El presente escrito es una traducción y/o interpretación del artículo cuya referencia se muestra al final del documento, se realizó el blog con fines de divulgación
Pat Fowler[a],*, Goran Krajacˇic´[b], Dra zen Loncˇarb, Neven Duic´[b]
[a]GENIVAR, 15 Fitzgerald Road, Suite 100, Ottawa, Ontario K2H 9G1, Canada
[b]Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture, University of Zagreb, Ivana Lucica 5, Zagreb 10002, Croatia
Universidad Politécnica de Zacatecas
Docente: MC Verónica Ávila Vázquez
Materia: Seminario de Ingeniería en Energía (Biomasa)
Artículo: Modelando el Potencial Energético de la Biomasa
Alumno: Leonardo Rivera Márquez
06/02/2013
Resumen
Modelando biomasa como fuente de energía plantea muchos desafíos con respecto a variabilidad de la materia prima, que son difíciles de explicar. Se encontró que en la preliminar etapa de planificación de la energía, que los factores más importantes son el valor de calentamiento y el contenido de humedad de la materia prima. Además, los efectos de la recolección, el transporte y el almacenamiento se encuentran para ser significativos. Uso de la recogida información de un modulo de la biomasa para la planificación de la energía se crea y se integra a H2RES, una energía renovable del programa de planificación. Un estudio de caso para una fábrica de transformación de la madera se lleva a cabo, utilizando la madera de diversos escenarios, se concluye que el uso de una combinación de pilas de oxido solido, paneles solares y turbinas de vapor puede satisfacer las necesidades energéticas fabricadas con exceso vendido a la red.
1. Introducción
Su principal ventaja, en comparación con otras fuentes renovables, es la capacidad para almacenar materia prima y utilizarla cuando sea necesario, al igual que los combustibles fósiles. No obstante, alrededor 3000 EJ / año de energía se almacena en la biomasa terrestre. Con el mundo el consumo de energía primaria es de 451 EJ / año (2002), esto significa más de seis veces más energía se almacena en la biomasa que es consumida actualmente. Además de la densidad, la materia prima de biomasa se enfrenta muchos otros retos que se derivan de factores externos. Energía, la composición química, la humedad y la producción de cantidades varían cada año, según la temporada, e incluso todos los días. Estas variaciones en el material de alimentación afectan a la energía en el proceso de conversión tales como: incrustaciones, corrosión, inestabilidades de llama, etc que obstaculizan el proceso global incluso más. Para complicar aún más las cosas, poco o nada de consideración es atención a la influencia de la recolección, el transporte y el almacenaje en la materia prima de biomasa. Esto es comprensible cuando se tiene en cuenta que una gran cantidad de factores necesitan estar en cuenta.
La información se está utilizado para desarrollar e integrar un módulo de biomasa para los H2RES software y, en consecuencia se hace hincapié en la biomasa para la conversión de hidrógeno. Los resultados se tabulan usando la biomasa módulo para el estudio de caso. Demuestran el valor de la biomasa como fuente de energía renovable y validar el modelo.
1. Metodología
2,1. La biomasa como materia prima
Cualquier tipo de biomasa puede ser convertida en energía. Debido a la amplia base de fuentes potenciales sin embargo, las características principales que afectan el potencial de energía de la materia prima necesitan ser compilados y resaltados.
Cualquier tipo de biomasa puede ser convertida en energía. Debido a la amplia base de fuentes potenciales sin embargo, las características principales que afectan el potencial de energía de la materia prima necesitan ser compilados y resaltados.
2.1.1. Tipos
La biomasa se puede clasificar en tres grupos diferentes; desechos agrícolas, cultivos energéticos y residuos.
2.1.1.1. Los residuos agrícolas.
Residuos agrícolas se pueden dividir en los residuos de madera, templado estiércol y los residuos de los cultivos tropicales. Los residuos de madera es una importante fuente de energía, ya que a menudo se pasan por alto; El estiércol se produce a partir de animales de granja y es una fuente de energía muy buena debido a su alta volatilidad. También ayuda a reducir el efecto invernadero ya que captura el metano liberado de otra manera.
Residuos agrícolas se pueden dividir en los residuos de madera, templado estiércol y los residuos de los cultivos tropicales. Los residuos de madera es una importante fuente de energía, ya que a menudo se pasan por alto; El estiércol se produce a partir de animales de granja y es una fuente de energía muy buena debido a su alta volatilidad. También ayuda a reducir el efecto invernadero ya que captura el metano liberado de otra manera.
Residuos de los cultivos templados y tropicales varían principalmente en la cantidad de residuos que producen. Mayoría de los cultivos templados como como el trigo y el maíz son de la clase C3. Las plantas necesitan CO2 y sol para la fotosíntesis. Los cultivos tropicales como la caña de azúcar y el arroz, son generalmente del grupo C4, que almacenan CO2 para los momentos en que está faltando. Esto resulta en crecimiento más rápido.
El principal problema con los residuos agrícolas es la recolección. Puesto que se trata de residuos, la que se produce en una forma dispersada. Por otra parte, la densidad es baja, lo que aumenta los costos de transporte y además pone en tela de juicio los aspectos económicos de este tipo de
fuente de energía. Biomasa más beneficiosa para las instalaciones de energía es donde se producen los residuos. Tales como grandes granjas, aserraderos, refinerías de azúcar y fábricas de aceite de oliva prensado.
El principal problema con los residuos agrícolas es la recolección. Puesto que se trata de residuos, la que se produce en una forma dispersada. Por otra parte, la densidad es baja, lo que aumenta los costos de transporte y además pone en tela de juicio los aspectos económicos de este tipo de
fuente de energía. Biomasa más beneficiosa para las instalaciones de energía es donde se producen los residuos. Tales como grandes granjas, aserraderos, refinerías de azúcar y fábricas de aceite de oliva prensado.
2.1.1.2. Los cultivos energéticos.
Los cultivos energéticos se producen en la planta del pie su propósito es ser convertido en energía. El interés se entrelaza con mitigación de las emisiones de gases de efecto invernadero. La energía de cultivos se consideran CO2-neutral, cuando se cosechan sostenible, ya que consumen tanto durante el crecimiento como liberan durante el proceso de conversión de energía. Se puede convertir en calor, electricidad o biocombustibles.
Cultivos leñosos energéticos como sauces o álamos (grupo C3) crecen más rápido en comparación con otros árboles y tiene una mayor densidad que las cubiertas de hierba. El concepto de corto silvicultura de ciclo o forestales de rotación corta implica periódicamente corte y permitir el nuevo crecimiento de los bosques, de forma sistemática. Los cultivos energéticos también se puede cultivar para su aceite tales como colza, soja, girasol, que puede ser utilizado como un sustituto del gasóleo.
2.1.1.3. Residuos.
La basura es, básicamente, los residuos que no son agrícolas que consiste en residuos sólidos urbanos (RSU), industrial y residuos comerciales. Negarse puede ser un revoltijo de cosas; metales, plásticos, cerámicas, etc. Además, pueden contener productos químicos peligrosos. Por lo tanto, plantean problemas especiales. La atracción en la conversión de residuos es principalmente. La creación de energía de esta fuente está ganando impulso en todo el mundo. Sin embargo, debido a la composición intrínseca de los residuos, los subproductos plantean grandes problemas ambientales. Existen muchas soluciones para mitigarlos, pero la clave está en comprender la naturaleza de los residuos.
2.1.2. Características
Las características de la biomasa son muy importantes, ya que puede variar mucho de un lugar a otro, según la temporada y anual. McKendry establece que las características influyentes de biomasa que son de mayor interés son:
· El contenido de humedad
· El valor de calentamiento
· Carbono fijo y proporciones volátiles mater
· Contenido de cenizas
· Contenido de metal alcalino
· Celulosa y relación lignina.
Cuando la planificación de la energía, es evidente que el valor de calentamiento del combustible es la característica más importante. En general biomasa tiene un contenido mucho menor de energía (CE) que los tradicionales combustibles ya que tiene un bajo contenido de carbono y alto contenido de oxígeno.
Normalmente, el contenido de ceniza seca, energía libre de la biomasa puede ser
estimado como 20,4 MJ / kg±15%.
El contenido de humedad (MC) es el mayor factor en segundo lugar, afectar el valor de calentamiento del combustible; 10% de aumento en MC significa 11% de disminución en LHV. El MC puede variar ampliamente dependiendo del tipo de biomasa, las condiciones ambientales y el grado de secado. En los combustibles de biomasa generales con un MC mayor que 55% no se quema o se gasifica.
estimado como 20,4 MJ / kg±15%.
El contenido de humedad (MC) es el mayor factor en segundo lugar, afectar el valor de calentamiento del combustible; 10% de aumento en MC significa 11% de disminución en LHV. El MC puede variar ampliamente dependiendo del tipo de biomasa, las condiciones ambientales y el grado de secado. En los combustibles de biomasa generales con un MC mayor que 55% no se quema o se gasifica.
Por otro lado, una alta MC es adecuado para la digestión o fermentación. Un beneficio de la biomasa es que tiene un contenido insignificante de azufre y el contenido de metal. Sin embargo, el contenido de cenizas es que conduce a la alta formación de incrustaciones, y trazas de cloro puede ser presentar corrosión en el equipo. La biomasa es también altamente volátil, que se construye de la mayoría celulosa, hemicelulosa y lignina. Esto promueve una menor temperatura de la llama. La Tabla 1 proporciona una comparación general de las características de la biomasa con las de carbón.
Se estima que el transporte representa el 70% del costo total de entrega de combustible, y este valor es, sin duda en aumento con la de los combustibles fósiles. Las Tablas 2 y 3 muestran la densidad y los costos de transporte, respectivamente para la biomasa determinada. La forma más sencilla de identificar el valor de calentamiento es que el análisis último de la materia prima, dando a la elemental composición, sobre una base seca. Esto permite el cálculo de valor más alto calorífico (HHV) del combustible. Entonces conociendo el MC es posible determinar el poder calorífico inferior (PCI).
2,2. La recolección y almacenamiento
La recolección y el almacenamiento de la biomasa pierde, pues puede ser bastante considerable dependiendo de las condiciones en que éstos se producen. El estudio en los EE.UU. llega a la conclusión de que estas pérdidas pueden ser muy perjudiciales sobre la economía de la producción de energía a partir de biomasa.
2.2.1. Cuestiones
Los cambios que ocurren durante el intervalo de almacenamiento de biomasa, variación delcontenido de humedad, la pérdida de materia seca (MS), la liberación de Gases de efecto invernadero, los cambios en la composición química y lo más importante pérdida en contenido de energía. Estos varían de forma significativa dependiendo del tipo de biomasa, el medio ambiente de almacenamiento, tiempo variaciones, etc. A los efectos de la modelización energética preocupaciones son con MC, pérdida de marcos alemanes y la reducción de la CE.
2.2.1.1. Un estudio realizado en Suecia se compara el almacenamiento de madera entera y fichas reducidas de madera en pilas. Concluyó que la madera media queda relativamente constante a lo largo de un año con el aumento de la caída de hasta el 45% para el almacenado fuera. Otro estudio medir el almacenamiento de los pellets de madera se ha encontrado que la humedad contenido variaba entre 10 y 19% durante 5 meses.
2.2.1.3. Contenido energético. Generalmente, las variaciones en la CE se deben a
cambios en MC, DM y el resultado de la descomposición natural en
biomasa. La celulosa y la hemicelulosa se convierten a lignina liberación de CO2, metano y agua, en las condiciones adecuadas incluso puede ser producido etanol. Esto resulta en un aumento de la ceniza y la reducción de la CE. Wihersaari concluye que estas emisiones son importantes y no deben ser ignorados al almacenar la biomasa. Se concluyó que la variación CE se debe al tamaño de la pila, tamaño de partícula, MC inicial y la cantidad de corteza y agujas.
Un estudio de la observación del cambio de carbono y nitrógeno en el cerdo y estiércol de vaca concluye hallazgos similares con reducciones en el contenido de carbono con el tiempo. El carbono en el estiércol se convierten en metano, hasta un 45%.
cambios en MC, DM y el resultado de la descomposición natural en
biomasa. La celulosa y la hemicelulosa se convierten a lignina liberación de CO2, metano y agua, en las condiciones adecuadas incluso puede ser producido etanol. Esto resulta en un aumento de la ceniza y la reducción de la CE. Wihersaari concluye que estas emisiones son importantes y no deben ser ignorados al almacenar la biomasa. Se concluyó que la variación CE se debe al tamaño de la pila, tamaño de partícula, MC inicial y la cantidad de corteza y agujas.
Un estudio de la observación del cambio de carbono y nitrógeno en el cerdo y estiércol de vaca concluye hallazgos similares con reducciones en el contenido de carbono con el tiempo. El carbono en el estiércol se convierten en metano, hasta un 45%.
2.2.2. Hallazgos
las condiciones atmosféricas y tipo de biomasa deben ser considerados con respecto a esto. Madera, en general, deben ser almacenados conjunto, frente a astillas para períodos más largos. Biomasa herbosa debe ser protegido de la intemperie y, si es posible antes de secado. El estiércol no debe almacenarse por largos períodos ya que la conversión del metano se produce con bastante rapidez.
las condiciones atmosféricas y tipo de biomasa deben ser considerados con respecto a esto. Madera, en general, deben ser almacenados conjunto, frente a astillas para períodos más largos. Biomasa herbosa debe ser protegido de la intemperie y, si es posible antes de secado. El estiércol no debe almacenarse por largos períodos ya que la conversión del metano se produce con bastante rapidez.
2,3. Transporte y recogida
El transporte de la materia prima es lo que más afecta a la economía de la biomasa como fuente de energía, debido a su baja densidad.
El transporte de la materia prima es lo que más afecta a la economía de la biomasa como fuente de energía, debido a su baja densidad.
2,4. Proceso de conversión y salida
Para producir energía útil, la biomasa se puede convertir muchos diferentes formas utilizando diferentes tecnologías. Pueden ser clasificarse en tres grupos principales: termoquímicos y conversión bioquímica y extracción.
Para producir energía útil, la biomasa se puede convertir muchos diferentes formas utilizando diferentes tecnologías. Pueden ser clasificarse en tres grupos principales: termoquímicos y conversión bioquímica y extracción.
2.4.1. Conversión termoquímica
Este tipo de conversión requiere calor para extraer la energía atrapada en el material de alimentación. Típica de los productos finales son el calor, electricidad, gas o bio productor de petróleo.
Este tipo de conversión requiere calor para extraer la energía atrapada en el material de alimentación. Típica de los productos finales son el calor, electricidad, gas o bio productor de petróleo.
2.4.2. Conversión bioquímica
Conversiones bioquímicas utilizan procesos naturales para descomponer la biomasa en pequeñas hidrocarburos en un ambiente controlado. La digestión anaerobia (DA) y la fermentación se utilizan para producir biocombustibles líquidos y gas, respectivamente.
Conversiones bioquímicas utilizan procesos naturales para descomponer la biomasa en pequeñas hidrocarburos en un ambiente controlado. La digestión anaerobia (DA) y la fermentación se utilizan para producir biocombustibles líquidos y gas, respectivamente.
2.4.3. Extracción
El último método para convertir la biomasa es a través del prensado mecánico de la materia prima; alrededor de 3 toneladas de semilla de colza da 1 t de aceite.
El último método para convertir la biomasa es a través del prensado mecánico de la materia prima; alrededor de 3 toneladas de semilla de colza da 1 t de aceite.
2,5. Modelado
Basándose en la información presentada en las secciones anteriores se es evidente que hay un gran número de factores a considerar cuando se utiliza la biomasa como fuente de energía.
Basándose en la información presentada en las secciones anteriores se es evidente que hay un gran número de factores a considerar cuando se utiliza la biomasa como fuente de energía.
2.5.1. Materia Prima
Como se ha visto anteriormente las características más influyentes de biomasa para la planificación de la energía son la energía inicial, la humedad, contenido de la carga de alimentación y su variación en el tiempo.
Como se ha visto anteriormente las características más influyentes de biomasa para la planificación de la energía son la energía inicial, la humedad, contenido de la carga de alimentación y su variación en el tiempo.
2,6. H2RES - planificación energética
H2RES es un software de planificación energética renovable que considera por hora variaciones sensibles en las condiciones de carga y el tiempo. Se utiliza para validar diferentes mezclas de energía para una determinada ubicación. Cuenta con módulos solares, eólicos, geotérmicos e hidráulicos como las principales fuentes de energía con combustibles fósiles como copia de seguridad. Los módulos de carga consisten en; una carga eléctrica, una carga de hidrógeno con fines de transporte y una carga diferibles, que puede ser añadido para ayudar a suavizar la demanda de energía. H2RES ha demostrado tener bastante éxito en el potencial de la energía para el modelado en remotos lugares. Incluso se ha demostrado la utilidad de hidrógeno como vector energético.
H2RES es un software de planificación energética renovable que considera por hora variaciones sensibles en las condiciones de carga y el tiempo. Se utiliza para validar diferentes mezclas de energía para una determinada ubicación. Cuenta con módulos solares, eólicos, geotérmicos e hidráulicos como las principales fuentes de energía con combustibles fósiles como copia de seguridad. Los módulos de carga consisten en; una carga eléctrica, una carga de hidrógeno con fines de transporte y una carga diferibles, que puede ser añadido para ayudar a suavizar la demanda de energía. H2RES ha demostrado tener bastante éxito en el potencial de la energía para el modelado en remotos lugares. Incluso se ha demostrado la utilidad de hidrógeno como vector energético.
2.6.1. Biomasa
La discusión anterior ha permitido a algunas simplificaciones y destacó lo que hay que tener en cuenta. Características tales como valor calorífico, contenido de humedad, y métodos de almacenamiento proceso de conversión de energía son fundamentales para crear una visión realista de biomasa. Esto es importante para los cultivos, por ejemplo, que se recogen una vez o dos veces anualmente, en comparación con los RSM que se distribuye uniformemente sobre el año. Además de este máximo, y capacidades mínimas de producción se sugieren para minimizar paradas durante períodos cortos de tiempo. Recogida de toda esta información, el módulo de biomasa dicta el stock de energía disponible por hora. Prevé cuantos día de producción son posibles con la materia prima disponible y ajusta la salida para asegurar que las unidades pueden operar para la número mínimo de días dictado por el usuario, en consecuencia minimizando paradas. En realidad, el arranque / parada del equipo es largo y se evita lo más posible. La vista esquemática del flujo de información biomasa dentro del modelo H2RES se presenta en la figura. 1. Para el propósito del estudio de caso, el modelo se amplió para incluir un solar módulo y una carga de calor. La carga de calor puede ser satisfecha de biomasa, combustibles fósiles o energía solar, biomasa y cogeneración de combustibles fósiles.
La discusión anterior ha permitido a algunas simplificaciones y destacó lo que hay que tener en cuenta. Características tales como valor calorífico, contenido de humedad, y métodos de almacenamiento proceso de conversión de energía son fundamentales para crear una visión realista de biomasa. Esto es importante para los cultivos, por ejemplo, que se recogen una vez o dos veces anualmente, en comparación con los RSM que se distribuye uniformemente sobre el año. Además de este máximo, y capacidades mínimas de producción se sugieren para minimizar paradas durante períodos cortos de tiempo. Recogida de toda esta información, el módulo de biomasa dicta el stock de energía disponible por hora. Prevé cuantos día de producción son posibles con la materia prima disponible y ajusta la salida para asegurar que las unidades pueden operar para la número mínimo de días dictado por el usuario, en consecuencia minimizando paradas. En realidad, el arranque / parada del equipo es largo y se evita lo más posible. La vista esquemática del flujo de información biomasa dentro del modelo H2RES se presenta en la figura. 1. Para el propósito del estudio de caso, el modelo se amplió para incluir un solar módulo y una carga de calor. La carga de calor puede ser satisfecha de biomasa, combustibles fósiles o energía solar, biomasa y cogeneración de combustibles fósiles.
3. Resultados: un típico mobiliario croata fábrica
El siguiente caso es tomado de un proyecto realizado por el ADEG Project - Generación de Energía Avanzada Descentralizado. Los sistemas en los Balcanes occidentales, que forma parte del Sexto programa. El estudio no publicado en el momento de la escritura, pero fue llevada a cabo por los co-autores de este informe.
El siguiente caso es tomado de un proyecto realizado por el ADEG Project - Generación de Energía Avanzada Descentralizado. Los sistemas en los Balcanes occidentales, que forma parte del Sexto programa. El estudio no publicado en el momento de la escritura, pero fue llevada a cabo por los co-autores de este informe.
3,1. Descripción
El típico croata fábrica de muebles usados en este ejemplo produce muebles de madera y parquet de diversos tipos de madera de roble de Eslavonia blanco principalmente cultivadas en la zona, pero también haya y fresno. En 2004, la fábrica empleaba a 760 personas y había una facturación anual de €10 millones, 3% de los cuales fue gastan en energía.
Los residuos de madera se utilizan en las calderas de vapor en el sitio para producción. El vapor de agua se requiere para secado de madera y espaciales calefacción. Actualmente hay dos calderas que son de gran tamaño con respecto a ambos, el vapor de calidad y cantidad. Cuanto más grande caldera de vapor (ECO-Celje construido en el 89) se produce 12 t / h de vapor a 16 bar y 250 ºC. La eficiencia de la caldera es en general 84,6%. La caldera más pequeña (WEISS '77) puede producir 5 t / h de vapor de agua a 2.5-3 bares y 135-145 ºC y sólo se utiliza durante mantenimiento de la caldera más grande.
Ocho cámaras de secado de madera requieren de vapor. Pico de invierno consumo de las cámaras es de 4,5 t / h de vapor, mientras que durante el verano es sólo 2.5-3 t / h. El resto del vapor se utiliza para la calefacción durante la época de invierno. En 2004, el total anual calor y el consumo de electricidad eran 33.479 y 4,883.33 MWh, respectivamente, con una carga máxima de carga de electricidad 1499 kW. Las calderas son capaces de producir vapor de mayores parámetros requeridos dentro de la fábrica. Por lo tanto, hay una gran cantidad de desperdicio de energía que se podría utilizar para producir electricidad.
En 2004, la fábrica utilizó un total de 14.300 m3 de biomasa residuos para la producción de vapor. Si el valor de calentamiento del residuo es 3 MWh/m3, entonces el valor de la energía total de la biomasa utilizada fue 42.900 MWh, que es más que suficiente para satisfacer el consumo de calor.
El típico croata fábrica de muebles usados en este ejemplo produce muebles de madera y parquet de diversos tipos de madera de roble de Eslavonia blanco principalmente cultivadas en la zona, pero también haya y fresno. En 2004, la fábrica empleaba a 760 personas y había una facturación anual de €10 millones, 3% de los cuales fue gastan en energía.
Los residuos de madera se utilizan en las calderas de vapor en el sitio para producción. El vapor de agua se requiere para secado de madera y espaciales calefacción. Actualmente hay dos calderas que son de gran tamaño con respecto a ambos, el vapor de calidad y cantidad. Cuanto más grande caldera de vapor (ECO-Celje construido en el 89) se produce 12 t / h de vapor a 16 bar y 250 ºC. La eficiencia de la caldera es en general 84,6%. La caldera más pequeña (WEISS '77) puede producir 5 t / h de vapor de agua a 2.5-3 bares y 135-145 ºC y sólo se utiliza durante mantenimiento de la caldera más grande.
Ocho cámaras de secado de madera requieren de vapor. Pico de invierno consumo de las cámaras es de 4,5 t / h de vapor, mientras que durante el verano es sólo 2.5-3 t / h. El resto del vapor se utiliza para la calefacción durante la época de invierno. En 2004, el total anual calor y el consumo de electricidad eran 33.479 y 4,883.33 MWh, respectivamente, con una carga máxima de carga de electricidad 1499 kW. Las calderas son capaces de producir vapor de mayores parámetros requeridos dentro de la fábrica. Por lo tanto, hay una gran cantidad de desperdicio de energía que se podría utilizar para producir electricidad.
En 2004, la fábrica utilizó un total de 14.300 m3 de biomasa residuos para la producción de vapor. Si el valor de calentamiento del residuo es 3 MWh/m3, entonces el valor de la energía total de la biomasa utilizada fue 42.900 MWh, que es más que suficiente para satisfacer el consumo de calor.
3,2. Escenarios
Con el fin de reflejar las condiciones más realistas, la biomasa módulo se alteró para hacer calentar el producto primario y electricidad del subproducto. Tres escenarios progresistas son aquí analizados. 2005 se utiliza como línea de base, utilizando los datos de 2004, ya que no se produjeron cambios significativos en la fábrica durante este tiempo.
3,3. Hallazgos
Usando el modelo H2RES, en 2005 el año base, todo el térmico, se cumplen los requisitos de las calderas y las necesidades eléctricas son alimentada desde la red. En otras palabras, 33.479 MWh térmica y 4883 MWh eléctrico se consumen.
En 2010 (escenario 1), casi todos los requisitos de calor, 33.479 MWh serán satisfechos por el proceso de cogeneración con la equilibrar viene directamente de las calderas. Sin embargo, además a este, 2310 MWh de energía eléctrica se genera a partir del máquinas de vapor / sistema generador de satisfacer el 47% de la planta eléctrica
necesidades (ver Fig. 5).
Con el fin de reflejar las condiciones más realistas, la biomasa módulo se alteró para hacer calentar el producto primario y electricidad del subproducto. Tres escenarios progresistas son aquí analizados. 2005 se utiliza como línea de base, utilizando los datos de 2004, ya que no se produjeron cambios significativos en la fábrica durante este tiempo.
3,3. Hallazgos
Usando el modelo H2RES, en 2005 el año base, todo el térmico, se cumplen los requisitos de las calderas y las necesidades eléctricas son alimentada desde la red. En otras palabras, 33.479 MWh térmica y 4883 MWh eléctrico se consumen.
En 2010 (escenario 1), casi todos los requisitos de calor, 33.479 MWh serán satisfechos por el proceso de cogeneración con la equilibrar viene directamente de las calderas. Sin embargo, además a este, 2310 MWh de energía eléctrica se genera a partir del máquinas de vapor / sistema generador de satisfacer el 47% de la planta eléctrica
necesidades (ver Fig. 5).
En 2015, la instalación de 2635m2 (o 2108 MW) de energía solar térmica colectores, además de la configuración de CHP escenario 1, es posible satisfacer todas las cargas de calor que utilizan la biomasa solamente. Las producciones de electricidad siguen siendo los mismos. En el tercer escenario, un gasificador (con equipos asociados; pre-calentadores, reformadores, bombas, intercambiadores de calor, etc) permite parte de la biomasa que se convierte en hidrógeno. El elegido
planta de gasificación es capaz de producir 440 kWh de H2 por horas (13,2 kg / h Nm3 146.67). En 2020 esta planta podrá para producir 2, 914,769.45 kWh de H2 puro (o 87.443 kg de H2). Si todo el hidrógeno se usa directamente en una célula de combustible de 450 kW, lo que puede satisfacer 24% de la carga eléctrica fábricas. Junto con el vapor generador, 65% de la carga eléctrica de las plantas puede ser satisfecha a partir de biomasa (Fig. 6). Hidrógeno producido se almacena junto a la de células de combustible en un tanque de 500 Nm3.
planta de gasificación es capaz de producir 440 kWh de H2 por horas (13,2 kg / h Nm3 146.67). En 2020 esta planta podrá para producir 2, 914,769.45 kWh de H2 puro (o 87.443 kg de H2). Si todo el hidrógeno se usa directamente en una célula de combustible de 450 kW, lo que puede satisfacer 24% de la carga eléctrica fábricas. Junto con el vapor generador, 65% de la carga eléctrica de las plantas puede ser satisfecha a partir de biomasa (Fig. 6). Hidrógeno producido se almacena junto a la de células de combustible en un tanque de 500 Nm3.
3,4. Comparación de los resultados
Es evidente que mediante la instalación de los equipos adecuados, la fábrica de madera puede ser autosuficiente para las producciones de energía. Y en el caso de SOFC, el exceso de electricidad, incluso puede ser alimentado de nuevo a la red, compensando el costo de tomar de la red. Simplemente añadiendo un motor de vapor y el generador de 2,31 GWh de electricidad puede ser producida. En 2005, el consumo de calor de la fábrica se satisface con la biomasa y se mantiene sin cambios hasta 2015 (Fig. 11).
Es evidente que mediante la instalación de los equipos adecuados, la fábrica de madera puede ser autosuficiente para las producciones de energía. Y en el caso de SOFC, el exceso de electricidad, incluso puede ser alimentado de nuevo a la red, compensando el costo de tomar de la red. Simplemente añadiendo un motor de vapor y el generador de 2,31 GWh de electricidad puede ser producida. En 2005, el consumo de calor de la fábrica se satisface con la biomasa y se mantiene sin cambios hasta 2015 (Fig. 11).
4. Conclusión
Modelado de la biomasa para la conversión de energía plantea muchos desafíos con respecto a la variabilidad del material de alimentación que son difíciles para tener en cuenta en cualquier longitud de tiempo, tales como: variación en energía y contenido de humedad; fluctuaciones en los rendimientos de biomasa más de un año y de año en año, por efectos de las condiciones meteorológicas; etcétera.
Los factores más importantes cuando se considera la biomasa como una fuente de energía son su energía y contenido de humedad, densidad, rendimiento anual y el entorno de almacenamiento. Sin embargo, para el propósito de la energía general de la planificación de algunas aproximaciones son adecuadas. Asumiendo un promedio de biomasa la composición química de un cultivo en una región determinada para calcular la CE es razonable si se considera que toda la biomasa, sobre una base seca, tiene un contenido de energía de 20,4 MJ / kg±15%. El contenido de humedad en el otro lado, es un más factor de grave, que debe ser tomado más seriamente, en un sitio
base específica. En términos de las eficiencias de conversión de energía, aquellos
presentados son suposiciones razonables basadas en las probadas tecnologías. La incertidumbre radica principalmente en las instalaciones más grandes que no han visto toda la vida plena operación hasta el momento.
El módulo de biomasa ha demostrado ser valioso en el modelado el potencial de energía.
Modelado de la biomasa para la conversión de energía plantea muchos desafíos con respecto a la variabilidad del material de alimentación que son difíciles para tener en cuenta en cualquier longitud de tiempo, tales como: variación en energía y contenido de humedad; fluctuaciones en los rendimientos de biomasa más de un año y de año en año, por efectos de las condiciones meteorológicas; etcétera.
Los factores más importantes cuando se considera la biomasa como una fuente de energía son su energía y contenido de humedad, densidad, rendimiento anual y el entorno de almacenamiento. Sin embargo, para el propósito de la energía general de la planificación de algunas aproximaciones son adecuadas. Asumiendo un promedio de biomasa la composición química de un cultivo en una región determinada para calcular la CE es razonable si se considera que toda la biomasa, sobre una base seca, tiene un contenido de energía de 20,4 MJ / kg±15%. El contenido de humedad en el otro lado, es un más factor de grave, que debe ser tomado más seriamente, en un sitio
base específica. En términos de las eficiencias de conversión de energía, aquellos
presentados son suposiciones razonables basadas en las probadas tecnologías. La incertidumbre radica principalmente en las instalaciones más grandes que no han visto toda la vida plena operación hasta el momento.
El módulo de biomasa ha demostrado ser valioso en el modelado el potencial de energía.
En general toda la economía se podría mejorar.
Para el año 2020 dos nuevas instalaciones se consideran. Uno es la gasificación de la biomasa con una SOFC que genera calor y electricidad. El otro también utiliza la gasificación de la biomasa, sino para producir hidrógeno puro que después puede ser utilizado tanto en una celda de combustible o para fines de transporte. La instalación propuesta para la gasificación de la biomasa y el hidrógeno producción no pudo igualar la eficiencia general que la fábrica de madera existente demuestra. Sin embargo, son soluciones interesantes cuando el equipo existente se necesita para ser sustituido, en especial como hidrógeno para el transporte propósitos se hace más viable.
1. McKendry establece que las características influyentes de mayor interés de biomasa. ¿Cuáles son?
2. La biomasa se puede convertir en muchas formas diferentes utilizando diferentes tecnologías, se califica en 3 grupos principales. ¿Cuáles son?
3. ¿En qué consisten los módulos de carga?
Referencias
[1] Demirbas A. Combustion characteristics of different biomass fuels.
Progress in Energy and Combustion 2004;30(2):219–30.
Boyle G. Renewable energy: power for a sustainable future.
Oxford University Press; 2004.
[2] Boyle G. Renewable energy: power for a sustainable future.
Oxford University Press; 2004.
[3] McKendry P. Energy production from biomass (part 1):
overview of biomass. Bioresource Technology 2002;83(1):37–46.
[4] McKendry P. Energy production from biomass (part 2):
conversion technologies. Bioresource Technology 2002;83(1):
47–54.
[5] McKendry P. Energy production from biomass (part 3):
gasification technologies. Bioresource Technology 2002;83(1):
55–63.
[6] Van Den Broek R, Faaij A, Van Wijk A. Biomass combustion
for power generation. Biomass and Bioenergy 1996;11(4):
271–81.
[7] Doengurg V, Faaij APC. Efficiency and economy of wood-fired
biomass energy systems in relation to scale regarding heat
and power generation using combustion and gasification
technology. Biomass and Bioenergy 2001;21(2):91–108.
[8] Turnbull JH. Use of biomass in electric power generation: the
California experience. Biomass and Bioenergy 1993;4(2):
75–84.
[9] Consonni S, Larson E. Biomass-gasifier/aeroderivative gas
turbine combined cycle. Part B: performance calculations
and economic assessment. Proceedings of The American
Society of Mechanical Engineers’ 8th Congress on Gas
Turbines in Cogeneration and Utility, Industrial and
Independent Power Generation, Portland, OR; 1994.
[10] van den Heuvel EJMT, Stassen EH, Fell FS. Conversion routes
for energy crops: an overview of existing and possible routes
for the production of electricity and transportation fuels [in
Dutch], Report No. 9414 1994. BTG, Enschede .
[11] CRE Group Ltd. Mitigation of gas turbine problems and
performance for biomass IGCC: experience in Europe and US.
European Commission Directorate General XVII – Energy
1999.
[12] Coombs J. Bioconversion assessment study. CPL Scientific
Ltd., UK (Air-CT92–8007) 1999.
[13] Wiselogel AE, Agblevor FA, Johnson DK, Deutch S, Fennell JA,
Sanderson MA. Compositional changes during storage of
large round switchgrass bales. Bioresource Technology 1996;
56(1):103–9.
[14] Thornqvist T. Drying and storage of forest residues for
energy production. Biomass 1985;7(2):125–34.
[15] Lehtikangas P. Storage effects on pelletised sawdust,
logging residues and bark. Biomass and Bioenergy 2000;
19(5):287–93.
[16] Sanderson MA, Egg RP, Wiselogel AE. Biomass losses during
harvest and storage of switchgrass. Biomass and Bioenergy
1997;12(2):107–14.
[17] Wihersaari M. Evaluation of greenhouse gas emissions risks
from storage of wood residues. Biomass and Bioenergy 2005;
28(5):444–53.
[18] Petersen SO, Lind A-M, Sommer SG. Nitrogen and organic
matter losses during storage of cattle and pig manure.
Journal of Agriculture Science 1998;130(1):69–79.
[19] Sims REH, Venturi P. All-year-round harvesting of short
rotation coppice eucalyptus compared with the delivered
costs of biomass from more conventional short season,
harvesting systems. Biomass and Bioenergy 2004;26(1):27–37.
[20] Badger PC, Fransham P. Use of mobile fast pyrolysis plants to
densify biomass and reduce biomass handling costs –
a preliminary assessment. Biomass and Bioenergy 2006;30(4):
321–5.
[21] Sheng C, Azevedo JLT. Estimating the higher heating value of
biomass fuels from basic analysis data. Biomass and
Bioenergy 2005;28(5):499–507.
[22] Energy Research Center Netherlands. Phyllis the
composition of biomass and waste. Definitions used in
Phyllis, http://www.ecn.nl/phyllis/, as accessed 06.04.2008.
[23] Lewandowski I, Clifton-Brown JC, Scurlock JMO, Huisman W.
Miscanthus: European experience with a novel energy crop.
Biomass and Bioenergy 2000;19(4):209–27.
[24] Belgiorno V, De Feo G, Della Rocca C, Napoli RMA. Energy
from gasification of solid wastes. Waste Management 2003;
23:1–15.
[25] Athanasiou C, Coutelieris F, Vakouftsi E, Skoulou V,
Antonakou E, Marnellos G, et al. From biomass to electricity
through integrated gasification/SOFC system-optimization
and energy balance. International Journal of Hydrogen
Energy 2007;32(3):337–42.
[26] Turn S, Kinoshita C, Zhang Z, Ishimura D, Zhou J. An
experimental investigation of hydrogen production from
biomass gasification. International Journal of Hydrogen
Energy 1998;23(8):641–8.
[27] Iwasaki W. A consideration of the economic efficiency of
hydrogen production from biomass. International Journal of
Hydrogen Energy 2003;28:939–44.
[28] Sˇ vaic S. Biomass properties. Renewable Energy Technology –
FSB University of Zagreb; 2004.
[29] Duic´ N, Lerer M, Carvalho MG. Increasing the supply of
renewable energy sources in island energy systems.
International Journal of Sustainable Energy 2003;23(4):177–86.
[30] Mahishi MR, Goswami DY. An experimental study of
hydrogen production by gasification of biomass in the
presence of a CO2 sorbent. International Journal of Hydrogen
Energy 2007;32(14):2803–8.
[31] Krajacˇic´ G,Martins R, Busuttila A, Duic´ N, da Grac-a Carvalho M.
Hydrogen as an energy vector in the islands’ energy supply.
International Journal of Hydrogen Energy 2008;33:1091–103.
[32] Lund H, Andersen AN. Optimal designs of small CHP plants
in a market with fluctuating electricity prices. Energy
Conversion and Management 2005;46(6):893–904.
[33] Blarke MB, Lund H. The effectiveness of storage and
relocation options in renewable energy systems. Renewable
Energy 2008;33(7):1499–507.
