Los sistemas de calentamiento de biomasa generan calor a partir de biomasa.
Los sistemas caen bajo las categorías de:
combustión directa,
gasificación,
Calor y potencia combinados (CHP),
digestión anaeróbica,
Digestión aerobia.
Beneficios del calentamiento de biomasa.
El uso de biomasa en sistemas de calefacción es beneficioso porque utiliza residuos y desechos agrícolas, forestales, urbanos e industriales para producir calor y electricidad con menos efecto sobre el medio ambiente que los combustibles fósiles. Este tipo de producción de energía tiene un efecto limitado a largo plazo en el medio ambiente porque el carbono en la biomasa es parte del ciclo natural del carbono; mientras que el carbono en los combustibles fósiles no lo es, y agrega carbono permanentemente al medio ambiente cuando se quema para obtener combustible (huella de carbono). Históricamente, antes del uso de combustibles fósiles en cantidades significativas, la biomasa en forma de combustible de madera proporcionaba la mayor parte del calentamiento de la humanidad.
Inconvenientes de calentamiento de biomasa
A gran escala, el uso de biomasa elimina las tierras agrícolas de la producción de alimentos, reduce la capacidad de secuestro de carbono de los bosques y extrae nutrientes del suelo. La combustión de biomasa crea contaminantes del aire y agrega cantidades significativas de carbono a la atmósfera que pueden no devolverse al suelo durante muchas décadas.
El uso de la biomasa como combustible produce contaminación del aire en forma de monóxido de carbono, NOx (óxidos de nitrógeno), VOC (compuestos orgánicos volátiles), partículas y otros contaminantes, en algunos casos a niveles superiores a los de las fuentes de combustibles tradicionales, como el carbón o el gas natural. . El carbono negro, un contaminante creado por la combustión incompleta de combustibles fósiles, biocombustibles y biomasa, es posiblemente el segundo mayor contribuyente al calentamiento global. En 2009, un estudio sueco de la neblina marrón gigante que cubre periódicamente grandes áreas en el sur de Asia determinó que se había producido principalmente por la quema de biomasa y, en menor medida, por la quema de combustibles fósiles. Los investigadores midieron una concentración significativa de 14C, que se asocia con la vida vegetal reciente en lugar de combustibles fósiles.
En la combustión, el carbono de la biomasa se libera a la atmósfera como dióxido de carbono (CO2). La cantidad de carbono almacenado en la madera seca es de aproximadamente el 50% en peso. Cuando provienen de fuentes agrícolas, la materia vegetal utilizada como combustible puede ser reemplazada por la siembra para un nuevo crecimiento. Cuando la biomasa proviene de los bosques, el tiempo para recuperar el carbono almacenado es generalmente más largo, y la capacidad de almacenamiento de carbono del bosque puede reducirse en general si se emplean técnicas forestales destructivas.
La propuesta de biomasa-carbono-neutral presentada a principios de la década de 1990 ha sido sustituida por una ciencia más reciente que reconoce que los bosques maduros e intactos capturan el carbono más eficazmente que las áreas recortadas. Cuando el carbono de un árbol se libera a la atmósfera en un solo pulso, contribuye al cambio climático mucho más que la madera de los bosques pudriéndose lentamente durante décadas. Los estudios actuales indican que «incluso después de 50 años, el bosque no se ha recuperado hasta su almacenamiento inicial de carbono» y «la estrategia óptima probablemente sea la protección del bosque en pie».
Calentamiento de biomasa en nuestro mundo.
Los aumentos de precios del petróleo desde 2003 y los aumentos de precios consiguientes para el gas natural y el carbón han aumentado el valor de la biomasa para la generación de calor. Los rendimientos de los bosques, los desechos agrícolas y los cultivos producidos específicamente para la producción de energía se vuelven competitivos a medida que aumentan los precios de los combustibles fósiles densos en energía. Los esfuerzos para desarrollar este potencial pueden tener el efecto de regenerar tierras de cultivo mal administradas y ser un engranaje en la rueda de una industria de energía renovable multidimensional y descentralizada. Los esfuerzos para promover y promover estos métodos se convirtieron en algo común en toda la Unión Europea durante los años 2000. En otras áreas del mundo, los medios ineficientes y contaminantes para generar calor a partir de la biomasa junto con prácticas forestales deficientes han contribuido significativamente a la degradación ambiental.
Tanques de amortiguación
Los tanques de almacenamiento almacenan el agua caliente que genera el aparato de biomasa y la hace circular por el sistema de calefacción. Algunas veces denominados «depósitos térmicos», son cruciales para el funcionamiento eficiente de todas las calderas de biomasa donde la carga del sistema fluctúa rápidamente, o el volumen de agua en el sistema hidráulico completo es relativamente pequeño. El uso de un búfer de tamaño adecuado evita un ciclo rápido de la caldera cuando la carga está por debajo de la salida mínima de la caldera. El ciclo rápido de la caldera provoca un gran aumento de las emisiones nocivas, como el monóxido de carbono, el polvo y los NOx, reduce en gran medida la eficiencia de la caldera y aumenta el consumo eléctrico de la unidad. Además, los requisitos de servicio y mantenimiento aumentarán a medida que las piezas se someten a estrés por los rápidos ciclos de calentamiento y enfriamiento. Aunque la mayoría de las calderas afirman ser capaces de reducir hasta el 30% de la producción nominal, en el mundo real esto a menudo no es posible debido a las diferencias en el combustible del combustible «ideal» o de prueba. Por lo tanto, se debe considerar un tanque amortiguador de tamaño adecuado cuando la carga de la caldera cae por debajo del 50% de la salida nominal; en otras palabras, a menos que el componente de biomasa sea puramente carga básica, el sistema debe incluir un tanque amortiguador. En cualquier caso en el que el sistema secundario no contenga suficiente agua para la eliminación segura del calor residual de la caldera de biomasa, independientemente de las condiciones de carga, el sistema debe incluir un tanque de almacenamiento de tamaño adecuado. El calor residual de una unidad de biomasa varía mucho según el diseño de la caldera y la masa térmica de la cámara de combustión. Las calderas de respuesta rápida y peso ligero solo requieren 10 L / kW, mientras que las unidades industriales de madera húmeda con una masa térmica muy alta requieren 40L / kW.
Tipos de sistemas de calefacción de biomasa.
El uso de la biomasa en sistemas de calefacción tiene un uso en muchos tipos diferentes de edificios, y todos tienen usos diferentes. Hay cuatro tipos principales de sistemas de calefacción que utilizan biomasa para calentar una caldera. Los tipos son calor y energía totalmente automatizados, semiautomatizados, de pellets y combinados.
Completamente automatizado
En los sistemas totalmente automatizados, los camiones de reparto llevan la madera triturada o triturada a la basura y la depositan en un tanque de retención. Un sistema de transportadores luego transporta la madera desde el tanque de retención a la caldera a una cierta tasa administrada. Esta tasa es administrada por controles de computadora y un láser que mide la carga de combustible que trae el transportador. El sistema se enciende y se apaga automáticamente para mantener la presión y la temperatura dentro de la caldera. Los sistemas totalmente automatizados ofrecen una gran facilidad de operación, ya que solo requieren que el operador del sistema controle la computadora y no el transporte de madera, al tiempo que ofrece soluciones integrales y rentables para los complejos desafíos industriales.
Semi-automatizado o «contenedor de sobretensiones»
Los sistemas semiautomáticos o «Surge Bin» son muy similares a los sistemas totalmente automatizados, excepto que requieren más personal para mantenerse en funcionamiento. Tienen tanques de retención más pequeños y sistemas de transporte mucho más simples que requerirán personal para mantener la operación de los sistemas. El razonamiento para los cambios del sistema totalmente automatizado es la eficiencia del sistema. El calor generado por la cámara de combustión se puede usar para calentar directamente el aire o se puede usar para calentar agua en un sistema de caldera que actúa como el medio por el cual se entrega el calor. Las calderas alimentadas con fuego de leña son más eficientes cuando funcionan a su máxima capacidad, y el calor requerido la mayoría de los días del año no será el requisito de calor máximo para el año. Teniendo en cuenta que el sistema solo tendrá que funcionar a alta capacidad unos pocos días del año, está diseñado para cumplir con los requisitos de la mayor parte del año para mantener su alta eficiencia.
De pellets
El tercer tipo principal de sistemas de calentamiento de biomasa son los sistemas de pellets. Los pellets son una forma de madera procesada, lo que los hace más caros. Aunque son más caros, son mucho más condensados y uniformes, y por lo tanto son más eficientes. Además, es relativamente fácil alimentar automáticamente pellets a las calderas. En estos sistemas, los pellets se almacenan en un silo de almacenamiento de grano, y la gravedad se utiliza para moverlos a la caldera. Los requisitos de almacenamiento son mucho más pequeños para los sistemas de pellets debido a su naturaleza condensada, lo que también ayuda a reducir los costos. estos sistemas se utilizan para una amplia variedad de instalaciones, pero son más eficientes y rentables en lugares donde el espacio para el almacenamiento y los sistemas de transporte es limitado, y donde los pellets se hacen bastante cerca de la instalación.
Sistemas de pellets agrícolas
Una subcategoría de los sistemas de pellets son calderas o quemadores capaces de quemar pellets con mayor índice de cenizas (pellets de papel, pellets de heno, pellets de paja). Uno de este tipo es el quemador de pellets PETROJET con cámara de combustión cilíndrica giratoria. En términos de eficiencia, las calderas de pellets avanzadas pueden superar otras formas de biomasa debido a las características de combustible más estables. Las calderas avanzadas de pellets pueden incluso funcionar en modo de condensación y enfriar los gases de combustión a 30-40 ° C, en lugar de 120 ° C antes de enviarlos a la chimenea.
Calor y potencia combinados
Los sistemas combinados de calor y energía son sistemas muy útiles en los que los residuos de madera, como las astillas de madera, se utilizan para generar energía, y el calor se crea como un subproducto del sistema de generación de energía. Tienen un costo muy alto debido a la operación de alta presión. Debido a esta operación de alta presión, la necesidad de un operador altamente capacitado es obligatoria y elevará el costo de la operación. Otro inconveniente es que mientras producen electricidad, producirán calor, y si producir calor no es deseable para ciertas partes del año, la adición de una torre de enfriamiento es necesaria y también aumentará el costo.
Hay ciertas situaciones donde CHP es una buena opción. Los fabricantes de productos de madera utilizarían un sistema combinado de calor y energía porque tienen un gran suministro de residuos de madera y una necesidad tanto de calor como de energía. Otros lugares donde estos sistemas serían óptimos son los hospitales y las cárceles, que necesitan energía y calor para el agua caliente. Estos sistemas están dimensionados para que produzcan suficiente calor para adaptarse a la carga de calor promedio, de modo que no se necesita calor adicional, y no se necesita una torre de enfriamiento.