó a funcionar en 2002, pretende demostrar los beneficios de utilizar en una misma central, diferentes tipos de combustibles. Según sus promotores la planta es respetuosa del medio ambiente y altamente competitiva. Vamos a ver cómo los líderes de inversión en Europa en I+D, han conseguido desarrollar esta tecnología. La planta se diseñó con el objetivo de demostrar por primera vez que la nueva tecnología de centrales de cogeneración multicombustible y con bajos niveles de emisiones era altamente rentable. Además, el proyecto se planteo a escala comercial y utilizando tanto biomasa como combustibles fósiles en la misma central. Otro objetivo crucial del proyecto fue que el vapor tenía que obtenerse tan económicamente como fuese posible, con alta fiabilidad, y bajo diferentes situaciones de operación. La producción de electricidad también tenía la necesidad de responder a la demanda base y carga variable y de una forma económicamente rentable, de forma que la energía se vendiese sin subsidios al mercado abierto. Esto es fácil decirlo, pero otra cosa es conseguirlo, puesto que si hay algo que caracteriza a la producción de energía es la falta de flexibilidad de las centrales convencionales. No obstante, el diseño que han conseguido los finlandeses permite que la central opere con diferentes combustibles en función de la disponibilidad, calidad, y precio en cada momento. Adicionalmente, Alholmens puede operar tanto en modo de ciclo combinado (CHP como en modo de condensado, todo dependiendo de la demanda de electricidad y precio del mercado en cada momento. El desafío era grande, pero se ha conseguido diseñar una central que opere con residuos forestales, restos de madera, turba, o carbón, como combustible de apoyo alternativo. Hay que tener en cuenta que los residuos forestales tienen bajo poder calorífico, alta humedad, contenido de energía variable y propiedades físicas muy heterogéneas. La turba es un combustible de bajo poder calorífico, con alto contenido de humedad, pero una calidad mucho más estable. Se favoreció asimismo el uso de combustibles neutrales en dióxido de carbono, pero pueden usarse combustibles adicionales para incrementar la capacidad. La central es tan versátil que la mezcla de combustibles varía constantemente, y es optimizada para ir cumpliendo los requerimientos operacionales, ambientales y económicos. En Alholmens, la proporción de biomasa en todos los combustibles varía entre un 35-45 % anualmente. El combustible más importante en la biomasa es la corteza de árbol, hasta hace poco tiempo considerada un recurso sin valor, que representa dos tercios de la biomasa total. Actualmente se compra previo contrato a largo plazo. Hay un continuo trasiego de corteza de árbol y otros residuos desde los aserraderos a la planta. El ratio que se utiliza entre madera blanda y dura es 50:50, y hay variaciones estacionales de humedad. El contenido de humedad en el verano es 45-50 % y 55-60 % en invierno. La turba es la siguiente prioridad, ya que representa un 45-55 % de la entrada de energía anual. Ya que la turba tiene una humedad más constante, se utiliza para equilibrar la humedad en los residuos en los que ésta varía estacionalmente. Si se utiliza sólo madera, no es factible conseguir el máximo rendimiento de la caldera, ya que su alto contenido de agua limita la capacidad. El carbón se utiliza como combustible de apoyo en una proporción del 5-15 % en el consumo anual.
CALDERA
Se utiliza una caldera de lecho fluidizado (CFB), y se eligió esta tecnología porque permite la combustión de biocombustibles, carbón y turba, y cumple los requisitos de emisiones más estrictos. La capacidad de la caldera es 550 MWth. La tecnología CFB tiene una importante ventaja, y es que puede quemara simultáneamente combustibles con diferentes propiedades. La caldera lleva funcionando ya cinco años, y tras un periodo inicial funciona ya a plena carga desde hace varios años. Los cambios de carga se producen por las fluctuaciones en la industria papelera, pero son pequeños en relación a la capacidad de la caldera. Además de producir energía eléctrica, la planta produce vapor para la industria papelera adyacente. La caldera estuvo operando en 2006 un total de 7700-7900 horas, con un resultado de producción de electricidad de 217 MW.
CONTROL DE LA CALDERA
El control de la caldera es muy importante en este tipo de plantas. Los cambios en la demanda debidos a la marcha-parada de la industria papelera no son relevantes (menos del 10 %), pero si que hay cambios en la demanda de vapor en el proceso y ello afecta a la carga de la caldera. Además, la demanda de energía eléctrica varía a lo largo del día en el área, y por lo tanto hay grandes diferencias en la carga entre el día y la noche. Por todo ello, la planta dispone de un sistema para regular la carga (ciclones, precalentadores, etc.).
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