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Caldera de biomasa

Aspectos generales de la biomasa

En esta sección nos referiremos a la biomasa utilizada como combustible en aplicaciones de mediano y gran tamaño, dejando de lado la leña que se utiliza principalmente en aplicaciones pequeñas de uso residencial.

  • Claves de la Biomasa

    • La biomasa es una fuente almacenable y transportable de energía.
    • Representa el 24% de la oferta total de energía primaria en Chile, igualando al carbón (2015).
    • Es una alternativa de energía renovable para autoconsumo de electricidad y/o calor, en reemplazo de combustibles fósiles.
    • Otorga un suministro continuo de energía, con factor de planta similar al de fuentes fósiles.
    • Hay distintos tipos biomasas, siendo las principales en Chile las astillas, la biomasa triturada (de residuos forestales) y el pellet.

La biomasa puede transformarse en energía útil de muchas maneras, pero la combustión en calderas de biomasa es la más común y frecuente. Otras tecnologías tales como la pirolisis y la gasificación se encuentran en etapa pre-comercial.

La combustión de la biomasa permite obtener energía térmica para usos residenciales e industriales, generar electricidad o hacer co-generación. La biomasa puede ser pretratada física y químicamente con el objeto de aumentar la eficiencia de la combustión y reducir los costos de transporte y acopio.

Una de las formas de pretratamiento de la biomasa es su transformación en pellets, cuyo uso en Chile ha crecido en los últimos años, sobre todo en aplicaciones pequeñas para el sector residencial. Las otras dos formas más comunes de biomasa en Chile para aplicaciones de mediana y gran escala (> 150 kW) son las astillas y la biomasa triturada.

Características de biocombustibles sólidos

Fuente: Sylvae para GIZ y Ministerio de Energía, 2017.

Aspectos generales de las calderas a biomasa

Una caldera es un equipo donde la biomasa se combustiona en presencia de oxígeno y como resultado se genera vapor o agua caliente a presiones mayores a la atmosférica. Se trata generalmente de equipos de potencias mayores a 100 kWt que se emplean en aplicaciones industriales que requieren transferir calor y energía mediante un fluido.  Esta sección se centra en este tipo de aplicaciones, no en las calderas o estufas domiciliarias.

  • Claves de una caldera de biomasa

    • Tecnología consolidada en el mundo y en Chile, con eficiencias en torno al 90%.
    • Existen más de 70 proveedores de equipos (calderas/quemadores) de autoconsumo industrial y biocombustibles (pellets/astillas/biomasa triturada) en Chile, con una gran diversidad de marcas comerciales, precios, modalidades y eficiencias.
    • El suministro, la logística de abastecimiento y las características de la biomasa (humedad e impurezas) definen una buena operación.
    • Existen proyectos operando con modelo de financiamiento Esco.
    • Dependiendo de las horas de trabajo puede haber ahorros importantes al reemplazar combustibles fósiles con biomasa.

  • Aplicaciones

    • Autoconsumo de energía térmica para procesos industriales o semi industriales.
    • Autoconsumo de energía térmica residencial individual o en redes distritales (calor y ACS)
    • También se puede generar electricidad y cogeneración.

La versatilidad de las calderas, el tipo de parrilla de combustión (fija o móvil) y su nivel de automatización definen en gran medida su precio, pudiendo ser relevantes los costos asociados a los lugares de acopio de la biomasa.

En Chile existen proyectos pequeños y medianos de obtención de energía térmica a partir de la biomasa (calderas y quemadores de pellet en pequeñas industrias), como también grandes proyectos de generación de energía eléctrica con biomasa para autoconsumo y venta de excedentes a la red, ligados a la industria del papel y la celulosa.

Tipos de Calderas

La combustión directa en una caldera es la forma más común para la obtención de energía a partir de la biomasa.

En aplicaciones industriales, son dos las tecnologías principalmente utilizadas: la combustión en calderas de lecho fijo y en lecho fluidizado.

Fuente: Energie aus Biomasse. Grundlagen, Techniken und Verfahren

  • Combustión en calderas de lecho fijo: la combustión ocurre en una parrilla, produciendo un flujo de gases calientes que se usan para generar vapor, siendo las cenizas removidas continuamente durante la combustión.
  • Combustión en calderas de lecho fluidizado (FBC): el combustible es suspendido por una o varias corrientes de aire inyectadas durante la combustión. Esta tecnología es más versátil, al permitir quemar una amplia gama de combustibles con altos niveles de humedad (más de 50%), presentan menores emisiones (NOX, SOX y CO2) y es en general más eficiente.

El vapor producido en las calderas es inyectado en turbinas de vapor las que transforman el calor en energía mecánica que a su vez sirve para generar electricidad.

Para aplicaciones de autoconsumo de mediana escala (Pymes), las calderas pueden clasificarse en base a los siguientes criterios:

Calderas según el combustible utilizado

Calderas según el sistema de combustión

Calderas según nivel de automatización

Dimensionamiento

Para proyectos nuevos de biomasa, deben tenerse en cuenta principalmente los costos de inversión inicial de la tecnología (CAPEX) y la disponibilidad de biomasa (existencia de proveedores).

Si el proyecto ya cuenta con una inversión realizada y se desea reemplazar el combustible fósil por biomasa, se debe tener en cuenta el costo de la adaptación (cambio de quemadores) y el costo de suministro del combustible.

Costos

Si bien se trata de tecnologías maduras comercialmente, existe aún en Chile una gran disparidad de costos tanto de inversión (CAPEX) como de operación, asociados a sistemas de mediana escala para la obtención de calor con biomasa. Estos costos están determinados principalmente por el tipo de tecnología (calderas manuales versus automáticas o de parrilla fija versus móvil) y también por el costo del combustible que en Chile todavía presenta una gran disparidad en cuanto a precio y calidad.

Existen modelos de negocio interesantes, tipo ESCO, a través de los cuales es posible contratar la energía sin necesidad de invertir en la tecnología, de manera similar a como se hace con la compra de gas natural por ejemplo.

A continuación se presentan algunos costos aproximados:


Tabla: Costo de inversión de calderas de biomasa según potencia.
Fuente: John O´Ryan para CIFES, 2016

Proveedores



Materiales y Herramientas

Calculadora de Biomasa


Buscador de Normas de Bioenergía

 A continuación podrá ingresar al Buscador de Normas de Bioenergía, elaborado por el Ministerio de Energía.

El Buscador contiene una sistematización del marco legal actualmente vigente para la bioenergía, abordándola desde el punto de vista de la regulación del combustible, de las tecnologías de generación, de los sistemas de transporte y distribución u otros aspectos tales como el tratamiento tributario.  Incorpora:

  • Marco legal aplicable al Biogás, Biometano y subproductos
  • Marco legal aplicable a la biomasa
  • Marco legal aplicable a biocombustibles líquidos (etanol y biodiesel)

Nota: El buscador no incorpora el marco legal relativo a la tramitación ambiental de los proyectos.

 

Ejemplos de proyectos en Chile

Acá van los proyectos de Caldera de Biomasa.

Referencias bibliográficas

Fact Sheet Biomasa

Guía Calderas y Quemadores a Biomasa para Autoconsumo

 

Referencias

  • John O’Ryan Surveyors para CIFES, 2016. Estudio de caracterización del mercado de biomasa como fuente de energía térmica entre las regiones de O´higgins y Aysen. Descargar aquí.
  • René Carmona y Alvaro Urzúa, 2013. Caracterización de la biomasa leñosa con fines energéticos disponible en Chile. Descargar aquí.
  • José Bertrand y Eduardo Morales para CNE y GIZ, 2008. Potencial de biomasa forestal: potencial de generación de energía por residuos del manejo forestal en Chile. Descargar aquí.
  • INFOR para CNE y GIZ, 2007. Disponibilidad de residuos madereros: residuos de la industria primaria de la madera, disponibilidad para uso energético. Descargar aquí
  • Sylvae para GIZ y Ministerio de Energía, 2017. Calderas y Quemadores a Biomasa para Autoconsumo.