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I

© Santiago García Garrido 2011

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I © Santiago García Garrido 2011

Curso Técnico General Centrales termoeléctricas de Biomasa

Ciclo Formativo Energías Renovables

© Santiago García Garrido 2009-2011

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III


Indice

0 EL DESARROLLO DEL CURSO 1

1 LA BIOMASA 7

1.1 QUÉ ES LA BIOMASA 7

1.2 LA BIOMASA COMO FUENTE ENERGÉTICA 8

1.3 LA COMBUSTIÓN Y EL EFECTO INVERNADERO 9

1.4 LA PRODUCCIÓN MUNDIAL DE BIOMASA 11

1.5 APLICACIONES DE LA BIOMASA EN LAS INDUSTRIAS 12

1.6 LA IMPORTANCIA ECONÓMICA DE LA BIOMASA 13

1.7 EL PLAN DE ENERGÍAS RENOVABLES 2005-2010 13

1.8 VENTAJAS Y DESVENTAJAS EN EL USO DE BIOMASA 14

1.9 LA GENERACIÓN ELÉCTRICA A PARTIR DE BIOMASA 15

1.10 PLANTAS DE BIOMASA EN ESPAÑA 17

1.10.1 Plantas de biomasa en Andalucía 17

1.10.2 Resto de España 21

CUESTIONARIO UNIDAD 1 22

2 TIPOS DE BIOMASA 24

2.1 BIOMASA NATURAL 24

2.2 BIOMASA RESIDUAL 26

2.2.1 Residuos agrícolas 28

2.2.2 Residuos forestales 29

2.2.3 Residuos de industrias agrícolas y agroalimentarias 30

2.2.4 Residuos de industrias forestales 31

2.2.5 Residuos ganaderos 32

2.2.6 Residuos urbanos 32

2.3 EXCEDENTES AGRÍCOLAS 33

2.4 CULTIVOS ENERGÉTICOS 33

2.4.1 Qué son los cultivos energéticos 33

CURSO TÉCNICO GENERAL DE PLANTAS DE BIOMASA

© Santiago García Garrido 2011 IV

2.4.2 Características que deben tener los cultivos energéticos 34

2.4.3 Clasificación de los cultivos energéticos 36

2.4.4 Los cultivos energéticos en España 37

2.4.5 Ventajas e inconvenientes de los cultivos energéticos 38

2.4.6 Aspectos económicos a tener en cuenta 39

2.4.7 Aspectos medioambientales a tener en cuenta 40

2.4.8 La paulownia 40

2.4.9 El cardo 44

2.4.10 La planta de tabaco 53


3 PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN DE LA BIOMASA 61

3.1 PROCESOS FÍSICOS 63

3.2 PROCESOS TERMOQUÍMICOS 65

3.2.1 Combustión 65

3.2.2 Gasificación 66

3.2.3 Pirolisis 66

3.3 PROCESOS BIOLÓGICOS 68

3.3.1 La fermentación alcohólica 68

3.3.2 La fermentación metánica 69

3.4 PROCESOS QUÍMICOS: TRANSESTERIFICACIÓN 70


4 LA COMBUSTIÓN 75

4.1 QUÉ ES LA COMBUSTIÓN 75

4.2 REACCIONES QUÍMICAS DEL PROCESO 76

4.3 PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DE LA BIOMASA 77

4.4 EL PODER CALORÍFICO DE LA BIOMASA 78

4.4.1 Poder calorífico superior e inferior 78

4.4.2 Poder calorífico de diversas biomasas 80

4.5 TIPOS DE COMBUSTIÓN 80

4.5.1. Combustión completa 80

4.5.2. Combustión incompleta 81

4.5.3. Combustión estequiométrica 82

4.5.4. Combustión con exceso de aire 82

4.5.5. Combustión con defecto de aire o rica 82


V


5 EL MERCADO ELÉCTRICO 87

5.1 EL MERCADO ELÉCTRICO 87

5.2 LOS 6 MERCADOS INTRADIARIOS 90

5.2.1 Ofertas de venta en los mercados intradiarios 91

5.2.2 Ofertas de compra en los mercados intradiarios 92

5.2.3. Procesos de casación y resultados 93

5.3 LA OPERACIÓN DEL SISTEMA 94

5.3.1 Mercados de servicios de ajuste del sistema 95

5.3.2 Solución de restricciones técnicas 96

5.3.3 Servicios complementarios 97

5.4 EL MERCADO ELÉCTRICO Y LAS ENERGÍAS RENOVABLES 100

5.4.1 La venta a tarifa 101

5.4.2 La venta a mercado + prima 102

5.4.3 Contratos bilaterales 102

5.4.4 Los mercados intradiarios 102

5.4.5 Desvíos 103

5.4.6 Complementos 103

5.4.7 La retribución final 104


6 SITUACIÓN ACTUAL Y MARCO LEGISLATIVO 109

6.1 LA LEY 54/1997 109

6.2 LA LEY 17/2007 112

6.3 EL RD 1955/2000 115

6.4 EL RD 661/2007 117

6.5 EL RDL 6/2009 119

6.6 EL RD 1565/2010 121

6.7 EL RDL1/2008 SOBRE EVALUACIÓN DEL IMPACTO AMBIENTAL 122


ESQUEMAS DE UNIDADES 1 AL 6 126

ÍNDICE

III


Índice

EL DESARROLLO DEL CURSO

7 LAS CENTRALES TERMOELÉCTRICAS DE BIOMASA ………...……129

7.1 DESCRIPCIÓN GENERAL DE UNA CENTRAL DE BIOMASA ………………………………..129

7.2 MODOS DE FUNCIONAMIENTO HABITUALES ………………………………………………….135

7.2.1 Funcionamiento en paralelo con la red …………………...………….……..135

7.2.2 Funcionamiento en isla ……………………………………………….………….136

7.2.3 Funcionamiento sin la central de generación ……………………………...136

7.3 PARÁMETROS CARACTERÍSITICOS DE UNA PLANTA DE BIOMASA ………………….136

7.4 RESUMEN DE SISTEMAS QUE COMPONEN UNA PLANTA DE BIOMASA …………….137

8 PRETRATAMIENTO DE LA BIOMASA ……………………………….141

8.1 ALMACENAMIENTO DE LA BIOMASA …………………………………………………………….142

8.1.1 Tipos de almacenes ……………………………………………………………...143

8.1.2 Criterios de selección del tipo de almacenamiento ……………………...146

8.1.3 Controles a efectuar en el parque de biomasa …………………………...148

8.2 TRANSPORTE HASTA LA CALDERA ………………………………………………………………..150

8.3 NECESIDAD DE LOS TRATAMIENTOS PREVIOS ……………………………………………...155

8.4 EL SECADO …………………………………………………………………………………………………...156

8.5 ASTILLADO …………………………………………………………………………………………………...159

8.6 MOLIENDA …………………………………………………………………………………………………….161

8.7 CRIBADO ……………………………………………………………………………………………………….163

8.8 PELLETS ………………………………………………………………………………………………………..164

8.9 ALMACENAMIENTO INTERMEDIO ………………………………………………………………….168

8.10 PESAJE: EL CONTROL DE LA CANTIDAD INTRODUCIDA ………………………………..169

8.11 DOSIFICACIÓN EN LA CALDERA …………………………………………………………………...169


© Santiago García Garrido 2011 IV

9 LA CALDERA DE COMBUSTIÓN DE BIOMASA ……………………..173

9.1 LA CALDERA DE COMBUSTIÓN ………………………………………………………………………….173

9.2 FASES EN EL PROCESO DE COMBUSTIÓN DE BIOMASA ……………………………………...175

9.3 TIPOS DE CALDERA SEGÚN LA CIRCULACIÓN DE AGUA ……………………………………..176

9.3.1 Calderas pirotubulares ……………………………………………………………..176

9.3.2 Calderas acuotubulares …………………………………………………………...178

9.4 TIPOS DE CALDERAS DE BIOMASA SEGÚN LA FORMA DE COMBUSTIÓN …………….182

9.4.1 Calderas de parrillas móviles ……………………………………………………...182

9.4.2 Calderas de lecho fluidizado ……………………………………………………..187

9.4.3 Calderas de quemador de suspensión …………………………………………192

9.4.4 Comparación de tecnologías parrilla—lecho fluido ………………………...194

9.5 TIPOS DE CALDERAS SEGÚN LA PRESIÓN DEL HOGAR ………………………………………195

9.6 PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DE CALDERAS DE BIOMASA ………………………….195

9.7 LA ENTRADA DE AIRE COMBUSTIBLE ……………………………………………………………….196

9.8 LA ENTRADA DE COMBUSTIBLE ………………………………………………………………………..197

9.9 EL HOGAR. ZONA DE RADIACIÓN ………………………………………………………………………199

9.10 EL SOBRECALENTADOR ………………………………………………………………………………….203

9.11 EL EVAPORADOR ……………………………………………………………………………………………205

9.12 EL ECONOMIZADOR ………………………………………………………………………………………..207

9.13 SALIDA DE GASES …………………………………………………………………………………………...210

9.13.1 Separadores ciclónicos …………………………………………………………..210

9.13.2 Filtros de mangas …………………………………………………………………..212

9.13.3 Electrofiltros ………………………………………………………………………….216

9.13.4 Sistema de monitorización continua de emisiones gaseosas …………….218

9.14 SALIDA DE CENIZAS ………………………………………………………………………………………..218

9.15 PROBLEMAS EN CALDERAS DE BIOMASA ………………………………………………………..220

10 EL CICLO AGUA-VAPOR …………………………………………..227

10.1 EL CICLO RANKINE …………………………………………………………………………………………227

10.2 LA FUNCIÓN DEL CICLO AGUA-VAPOR …………………………………………………………….228

10.3 EL ESQUEMA DE CICLO AGUA-VAPOR ……………………………………………………………..229

10.4 EL CONDENSADOR ………………………………………………………………………………………….231

V


10.5 LAS BOMBAS DE CONDENSADO …………………………………………………………………….234

10.6 PRECALENTADORES DE BAJA PRESIÓN ………………………………………………………...235

10.7 TANQUE DE AGUA DE ALIMENTACIÓN ………………………………………………………….236

10.8 BOMBAS DE AGUA DE ALIMENTACIÓN ………………………………………………………….238

10.9 PRECALENTADORES DE ALTA PRESIÓN ………………………………………………………..239

10.10 VÁLVULA DE BY-PASS DE ALTA PRESIÓN ……………………………………………………240

11 LA TURBINA DE VAPOR …………………………………………...245

11.1 LA TURBINA DE VAPOR, UNA MÁQUINA EXPERIMENTADA …………………………...245

11.2 CLASIFICACIÓN DE LAS TURBINAS DE VAPOR ……………………………………………….247

11.2.1 Según la transformación de e. potencial en rotación …………………...248

11.2.2 Según la presión a la entrada de la turbina ………………………………..250

11.2.3 Según la presión del vapor de salida ………………………..………………251

11.2.4 Según la dirección del flujo en el rotor ………………………….…………...251

11.2.5 Según la presencia de tomas intermedias de vapor ……………………..252

11.2.6 Según su conexión mecánica con otras turbinas ……………….………..253

11.3 PARTES PRINCIPALES DE UNA TURBINA DE VAPOR ……………………………………...255

11.3.1 Sistema de admisión……………………………………………………………. 255

11.3.2 El rotor …………….………………………………………………………………...255

11.3.3 La carcasa ………………………………………………………………………...256

11.3.4 Álabes ………………………………………………………………………………257

11.3.5 Cojinetes de apoyo, de bancada o radiales ………………………………258

11.3.6 Cojinete de empuje o axial ……………………………………………………258

11.3.7 Sistema de lubricación ………………………………………………………….259

11.3.8 Sistema de extracción de vahos ……………………………………………...260

11.3.9 Sistema de refrigeración de aceite …………………………………………..260

11.3.10 Sistema de aceite de control ………………………………………………...261

11.3.11 Sistema de sellado de vapor …………………………………………………261

11.3.12 Virador …………………………………………………………………………….262

11.4 EL SISTEMA DE CONTROL ……………………………………………………………………………..263

11.5 ELEMENTOS AUXILIARES DE LA TURBINA …………………………………………………….267

11.5.1 Bancada …………………………………………………………………………...267

11.5.2 Nave de turbina ………………………………………………………………….267

11.5.3 Puente grúa ……………………………………………………………………….268

11.5.4 Reductor…………………………………………………………………………... 268

ÍNDICE


© Santiago García Garrido 2011 VI

12 SISTEMAS ELÉCTRICOS DE ALTA Y BAJA TENSIÓN ……………273

12.1 EL GENERADOR ELÉCTRICO …………………………………………………………………………273

12.2. LOS SISTEMAS DE ALTA Y MEDIA TENSIÓN ………………………………………………….277

12.2.1 Transformador principal ………………………………………………………...278

12.2.2 Transformador de servicios auxiliares ………………………………………...279

12.2.3 Interruptor de máquina …………………………………………………………279

12.2.4 Interruptor automático ………………………………………………………….280

12.2.5 Seccionadores de barras y línea ……………………………………………...280

12.2.6 Barra de media tensión ………………………………………………………….283

12.2.7 Línea de evacuación ……...…………………………………………………….283

12.2.8 Protección contra rayos ………………………………………………………...283

12.2.9 Red de tierras ……………………………………………………………………...285

12.2.10 Transformadores tensión (TT) …………………………………………………..286

12.2.11 Transformadores de intensidad ……………………………………………….287

12.2.12 Protecciones ……………………………………………………………………..288

12.3 EL SISTEMA DE BAJA TENSIÓN ……………………………………………………………………...290

13 SISTEMAS AUXILIARES ……………………………………………..295

13.1 SISTEMA DE REFRIGERACIÓN PRINCIPAL ……………………………………………………..295

13.1.1 Circuito abierto …………………………………………………………………...296

13.1.2 Circuito semiabierto con torre de refrigeración …………………………...297

13.1.3 Circuito cerrado, con aerocondensador …………………………………...300

13.2 SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DE EQUIPOS …………………………………………………...301

13.3 PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA (PTA) ………………………………………………….302

13.4 PLANTA DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES …………………………………………………..307

13.5 SISTEMA DE AIRE COMPRIMIDO …………...……………………………………………………….309

13.6 SISTEMA CONTRAINCENDIOS ………………………………………………………………………..311

OBJETIVOS DEL CURSO

Conocer el potencial de la bio-

masa para abastecer de diversas

formas de energía una red eléc-

trica o una planta industrial.

Conocer los principales tipos de

biomasa existentes y sus carac-

terísticas.

Conocer los principales procesos

de transformación que puede

sufrir la biomasa para realizar un

aprovechamiento energético de

ella.

Estudiar en detalle las centrales

termoeléctricas que utilizan bio-

masa como combustible.

Conocer sus principios de funcio-

namiento

Conocer los principales equipos y

sistemas utilizados en plantas de

biomasa.

Conocer los costes aproximados

de una planta de biomasa

Lo que encontrarás en

RENOVETEC ON LINE:

Los cuestionarios de cada una

de las unidades didácticas

Una vez enviadas los cuestiona-

rios, el tutor te activará las

cuestiones resueltas, para que

puedas evaluar la exactitud de

tus respuestas.

Enlaces de interés, para que

puedas ampliar información

Foro de preguntas y respuestas

Foro de debate. Queremos co-

nocer tu opinión sobre algunos

aspectos que planteamos

Recuerda el día de tutoría onli-

ne, en el que podrás conectar-

te con tu tutor.

1 © Santiago García Garrido 2011

EL EL EL DESARROLLODESARROLLODESARROLLO DELDELDEL CURSOCURSOCURSO 0

Los proyectos que implican el aprovechamiento energético de la bioma-

sa están sufriendo en la actualidad un notable desarrollo. Por un lado se

vive un desarrollo para el aprovechamiento térmico de la biomasa en

mundo doméstico. Por otro, hay diversos proyectos que tratan de utilizar

la biomasa sólida como combustible para generar calor en un proceso.

También han sufrido un notable desarrollo la conversión de biomasa en

biocombustible (etanol o biodiesel), aunque muchos de estos proyectos

se encuentran atascados por falta de viabilidad económica. Por último,

una serie de proyectos tratan de aprovechar el gas generado a partir de

biomasa, denominado biogás.

Pero lo que sin duda vive un desarrollo definitivo es la construcción de

centrales termoeléctricas que utilizan biomasa sólida como combustible.

La atractiva retribución económica y la madurez actual de los equipos

implicados, unido a la falta de proyectos energéticos que impliquen otras

tecnologías, ha hecho de la biomasa la fuente de energía estrella del fi-

nal del año 2011 y sin duda del año 2012.

Este curso estudia la biomasa y todos los procesos de transformación que

en ella pueden efectuarse para realizar un aprovechamiento energético.

El curso se ha dividido en dos bloques:

El bloque 1, que abarca las unidades 1 a 7, estudia la biomasa, sus

procesos de transformación y la normativa que ampara la produc-

ción eléctrica a partir de biomasa

El bloque 2 estudia las centrales termoeléctricas de biomasa des un

punto de vista estrictamente técnico, detallando los principios de


© Santiago García Garrido 2011 2

funcionamiento, todos los equipos empleados, los sistemas requeri-

dos para su buen funcionamiento, e incluso, los costes aproximados

que supone la instalación de este tipo de centrales.

El manual se ha dividido en diferentes unidades formativas, al final de llas

cuales se encuentra un cuestionario de autoevaluación. Este cuestionario

repasa los principales aspectos que debe tener en cuenta el profesional

dedicado al diseño, construcción o explotación de este tipo de instala-

ciones.

Cada unidad además cuenta con una serie de material adicional, entre

los que están:

Documentos que se han considerado interesantes.

Documentos que amplían la información dada en el manual.

Videos explicativos de determinados aspectos.

Videoclases, de temas muy concretos.

Enlaces a páginas web (webgrafía) que el tutor del curso ha consi-

derado interesante incluir.

El alumno dispone también de la posibilidad de efectuar consultas de te-

mas muy concretos o de aspectos que no han quedado suficientemente

claros. Con antelación suficiente el tutor anuncia clases via Chat en la

plataforma web, en el que los alumnos y el profesor del curso pueden in-

teractuar.

Al finalizar el manual el alumno debe cumplimentar un cuestionario de

evaluación, que contiene 20 cuestiones trascendentales en el curso.

Para cualquier duda o aclaración, el teléfono de contacto es el siguiente:

91 110 40 15

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