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INTRODUCCIÓN. Evolución histórica y perspectivas. Principios termoquímicos de la gasificación. Diversos tipos de gasificadores. La gasificación como tecnología para el tratamiento de residuos de bajo poder calorífico. Gasificador integrado en un sistema híbrido eólico y de biomasa. Gasificación de residuos de madera. Gasificación de mezclas de residuos con combustible fósil. Gasificación de mezclas de residuos de madera con plásticos. GASIFICACIÓN DE RESIDUOS EN DOS ETAPAS. Otros procesos de gasificación desarrollados o en vías de desarrollo. SISTEMAS DE RECUPERACIÓN DE ENERGÍA. Ciclo de vapor. Motor de combustión interna. Turbina de gas. Alternativas futuras para el gas de síntesis. Sistemas de gasificación con recuperación energética. Otras posibilidades de aplicación de la gasificación. Impacto ambiental. Gasificación y pirólisis. Bibliografía.
• Entender el concepto de “biomasa” en el contexto energético, su alcance, así como su impacto en términos energéticos, medioambientales y socioeconómicos. • Identificar los principales recursos de origen biomásico existentes: origen, proceso generador, usos actuales y/o destinos principales, costes de generación y/o eliminación, etc. • Estudiar los principales procesos de conversión a los que pueden ser sometidos: físicos, biológicos y químicos (bioquímicos y termoquímicos). • Conocer los productos, intermedios y finales obtenidos (sólidos, líquidos y gaseosos), así como las aplicaciones de los mismos (generación eléctrica, usos finales térmicos, producción de biocarburantes para el transporte, generación de frío, trigeneración, …) • Analizar el marco normativo que afecta a la generación de energía con biomasa: usos térmicos, generación eléctrica y producción de biocarburantes para el transporte. • Profundizar en aspectos económicos asociados al aprovechamiento de la biomasa, estudiando la viabilidad de las diferentes aplicaciones, así como diferentes modelos de negocio asociados, como por ejemplo las llamadas Empresas de Servicios Energéticos, ESEs. • Visualizar ejemplos de proyectos e instalaciones reales que permitan al alumno hacer una idea lo más completa y precisa posible de la biomasa como recurso energético renovable. UD1.Introducción a la biomasa como recurso energético 1. Introducción 2. Definiciones de biomasa y principales características 3. Clasificación 4. Principales características de la biomasa residual 5. Orígenes y principales destinos y aplicaciones 6. Ventajas e inconvenientes de su utilización 7. Costes asociados 8. Potencial existente UD2.Principales tecnologías de conversión de la biomasa 1.Físicos 1.1.Fragmentación mecánica 1.2.Secado 1.2.1.Natural 12.2.Forzado 1.3.Densificado 1.3.1.Empacado 1.3.2.Peletizado y briquetado 1.3.3.Torrefacción 2.Químicos: 2.1.Termoquímicos: 2.1.1.Combustión 2.1.2.Gasificación 2.1.3.Pirólisis 2.2.Biológicos: 2.2.1.Digestión anaeróbica 2.2.2.Compostaje 2.3.Bioquímicos: 2.3.1.Fermentación alcohólica: producción de bioetanol 2.3.2.Transesterificación: producción de biodiésel 2.4.Desgasificación de vertederos UD3.Tipología de proyectos de aprovechamiento de biomasa residual 1. Introducción 2. Producción de biocombustibles sólidos (CCF) 3. Plantas de producción de pellets 4. Tratamiento de hueso de aceituna de almazara 5. Instalación de sistemas de calefacción con biomasa. Empresas de Servicios Energéticos (ESEs) 5.1. Servicios energéticos 5.2.Ámbito industrial 5.3. Redes de calor o districtheating 6. Plantas de generación de energía eléctrica mediante combustión 7. Plantas de generación de energía eléctrica mediante gasificación 8. Producción de carbón vegetal mediante pirólisis UD4.Aspectos normativos, medioambientales y socioeconómicos asociados a la generación de energía con biomasa 1.Legislación aplicable. 2.Aspectos ambientales. 3.Impacto socioeconómico. 4.Reducciones de CO2. UD5.Energía hidráulica y centrales hidroeléctricas 1. Introducción 2. Antecedentes históricos 3. La energía hidroeléctrica en el mundo 3.1. Recursos y potencial hidroeléctrico en España. 4. Definiciones y clasificaciones de las centrales hidroeléctricas. 4.1. Definición de central hidroeléctrica 4.2. Clasificaciones de las centrales hidroeléctricas. 4.3. Configuraciones de las centrales hidroeléctricas. UD6.El recurso hídrico y su potencial 1. Introducción 2. Registro de datos hidrológicos 3. Métodos de medida del caudal 3.1. Método de medida del área transversal y de la velocidad media 3.2. Medida del caudal mediante el uso de un aliviadero 4. Presión del agua o salto 4.1. Pérdidas de carga 5. Potencia instalada y energía generada UD7.Analisis de viabilidad financiera de una minicentral hidroeléctrica 1. Metodología de trabajo 2. Inversión Inicial 2.1. Obra civil 3. Equipamiento Electromecánico 3.1. Protecciones, regulación y control 3.2. Conexión a la red eléctrica 3.3. Coste de la línea eléctrica 3.4. Costes unitarios 4. Análisis de rentabilidad 4.1. Ingresos 4.2. Gastos 5. Ratios a tener en cuenta en el análisis de rentabilidad de una instalación minihidráulica 6. Evaluación de la viabilidad económica de un proyecto de minihidráulica 7. Métodos de evaluación de la viabilidad económica
La biomasa es una de las fuentes de energía de origen renovable más desconocidas, sobre todo si se compara con sus hermanas solar y eólica. Ello es debido ala gran cantidad de recursos que engloba y sus orígenes (agrícola, forestal, ganadero, industrial, urbano, etc.), así como al conjunto de tecnologías de valorización existentes en el mercado (combustión, digestión anaeróbica, gasifícación, pirólisis, etc.) y la variabilidad de productos obtenidos, tanto sólidos(astillas, pellets, huesos, etc.), como líquidos (biocarburantes, bio-oil,à)y gaseosos (biogás, biometano, syngas, hidrógeno, etc.). Es por ello que es necesario recopilar toda la información disponible en un manual que permita a los profesionales del sector (promotores de proyectos, ingenierías, consultoras, fondos de inversión, bancos, empresas del sector energético, etc.) disponer de un conjunto ordenado y completo de información; además, bajo una perspectiva práctica, basada en la experiencia de más de 20 años del autor y que aglutine todo lo anteriormente expuesto; y, acompañado de datos, imágenes, números y ejemplos reales de tecnologías existentes en el mercado y de proyectos que ayuden a fomentar y a conocer esta fuente de energía tan abundante en España, la cual jugará un papel crucial en la descarbonización y también en el nuevo escenario de la "bioeconomía circular". Las razones son varias, pero las dos más potentes son las siguientes: es una fuente de energía neutra en términos de emisiones de CO2; y, por otra parte, es gestionable, es decir, puede operar del orden de 7.500-8.000 horas al año, lo que le permite complementarse muy bien con la fotovoltaica, por ejemplo, o con otras tecnologías para que se puedan alcanzar los objetivos de descarbonización al 100%, lo cual no sería posible sin su concurso. Además, presenta otra serie de ventajas, no solo de tipo energético y ambiental, sino también social, por la cantidad de empleos y de actividades que se generan a lo largo de toda su cadena de valor, desde su origen hasta su valorización o aprovechamiento ? nales, bien en forma de bioenergía o de bioproductos.
El presente trabajo analiza el proceso de gasificación acoplado a un ciclo combinado, con la finalidad de producir energía eléctrica, para lo cual se utilizan como combustibles el carbón, el coque de petróleo y los residuos sólidos municipales. El análisis matemático se realiza a través de la modelación de las ecuaciones químicas y termodinámicas que lo describen. Se resuelve el modelo haciendo variar los parámetros que describen el mecanismo de gasificación (presión, temperatura y los flujos de combustible, oxígeno y agua), y definiendo la concentración máxima de los gases de escape de la turbina de gas del ciclo combinado. Se maximiza la potencia producida encontrándose de esta forma la relación óptima entre los flujos de combustible, agua y oxígeno, que dan como resultado costos de energía eléctrica del orden de 0.044 $/kWh para el coque de petróleo, del 0.047 $/kWh para el carbón y 0.063 $/kWh para los residuos sólidos municipales clasificados. A través del costo de la energía se demuestra que la basura debe someterse a un proceso de clasificación previa a la gasificación a fin hacer el proceso rentable desde el punto de vista económico. Una vez obtenidos los valores óptimos de operación del ciclo de gasificación se analiza su comportamiento ante variaciones o perturbaciones, de lo cual se desprende que el vapor de agua posee gran influencia en la dinámica del sistema, y que el oxígeno produce grandes cambios en la concentración del gas de síntesis. Se muestran además otros resultados de interés ligados a los ciclos de cogeneración.
Colombia se une al compromiso con la sostenibilidad del planeta, implementando estrategias para reducir emisiones y optimizar la eficiencia energética, en los sectores industrial, comercial y residencial, mediante la transferencia de tecnología y la sustitución de combustibles; como firmó en el Acuerdo de París en 2015. A nivel mundial se debate el uso de combustibles fósiles, particularmente del carbón para generación térmica por combustión directa; sin embargo, las reservas seguras de este recurso energético que sobrepasan las 800.000 Mt, de las cuales 93% se concentra en diez países (entre ellos el nuestro con más de 6500 Mt), debe garantizar el consumo racional y sostenible, mientras se logra substituir por energías renovables. En esta investigación se desarrolló una alternativa para mejorar eficiencia energética y gestión ambiental, mediante la sustitución del proceso de combustión directa de carbón por gas de síntesis. Se utilizó carbón subituminoso y biomasa vegetal de cenizo (Chenopodium Album) de la provincia Centro de Boyacá (Colombia), para fabricar briquetas con mezclas carbón/biomasa (75/25). Se simuló la composición de equilibrio con reacciones químicas del proceso de gasificación, para validar con los resultados de las pruebas experimentales, realizadas con muestras de briquetas en un analizador termogravimétrico. Se hicieron pruebas de fusibilidad de cenizas para verificar que no producen escorias fundidas. La composición del syngas se determinó por análisis de cromatografía de gases; la concentración de CO en el gas de biomasa es mayor que la de H2, mientras que la de CH4, CO2 y C2H4 es similar con el gas del carbón. El valor calorífico es mayor en el syngas del carbón. La producción de gas, la eficiencia en la conversión de carbón, y la eficiencia térmica, es mayor es mayor en la cogasificación de la mezcla. Estos resultados confirman la viabilidad técnica del proceso gasificación de briquetas.
Biomasa y bioenergía. Combustibles residuales. Valorización de residuos. Combustibles líquidos a partir de biomasa. Los biogases. La eficiencia de las transformaciones energéticas en la biomasa. Las microalgas y los carburantes del futuro. Biotecnología y sistemas avanzados de ahorro de energía. Noción de biorrefinería.