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RESUMEN EJECUTIVO
"DISEÑO, SUMINISTRO E INSTALACIÓN DE UNA PLANTA GENERADORA DE
240kWe MEDIANTE GASIFICACIÓN DE CUESCO DE PALMA AFRICANA"
Preparado por:
Revisado por:
Ing. Gabriel Castellanos Vásconez, M.Sc.
Ing. Santiago Sánchez Miño, M.Sc., M.E.E.
Quito, 17 de marzo de 2014
I
CONTENIDO
1.
2.
Antecedentes......................................................................................................... 3
Objetivos................................................................................................................ 3
Objetivo general ........................................................................................................ 3
Objetivos específicos ................................................................................................ 3
3. Recursos energéticos ............................................................................................ 3
Situación actual de utilización y aprovechamiento del cuesco de palma africana ...... 4
4. Descripción de proceso de generación .................................................................. 6
5. Descripción técnica de la planta de generación ..................................................... 9
Potencia total instalada y generación ........................................................................ 9
Estimación de producción energética ................................................................. 9
6. Área de impacto................................................................................................... 10
Ubicación del proyecto ............................................................................................ 10
Participación comunitaria ........................................................................................ 10
7. Modelo de gestión del proyecto ........................................................................... 11
Contenido de tablas
Tabla 1 Alternativa 1. Central en Plan Piloto, con cuesco de palma, 100% financiado
...................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Tabla 2 Alternativa 2. Central en Plan Piloto, con cuesco de palma, 60% financiado,
40% contribución del Estado.......................................... Error! Bookmark not defined.
Tabla 3 Análisis de costos de las tecnologías de combustión del proyecto ........... Error!
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Tabla 5 Parámetros de operación de la central térmica de gasificación ........................ 9
Contenido de ilustraciones
Ilustración 1 Balance masas proceso extracción de aceite de palma africana .............. 4
Ilustración 2 Partes del fruto de la palma africana ......................................................... 4
Ilustración 3 Acumulación y almacenamiento de cuesco de palma africana (izquierda
Extractora Teobroma, derecha Extractora Agroimpla S.A) ............................................ 5
Ilustración 4 Diagrama de flujo del proceso de gasificación de biomasa ....................... 7
Ilustración 5 Presentación del proyecto y capacitación a los dirigentes de la Parroquia
Plan Piloto – 27/04/2013 ............................................................................................. 10
Ilustración 6 Esquema de fidecomiso mercantil .......................................................... 12
2
1. ANTECEDENTES
Dentro del marco del programa de la Alianza en Energía y Ambiente de la Región
Andina convocado en el mes de noviembre de 2011 (Convocatoria I), se seleccionó el
proyecto presentado por la empresa EnerPro denominado “Construcción de una
central térmica de hasta 299 kW con combustible de cuesco de palma residual en la
comunidad de Plan Piloto, Santo Domingo de los Tsáchilas”, signado con el número
AEA1EC022902.
Para cumplir con los requisitos exigidos por el CONELEC y presentar el proyecto a
registro dentro de la Regulación 001/13 que otorga una tarifa preferencial para los
proyectos de generación de fuentes renovables se ha creado la empresa Generwatt
Syngas S.A.
2. OBJETIVOS
Objetivo general
Contribuir a la diversificación de la matriz energética ecuatoriana con generación
descentralizada aprovechando la combustión de biomasa residual de cuesco de
palma, fortaleciendo la estructura comunitaria a partir de su participación activa.
Objetivos específicos
a) Instalar una planta de generación de 240 kW en Plan Piloto con residuo de
cuesco de palma africana en operación y gestionada un modelo de gestión
mixto al finalizar el proyecto.
b) Desarrollar un modelo de gestión participativo comunidad, empresa privada y
GADs que aproveche la utilidad generada por la venta de energía eléctrica en
proyectos de beneficio para la comunidad al finalizar el proyecto.
c) Crear una empresa mixta de generación la cual recibe al menos USD 200,000
por año de ingresos por venta de energía con la ejecución del proyecto.
3. RECURSOS ENERGÉTICOS
A continuación se resume el balance de masa del proceso de extracción de aceite de
palma africana:
3
Lodos
19%
RACIMO
FRESCO 100%
PROCESO DE
EXTRACCIÓN DE
ACEITE DE PALMA
Fibra
19%
Raquis
24%
Aceite de palma - 24%
Almendra para posterior
extracción de aceite rojo - 7%
Cuesco
7%
TOTAL BIOMASA
APROVECHABLE PARA
GENERACIÓN DE
ENERGÍA RENOVABLE
50%
Ilustración 1 Balance masas proceso extracción de aceite de palma africana
Tal como se puede observar el potencial energético de los residuos provenientes del
proceso de extracción de palma africana son considerablemente grandes y por ende
tienen un gran potencial para ser aprovechados para la producción de energía limpia.
En la siguiente figura se aprecia claramente las partes del fruto de la palma africana
que pueden ser utilizados en procesos bio-energéticos:
Ilustración 2 Partes del fruto de la palma africana
Fuente: Cujia at al (2010)
Situación actual de utilización y aprovechamiento del cuesco de palma
africana
El cuesco de palma representa el 6-7% del peso total de los racimos de fruta, un
volumen de procesamiento adecuado para pequeñas extractoras de la zona de Santo
Domingo es equivalente a 234 toneladas de racimo de fruta al día, este volumen de
producción representa la generación de 14 toneladas de cuesco de palma al día, 420
toneladas al mes, consecuentemente, 5.400 toneladas año de cuesco de palma. Estos
valores son adecuados para extractoras pequeñas pero estas cifras se pueden
incrementar más de diez veces para otras extractoras de tamaño mediano o grande.
4
Mientras varias empresas dejan este desecho desatendido, otras los queman
mediante la utilización de métodos ineficientes que contribuyen a la emisión
descontrolada de gases de efecto invernadero tales como CO2, NOx, SOx, etc., y a su
vez a la emisión de componentes sumamente peligros para la salud humana como son
gases aromáticos poli-cíclicos de hidrocarbono los cuales son causa directa de cáncer,
principalmente de cáncer al pulmón, otro tipo de deficiencias pulmonares y de vejiga,
debilitamiento del sistema inmunológico, reducción del IQ en los niños, entre otras
afecciones de tipo grave para la salud humana (Tremeer, 1997; Friends of the Earth,
2002).
Ilustración 3 Acumulación y almacenamiento de cuesco de palma africana (izquierda Extractora
Teobroma, derecha Extractora Agroimpla S.A)
Sin embargo, posterior a varias averiguaciones directamente con las extractoras de
aceite de palma se encontró que una de las prácticas que está tomando fuerza en el
país es la compra del cuesco por parte de empresas extranjeras, donde posterior a su
compra el cuesco es enviado al puerto y exportado a países europeos, al parecer
principalmente Italia. Este tipo de prácticas presentan dos inconvenientes, el primero
es que el cuesco de palma es comprado una vez al año, en el entre tiempo, al cuesco
es almacenado a cielo abierto y en contacto directo con el suelo por un periodo de 12
meses hasta que se concrete la compra del cuesco. Por otro lado, una vez concretada
la compra, el cuesco debe viajar más de 300km hasta los diferentes puertos de
embarque del país y posteriormente debe ser transportado miles de kilómetros hasta
llegar el lugar donde será finalmente utilizado. Referente al primer inconveniente, la
acumulación y almacenaje del cuesco por un periodo de 12 meses a cielo abierto en el
suelo.
Respecto al segundo inconveniente, al pasar cerca de una extractora de aceite es
visible la cantidad de emisiones que estas generan a través de sus chimeneas, el
transporte del cuesco de palma desde las áreas de producción hasta Europa donde es
finalmente utilizado, significa aún más emisiones a las que se generan en los sitios de
producción. De hecho el transporte del cuesco involucra el uso de camiones y barcos
de gran tonelaje los cuales viajan miles de kilómetros. Como consecuencia, grandes
volúmenes de CO2 y de otros gases de efecto invernadero son emitidos a la atmósfera
como producto de la combustión de los motores de camiones y barcos. Dichas
emisiones no solo tienen un impacto a nivel local sino también a nivel mundial y
consecuente contribuyen al efecto invernadero del planeta.
5
Considerando que varias zonas palmicultoras como la de Santo Domingo registran
una precipitación anual de entre 3.000 a 4.000 milímetros, este factor ocasiona un
nivel sumamente alto de lixiviación de componentes de sales y aceites contenidos en
el cuesco de la palma y el raquis. Además de lixiviado de sales y aceites, durante los
procesos mecánicos de prensado, varios componentes ferrosos de la maquinaria se
adhieren a los residuos vegetales de la palma, es decir, que la lixiviación de materiales
ferrosos es altamente probable. La lixiviación de componentes salinos, oleicos y
ferrosos ocasiona los siguientes impactos negativos en el medio ambiente:
I.
II.
III.
IV.
V.
VI.
VII.
Alteración de la composición del suelo.
Debido a la alteración de la composición del suelo factores de tipo biótico
del subsuelo también se ven afectados.
Alta carga de componentes salinos, oleicos y ferrosos en aguas
subterráneas.
Finalmente las aguas subterráneas se filtran a través del suelo y
contaminación fuetes hídricas cercanas a las producciones (ej. Ríos,
riachuelos, sequias, etc.).
Componentes bióticos de fuentes hídricas se ven afectados negativamente
Aguas contaminada son posteriormente utilizadas para la irrigación de
productos agrícolas ocasionando un incremento en el contenido de
componentes ferrosos es los alimentos consumidos por la población.
Debido a la afectación de recursos hídricos, el agua contaminada es
eventualmente transportada varios kilómetros río abajo, por lo tanto no solo
que las áreas colindantes a los predios de las extractoras de aceite se ven
afectadas pero también otras áreas lejanas a los sitos de procesamiento de
palma.
4. DESCRIPCIÓN DE PROCESO DE GENERACIÓN
Este proyecto como es diseño, suministro e instalación de una planta generadora de
240 kWe mediante gasificación de residuos de palma africana,, tal como su nombre
los indica, se basa en el tratamiento y aprovechamiento del cuesco de palma para
generar energía eléctrica.
A continuación se detalla cada una de las diferentes actividades comprendidas durante
el proceso de gasificación del cuesco de palma africana mediante el respectivo
diagrama de flujo.
6
INICIO
Recepción Materia
Prima
Enfriamiento de
syngas
- Temperatura 20˚C 30˚C
Mezclado
- Temperatura
180˚C
Compresión de
gases
Generación de
Energía eléctrica
-Generación
aproximada 1.821
kWh/año
Secado
- Temperatura 65˚C
Aprovechamiento
de gases de la
chimenea para
pre-secado
- Temperatura
450˚C
Enfriamiento
biomasa
- Temperatura 20˚C
Exportación energía
eléctrica a la red de
distribución nacional
Reducción tamaño
de partículas
- Tamaño partículas
3mm
- Temperatura 20˚C
FIN
Almacenaje
biomasa
- Tiempo de
reserva 10 horas
- Temperatura
20˚C
Alimentación
neumática
- Temperatura 200˚C
Gasificación
- Temperatura 800˚C
– 1.100˚C
Almacenaje
Ceniza
- Tiempo 7 días
- Capacidad 4
toneladas
Intercambiador aire -aire
de calor para precalentamiento de
combustible
- Temperatura 450˚C
Limpieza y filtrado
de gases
- Temperatura 90˚C
Enfriamiento y
tratamiento ceniza
Ilustración 4 Diagrama de flujo del proceso de gasificación de biomasa
Las actividades destacadas y de mayor importancia en el proceso son las siguientes:
A. Recepción de materia prima (RMP)
Se recibe la biomasa de los proveedores, se remueve impurezas y se la almacena en
silos para su uso posterior. En total se recibiría 3.200 toneladas anuales de biomasa
de palma africana, aproximadamente 10 TN/día.
B. Acondicionamiento de materia prima
Se reduce el contenido de humedad de la biomasa (debe reducirse el contenido de
humedad que lleve la misma hasta un porcentaje recomendado por el fabricante de los
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equipos gasificadores para que pueda ser ingresada al proceso de gasificación).
Además el tamaño de la biomasa debe ser reducido a partículas de menos de 3mm.
La reducción de humedad de la biomasa puede hacerse mediante cámaras de secado,
las mismas que pueden aprovechar la energía térmica proveniente de la combustión
de gases obtenidas durante el mismo proceso de gasificación, o alimentando los
secadores con otras fuentes de energía.
C. Alimentación del gasificador
Gracias a la acción de alimentadores eléctricos, la biomasa entra al gasificador con las
condiciones adecuadas (contenido de humedad equivalente al 12% y diámetro de
partículas de biomasa igual a 3mm).
D. Gasificación
La gasificación de la biomasa consiste en un tratamiento de tipo termoquímico en
presencia limitada de oxígeno. Tal como su nombre lo indica, durante este proceso y
gracias a la acción de altas temperaturas (800˚C – 1.200˚C), se trasforma la celulosa
de la biomasa en su estado sólido a un conjunto de gases ligeros de hidrocarburo.
Esta mezcla de gases se denomina gas de síntesis o syngas.
El poder calorífico del syngas varía según el tipo de biomasa a gasificar, la
temperatura, tiempo, entre otras variables las cuales ocasionan que la composición
final del syngas también varíe.
Pese a que el poder calorífico del syngas es inferior al poder calorífico del gas natural,
el syngas es de gran interés energético, presentando un poder calorífico inferior (PCI)
entre 2,5 – 8 MJ/Nm3.
E. Acondicionamiento de syngas
Previamente a ingresar en la cámaras de combustión del motor, el gas necesita ser
enfriado y purificado. Al ser enfriado, la densidad del gas aumenta y así es posible que
la cantidad de combustible ingresado por cada ciclo de combustión se incremente.
Las partículas sólidas y gases ácidos como el H2S y CO2 que puedan haber sido
arrastradas con el gas deben ser retiradas inmediatamente, para proteger el resto de
los equipos de la erosión y la corrosión. Esto se consigue mediante el paso del gas por
sistemas de ciclones y filtros. El poder calórico de la mezcla de gases depende de la
composición de la misma, pudiendo ubicarse entre los límites de 2,5 y 8,0 MJ/nm3, con
valores usuales de entre 4,0 y 5,3 MJ/nm3.
El gas debe ser purificado hasta tener la composición adecuada para ingresar a los
motores de combustión.
El sistema de limpieza del gas tiene un ciclón de altas temperaturas seguido de un
filtro para partículas gruesas y un filtro para partículas finas. El sistema de enfriamiento
del gas tiene dos enfriadores. Finalmente y previo a la entrada del syngas al motor, el
enfriamiento inicial se realiza mediante un depurador húmedo y posteriormente por un
enfriador por radiador seco. El sistema de bombeo de gas está diseñado para evacuar
8
gas caliente del reactor y entregar gas enfriado y filtrado al motor a la presión
requerida.
F. Combustión de syngas y generación eléctrica
El motor es alimentado al 100% con el syngas producido con una potencia neta de 240
kWe en los terminales del alternador, posteriormente se combustiona el syngas
producido mediante la alimentación de aire, donde debido a las altas temperaturas
alcanzadas durante la combustión, el motor deber ser enfriado por agua o por aire, de
seis cilindros, con auto arranque, con un número de RPM adecuado para el alternador.
Finalmente el alternador de 240 kW tiene una salida de 415 V de tres fases, con un
factor de potencia de 0,8 y con accesorios estándar para la conexión a la subestación.
G. Conexión a la red eléctrica
El grupo electrógeno de construcción especial para el funcionamiento con syngas
entrega energía eléctrica a la red de 13800 V de la CNEL Santo Domingo al ingreso de
la propiedad de ANCUPA, mediante una subestación eléctrica de 300 KVA con sus
elementos de protección y seccionamiento. La planta se conecta a la red a través de
un tablero de sincronismo sin que se afecte las condiciones de servicio de la red. En
casos de falla de la red, el tablero de sincronismo desconecta la generación para aislar
la planta de generación y evitar que por labores de reposición de la red ocurran corto
circuitos o la línea se mantenga energizada.
5. DESCRIPCIÓN TÉCNICA DE LA PLANTA DE GENERACIÓN
Potencia total instalada y generación
La capacidad instalada de la planta sería equivalente a 240kW, de los cuales se
utilizará 10kW para la operación propia de la central térmica, es así que la potencia
efectiva de la planta es equivalente a 230kW. En total la planta trabajaría un total de
7.920 horas al año y pararía 840 horas al año para efectos de mantenimiento, estos
valores corresponder a un factor de planta equivalente al 90.41%.
Tabla 1 Parámetros de operación de la central térmica de gasificación
Concepto
Total capacidad instalada
Potencia efectiva
Poder Calórico PKS
Flujo PKS
Eficiencia del grupo gasificador
Eficiencia de turbina de generación
Eficiencia total del ciclo
Factor de planta
Valor
240
230
17,65
400
68,76
18,19
12,51
90,41
Unidad
kW
kW
MJ/kg
kg/h
%
%
%
%
Estimación de producción energética
Producción anual estimada de energía eléctrica → 1.821,60 MWh
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6. ÁREA DE IMPACTO
Ubicación del proyecto
Al iniciar la ejecución del proyecto, se planteó la compra de un terreno en la vía de
ingreso a la Parroquia Plan Plitoto. Actualmente y luego de varias reuniones
mantenidas con ANCUPA, se acordó que la planta sería construida en el terreno
perteneciente a ANCUPA donde funciona el Centro de Investigación en Palma
Aceitera – CIPAL ubicado en el km. 37 ½ de la vía Santo Domingo de los Colorados La Concordia, a una altitud de 264 msnm.
La ubicación de la central de generación en dicho lugar significaría una mayor
presencia y promoción de la planta de generación ante el gremio palmicultor y agrícola
en general.
Participación comunitaria
Ilustración 5 Presentación del proyecto y capacitación a los dirigentes de la Parroquia Plan Piloto –
27/04/2013
Con el fin de incentivar el involucramiento de la comunidad en el proyecto, EnerPro
Cía. Ltda. ha mantenido varias reuniones con los dirigentes de Plan Piloto,
particularmente con la Sra. Teresa Salas, actual representante del alcalde de La
Concordia, el Sr. Walter Ocampo. Los dos eventos destacados donde se ha dado a
conocer el proyecto e implicaciones para la Parroquia Plan Piloto se han celebrado el
27 de febrero del 2013 y el 10 de marzo del 2013.
El miércoles 27 de febrero del 2013, ENERPRO y la ADE (Agencia de Desarrollo
Económico de Santo Domingo y la Concordia), se reunió con la junta directiva de la
Parroquia Plan Piloto. Durante esta reunión cada una de las instituciones y su personal
se presentó ante las autoridades de la comunidad, se expuso el proyecto, se les
explico sobre el rol de participación que tendría la comunidad dentro del proyecto y se
atendió las dudas.
10
El 10 de marzo del 2013 se realizó el lanzamiento del proyecto en la sala de eventos
de la parroquia ante más de 150 asistentes. Aquí se les dio a conocer el proyecto, sus
implicaciones y ciertos conocimientos técnicos del mismo. Además se atendieron
dudas de la comunidad respecto al proyecto. Posteriormente el proyecto fue sometido
a votación para su respectiva aprobación. El proyecto fue aprobado por mayoría
absoluta. La población se mostró agradecida por ser tomada en cuenta y se muestran
abiertos a cooperar en todo lo que sea necesario para el proyecto se ejecute con éxito.
7. MODELO DE GESTIÓN DEL PROYECTO
Se conformará un fideicomiso mercantil para la administración del proyecto, en el que
se integrará las partes antes indicadas, con el propósito de que el manejo del recurso
financiero sea transparente y se evite la posible injerencia política. ANCUPA,
ENERPRO y GENERWATT SYNGAS S.A serán constituyentes y beneficiarios de
dicho fideicomiso, mientras que la Parroquia Plan Piloto será únicamente beneficiario
de este fidecomiso, es decir, que la toma de decisiones será única y exclusivamente
responsabilidad de ANCUPA, ENERPRO y GENERWATT SYNGAS S.A.
Para tranquilidad de todas las partes implicadas, particularmente de la Parroquia Plan
Piloto, es importante mencionar que el contrato de fideicomiso y todo lo establecido en
este instrumento legal, por definición, es irrevocable, es decir que los constituyentes
de la Junta de Fidecomiso no pueden modificar el contrato bajo ninguna circunstancia.
Por ende, todos los beneficios que la Parroquia Plan Piloto esperaría percibir estarán
legalmente garantizados.
Este esquema se manejará por los 15 años de vida del proyecto. El fideicomiso
estructurado brindará a los diferentes actores garantías, asegurando así que los
beneficios mencionados anteriormente para cada actor se cumplan, principalmente
que el reparto de utilidades provenientes del proyecto sean distribuidas acorde a la
contribución de cada una de las partes involucradas. El gráfico expuesto a
continuación facilita el entendimiento de este esquema:
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ETAPA PRE-OPERACIONAL
ENERPRO Desarrollador
CONVENIO DE
COOPERACIÓN
del proyecto
PARTICIPANTES
FIDECOMISO Y
Aporte Ministerio de
Asuntos Exteriores de
Finlandia ejecutado a través
del Programa AEA del IICA
BENEFICIARIOS
CONVENIOS DE
ENERPRO
COOPERACIÓN
Ejecutor e inversionista y
operador de la planta
ENERPRO
Beneficiario en base a su
aporte y aporte IICA.
ANCUPA
ANCUPA
Inversionista y colaborador
Acuerdo de
Beneficiario en base a su aporte
GENERWATT SYNGAS S.A
colaboración
GENERWATT SYNGAS
Distribuidor de energía
entre las partes y
Beneficiario según cantidad de
energía distribuida
PARROQUIA PLAN PILOTO
definición de
Participación según
participación de
contribución del IICA
cada uno
GAD La Concordia,
Aporta recursos para la ejecución
de proyectos de desarrollo
PARROQUIA PLAN PILOTO
Beneficiario en proyectos de
infraestructura, impulso
económico y capacitación en
base al aporte del y GAD La
Concordia.
ETAPA DE OPERACION
Postulación
de
Gestión de la
JUNTA DE
planta
FIDEICOMISO (JF)
proyectos
Comité
Técnico
Ejecución de proyectos en beneficio de
la Parroquia Plan Piloto
Ilustración 6 Esquema de fidecomiso mercantil
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