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ESTUDIO TÉCNICO - ECONÓMICO PARA EL APROVECHAMIENTO DEL O 2 EN EL PROYECTO Hy - ROBRES Eduardo Cebollero Campo ITI, Quí mica Industrial Ponente : Alberto Gonzalo Callejo Dep. Ingeniería Química y Tecnologías del Medioambiente Directores : Ismael As o Aguarta Fundación para el Desarrollo de las Nuevas Tecnologías del Hidrogeno en Aragón. Luis Miguel Romeo Giménez Institu to Universitario de Investigació n (CIRCE) Estudio t écnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres Agradecimientos Me gustaría citar a las personas e instituciones que han colaborado en mi proyecto de final de carrera agradeciéndoles el trabajo desempeñado. En primer lugar nombrar a los directores: D. Alberto Gonzalo, D. Ismael Aso y D. Luis Miguel Romeo, por la dedicación y empeño que han demostrado resolviendo todas las dudas e inde cisiones surgidas a lo largo de la elaboración de este documento. También me gustaría hacer una mención especial a D. Luis Monge de TAIMWESER, D. Mikel Iza de GUASCOR, D. Ricardo Espinagosa de TECNOSA, D. José Ramón Liesa de EUROAGRICOLAS LIESA, D. Diego Montaña de GASMEDI, D. Antonio Quero de PROININSO, D. Dario Morrica de VANZETTI ENGINEERING y D. Gregory Giese de INFINITYTURBINE por facilitarme la información necesaria. Muchas gracias a todos porque sin vosotros no hubiera sido posible sacar adelante este proyecto. Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 3 ESTUDIO TÉCNICO - ECONÓMICO PARA EL APROVECHAMIENTO DEL O 2 EN EL PROYECTO Hy - ROBRES . Alberto Gonzalo (Dpto. IQTMA), Ismael Aso (Fundación para el Desarrollo de las Nuevas Tecnologías del Hidrogeno en Aragón), Luis Miguel Romeo (Instituto de Investigación CIRCE), Eduardo Cebollero (EUITIZ) Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza, EUITIZ, España . Resumen : La necesidad de encontrar un sistema para mejorar la gestionabilidad del recurso eólico, especialmente en país es donde hay un a penetración importante de este tipo de generación eléctrica, está impulsando el desarrollo de las tecnologías del H 2 entre otras . HyRobres es un ejemplo de ello: una planta conectada a un parque eólico que produce H 2 , mediante electrólisis del agua, durante los periodos de baja demanda y que genera electricidad con este vector durante los periodos de mayor consumo energético. Previo a este proyecto, no había previsión de darle utilidad al O 2 acompañante obtenido con el H 2 . Es por ello por lo que se han estudiado técnica y económicamente distintas alternativas: gasificación de biomasa con aire enriquecido, oxicombustión con captura de CO 2 y venta de O 2 medicinal. Los resultados muestran que las opciones más viables desde un punto de vista e conómico son la venta de O 2 y la gasificación de biomasa con agente gasificante variable, es decir, periodos con aire enriquecido y otros con aire convencional, lo que permitiría investigar acerca del comportamiento del proceso además de generar beneficios manteniendo el carácter innovador de la planta . Sin embargo, la opción de oxicombustión se muestra como la que ma yor potencial investigador posee, con la posibilidad de realizar proyectos conjuntos con entidades como CIRCE o el Instituto de Carboquímica d e Zaragoza y reduciendo uno de los principales costes de la investigación en este campo como es el uso del O 2 . Palabras clave: h idr ó geno, o xí geno, g estionabilidad, e ólica , g asificación , aire enriquecido o xicombustión . Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 4 TECHNICAL AND ECONOMIC AL ASSESSMENT FOR THE OXY GEN USE S IN H y ROBRES PROJECT. Alberto Gonzalo (Dept. IQTMA), Ismael Aso (The Foundation for the D evelopment of New Hydrogen Technologies in Aragon ), Luis Miguel Romeo (Research Institute CIRCE), Eduardo Cebollero (EUITIZ) School of Industrial E ngineering of Zaragoza, EUITIZ, Spain . Abstract : T he need of improve the management of the electrical grid in countries with high percentage of wind power generation, offers a chance for the develop ment of the hydrogen technologies as energetic vector . On e example of this fact is the HyRobres project: a water - electrolysis plant connected to a wind farm in order to produce and store hydrogen during off - peak periods and generate electricity with it at high load periods using modified - gas engines. Before this study, the oxygen produced with the hydrogen was suspected to be vented directly. Different options have been technical and economically assessed to use this oxygen: biomass gasification with enriched air, CO 2 capture in an oxyfuel process and oxygen - cyli nders sales for medical applications. The results show the best economic options are the oxygen sales and the power generation by biomass gasification with variable - gasifying agent, working some periods with enriched air and others only with air, allowing research about the process performance and obtain benefits keeping the innovative profile of the HyRobres project. In the other hand, oxyfuel process in the best research opportunity, working with CIRCE or Instituto de Carboquímica of Zaragoza in coordinat ed projects decreasing the operative expenses due to the oxygen purchase. Keywords: hydrogen, oxygen, management, wind power, gasification, enriched air, oxyfuel . Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 5 Índice 1. Introducción ................................ ................................ .......................... 8 1.1. - Integración de la energía eólica: H 2 como vector energético ................................ ....... 8 2. Proyecto Hy - Robres: Planta de H 2 ................................ .................... 16 2.1. - Objeto y jus tificación ................................ ................................ ............................... 16 2.2. - Antecedentes ................................ ................................ ................................ .......... 17 2.3. - Descripción del proceso ................................ ................................ ............................ 20 2.4. - Descripción de las instalaciones ................................ ................................ ............... 21 3. Estudio técni co de alternativas. ................................ ......................... 24 3.1. - Justificación para el aprovechamiento del O 2 . Introducción ................................ ....... 2 4 3.2. - Producción eléctrica por biomasa: Normativa del régimen especial. .......................... 26 3.2.1. Ámbito de aplicación ................................ ................................ ................................ .... 26 3.2.2. Régimen económico ................................ ................................ ................................ ...... 27 3.3. - Gasificación de biomasa ................................ ................................ .......................... 30 3.3.1. Proceso ................................ ................................ ................................ .......................... 30 3.3.2. Gasificadores. ................................ ................................ ................................ ................ 32 3.3.3. Condiciones de la materia prima: biomasa. ................................ ................................ .. 36 3.3.4. Parámetros operativos de proceso. ................................ ................................ .............. 37 3.3.5. Acondicionamiento de “syngas” para producción eléctrica. ................................ ........ 38 3.3.5.1. Condiciones iniciales. ................................ ................................ ............................ 38 3.3.5.2. Requerimientos en función de la tecnología elegida. ................................ .......... 40 3.3.5.3. Eliminación de partículas en el gas de síntesis ................................ ..................... 42 3.3.5.1. Enfriamiento del gas de síntesis: Intercambiador de calor ................................ .. 44 3.3.5.2. Disminución del contenido en alquitranes del gas de síntesis. ............................ 44 3.3.6. Ventajas de la Gasificación frente a la Combustión ................................ ...................... 48 3.3.7. Descripción de la propuesta ................................ ................................ ......................... 48 3.3.7.1. Biomasa para el proceso ................................ ................................ ...................... 49 3.3.7.2. Agente gasif icante: mezclas de aire o vapor con O 2 ................................ ............ 50 3.3.7.3. Uso final del gas de síntesis ................................ ................................ .................. 51 3.3.7.4. Tecnología de gasificación elegida ................................ ................................ ...... 52 3.3.7.5. Diagrama de flujo ................................ ................................ ................................ . 53 3.3.7.6. Escenario actual 1 (EA1) ................................ ................................ ....................... 53 Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 6 3.3.7.7. Escenario actual 2 (EA2) ................................ ................................ ....................... 62 3.3.7.8. Escenario actual 3 (EA3) ................................ ................................ ....................... 64 3.3.7.9. Escenario Optimizado 1 (EO1) ................................ ................................ .............. 65 3.3.7.10. Escenario optimizado 2 (EO2) ................................ ................................ ............ 68 3.3.7.11. Escenario optimizado 3 (EO3) ................................ ................................ ............ 70 3.3.7.12. Resumen de los escenarios de gasificación ................................ ....................... 71 3.4. - Captura de CO 2 : Oxicombustión de biomasa ................................ ............................. 72 3.4.1. Proceso ................................ ................................ ................................ .......................... 73 3.4.2. Antecedentes ................................ ................................ ................................ ................ 79 3.4.3. Descripción de la propuesta ................................ ................................ ......................... 81 3.4.3.1. Biomasa para el proceso ................................ ................................ ...................... 82 3.4.3.2. Oxicombustor de lecho fluidizado circulante ................................ ....................... 83 3.4.3.3. Microturbina de Ciclo Rankine Orgánico ................................ ............................. 87 3.4.3.4. Purificación, secuestro del CO 2 y emisiones ................................ ......................... 90 3.4.3.5. Diagrama de flujo ................................ ................................ ................................ . 93 3.4.3.6. Escenario Actual 4 (EA4) ................................ ................................ ...................... 94 3.4.3.7. Escenario Optimizado 4 (EO4) ................................ ................................ ............ 100 3.4.3.8. Resumen escenarios de oxicombustión ................................ .............................. 101 3.5. - Embotellamiento de O 2 para usos comerciales ................................ ....................... 102 3.5.1. Descripción de la propuesta. ................................ ................................ ...................... 103 4. Viabilidad económica de alternativas ................................ ............. 105 4.1. - Conceptos previos ................................ ................................ ................................ .. 105 4.1.1. Flujo de caja (Flow Cash) ................................ ................................ ............................. 105 4.1.2. VAN (NPV) ................................ ................................ ................................ ................... 105 4.1.3. TIR (IRR) ................................ ................................ ................................ ....................... 106 4.1.4. Periodo de amortización (Payback) ................................ ................................ ............ 106 4.1.5. Definición de los parámetros de la hoja de calculo ................................ .................... 107 4.2. - Análisis de inversiones ................................ ................................ ........................... 107 4.2.1. Gasificación ................................ ................................ ................................ ................. 107 4.2.1.1. EA1 - EO1 ................................ ................................ ................................ ............. 113 4.2.1.2. EA2 - EO2 ................................ ................................ ................................ ............. 117 4.2.1.3. EA3 - EO3 ................................ ................................ ................................ ............. 122 4.2.2. Oxicombustión ................................ ................................ ................................ ............ 126 Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 7 4.2.3. Venta de O 2 ................................ ................................ ................................ ................. 128 5. Conclusiones ................................ ................................ ...................... 132 6. Bibliografía y referencias ................................ ................................ . 133 Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 8 1. Introducción 1.1. - Integración de la energía eólica: H 2 como vector energético Si echamos la mirada atrás, en cuan to a la utilización de recursos para la obtención de energía a lo largo de la evolución de la humanidad, podremos ver que hasta hace un par de siglos el más utilizado era la biomasa, por ejemplo e n forma de madera. Posteriormente con la invención de la máq uina de vapor, se pasó a explotar el consumo del carbón, y finalmente con la invención del motor de combustión interna, se ha pasado a la utilización masiva de derivados del petróleo y del gas natural. Es bien sabido que la utilización masiva de c ombustib les fósiles tiene fecha de caducidad, por ejemplo, los expertos vaticinan que con la tasa de consumo actual, existen reservas probadas de petróleo para dos décadas más, de gas natural para cuatro décadas más, y para carbón de unos 60 años. Pero no es la ún ica limitación. Por todos es conocida la contribución dañina en forma de emisiones de CO 2 (2/3 corresponden al sector de la automoción) de estas fuentes de energía a lo que se ha denominado como cambio climático. Ante este preocupante panorama energético m undial, por un lado, son las fuentes de energía renovables las que están emergiendo como alternativa sólida para cubrir las necesidades actuales energéticas; y, por otro, la utilización de vehículos eléctricos y/o de pilas de combustible como sistemas de t ransporte sostenibles. Entre todas las fuentes de energía renovables existentes (solar fotovoltaica, solar termoeléctrica, solar térmica, biomasa, eólica, hidráulica, etc.), la más desarrollada a escala nacional es la eólica, con la que se llegó a cubrir e l 50 % del total de la demanda eléctrica nacional el 8/11/ 200 9 , unos 11.546 MW, y que habitualmente cubre un 14 % del total con una potencia insta la da de 16.760 MW . [ 1 ] Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 9 Figura 1 - Mix eléctrico del 2008. [ 1 ] Pero la pregunta que surge a continuación es: ¿se podría pensar en un s istema eléctrico en el que el 100% de su producción fuera de origen eólico? La respuesta inmediata es que no. La explicación es muy sencilla de demostrar, sin necesidad de ningún algoritmo matemático complejo, con la simple justificación de que los molinos producen electricidad cuando sopla el viento, y, cuando no existe el recurso eólico, simplemente los molinos no giran, y, por tanto, su producción eléctrica es nula. Figura 2 - Desacoplamiento de la energía eólica con la demanda eléctrica. [ 1 ] De este modo, se puede intuir que existirá un límite de máxima potencia eólica instalada dentro del mix de generación eléctrica a escala nacional, en el que ya no Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 16 2. P royecto Hy - Robres : Planta de H 2 2.1. - Objeto y justificación El presente Proyecto Fin de Carrera (PFC) se enmarca dentro del proyecto Hy - Robres, promovido por la empresa Eólica del Ebro (Grupo Enhol), propietaria del parque eólico ubicad o en el términ o municipal de Robres (Huesca). Dicha entidad ha contado con el apoyo técnico de la Fun dación para el Desarrollo de las Nuevas Tecnol ogías del Hidrógeno en Aragón en la realización del proyecto . [ 2 ] Figura 9 - Localización del proyecto, Robres (Huesca). Figura 10 - Parque eólico de Robres, promovido por ENHOL. Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 17 Esta iniciativa va a permitir disponer en Aragón de una plataforma demostrativa a escala real única, referente mundial en cuanto a tamaño y configuración, que permitirá demostrar la viab ilidad técnica del hidrógeno como sistema de almacenamiento energético, con el fin de lograr una correcta integración con la energía eólica y obtener una mejor gestionabilidad de las energías renovables en la red eléctrica. Además, permitirá a los diferent es centros de investigación, probar en campo los distintos estudios técnicos que se han llevado a cabo en esta materia en lo que se ha denominado “Plan de explotación científico - tecnológica de HyRobres” . 2.2. - Antecedentes En los últimos años en nuestro país , se han ido desarrollando diferentes proyectos de I+D para la producción de hidrógen o mediante energías renovables, especialmente energía eólica . Entre ellos cabe destacar los siguientes: - Proyecto RES2H2: Proyecto piloto para la integración de energía renov able en sectores energéticos europeos empleando hidrógeno. La sede española de este proyecto se encuentra en el Instituto Tecnológico de Canarias (Pozo Izquierdo, Gran Canaria). Existe otra instalación en Grecia. A finales del año 2007 se inauguraron dos plantas experimentales con el fin de comprobar la viabilidad técnica y económica de la producción de hidrógeno a partir de energía eólica para el abastecimiento eléctrico de núcleos urbanos. Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 18 Figura 11 - Diagrama de flujo de la p lanta sita en Canarias. Proyecto RES 2 H 2 . La instalación en Gran Canaria cuenta con un proceso de desalinización y electrólisis de agua conectada a un parque eólico de 450 kW. El H 2 se almacena en un depósito de 500 m 3 N y se consume en una celda de combusti ble polimérica de 40 kW , reportando la electricidad a la red cuando el recurso eólico no está disponible. El agua producida se destina a consumo humano. Los principales objetivos que se ha n marcado este proyecto son: estudiar soluciones técnicas para aumen tar la penetración de energía eólica en redes eléctricas débiles, optimizar sistemas integrados de energía eólica e hidrógeno, probar la viabilidad técnica y económica de la producción de hidrógeno a partir de energía eólica a escala comercial e investigar en la mejora de la eficiencia de los componentes del sistema. [ 3 ] - Proyecto: Sistema de Producción de Hidrógeno con Eólica. Este proyecto se lleva a cabo en el Parque Eól ico Experimental Sotavento (Galicia). Desde principios del año 2008, España cuenta con la primera planta experimental de producción y almacenamiento de hidrógeno a partir de la energía eólica en Europa. Se trata de estudiar la idoneidad del hidrógeno com o medio de almacenamiento de energía, utilizando los excedentes energéticos que se producen en dicho parque experimental. Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 19 Figura 12 - Producción de H 2 en el parque experimental de Sotavento. [ 4 ] Este proyecto cuenta con un electrolizador de 60 Nm 3 /h para la producción de hidrógeno, que posteriormente se comprim e hast a 200 bares con el fin de realizar su almacenamiento, y por último dispone de un equipo motogenerador de 60 kW eléctricos. - Proyecto ITHER: Infraestructura Tecnológica de Hidrógeno y Energías Renovables. Este proyecto se lleva a cabo por la Fundaci ón para el Desarrollo de las Nuevas Tecnologías del Hidrógeno en Aragón en sus instalaciones del Parque Tecnológico Walqa, en el término municipal de Cuarte (Huesca). Se trata de una iniciativa pionera en España, que busca cubrir toda la cadena del hidróge no (producción, gestión y uso eficiente), obteniendo la energía primaria mediante energía solar fotovoltaica y energía eólica. Los aspectos diferenciadores de este proyecto, la integración de energía fotovoltaica y eólica, y la combinación de aplicaciones aisladas y en red, ofrecen unas capacidades de ensayo y experimentación únicas. El proyecto ITHER cuenta con un parque eólico con tres aerogeneradores diferentes y una potencia total de 635 kW, una instalación solar fotovoltaica de 100 Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 20 kW con siete tecnol ogías distintas, un electrolizador de tecnología polimérica y otro alcalino, y los diferentes subsistemas de gestión de energía, interconexión a la red eléctrica, almacenamiento de hidrógeno y uso final de hidrógeno en pilas de combustible. A nivel interna cional, cabe destacar por su similitud con HyRobres, un proyecto emprendido por ENERTRAG en Brandeburgo , Alemania. Se trata de una planta hibrida de producción eléctrica formada por 3 aerogeneradores, un electrolizador alcalino de 500 kW con almacenamiento de H 2 y una planta de biogás en ciclo combinado (CHP) con una alimentación de un 70% H 2 y 30 % biogás obteniendo 350 kWe y 150 kWt. Figura 13 - Proyecto Planta Hibrida E NERTRAG , Alemania. [ 5 ] Cabe destacar que en ninguno de los antecedentes conocidos se le da uso al O 2 producido conjuntamente con el H 2 , siendo un posible valor añadido para HyRobres y que se estudia en este PFC. 2.3. - Descripción del proceso El proyecto Hy - Robres contará con una planta de producción de hidrógeno anexa a una instalación eólica singula r, para generar hidrógeno mediante electrólisis Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 21 del agua durante los periodos valle de consumo eléctrico y cuando el parque eólico está trabajando a baja carga . El hidrógeno producido se utilizará como combustible en dos motor es alternativo s de combustión interna ( MACI ) conectado s a un alternador, el cuál generará energía eléctrica durante los periodos pico o de mayor demanda, siendo é sta vertida a la Red Eléctrica Nacional. Figura 14 - Distribución de la planta del proyecto HyRob res. 2.4. - Descripción de las instalaciones De manera anexa a HyRobres, y dentro del parque eólico de Robres, se dispondrán 3 aerogeneradores V ESTAS v90 de 2 MW que verterán la producción eléctrica a la planta de H 2 durante la noche. Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 22 Figura 15 - Curva de potencia aerogenerador V ESTAS V90. [ 6 ] La producción de H 2 se llevará a cabo con un electrolizador alcalino (KOH 30%) de 500 kW , con el que se podrá obtener 100 m 3 N/h de H 2 con una calidad de 99,9% (resto O 2 ) . El p roceso se realizará a 25 bares de pres ión y 80  C [ 7 ] . Consecuentemente , se producirán también 50 m 3 N/h de O 2 con una pureza del 99,6% siendo el resto H 2 . Otras posibles impurezas presentes en los gases pueden ser H 2 O , hasta 2 g/m 3 N, y KOH , menos de 0,1 mg/m 3 N . Los gases obtenidos estarán libres de CO, CO 2 , CH 4 y compuestos sulfurados o clorados. [ 8 ] Figura 16 - Esquema de un electrolizador básico . [ 8 ] Las reacciones que tienen lugar dentro del electrolizador son: Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 23 Cátodo : 2H 2 O + 2 e -  H 2 + 2OH - Ánodo : 2OH -  1/2 O 2 + H 2 O + 2 e - Gl obal : H 2 O  H 2 +1/2 O 2 El voltaje a aplicar para que tengan lugar estas reacciones a 25  C es de 1,23 V mientras que a 10 0  C es de 1,07 V. Estos valores son teóricos y no tienen en cuenta irreversibilidades , caída óhmica … Los voltajes de trabajo habituales es tán comprendidos entre 1,65 y 2,05 V a unos 80  C. [ 9 ] El electrolizador estará preparado para trabajar a cargas parciales , algo importante debido a la fluctuaciones de suministro de los aerogeneradores, comenzando la operación cuando se alcance el 25% de la potencia nominal. Se dispondrá de un depósito de agua desmineralizada con una autonomía mensual (12 m 3 ) p ara asegurar un consumo de 500 L / día con una conductividad de 0,5 µS/cm. Figura 17 - Electrol izador alcalino 50 kW, 10 m 3 N/h H 2 . [ 8 ] Con respecto al almacenamiento , se contar á con un depó sito especial para H 2 con una capacidad de 500 m 3 N donde se almacenar á el gas a una presión máxima de 25 bares . Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 24 Figura 18 - Depósito para almacenamiento de H 2 . [ 10 ] Los equipo s responsable s de convertir el H 2 en electricidad, será n dos m otor es de gas de síntesis de 24 0 y 40 kW adaptado s para trabajar con H 2 con un consumo de 1,4 m 3 N/ kW h. [ 11 ] Figura 19 - Motor de H 2 . [ 11 , 12 ] También se incluirá una pila de combustible de 3 kW de potencia para alimentar un SAI (Sistema de Alimentación Ininterrumpida) que dará autonomía a los sistemas de control y un compresor para producir botel las de H 2 renovable, calidad industrial. [ 13 ] 3. Estudio t écnico de alternativas. 3.1. - Justificación para el aprovechamiento del O 2 . Introducción En el gráfico siguiente , se puede ver un estudio de la distribución sectorial de los principales cons umidores de O 2 en Europa y en EE.UU: [ 14 ] Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 25 Figura 20 - Consumo de oxigeno en EE.UU y Europa en 1998. [ 15 ] Dependiendo de la calidad del O 2 , podríamos clasificar de mayor a menor los posibles usos en:  Gases medicinales.  Utilización en soldaduras de componentes ele ctrónicos.  Uso en procesos industriales. (siderurgia, diversas obtenciones químicas, farmacéutica , petroleras, papeleras …) En estos momentos, la obtención de O 2 se realiza mediante costosos procesos de destilación o adsorción de aire en condiciones de pr esión - temperatura exigentes y se están desarrollando otras opciones de separación mediante el uso de membranas selectivas para caudales bajos . La generación de H 2 por electrólisis del agua siempre va a ir acompañada de una producción de O 2 de alta pureza. Actualmente, los proyectos que están en marcha con este tipo de tecnología , ventean la corriente . E l aprovechamiento de la misma , puede suponer una reducción en la amortización de la planta de H 2 o un input importante para desarrollar tareas de I+D+i en c ualquier investigación en la que se n ecesite O 2 . Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 32 Tabla 3 - Propiedades del “syngas” en función del agente gasificante. [ 21 ] En la Tabla 3 se muestran las características del gas de síntesis obtenido gasificando con distintos agentes. Faltaría por añadir el uso de CO 2 c on el que se obtiene principalmente un gas con alto contenido en CO así como un “char” ex cepcionalmente reactivo, idóneo para un posterior proceso de combustión. [ 26 , 27 ] Además del aprov echamiento energético, el g as de s íntesis (o “syngas” ) forma parte de numerosos procesos químicos en la Industria Petroquímica [ 28 ] como puede n ser la obtención de metanol , de gas olinas mediante la reacción de Fis c her - Tro p sch, de aldehídos por hidroformilació n de alquenos… Para estos propósitos, el “syngas” se genera mediante gasificación de carbón o reformado de gas natural. En función del propósito final y de la alimentación , se elige la te cnología a utilizar. (E lección del gasificador, condiciones de proceso, acondicionamiento de gas, etc. ) 3.3.2. Gasificadores. Los tipo s de reactores que normalmente se utilizan para estos procesos son variados, y su elección depende de varios factores como pueden ser la granulomet ría del residuo, la humedad de é ste, o la limpieza requerida del gas [ 21 ] . Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 33 Figura 23 - Tipos de gasificadores. [ 29 ] Los gasificadores, tal y como se muestran en la Figura 23 , s e podrían clasificar en función del tipo de lecho: fijo, fluidizado burbujeante o circulante , y dentro de los lechos f ijos, en función de la dirección de la corriente gaseosa: updraft o downdraft. Existen otros como los de flujo cruzado , los de dos etapas, los que tienen calentamiento externo … que no vamos a explicar por tratarse de tecnol ogía menos aplicada actualmente o por estar en fase de desarrollo . Figura 24 - Gasificador de Lecho Fijo Downdraft. [ 29 ] Para tamaños de planta pequeños se suele preferir los gasificadores de lecho fijo, en especial el downdraft porque se obtienen gases con menor cantidad de al quitranes (tar) que en el updraft. [ 30 , 31 ] En los downdraft, la corriente gaseosa (aire) y los sólidos lle van la misma dirección descendente. La alimentación, en nuestro caso biomasa, pasa por una zona de secado (100 - 135 º C) [ 29 ] perdiendo la humedad que contenga . Posteriormente , Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 34 tiene lugar el proceso de piró lisis (450 - 600 º C) donde la biomasa se descompone en char, alquitranes y gases debido a la alta temperatura. En la zona de oxidación (900 - 1200 º C), tienen lugar reacciones de combustión que producen el calor necesario para el resto de las transforma ciones del proceso, casi todas endotérmicas . La última etapa es la zona de reducción (600 - 700 º C). En ella suceden reacciones de craqueo de tar, principal problema corriente abajo de este tipo de plantas, así como otras reacciones en ausencia de O 2 . Posteriormente, los gases y las cenizas que salen por la parrilla se se gregan , quedándose la gran mayoría de los sólidos abajo aunque algunas par tículas son arrastradas por el gas. En plantas de gasificación grandes [ 32 ] como las que se muestran en la Figura 25 y en la Figura 26 , se suelen usar gasificadores de lecho fluidizado, ya sea burb ujeante o circulante puesto que permiten trabajar con capacidades mayores , a altas temperaturas e introduciendo catalizadores. Aunque la producción de alquitranes es mayor que en los downdraft, e stas modificaciones de proceso permiten una disminución del “ tar ” y en consecuencia, una calidad de gas superior permit i e ndo usar ciclos con turbinas de gas sin miedo a que los alquitranes condensen en los compresores estropeándolos. Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 35 Figura 25 - Planta de gasificación con lecho fluidizado c irculante y motor de gas. CHP (C ombined Heat and Power ) Figura 26 - Planta de gasificación con lecho fluidizado circulante, turbina de gas y turbina de vapor. CCGT (Combined Cycle Gas Turbine) Para finalizar esta sección, en la ta bla siguiente se muestran las distintas ventajas e inconvenientes de los distintos tipos de gasificadores: [ 30 ] Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 36 Tabla 4 - Ventajas y desve ntajas de los distintos tipos de gasificadores. 3.3.3. Condiciones de la materia prima: biomasa. En función de la tecnología de gasificación a utilizar, la biomasa debe de cumplir unos requisitos u otros para el buen funcionamiento del proceso: Tabla 5 - Condiciones de la biomasa en función del gasificador. [ 33 ] Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 37 La diferencia entre los tama ños de la alimentación se debe a que en un downdraft, la caída de presión en el lecho sería muy grande al tener sólidos pequeños y se crearían caminos preferenciales para los gases , quedándose parte de la biomasa sin reaccionar. Con respecto al lecho fluid izado, partículas grandes exigen un caudal mayor de aire para fluidizar y tienen un área superficial de contacto menor que las pequeñas , lo que afecta a la conversión. [ 15 ] El requisito de la humedad se centra principalmente en evitar que el apelmazamiento de la biomasa difi culte la alimentación de la misma y en disminuir la cantidad de calor , procedente de la combustión, necesaria para evaporar el agua contenida , reduciendo el rendimiento de la pirólisis. [ 34 ] Con respecto a las cenizas, pueden reducir la conversión del proceso al dificultar la difusión de los gases [ 35 ] y provocar problemas de ensuciamientos, obstruc ciones en equipos y tubería s si el ciclón posterior no es capaz de separarlas del gas de síntesis. 3.3.4. Par á metros operativos de proceso. Las condiciones de operación dentro del gasificador dependen de muchos factores tales como el tipo de biomasa o el agente g asificante pero pri mordialmente , el factor determinante es el tipo de gasificador. Según algunos autores [ 35 ] , en los gasificadores de lecho fluidizado podemos modificar variables como la velocidad de fluidización, la presión, el tiempo de residencia, la altura del lecho , la temperatura de distintas zonas o el ER (Ratio de Equivalencia =Aire introducido/Aire necesario para combustión completa de la biomasa ) sin olvidarnos también de la naturaleza del lecho con inclusión de aditivos o catalizadores. A l aumentar la Tª, se favorecen las reacciones de craqueo de alquitranes (endotérmicas) disminu yendo la concentración del mismo aunque también disminuye el PCI del gas. Un a variación al alza en el ER generalmente asocia un descenso en el PCI del gas producido puesto que hay más reacciones de combustión que consumen biomasa. Efecto contrario al del E R, es el que se consigue al aumentar la altura del lecho fluidizado [ 36 ] , logrando un incremento del Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 38 tiempo de residencia que a su vez repercute un aumento de la cantidad de C O , H 2 , CH 4 , C 2 H 4 y C 2 H 6 . La concentración de alquitranes en el “syngas ” disminuye al trabajar a Tª más altas y especialmente con ER elevados. [ 35 ] Con respecto a los gasificadores de lecho fijo, en especial downdraft [ 34 , 37 ] , la s variable s modificable s se resume n en el E R , el caudal de alimentación de biomasa y el de aire, todos intrínsecamente relacionados . Un aumen to del ER supone una Tª del gasificador mayor , que a su vez , conlleva a una mayor conversión en la pirólisis . Valores altos de alimentación de biomasa, reduc en el tiempo d e residencia del gas provocando una reducción del H 2 y una peor calidad del “syngas” . Caudales muy grandes de aire producen una reducción de la temperatura debido al efecto diluyente del N 2 . Tabla 6 - Efectos de la vari ación del ER y el caudal de alimentación en un Downdraft. [ 37 ] 3.3.5. Acondicionamiento de “syngas” para producción eléctrica . 3.3.5.1. Condiciones iniciales . Las condiciones y compos iciones del “syngas” a la salida del gasificador dependen de la alimentación, del gasificador y su operación pero, en términos generales, podríamos afirmar que utilizando aire como agente gasificante, casi el Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 39 50% de la corriente es N 2 siendo una de las raz ones por las que el gas tiene bajo poder calorífico al actuar este como diluyente. Tabla 7 - Composición simulada de “syngas”: gasificador downdraft a 800 º C, alimentado con paja de trigo. Acompañando al gas, vamos a encontrar algo de H 2 O, parte introducida con la biomasa en forma de humedad y parte formada en reac ciones de combustión, H 2 S, NH 3 y HCl en pequeña cantidad fruto de l as reducciones de la biomasa . Así mismo el gas contiene cantidades de alquitrán , principal problema de e ste proceso puesto que al condensar obstruye tuberías, equipos, motores… ; este no tiene una composición definida y muchos autores la caracterizan como compuestos con uno o varios anillos bencénicos. Tabla 8 - Clasificación de alquit ranes. [ 38 ] También hay que tener en cuenta que el gas arrastrara partículas que podrían provocar problemas en los equipos posteriores y la presencia de trazas de metales alcalinos que pueden provocar corrosiones y deposiciones . Composición Base Seca % N2 48,0 H2 16,1 CO 20,2 CO2 11,6 CH4 3,0 C2H6 1,1 100 Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 40 3.3.5.2. R equerimientos en funci ón de la tecnología elegida . Hay que diferenciar entre “syngas” para síntesis química y para producción eléctrica. En el caso de síntesis química, la limpieza del gas a de ser máxima para evitar problemas de envenenamiento de catalizadores y obstrucción d e lechos. Generalmente, hay que modificar las composiciones en función del compuesto químico que se quiera producir: Tabla 9 - Condiciones de “syngas” para Síntesis Química. [ 28 ] Mezclas Aplicaciones principales H 2 Hidrotratamiento e hidrocraqueo en refinería 3H 2 :1N 2 a Amoniaco 2H 2 :1CO Alquenos (reacción de Fischer - Tropsch) 2H 2 :1CO Metanol y alcoholes mayores 1H 2 :1CO Aldehídos (Hidroformilación) CO Ácido s (fórmico y acético) a con N 2 del aire Para producción eléctrica, los requisitos varían con el equipo encargado de realizar la combustión del “syngas” . En la Tabla 10 se pueden ver los requisitos para motores diesel o gasolina modificados, especialmente usados en plantas de gasificación “ bajo coste ” , y motores de gas : Tabla 10 - Requisitos del “syngas” para motores de combustión interna . [ 39 ] El rango de temperatura de entrada en los motores está e stablecid o entre 30 y 50 ºC. Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 41 O tra opción son las turbinas de gas empleadas en ciclos combinados. ( Figura 26 ) Según algunos autores [ 32 ] , hay que tener especial cuidado con los metales alcalinos (Na, K) y compuestos sulfura dos que producen corrosión en los alabes de las turbinas así como reducir al máximo el contenido en partículas y alquitranes que pueden obstruir tuberías, estropear compresores y disminuir la eficiencia de intercambiadores de calor. En este caso particular , e l alquitrán entra en fase gas a la s turbina s debido a la alta temperatura y es por ello por lo que no resultaría un problema . Por su parte, l os compuestos clorados pueden reaccionar con las superficies metálicas tanto en condiciones reductoras (gasifica dor) como oxidantes. ( Cámara de combustión) Tabla 11 - Requisitos del gas de síntesis para turbinas de gas. [ 40 ] En la tabla siguiente, se muestra un resumen de las impurezas del “syngas” y sus posibles m étodos de limpieza: [ 29 ] Tabla 12 - Principales contaminant es del gas de síntesis y posibles métodos de eliminación. Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 48  Elección y d iseño del gasificador : Como hemos visto en la sección “Gasificadores” ( Tabla 4 ) , no todos producen la misma cantidad de tar. En la Tabla 14 , se recogen valores de producción de alquitranes en función de la tecnología del gasificador siendo el downd raft el que mejor resultados obtiene. Tabla 14 - Contenido en Tar en diferentes gasificadores. [ 43 ] 3.3.6. Ventajas de la Gasificación frente a la Combustión Una de las principales ventajas es la posibilidad de alimentar gas de síntesis a un motor de combustión interna . Esto habilita la c onstrucción de plantas de producción eléctrica de pequeña escala (menor de 1MW) que pueden estar localizadas más cerca de la biomasa reduciendo costes de logística. Otra ventaja es que, g racias a obtener las formas reducidas de compuestos nitrogenados y sulfurados (NH 3 , H 2 S) , podemos limpiar el gas y reducir las emisiones contaminantes más fácil m ente que las oxidadas (NO x , SO 2 ) . Con respecto a la eficiencia, los ciclos Rankine característicos de una planta eléctrica , con vapor producido por combustión , tienen una eficie ncia próxima al 22% mientras que usando “syngas” y moto r - generadores se obtiene alrededor de un 32%. [ 45 ] 3.3.7. Descripción de la propuesta Después de haber comentado aspectos generales relativos al proceso, pasamos a definir las particularidades de la alternativa de gasificación para el aprovechamiento del O 2 procedente de HyRobres. El planteamiento es el de producir electricidad gasificando biomasa con aire enriquecido. De esta forma, creamos una salida para los re siduos agrícolas de la zona, aumentamos la producción eléctrica de HyRobres Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 49 e innovamos en el proceso de gasificación al utilizar aire enriquecido con O 2 estudiando su efecto en la tecnología actual. La planta se situaría en el término municipal de Robres, Huesca, anexa a la de hidrógeno . Estaría compuesta por un sistema de alimentación de la biomasa, un gasificador downdraft, un sistema de acondicionamiento del gas de síntesis , así como un motor - generador de gas para p roducir la electricidad. Adem ás de las instalaciones de gasificación propiamente dichas, s e plantea contar con una zona de pre tratamiento y almacenaje de la biomasa para el proceso , por lo que se deber ían tener en cuenta las medidas de seguridad necesarias para que esta parte de la p lanta, estuviera lo más alejada posible de los depósitos de H 2 e vitando el riesgo s de incendios . En los apartados siguientes desarrollamos más a fondo todas las características anteriormente citadas. 3.3.7.1. Biomasa para el proceso Para los cálculos de dimensionamie nto de la planta vamos a utilizar paja de trigo como biomasa. Esta elección está justificada debido a la buena disponibilidad de este recurso en la zona , donde predomina la agricultura de secano, y como consecuencia , a l bajo precio del mismo. En un primer contacto con una empresa forrajera de la zona durante Enero del 2010 , se ha bló de que en cultivo s de secano se obtiene n aproximadamente un 70% del peso del grano en paja y se suelen recoger unos 3000 kg de grano/ ha . Con un consumo de 1x 10 6 kg de paja/ año se estim ó un precio en destino de 0,05 euros/ kg [ 46 ] . También podrían usarse otras biomasas tales como residuos forestales, residuos agrícolas ( cascara de almendra , huesos de aceitunas… ) y otros tipos de forrajes así como residuos d e depuradora , teniendo siempre en cuenta las distintas granulometrías de la alimentación ya que en función de la misma, podría ser necesario rediseñar la planta . Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 50 Un análisis de paja de trigo similar a la que se quiere utilizar se muestra en la siguiente ta bla: Tabla 15 - Análisis de paja de trigo. [ 47 ] Para todos los cálculos posteriores, fue necesario normalizar al 100% el análisis elemental reduciendo el valor de la humedad de 10,3 a 10,1 7 % tal y como se muestra en la siguiente tabla: Tabl a 16 - Análisis de la biomasa para cálculos. Biomasa %C %H %O %N %S %Cl %Cenizas %Humedad Paja de Trigo 42,50 5,30 37,10 0,52 0,06 0,15 4,20 10,17 Debido a la baja densidad del material, probablemente sea necesario briquetar la paj a para cumplir con los requisitos comentados en “ Tabla 5 - Condiciones de la biomasa en función del gasificador. [ 33 ] ” . Para ello, se necesitará una trituradora que reduzca el forraje a un tamaño de 3 mm para posteriormente utiliza r una briquetadora que compactará la viruta en cilindros aptos para la gasificación en un reactor downdraft [ 48 ] . 3.3.7.2. Agente gasificante: m ezclas de aire o vapor con O 2 El uso de O 2 puro como agente gasificante es inviable debido al coste de producción de este. Por norma gene ral, se suele combinar con aire o con vapor , aunque lo más habitual es gasificar sin enriquecer, s ó lo con aire . Las mezclas de vapor - O 2 [ 37 , 49 ] como agente gasificante producen una mayor cantidad de H 2 en el gas de síntesis lo que se traduce en un incremento del poder calorífico . Otro hecho que también contribuye a la mejora del PCI es la ausencia del Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 51 N 2 del aire: el tiempo de residencia del gas aumenta , incrementando las reacciones de gasificación a CO e H 2 y se disminuye el efecto diluyente del N 2 . El principal inconveniente del uso de esta opción es que parte de la biomasa se consumiría para pro ducir el vapor a alta T a , disminuyendo l a eficiencia global del sistema. Tabla 17 - Efecto del ER en la producción de H 2 , utilizando una mezcla vapor - O 2 como agente gasificante. [ 37 ] Con respecto al enriquecimiento del aire con O 2 , se consigue mejorar la conversión del carbón con las reacciones de combustión. Esto incrementa la temperatura del proceso y se obtiene un gas con menor cantidad de alqu itranes y un menor poder calorífico. [ 44 , 50 ] Debido a que nuestra biomasa no tiene un PCI elevado, utilizar vapor s upondría una merma de la capacidad calorífica de nuestro “syngas” considerable, puesto que parte de la energía se emplearía para calentar el vapor. Creemos más conveniente alimentar mezclas aire - O 2 que nos darán una calidad de gas de síntesis alta y un PCI adecuado para poder utilizarlo en un motor - generador . 3.3.7.3. Uso final del gas de síntesis Como hemos citado anteriormente, e l gas de síntesis producido en esta alternativa será quemado en un motor MACI (Motor Alternativo de Combustión Interna) [ 11 ] adap tado para trabajar con gas de síntesis, con el fin de producir Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 52 electricidad. Los gases calientes del escape del motor podrían ser utilizados para secar la biomasa. Las características que ha de cumplir el gas para poder ser quemado son los mostrados en la Tabla 10 d el capítulo “ R equerimientos en funci ón de la tecnología elegida . ” . T ambié n hay que añadir otras como que el 40% PCI no puede ser aportado solo por el H 2 , si hay contenido en H 2 S, Silicio o Cloro se debería de prescindir del catalizador al final del motor. Cuando haya una variación del PCI mayor del 5%, se ha de usar una carburación electrónica en lugar de mecánica con la implementación de un analizador de gases continuos si la fluctuación es mayo r al 10%. [ 11 ] Las capacidades y potencias de los equipos necesarios para el proceso van en función del régimen de funcionamiento del proceso o lo que noso tros hemos llamado “escenarios” . S uponemos un rendimiento eléctrico de un 30% con respecto al poder térmico de la alimentación incluyendo la eficiencia del generador . [ 32 ] 3.3.7.4. Tecnología de gasificación elegida El tipo de gasificador elegido es downdraft porque:  Es tecnología comercial muy desarrollada y se cuenta con un fabricante de primer ni vel en las proximidades de Zaragoza .  Se adapta bien a la idea de producciones eléctricas pequeñas. (menores de 1 MW) De esta forma, se consigue un abastecimiento sostenible de la planta ya que puede coexistir con los actuales consumidores de forraje y el r adio de acción para transportar la materia prima es menor , a priori, menores costes de logística .  Gas de síntesis con bajo contenido en alquitranes por lo que se simplifica el sistema de limpieza . Con respecto al acondicionam iento del gas, se ha optado por un intercambiador de calor que nos enfriará el gas de síntesis de 800º a 350º aprox. (temperatura de condensación de los alquitranes) . La energía térmica podría ser útil para mantener el Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 53 electrolizador de Hy - Robres atemperado , disponer de circuito de cale facción para las oficinas, secar la biomasa.. . Seguidamente, un filtro de mangas eliminará todas las partículas arrastradas recogiéndose estas en un colector para su posterior gestión . Finalmente , con un condensador que reducirá la temperatura del gas hast a unos 30 ºC, valor apropiado para el uso en el motor, retiraremos los alquitranes y el agua , que arrastrará compuestos inorgánicos (NH 3 , H 2 S). Los condensados se recogerán para posterior cesión a un gestor de residuos acreditado. 3.3.7.5. Diagrama de flujo Figur a 33 - Diagrama de flujo de la propuesta . [ 51 ] 3.3.7.6. E scenario actual 1 (EA1) A lo largo del documento, vamos a habla r continuamente de escenarios actuales y optimizados . S on distintas configuraciones que se pueden dar en HyRobres y sobre las que se dimensionar án las distintas alternativas para el aprovechamiento del O 2 . Llamamos escenario actual al que se basa en el planteamiento inicial del proyecto Hy - Robres: 5 horas de funcionamiento del electrolizador durante e l periodo valle de producción eléctrica del parque eólico. Esto nos proporciona 250 m 3 N de O 2 /día ( N= 1 atm y 25º C) que se pueden dosificar de distintas formas generando varias alternativas de tamaño de proyecto. Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 54 Para realizar los cálculos, utilizamos un simulador basado en el equilibrio químico del “Grupo de Procesos Termoquímicos” del departamento de Ingeniería Química y Tecnologías del Medioambiente , el cual nos permite conocer las condiciones de operación variando la cantidad de O 2 en el agente gasificante. La herramient a nos proporciona los p ar á metros que se pueden observar en la Tabla 18 , en base a 100 kg/h de biomasa : Tabla 18 - Parámetros obtenidos con el simulador. [ 21 ] Con estos valores calculamos:  m 3 N/h O 2 puro a introducir : Balance de materi a al O 2 . Servirá como cambio de base para calcular las corrientes de los escenarios. ( Figura 34 - Gr á fico para el planteamiento de los balances de materia. ) ௠ య ே ௛ ݀݁ ܱ ଶ + ௠ య ே ௛ ݀݁ ܣ݅ݎ݁ ܽ ݁݊ݎ݅ݍݑ݁ܿ݁ݎ × 0 , 21 = ௠ య ே ௛ ݀݁ ܣ݅ݎ݁ ݁݊ݎ݅ݍݑ݁ܿ݅݀݋ × % ை మ ଵ଴଴ ( 1 ) m 3 N/h Aire a enriquecer : Balance de materi a al N 2 . Nos da información para seleccionar la soplante. ( Figura 34 - Gr á fico para el planteamiento de los balances de materia. ) SIMULACIÓN Temperatura (ºC) Kg/h Biomasa Kg/h Cenizas % O 2 en el Aire Enriquecido % O 2 en exceso con respecto al estequiométrico m 3 N/h Aire Enriquecido m 3 N/h Gas Síntesis Base Húmeda y Seca PCI Gas Síntesis (Kcal/m 3 N) Composición Base Húmeda y Seca N 2 H 2 CO H 2 O CO 2 CH 4 C 2 H 6 Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 55 ௠ య ே ௛ ݀݁ ܣ݅ݎ݁ ܽ ݁݊ݎ݅ݍݑ݁ܿ݁ݎ × 0 , 79 = ௠ య ே ௛ ݀݁ ܣ݅ݎ݁ ݁݊ݎ݅ݍݑ݁ܿ݅ ݀݋ × ( ଵ଴଴ ି % ை మ ) ଵ଴଴ ( 2 )  kW di sponibles en el motor : potencia eléctrica que nos proporcionará el sistema. Rendimiento del motor - generador = 0 ,30 . ܹ݇ ா௟௘௖௧௥௜௖௢ = ௠ య ே ௛ ܩܽݏ ݀݁ ݏ݅݊ݐ݁ݏ݅ݏ ݏ݁ܿ݋ × ܲܥܫ ቀ ௄௖௔௟ ௠ య ே ቁ × 4 , 18 ቀ ௄௃ ௄௖௔௟ ቁ × ଵ ௛ ଷ଺଴଴ ௦ × 0 , 30 ( 3 ) En el primero de los escenarios considerados , el O 2 producido se dosifica para alimentar el proceso de gasificación que trab aja durante 24 horas. Conocido s el caudal de O 2 disponible para enriquecer y el O 2 necesario que nos da el simulador, se calculan los nuevos valores del escenario aplicando un cambio de base . (Ver Tabla 19 ) m 3 N/h Aire enriquecido %O 2 en el Aire enr iquecido m 3 N/h O 2 m 3 N/h Aire a enriquecer %O 2 = 21, %N 2 = 79 Figura 34 - Gr á fico para el planteamiento de los balances de materia. Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 56 Tabla 19 - Condiciones de operación. Escenario Actual 1. Descr ipción: 5 h producci ón O 2 . Gasificador trabaja 24 h. Motor trabaja 24 h Condiciones Operación Temperatura (ºC) 800,0 kg /h Biomasa 96,3 kg /h Cenizas 4,0 % O 2 en el Aire Enriquecido 30,0 % O 2 en exceso con respecto al estequiométrico 23,2 m 3 N/h Aire E nriquecido 91,4 m 3 N/h Aire a enriquecer 81,0 m 3 N/h O2 puro a introducir 10,4 m 3 N/h Gas Síntesis Base Húmeda 184,7 m 3 N/h Gas Síntesis Base Seca 164,8 PCI Gas Síntesis (Kcal/m 3 N) 1824,8 Kw disponibles en el motor 104,7 Tabla 20 - Composición gas de síntesis EA1. Composición Base Seca % N 2 34,9 H 2 20,7 CO 25,9 CO 2 13,5 CH 4 3,7 C 2 H 6 1,4 Total 100 Al alimentar aire enriquecido mejoramos el PCI del “syngas” gracias a no tener tanto efecto diluyente del N 2 procedente del aire . Se trataría de una planta de tamaño pequeño que trabajaría en continuo produciendo electricidad incluso en periodos valle, pero no causando un problema para la red por tratarse de pocos kW. El principal inconveniente , es el suministro de los equipos nece sarios al tratarse de una capacidad reducida , hecho que obliga a fabricarlos particularmente. Debido a esto, seguimos un procedimiento empírico para el diseño de gasificadores downdraft [ 21 ] con la finalidad de poder tener una idea d e la dimensión y del coste de fabricación del mismo. Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O Figura 35 - La base de cálculo  Caudal de a “ Tabla 19 - Condiciones de operación.  T iempo de residencia de biomasa y tamaño de la biomasa con la que se vaya a trabajar. Para madera , si no tiene diámetros excesivamente grandes 3 suficiente. Este valor puede ser aplicable a la paja briquetada. cantidad de biomasa que tiene que estar dentro del gasificador.  D ensidad del lecho equipo es de entorno a 600 paja será algo menor al estar menos compactada volumen, aunque esto siempre podría variar en función del briquetado aplicado .  Densidad flujo másico en garganta parámetro están entre 0,1 y 0,7 o más bajos dentro de este rango, depende del tipo y tamaño de biomasa. económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy 57 - Grafico para el diseño del gasificador downdraft. es para 25 kg /h de biomasa y las variables son: Caudal de a limentación de briquetas y de aire: Valores fijados por Condiciones de operación. Escenario Actual 1. iempo de residencia : Se fija el tiempo de residencia en función del tipo de biomasa y tamaño de la biomasa con la que se vaya a trabajar. Para , si no tiene diámetros excesivamente grandes 3 Este valor puede ser aplicable a la paja briquetada. cantidad de biomasa que tiene que estar dentro del gasificador. ensidad del lecho : Para madera, la densidad del lech equipo es de entorno a 600 kg /m 3 , por lo que hemos supuesto que paja será algo menor al estar menos compactada y ocupar mayor volumen, aunque esto siempre podría variar en función del briquetado Densidad flujo másico en garganta : Valores adecuados de este parámetro están entre 0,1 y 0,7 kg /m 2 .s. La elección de valores más altos o más bajos dentro de este rango, depende del tipo y tamaño de biomasa. en el proyecto Hy - Robres /h de biomasa y las variables son: Valores fijados por Escenario Actual 1. ” : Se fija el tiempo de residencia en función del tipo de biomasa y tamaño de la biomasa con la que se vaya a trabajar. Para , si no tiene diámetros excesivamente grandes 3 - 5 h puede ser Este valor puede ser aplicable a la paja briquetada. Nos fija la cantidad de biomasa que tiene que estar dentro del gasificador. Para madera, la densidad del lech o dentro del hemos supuesto que para y ocupar mayor volumen, aunque esto siempre podría variar en función del briquetado Valores adecuados de este .s. La elección de valores más altos o más bajos dentro de este rango, depende del tipo y tamaño de biomasa. Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 64 3.3.7.8. Escenario actual 3 ( EA3 ) En la última propuesta basada en la configuración actual de Hy - Robres, se mezclan el EA1 con el EA2, resultando en una planta de m ayor capacidad con régimen continuo. Tabla 26 - Condiciones de operación. Escenario Actual 3. Descripción: 5 h producción O2. Gasificador trabaja 24 h (19 h con aire+5 h con aire enriquecido). Motor trabaja 24 h Condiciones Operaci ón Aire Temperatura (ºC) 800,0 kg/h Biomasa 447,1 kg/h Cenizas 18,8 % O 2 en el Aire Enriquecido 21,0 % O 2 en exceso con respecto al estequiométrico 24,5 m 3 N/h Aire Enriquecido 576,3 m 3 N/h Aire a enriquecer 576,3 m 3 N/h O 2 puro a introducir 0,0 m 3 N/ h Gas Síntesis Base Húmeda 1045,7 m 3 N/h Gas Síntesis Base Seca 946,9 PCI Gas Síntesis (Kcal/m 3 N) 1434,5 kW disponibles en el motor 473,2 Condiciones Operación Aire enriquecido Temperatura (ºC) 850,0 kg/h Biomasa 447,1 kg/h Cenizas 18,8 % O 2 en e l Aire Enriquecido 30,0 % O 2 en exceso con respecto al estequiométrico 24,0 m 3 N/h Aire Enriquecido 438,9 m 3 N/h Aire a enriquecer 388,9 m 3 N/h O 2 puro a introducir 50,0 m 3 N/h Gas Síntesis Base Húmeda 866,7 m 3 N/h Gas Síntesis Base Seca 775,8 PCI Gas Sí ntesis (Kcal/m 3 N) 1768,3 kW disponibles en el motor 477,9 En esta alternativa, se trabajarían 19 h con aire como agente gasificante y 5 h con aire enriquecido, siendo estas en periodo pico. Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 65 Tabla 27 - Composición gas de síntesis EA3. Aire Aire Enriq Composición Base Seca % % N 2 48,0 35,5 H 2 16,1 20,6 CO 20,2 24,3 CO 2 11,6 14,5 CH 4 3,0 3,6 C 2 H 6 1,1 1,4 Total 100 100 El principal inconveniente de este escenario es la necesidad de conseguir y almacenar grandes cantidades de biomasa para alcanzar una autonomía razonable y la respuesta del motor al cambio del PCI del gas . El resumen de los equipos se muestra en la tabla siguiente: Tabla 28 - Resumen de equipos para EA3. Equipo Gasificador 450 kg/h Fi ltro de Mangas 15 m 2 Intercambiador de calor 192 kWt Condensador 165 kWt Motor - Generador FBLD 480 612 kWe 3.3.7.9. Escenario Optimizado 1 ( EO1 ) Llamamos escenario optimizado a la configuración que nos permite una producción máxima de O 2 : trabajar con el electro lizador 12 horas. ( Total de h oras valle diarias según algunos autores. [ 52 , 53 ] ) Esto llev a consigo una producción de 600 m 3 N de O 2 /día y un incremento en la de H 2 de 500 a 1200 m 3 N /día que supondría un mayor tamaño de depósito de H 2 . L a presion maxima interna seguir á siendo de 25 bar por lo que pasaremos de un tanque de 20 m 3 a uno de 48 m 3 , ver ecuacion 9 . Con esta nueva capacidad, el motor de hidr ó geno tendr í a una autonom í a de unas 3 horas y media. Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 66 1 ܾܽݎ × ݉ ଷ ܰ ௣௥௢ௗ௨௖௖௜௢௡ = 25 ܾܽݎ × ݉ ௔௟௠௔௖௘௡௔௠௜௘௡௧௢ ଷ ( 9 ) Las composiciones del gas de síntesis derivadas de estos nuevos escenarios son las mismas que en los “e scenarios actuales” puesto que lo único que diferencia a estas nuevas configuraciones es la capacidad de producción. En el EO1 planteamos un régimen continuo dosificando el O 2 almacenado. Tabla 29 - Condiciones de operación. Escenario Optimizado 1. Descripción: 12 h producción O2. Gasificador trabaja 24h. Motor trabaja 24 h Condiciones Operación Temperatura (ºC) 800,0 k g/h Biomasa 231,1 k g/h Cenizas 9,7 % O 2 en el Aire Enriquecido 30,0 % O 2 en exceso con respecto al estequiométrico 23,2 m 3 N/h Aire Enriquecido 2 19,4 m 3 N/h Aire a enriquecer 194,4 m 3 N/h O 2 puro a introducir 25,0 m 3 N/h Gas Síntesis Base Húmeda 443,3 m 3 N/h Gas Síntesis Base Seca 395,4 PCI Gas Síntesis (Kcal/m 3 N) 1824,8 Kw disponibles en el motor 251,3 V olvimos a seguir el procedimiento descrit o en EA1 para estimar el diseño del gasificador obteniendo estos resultados: Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 67 Tabla 30 - Parámetros del gasificador EO1. Diseño Gasificador Downdraft Temperatura de proceso (º C) 800 - 850 k g/h biomasa 231,1 Relación Aire - Bioma sa (m 3 N/kg) 0,9 m 3 N/h Aire 219,4 m 3 N/h Gas Síntesis producido 443,3 Tiempo residencia (h) 4,0 k g dentro del gasificador 924,4 Densidad del lecho (kg/m 3 ) 400,0 Volumen del gasificador (L) 2310,9 Volumen Secado, Pirólisis, Oxidación (L) 1540,6 Volume n reducción por debajo de entrada de aire (L) 770,3 Densidad flujo másico en garganta (kg/m 2 *s) 0,5 Diámetro de la garganta (m) 0,4 H1 (m) 1,95 H2 (m) 0,97 W (m) 1,50 Ángulos interiores de la garganta (º) 15,65 H total 2,92 El resto de las capacida des de los equipos integrantes de este escenario se muestran resumidamente en la Tabla 31 , y más detalladamente en los anexos de este proyecto. Tabla 31 - Resumen de equipos para EO1. Equipo Gasificador 230 kg/h Filtro de Mangas 6 m 2 Intercambiador de calor 82 kWt Condensador 62 kWt Motor - Generador FBLD240 304 kWe Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 68 3.3.7.10. Escenario optimizado 2 ( E O 2) En esta segunda alternativa optimizada, al igual que en EA2, nuestro objetivo es producir electricidad en los periodos del día donde mayor demanda energética existe . Tabla 32 - Condiciones de operación. Escenario Optimizado 2. Descripción: 12 h producción O2. Gasificador trabaja 5 h. Motor trabaja 5 h Condiciones Operación Temperatura (ºC) 800,0 kg/h Biomasa 649,3 kg/h Cenizas 50,9 % O 2 en el Aire Enriquecido 40,0 % O 2 en exceso con respecto al estequiométrico 22,5 m 3 N/h Aire Enriquecido 498,9 m 3 N/h Aire a enriquecer 378,9 m 3 N/h O 2 puro a introducir 120,0 m 3 N/h Gas Síntesis Base Húmeda 1099,5 m 3 N/h Gas Síntesis Base Seca 969,7 PCI Gas Síntesis (Kcal/m 3 N) 2120,6 kW disponibles en el motor 716,3 En este escenario se decidió incrementar el %O 2 en el aire enriquecido hasta un 40% . Aplicando un 30% como en casos anteriores se obte nían unos tamaños de gasificadores de más de 1000 kg/h de biomasa, cantidad de paja que sería difícil de conseguir y albergar en la planta. Con v alores superiores a 40% de O 2 , serí a difícil controlar la temperatura del proceso y que se produjera gasificaci ón en lugar de combustión . Tabla 33 - Composición gas de síntesis EO2. Composición Base Seca % N 2 24,9 H 2 24,2 CO 30,3 CO 2 14,9 CH 4 4,2 C 2 H 6 1,6 Total 100 Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 69 Se observa como vuelve a crecer el PCI del gas fruto de la reducción d el efecto diluyente del N 2 mientras que e l principal inconveniente sigue siendo el mismo que en EA 2 , trabajar en discontinuo. A continuación, se puede observar una tabla resumen de los equipos que formarían este escenario siendo calculados mediante los procedimientos explicados en EA1: Tabla 34 - Resumen de los equipos de EO2. Equipo Gasificador 650 kg/h Filtro de Mangas 15 m 2 Intercambiador de calor 203 kWt Condensador 155 kWt Motor - Generador FBLD560 711 kWe Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 70 3.3.7.11. Escenario optimi zado 3 ( EO3 ) De la hibridación de los dos anteriores surgió el EO3. En esta configuración se obtiene una planta de capacidad considerable, en régimen continuo y con una producción eléctrica importante. Tabla 35 - Condiciones de opera ción. Escenario Optimizado 3. Descripción: 12 h producción O2. Gasificador trabaja 24 h (19 h con aire+5 h con aire enriquecido). Motor trabaja 24 h Condiciones Operación Aire Temperatura (ºC) 800,0 kg/h Biomasa 630,2 kg/h Cenizas 26,5 % O 2 en el Ai re Enriquecido 21,0 % O 2 en exceso con respecto al estequiométrico 24,5 m 3 N/h Aire Enriquecido 812,3 m 3 N/h Aire a enriquecer 812,3 m 3 N/h O 2 puro a introducir 0,0 m 3 N/h Gas Síntesis Base Húmeda 1474,1 m 3 N/h Gas Síntesis Base Seca 1334,8 PCI Gas Sínte sis (Kcal/m 3 N) 1434,5 kW disponibles en el motor 667,0 Condiciones Operación Aire enriquecido Temperatura (ºC) 850,0 kg/h Biomasa 630,2 kg/h Cenizas 26,5 % O 2 en el Aire Enriquecido 40,0 % O 2 en exceso con respecto al estequiométrico 23,2 m 3 N/h Aire Enriquecido 498,9 m 3 N/h Aire a enriquecer 378,9 m 3 N/h O 2 puro a introducir 120,0 m 3 N/h Gas Síntesis Base Húmeda 1074,3 m 3 N/h Gas Síntesis Base Seca 951,4 PCI Gas Síntesis (Kcal/m 3 N) 2066,5 kW disponibles en el motor 684,8 Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 71 Aunque según las espe cificaciones del fabricante del motor, bastaría con implementar una carburación electrónica y un analizador de gases en continuo cuando la variación del PCI es mayor al 10%, h abría que estudiar el comportamiento del sistema en el momento en que varia el po rcentaje en O 2 para ver si el p roceso tiene la suficiente flexibilidad . En la tabla siguiente mostramos la diferencia de composiciones de los gases en las dos fases del proceso: Tabla 36 - Composición gas de síntesis EO3. Aire Aire Enriq Comp osición Base Seca % % N 2 48,0 25,4 H 2 16,1 24,3 CO 20,2 28,6 CO 2 11,6 16,0 CH 4 3,0 4,2 C 2 H 6 1,1 1,6 Total 100 100 En la siguiente tabla, se puede ver una síntesis de los equipos que forman esta configuración con sus principales características: Tab la 37 - Resumen de los equipos de EO3. Equipo Gasificador 630 kg/h Filtro de Mangas 20 m 2 Intercambiador de calor 273 kWt Condensador 207 kWt Motor - Generador FBLD 560 711 kWe Para información más detallada acerca de las dimensi ones de los dispositivos , se pueden consultar los informes de los mismos en el documento “Anexos” de este proyecto. 3.3.7.12. Resumen de los escenarios de gasificación A continuación mostramos un cuadro resumen de los escenarios anteriormente descritos para mejor co mpresión de la dimensión de los mismos , añadiendo Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 72 información relativa al número de horas de trabajo, producción eléctrica anual y la cantidad de terreno destinado al cultivo para s uministrar la biomasa a la planta. Tabla 38 - Resumen de los escena rios de gasificación. EA1 EA2 EA3 EO1 EO2 EO3 Horas diarias de producción de O 2 5 5 5 12 12 12 Horas diarias de Gasificación 24 5 19+5 24 5 19+5 kg/h biomasa 96,3 462,2 447,1 231,1 649,3 630,2 kW obtenidos 104,7 502,7 473,2 251,3 716,3 667,0 Horas a nuales de trabajo 8000 1665 8000 8000 1665 8000 kWh anuales producidos 837600 836996 3785600 2010734 1192593 5335754 ha de cultivos necesarias 367 367 1703 880 515 2401 Para las configuraciones que trabajan en continuo, e stimamos unas 8000 h/año que cor responden con unos 333 días de trabajo , reservando 32 días para tareas de mantenimiento con la planta parada. Con respecto al cálculo de la superficie de cultivos necesaria, se sigu i ó los descrito en “ 3.3.7.1 - Biomasa para el proceso ” en cuanto a los rendimientos de p aja que se obtienen en la agricultura de secano aplicando la ecuación 10. ℎ ܽ ܿݑ݈ݐ݅ݒ݋ = ೖ೒ ೓ ௣௔௝௔ × ௛ ௧௥௔௕௔௝௢ ௔௡௨௔௟ యబబబ ೖ೒ ೒ೝೌ೙೚ ೓ ೌ × ళబ ೖ೒ ೛ೌೕೌ భబబ ೖ೒ ೒ೝೌ೙೚ ( 10 ) También se tuvieron en cuenta en EA2 y EO2 los consumos de biomasa durante e l tiempo que tardan en arrancar las plantas , 1h por día, sumando tantos kg de biomasa como días de trabajo anual. 3.4. - Captura de CO 2 : Oxicombustión de biomasa Como ya hemos comentado al principio de este proyecto, u no de los inconvenientes de la implementación de las energías renovables es la no gestionabilidad del recurso que hará coexista n los métodos renovables con los no renovables . Es por ello que otra área de trabajo importante es la mejora de estos procesos de generación no renovables, especialmente los térmicos , para reducir la contaminación paralela a su utilización. La captura de CO 2 ligada a la combustión Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 73 con O 2 puro es lo que se denomina oxicombustión, principal vía de mejora de las plantas térmicas convencionales en lo que a reducción de contaminación se re fiere. 3.4.1. Proceso Tal y como hemos anticipado en el apartado anterior, l a captura de CO 2 tiene como objetivo hacer menos contaminantes los métodos térmicos de producción eléctrica basados en la combustión , revalorizando o almacenando el CO 2 producido. Hay tr es enfoques principales para plantear capturas de CO 2 :  Post - Combustión : se caracteriza por una separación del CO 2 posterior a la generación eléctrica o térmica.  Oxicombustión (Oxy - fuel) : la utilización de O 2 en el proceso de combustión en lugar de aire nos proporciona unos gases exhaustos compuesto principalmente por CO 2 y H 2 O. El O 2 suele ser producido mediante destilac ión de aire a baja temperatura, tecnología de adsorción o con el uso de membranas selectivas .  Pre - Combustión : se basa en la utilización de un proceso de gasificación para obtener un gas combustible rico en H 2 , que posteriormente es quemado, y con una separación del CO 2 . Figura 39 - Clasificación de los procesos de captura de CO 2 . [ 54 ] Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 80 lecho fluido circulante (LFC, 30 MWt), sien do éste último único en el mundo , así como instalaciones diversas para limpieza, compresión y almacenamiento del CO 2 . Su puesta en marcha está prevista para mediados - finales de 2010. Figura 44 - Planta de Oxicombustión en CIUDEN, El Bierzo. [ 56 ] CIUDEN ha instaurado también un Programa de Investigación Científico - Técnico que tiene como finalidad integrar a la comunidad científica española con actividades en CAC (Captura y Almacenamiento de CO 2 ) en las acciones d e la Plataforma. Este p rograma c ientífico - t écnico supone la promoción y financiación de investigación aplicada a procesos de la captura de CO 2 , para su traslado, validación y escalado en la Plataforma Experimental y persigue facilitar la integración de grupos españoles en proyectos internacionales sobre la base de las instalaciones experimentales de El Bierzo. Las obligaciones para España derivadas de la actividad legislativa de la CE con respecto a la reducción de emisiones, requieren abordar sin dilación acciones para posibilitar que la CAC suponga una alterna tiva válida que contribuya a mejorar la Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 81 competitividad de la industria española. Sin CAC los sectores afectados (electricidad, refino, siderurgia, cemento…) se verán obligados a adquirir mediante subasta derechos progresivamente más escasos a precios presu miblemente más elevados. Otro de los antecedentes a citar por su p roximidad es el laboratorio de oxicombustión que la Fundación CIRCE tiene en Zaragoza y las investigaciones llevadas a cabo por el Instituto de Carboquí mica (ICB) dependiente del CSIC . En el caso de CIRCE, disponen de una i nstalación pionera en España, subvencionada parcialmente a través del proyecto de investigación ENE2005 - 03286. Consiste en una planta experimental para el estudio de la viabilidad técnica de la tecnología de oxicombustión e n lecho fluidizado circulante (LFC) cuya finalidad es producir una corriente de gases de escape rica en dióxido de carbono que pueda disponerse de manera sencilla para un posterior almacenamiento geológico. [ 57 ] Con respecto al ICB, una de sus línea s de investigación es profundizar en el estudio de la influencia de las condiciones de operación de la oxicombustión en la formación de emisiones contaminantes (SO 2 y NO x ) y en cómo éstas pueden ser minimizadas. Además, están desarrollando un model o matemático de un combustor LFC que suministrará información muy importante de cara al diseño, optimizac ión y escalado de estos equipos desde el punto de vista de la retención del SO 2 generado en la combustión de carbones en condiciones de oxicombustión. [ 55 ] 3.4.3. Descripción de la prop uesta Teniendo en cuenta lo anteriormente comentado, esta alternativa para el aprovechamiento del O 2 de HyRobres se considera como la que mayores perspectivas de futuro tiene desde un punto de vista investigador. Si a esto le sumamos el hecho de que, con l a cantidad de O 2 del que disponemos para el proceso, la producción eléctrica será reducida , podemos afirmar que el enfoque adecuado es el de plantear una planta piloto. Este tipo de instalación nos permitiría colabora r con el desarrollo de la investigació n abierta en oxicombustión por la Fundación CIRCE y el Instituto de Carboquímica así como la posibilidad de Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 82 emprender nuevas líneas de estudio, por ejemplo en microturbinas para el aprovechamiento energético de corrientes térmicas residuales . Debido al est ado del arte en el que se encuentra toda esta tecnología y de cara a dosificar los esfuerzos, parece lógico marcar una líneas generales en las que el objetivo final sea el de obtener una planta de oxicombustión completa, pero afrontando el proyecto en dist intas etapas: control del proceso de oxicombustión, limpieza y purificación del gas y captura del CO 2 . Es por ello que en este trabajo vamos a trazar esas primeras líneas generales y nos centraremos en la primera de las fases anteriormente citadas. 3.4.3.1. Bio masa para el proceso En la planta piloto que posee CIRCE, se usa carbón pulverizado como alimentación en un r eactor de lecho fluido circulante de 90 kWt, diseñado para un tamaño medio de partícula en torno a 0, 8 mm. La velocidad del comburente está compren dida entre 3 - 5 m/s mientras que el tiempo de residencia es de unos 4 - 6 s. Siguiendo con la misma línea que en la alternativa de gasificación, sería interesante usar paja de cereal como combustible . Hemos de tener en cuenta que si queremos aprovechar los p arámetros de proceso de CIRCE, a l tratarse de un reactor de lecho fluidizado, se debería trabajar con pellets en lugar de con briquetas y realizar unos experimentos previos para conocer el comportamiento fluido - din á mico. Con respecto a las propiedades de l os pellets para calcular las condiciones de fluidización , podemos considerar una densidad de 800 kg/m 3 y un diámetro de 5 mm [ 58 ] . La maquinaria para producir pellets es más costosa que para hacer briquetas: una capacidad de 1 t /h de pellet s tiene un precio de 64.460 € [ 48 ] . En función de la cantidad de biomasa requerida y teniendo en cuenta la baja producción eléctrica, todo indica que la amortización de un sistema de peletización sería grande. El precio de compra de l pellet aproximado es de 20 0 €/t puesto en destino [ 59 ] . El resto de valores de la paja tales como composiciones químicas o PCI para los cálculos siguientes, serán los mismos que se han usado en las alternativas de gasificación. (Ver Tabla 15 y Tabl a 16 ) Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 83 3.4.3.2. Oxicombustor de lecho fluidizado circulante De manera análoga a la instalación de CIRCE, se propone utilizar el mismo tipo de reactor para poder aprovechar tanto l os diseños de la planta como el uso de experimentos realizados a modo de orientación. Para verificar si el oxicombu s tor empleado, es apropiado para utilizar pellets de biomasa en lugar de carbón, sería necesario realizar un experimento de fluidización en e l laboratorio. Como este proyecto es un estudio general, simplemente vamos a comprobar si la velocidad del comburente, que es la que fluidiza el lecho de carbón, puede ser utilizada con la paja de cereal peletizada. Los valores del LFC de la planta pilot o se muestran en la siguiente tabla: Tabla 39 - Parámetros del LFC de CIRCE. [ 57 ] Valores planta CIRCE Densidad Carbón Lignito (kg/m 3 ) 1,1 - 1,3 Tamaño partícula (mm) 0,8 Velocidad del comburente (m/s) 3,0 - 5,0 Tiempo de residencia (s) 4,0 - 6,0 Cuando diseñamos un lecho fluidizado, podríamos decir que los parámetros más importantes son la velocidad mínima de fluidización (u mf ) y la velocidad terminal (u t ) . Estos valores están relacionados con la densidad y el tamaño de las partículas, en nuestro caso pellets (800 kg/m 3 y 5 mm) . La u mf nos indica cuando el lecho de só lido va a comenzar a tener comportamiento de fluido y la u t nos permite pasar de lecho fluidizado burbujeante a lecho arrastrado o circulante . Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 84 Figura 45 - Regímenes de fluidización. [ 60 ] Para calcular las condiciones de fluidización se utiliza la ecuación de Ergun , e cuación 11 : ஺௉ ௅ = 150 ( ଵ ି ఌ ) మ × ఓ × ௨ ఌ య ( ஍ × థ ) మ + 1 , 75 ( ଵ ି ఌ ) × ௨ మ × ఘ ఌ య × ஍ × థ ( 11 ) Donde: AP/L, caída de presión friccional en lechos de longitud L. ε, porosidad del lecho . (Espacio libre entre partículas) Se representa con ε mf en condiciones de fluidización mínima y su va lor va de 0 a 1. Se suele determinar experimentalmente para obtener la masa, altura y área del lecho y posteriormente aplicando la ecuación 12 : Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 85 ε ୫୤ = 1 − ୫ ౢ౛ౙ౞౥ ஡ ౦౗౨౪౟ౙ౫ౢ౗ × ୅ ౢ౛ౙ౞౥ × ୌ ౢ౛ౙ౞౥ ( 12 ) µ, viscosidad diná mica . En nuestro caso será la del comburente (mezcla CO 2 /O 2 ) y su valor es de 5,04x10 - 5 kg/m.s a 1 atm y 850  C [ 61 ] . La viscosidad de los gases aumenta al hacerlo la te mperatura debido a la agitación molecular . El valor para el aire a similares condiciones es de 4,481x10 - 5 kg/m.s. [ 62 ] ρ, densidad . El cálculo de la densidad del comburente a la temperatura de trabajo se basa e n la suposición de gas ideal. Conociendo el peso molecular de la mezcla (60% CO 2 - 40% O 2 ) se obtiene un valor de 0,4256 kg/m 3 (1 atm, 850  C). El valor del aire a e sas condiciones es de 0,3149 kg/m 3 . [ 62 ] u, velocidad del gas . Es una de los parámetros de operación del lecho. Φ , esfericidad de la partícula . En la mayoría de los casos de aplicación real, nunca se va a encontrar una partícula que sea esférica. La esfericidad comprende la relación del área de una esfera con el área real de la partícula, ambas con el mismo volumen. El valor va del 0 al 1(esfera perfecta). Φ , diá metro de la partícula . El segundo termino de la ecuación de Ergun evalúa las condiciones de flujo turbulento de lecho y es despreciable siempre que el numero de Reynolds , ecuación 13, sea menor que 20. ܴ݁ = థ ೛ೌೝ೟೔೎ೠ೗ೌ × ௨ × ఘ ೎೚೘್ೠೝ೐೙ ೟೐ ఓ ೎೚೘್ೠೝ೐೙೟೐ ( 13 ) Partiendo de que la fuerza del fluido ha de ser igual al peso de las partículas en el lecho se puede enunciar otra ecuación: ஺௉ ௅ = ൫ ߩ ௣௔௥௧௜௖௨௟௔௦ − ߩ ௖௢௠௕௨௥௘௡௧௘ ൯ ( 1 − ߝ ) ݃ ( 14 ) Uniendo la ecuación 11 y 14 podemos estimar la u mf para fluidizar el lecho , ecuación 15 . Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 86 ݑ ௠௙ = ൫ ఘ ೛ೌೝ೟೔೎ೠ೗ೌೞ ି ఘ ೎೚೘್ೠೝ೐೙೟೐ ൯ ௚ × ఌ ೘೑ య ( ஍ × థ ೛ೌೝ೟೔೎ೠ೗ೌ ) మ ଵହ଴ ( ଵ ି ఌ ೘೑ ) ఓ ೎೚೘್ೠೝ೐೙೟೐ ( 15 ) Al tratarse de un lecho fluidizado circulante, la u mf no es suficiente para arrastrar las partículas de lecho por lo que hemos de calcula la velocidad terminal (u t ). Esta se halla aplicando la ecuación 16 : ݑ ௧ = ට ସ × ௚ × థ ೛ೌೝ೟೔೎ೠ೗ೌೞ ൫ ఘ ೛ೌೝ೟೔೎ೠ೗ೌೞ ି ఘ ೎೚೘್ೠೝ೐೙೟೐ ൯ ଷ × ஼ ವ × ఘ ೎೚೘್ೠೝ೐೙೟೐ ( 16 ) El principal inconveniente para usar esta fórmula es el encontrar un coeficiente de arrastre (C D ). Figura 46 - Valores del coeficiente de arrastre (C D ). [ 60 ] Para valores pequeños de Reynolds en los que predomina la viscosidad , como es nuestro caso, podemos considerar que C D =24/Re. [ 60 ] Una vez explicada toda la metodología de cálculo , se quiso comprobar si con una velocidad de arrastre del LFC de CIRCE era suficiente para utilizar los pellets de biomasa utilizando EES (Engineering Equation Solver ) . Se tomaron valores de esfericidad y porosidad de lecho intermedios, a falta de valores experimentales, obteniéndose los siguientes resultados: Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 87 Tabla 40 - Resultados para LFC con pellets. Φ y ε =0,5. Carbón Pellets Pellets Optimizada Densidad (kg/m 3 ) 1100 800 800 Tamaño (mm) 0,8 5 3 u mf (m/s) 0,057 1,621 0,583 Reynolds 0,385 68,45 14,78 u t (m/s) 0,659 18,72 6,739 u aplicada (m/s) 3 - 5 Con un tamaño de pellet de 5 mm, la u t neces aria se dispara a valores muy elevados, lo que supondría que, al fijar el tiempo de residencia en 4 s, necesitaríamos un reactor muy alto . Es por ello por lo que valoramos la opción de reducir el diámetro del pellet a 3 mm para poder trabajar en condicione s de fluidización similares a las del carbón empleado en la planta de CIRCE . El cálculo del área y altura del LFC se realizó para los dos escenarios posibles y se muestra en los apartados correspondientes . 3.4.3.3. Microturbina de Ciclo Rankine Org á nico Uno de los principales retos de los proyectos de investigación en materia energética es integrar algún tipo de tecnología que permita aprovechar el calor generado produciendo y vendiendo la energía eléctrica, hecho que ayuda a sufragar el proyecto de investigación e n sí mismo. La escasa potencia generadora de estas instalaciones no permite u tilizar ciclos de vapor, tecnología más aplicada para conversión térmica - eléctrica . El problema se debe a que el rendimiento de turbinas de vapor c on potencia menor a 1 MW es escaso . En esta línea de trabajo es donde se posicionan las microturbinas, sistemas capaces de aprovechar flujos de calor residuales para generar un vapor que alimenta una mini turbina generando electricidad. Se basan en el mismo ciclo de potencia Rankine que lo s sistemas de vapor tradicionales y están en pleno desarrollo. Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 88 Figura 47 - Diagrama T - S Ciclo Rankine. E n el diag rama T - S de un ciclo de Rankine e xisten cuatro procesos distintos en el desarrollo del ciclo, los cuales van cambian do el estado del fluido. Estos estados quedan definidos por los números del 1 al 4. Los procesos que tenemos son los siguientes (suponiendo ciclo ideal con procesos internamente reversibles):  Proceso 1 - 2: Expansión isoentrópica del fluido de trabajo en la turbina desde la presión de la caldera hasta la presión del condensador.  Proceso 2 - 3: Transmisión de calor desde el fluido de trabajo al refrigerante a presión constante en el condensador hasta el estado de líquido saturado.  Proceso 3 - 4: Compresión isoentr ópica en la bomba. En él se aumenta la presión del fluido mediante un compresor o bomba, al que se le aporta un determinado trabajo.  Proceso 4 - 1: Transmisión de calor hacia el fluido de trabajo a presión constante en la caldera. El rendimiento del ciclo v iene establecido por: ( 17 ) La eficiencia eléctrica de estos ciclos ronda el 2 2 %. [ 45 ] Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 89 Las microturbinas suelen trabajar con un Ciclo Rankine Orgánico (ORC). E s similar al cicl o básico de Rankine pero en vez de agua utiliza un aceite orgánico en una caldera de baja temperatura como fluido intermedio. La temperatura de operación está entre 70 ºC y 120 ºC . Puesto que no se requiere una caldera de vapor, los costes de inversión y mantenimiento son considerablemente menores que en pla ntas de vapor. Otra ventaja frente a las turbinas de vapor convencionales es la posibilidad de operar a cargas parciales en un rango entre el 30% y el 100% de plena carga. Figura 48 - Diagrama de proceso del Ciclo Rankine Orgánico . [ 63 ] Los ORC son bien conocidos para aplicaciones geotérmicas, solar térm icas , aprovechamiento de calor residual pero por el momento, hay pocas aplicaciones en combustión de biomasa . Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 96 Tabla 43 - Condiciones de operación. Escenario Actual 4. Temperatura (ºC) 850 850 850 % O2 en exceso con respecto al estequiométrico 25 15 5 % O2 en la alimentación del co mbustor 40,00 40,00 40,00 Kg/h Biomasa 10,59 10,90 11,27 Kmol/h Salida Combustor 1,56 1,51 1,45 Kmol/h H 2 O producido 0,34 0,35 0,36 Kmol/h después del condensador 1,22 1,16 1,09 Kmol/h a recircular 0,81 0,75 0,68 Kmol/h a Captura 0,41 0,41 0,41 Comp osición Base Seca CO 2 0,915 0,943 0,976 O 2 0,081 0,053 0,019 NOx 3,22E - 03 3,50E - 03 3,84E - 03 SO 2 1,62E - 04 1,77E - 04 1,94E - 04 HCl 3,71E - 04 4,04E - 04 4,43E - 04 PM gas (kg/kmol) 43,02 43,37 43,76 % Recirculación 66,7 64,6 62,5 kW térmicos 45,89 47,23 4 8,83 kW eléctricos 4,59 4,72 4,88 Kg/h CO 2 capturado 16,50 16,99 17,56 NOx (ppm) 3439,95 3713,08 4036,41 SO 2 (ppm) 241,61 260,74 283,43 HCl (ppm) 310,64 335,33 364,51 Analizando los resultados se observa que los caudales de las corrientes no varían d emasiado en función del exceso de O 2 introducido pero sí que lo hace su composición. Esto se debe fundamentalmente a que hay menos cantidad de O 2 sin reaccionar. Otro dato que llama la atención son los valores de NO x , SO 2 , HCl . La legislación marca como ob jetivo un límite para emisión de NO x y SO 2 en plantas térmicas una concentración de 200 ppm [ 68 ] . El valor tan elevado obten ido se debe a la ausencia del N 2 del aire que actuaria de diluyente de la contaminación. El siguiente paso es dimensionar el LFC puesto que se debería de fabricar basándose en las especificaciones del que hay instalado en CIRCE. Tomamos los valores de la s imulación con un 15% en exceso de O 2 por tratarse de un valor intermedio de capacidad. Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 97 Tabla 44 - Oxicombustor EA4. Diseño Oxicombustor Temperatura de proceso (º C) 850 Kg/h biomasa 10,90 Comburente (kmol/h) 1,17 Comburente (m 3 N /h) 28,65 Velocidad del fluido (m/s) 6,739 Tiempo residencia (s) 4 Área (cm 2 ) 11,81 H (m) 26,956 Los campos en amarillo son los parámetros modificables. El área se calcula por con la ecuación de continuidad teniendo en cuenta el caudal de comburente y la velocidad del fluido. Para estimar la altura y diámetro del reactor , se multiplica la velocidad del fluido calculada para los pellets de biomasa , ver Tabla 40 , por el tiempo de residencia en el LFC , valor obtenido experimental mente por CIRCE . El diseño obtenido no es viable en el sentido de que para procesar 10 kg/h, necesitamos un tubo estrecho de 26 m con las consiguientes pé rdidas de carga por rozamiento entre otros inconvenientes . Una solución más razonable sería trabajar 1 2 en lugar de 24 horas seguidas , obteniendo un diámetro de tubo mayor tal y como se puede ver en la Tabla 45 y Tabla 46 . También hay que nombrar que la combustión de biomasa es más rápida que la de carbón por lo que es probable que se redujera el tiempo de residencia y la longitud del reactor necesario . Tabla 45 - Oxicombustor EA4. 12 horas Diseño Oxicombustor 12 h Temperatura de proceso (º C) 850 Kg/h biomasa 21,80 Comburente (k mol/h) 2,35 Comburente (m 3 N/h) 57,29 Velocidad del fluido (m/s) 6,739 Tiempo residencia (s) 4 Área (cm 2 ) 23,62 H (m) 26,956 Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 98 Tabla 46 - Condiciones de operación. Escenario Actual 4. 12 horas Temperatura (ºC) 850 % O2 en exces o con respecto al estequiométrico 15 % O2 en la alimentación del combustor 40,00 Kg/h Biomasa 21,80 Kmol/h Salida Combustor 3,01 Kmol/h H 2 O producido 0,70 Kmol/h después del condensador 2,31 Kmol/h a recircular 1,49 Kmol/h a Captura 0,82 Composició n Base Seca CO 2 0,943 O 2 0,053 NOx 3,50E - 03 SO 2 1,77E - 04 HCl 4,04E - 04 PM gas (kg/kmol) 43,37 % Recirculación 64,6 kW térmicos 94,46 kW eléctricos 9,45 Kg/h CO 2 capturado 33,98 NOx (ppm) 3713,08 SO 2 (ppm) 260,74 HCl (ppm) 335,33 Para la prime ra fase de implantación de este proyecto , se instalar ía un oxicombust or de lecho fluidizado equipado con un ciclón de alta eficiencia para retirar las partículas arrastradas por el gas, y un intercambiador de calor adecuando la temperatura de los gases pa ra emitirlos a la atmosfera. Habrá diversos dispositivos de laboratorio como puede ser un analizador de gases, termopares… y un ciclo Rankine orgánico para aprovechar la energía térmica producida con el oxicombustor. Para la estimación del ciclón, se obse rvó que el volumen de gas generado y calculado con la simulación del EES, era menor (70 m 3 N/h) que el que se podría sim u lar con el software Aspen ICARUS (120 m 3 N/h), tomándose como referencia este último. Con respecto al intercambiador de calor sucedió alg o similar. El caudal de gas era demasiado pequeño para poder hacer una valoración económica pero pudimos calcular la potencia calorífica a disipar con Hysys, 36kWt, considerando lo Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 99 un cooler en lugar de un intercambiador de calor. En los anexos del proyecto s e pueden ver los detalles de los dos equipos y en la siguiente tabla se resumen los equipos que formarían este escenario: Tabla 47 - Resumen de los equipos de EA4. Equipo Oxicombustor de lecho fluidizado 25 kg/h Cicló n alta eficien cia 120 m 3 N/h Intercambiador de calor 36 kWt Equipos de laboratorio: Analizador de gases , termopares… Microturbina - Generador 10 kW Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 100 3.4.3.7. Escenario Optimizado 4 (EO4) En el escenario optimizado suponemos hacer trabajar 12 horas al electrolizador por lo que dispondríamos de 600 m 3 N de O 2 para el proceso de oxicombustión. Tabla 48 - Condiciones de operación. Escenario Optimizado 4. Temperatura (ºC) 850 850 850 % O 2 en exceso con respecto al estequiométrico 25 15 5 % O 2 en l a alimentación del combustor 40,00 40,00 40,00 Kg/h Biomasa 25,43 26,17 27,05 Kmol/h Salida Combustor 3,75 3,62 3,49 Kmol/h H 2 O producido 0,82 0,84 0,87 Kmol/h después del condensador 2,94 2,78 2,62 Kmol/h a recircular 1,95 1,79 1,64 Kmol/h a Captura 0,98 0,98 0,98 Composición Base Seca C O 2 0,915 0,943 0,976 O 2 0,081 0,053 0,019 NOx 3,22E - 03 3,50E - 03 3,84E - 03 SO 2 1,62E - 04 1,77E - 04 1,94E - 04 HCl 3,71E - 04 4,04E - 04 4,43E - 04 PM gas (kg/kmol) 43,02 43,37 43,76 % Recirculación 66,4 64,6 62,5 kW t érmicos 110,19 113,40 117,21 kW eléctricos 11,02 11,34 11,72 Kg/h CO 2 capturado 39,62 40,79 42,15 NOx (ppm) 3439,95 3713,08 4036,41 SO 2 (ppm) 241,61 260,74 283,43 HCl (ppm) 310,64 335,33 364,51 Al aumentar la cantidad de O 2 alimentado, aumentamos la capacidad de la planta pero las condiciones son las mismas que para EA4. Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 101 A continuación podemos ver el diseño del oxicombustor: Tabla 49 - Oxicombustor EO4. Diseño Oxicombustor Temperatura de proceso (º C) 850 Kg/h biomasa 26, 17 Comburente (kmol/h) 2,82 Comburente (m 3 N/h) 68,76 Velocidad del fluido (m/s) 6,739 Tiempo residencia (s) 4 Área (cm 2 ) 28,34 H (m) 26,956 Los valores obtenidos son similares al EA4 pero trabajando en continuo durante 24 horas por lo que el diseño de la planta sería el mismo. 3.4.3.8. Resumen escenarios de oxicombustión En la tabla siguiente se resumen los principales parámetros de los distintos escenarios: Tabla 50 - Resumen de los escenarios de oxicombustión. EA4 EO4 Horas diarias de producción de O 2 5 12 Horas diarias de trabajo 12 24 kg/h biomasa 21,8 26,2 kg/h CO 2 retenido 33,98 40,8 kW obtenidos 9,45 11,3 Horas anuales de trabajo 4000 8000 kWh anuales producidos 37800 90720 kg CO 2 anuales capturados 135920 326320 Con c ualquiera de las dos propuestas se podría trabajar con mucha flexibilidad puesto que con un LFC de 25 kg/h y jugando con la producción de O 2 se abarcaría n gran cantidad de experimentos variando el número de horas de trabajo. Es una lástima que el aprovecham iento térmico sea tan escaso debido a la baja eficiencia de la microturbina. Este hecho abre nuevas líneas de investigación en este campo para intentar mejorar la tecnología existente. Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 102 3.5. - Embotellamiento de O 2 para usos comerciales Esta es la alternativa con mayor carácter empresarial , solamente válida para este tipo de plantas piloto puesto que si proliferasen , se podría llegar a saturar el mercado de O 2 actualmente copado por las plantas de destilación de aire , reduciendo el precio del producto y aumentando el periodo de amortización . En el a partado “ 3.1. - Justificación para el aprovechamiento del O 2 . Introducción ” hemos comentado ya las diferentes aplicaciones posibles aunque vamos a centrar nos en la que tiene un mayor valor económico debido a su pureza como es el uso sanitario. El precio de una botella de 50 l de O 2 medicinal a 200 bares (10,6 m 3 N) es aproximadamente de 36 euros. [ 69 ] En la tabla siguiente mostramos los re quisitos de calidad que ha de tener el O 2 para uso hospitalario: Tabla 51 - Requisitos de calidad del O 2 sanitario. [ 70 ] Componente Especificación Oxígeno (O 2 ) ≥99,5% Dióxido de Carbono (CO 2 ) ≤300 ppm Monóxido de Carbono (CO) ≤5 ppm Agua (H 2 O) ≤67 ppm El O 2 obtenido con el electrolizador alcalino, 50 m 3 N/h, cuenta con una pureza de 99,6% siendo el resto H 2 . Otras posibles impurezas presentes en el gas pue den ser 2 g/m 3 N de H 2 O ( alrededor de 2,5 ppm ) y menos de 0,1 mg/m 3 N de KOH quedando libre de CO, CO 2 , CH 4 o compuestos sulfurados o clorados [ 8 ] . Atendiendo a estos valores, el O 2 sería a pto para ser embotellado y comercializado para usos hospitalarios . Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 103 3.5.1. Descrip ció n de la propuesta. Esta oca sión só lo vamos a tener en cuenta el escenario actual de HyRobres, 5 horas de trabajo del electrolizador obteniéndose 250 m 3 N/día de O 2 , para el diseño de la planta de embotellado . Figura 54 - Diagrama de flujo. Embotellamiento de O 2 . El gas sale del electrolizador a unos 22 bares de presión y unos 80 ºC por lo que deberemos enfriarlo hasta unos 20 ºC antes de proceder a comprimir hasta lo s 200 bares, presión interna de los cilindros. Por norma general y debido al calentamiento, la presión a la que se rellenan las botellas es 220 bares, valor que se reduce una vez enfriado el contenido. El proceso se lleva a cabo con un compresor de membrana sin aceites lubricantes ni partícu las abrasivas para evitar la contaminación del gas, además de estar equipado con un si stema de refrigeración por agua y un reservorio de O 2 antes del mismo para evitar fluctuaciones de caudal. Figura 55 - Compresor de membrana par a O 2 . [ 71 , 72 ] Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 104 El compresor alime ntaría una rampa de llenado donde se rellenarían los cilindros de 50 litros de capacidad. Este sistema debería permitir trabajar con dos líneas independientes para poder retirar las botellas terminadas sin interrumpir el proceso. Figura 56 - Rampa con dos líneas de llenado independientes. [ 73 ] Para finalizar serí a necesario un equipo para el transporte de las jaulas de cilindros terminad o s hacia el almacenaje de las mismas. Figura 57 - Jaula con cilindros listos para la venta. [ 69 ] Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 105 La producción diaria serí a de unos 2 3 cilindros ( 10,6 m 3 N por unidad) y toda la parte de comercialización, distribución así como la propiedad de las botel las se realizaría a través de una empresa gasista externa. 4. Viabilidad económica de alternativas 4.1. - C onceptos previo s 4.1.1. Flujo de caja (Flow Cash) El concepto de flujo neto de caja comprende la suma de todos los cobros menos todos los pagos efectuados durante la vida útil del proyecto de la inversión. 4.1.2. VAN (NPV) El Valor Actual Neto de una inversión, VAN, se entiende la suma de los valores actualizados de todos los flujos netos de caja esperados del proyecto, deducido el valor de la inversión inicial. [ 74 ] Si un proyecto de inversión tiene un VAN positivo, el proyecto es rentab le. Entre dos o más proyectos, el más rentable es el que tenga un VAN más alto. Un VAN nulo significa que la rentabilidad del proyecto es la misma que colocar los fondos en él invertidos y entraríamos a valorar otro tipo de beneficios como puede ser el pos icionamiento de mercado u otros factores. La fórmula que nos permite calcular el Valor Actual Neto es: ( 18 ) V t representa los flujos de caja en cada periodo t. I 0 es el valor del desembolso inicial de la inversión. n es el nú mero de períodos considerado. Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 112 características similares a las proyectadas , ronda los 2 - 2,5 millones de euros , llave en mano . [ 51 ] Los costes de operación y mantenimien to (O&M) se clasificaron en:  Materia prima : en función de la capacidad de la planta, las horas de trabajo y le precio de la biomasa puesta en destino.  Mano de obra : dependiendo del régimen de trabajo se estableció la necesidad de 1 o 3 turnos, con un oper ario por turno. El salario se fijo en 20000 euros brutos anuales.  Mantenimiento : se fij ó un coste equivalente al 2% del valor de la inversión inicial. Esto se debió a que generalmente el OPEX (Operative expenditure o gastos de operación ) de una planta de g asificación ronda el 10 - 20 % del CAPEX (Capital expenditure o inversión de capital) [ 51 ] . Dentro del OPEX se encuentran englobados los costes de materia prima, mano de obra, mantenimiento, depreciación de la planta … por lo que conociendo el imp orte de los otros factores, se estim ó el % de mantenimiento para que encajase en la orientación del fabricante. Una vez explicadas todas las consideraciones del estudio , pasamos a mostrar los resultados del mismo. Agrupamos los escenarios EA1 - EO1, EA2 - EO2, EA3 - EO3 por la similitud de las configuraciones con respecto al régimen y condiciones de trabajo , cambiando simplemente el tamaño de la instalación al aumentar el O 2 disponible para alimentar el proceso. Recordemos que la diferencia entre los escenarios act uales y optimizados es el número de horas que produce el electrolizador tanto H 2 como O 2 . Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 113 4.2.1.1. EA1 - EO1 A continuación mostramos los valores y resultados obtenidos en el estudio. Tabla 55 - Inversión i nicial y costes de O&M de EA1 y EO1 . Escenario Actual 1 Escenario Optimizado 1 Inversión Inicial Inversión Inicial Equipo Precio ( €) Equipo Precio ( €) Trituradora de biomasa 1 Tm/h 8685 Trituradora de biomasa 1 Tm/h 8685 Densificadora 300 kg/h 12450 Densificadora 300 kg/h 12450 Ga sificador 100 kg/h 103497 Gasificador 230 kg/h 248393 Filtro de Mangas 3 m 2 14400 Filtro de Mangas 6 m 2 16700 Intercambiador de calor 34 kWt 36900 Intercambiador de calor 82 kWt 37400 Condensador 26 kWt 50600 Condensador 62 kWt 50000 Motor - Generador FBLD 180 228 kWe 250000 Motor - Generador FBLD240 304 kWe 270000 Subtotal 476532 Subtotal 643628 Tuberías , sistemas de control, seguridad, montaje (50% equipos) 238266 Tuberías , sistemas de control, seguridad, montaje (50% equipos) 321814 Otros (10%) 4765 3 Otros (10%) 64363 762451 1029804 Costes Operación y Mantenimiento Anual Costes Operación y Mantenimiento Anual Concepto Precio ( €) Concepto Precio ( €) Materia prima 38515 Materia prima 92435 Mano de Obra 60000 Mano de Obra 60000 Mante nimiento y otros (2%) 15249 Mantenimiento y otros (2%) 20596 113764 173031 Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 114 Tabla 56 - Parámetros del estudio económico EA1 - EO1. Escenario Actual 1 Capacidad 105 kW Horas de trabajo 8000 h/año Inversión Inicial 76245 1 € Tipo interés préstamo 6,00% Recursos Propios 20% 152490 € Inflación anual 3,50% Financiación 80% 609961 € Interés mercado (VAN) 10,00% Periodo de financiación 15 años Depreciación 20 años Producción anual 837600 kWh/año Impuestos 30,0 0% Precio de venta kWh Primeros 15 años 0,1257 €/kWh Costes (O&M) 113764 € Resto de los años 0,0848 €/kWh Depreciación por año 38123 € Devolución préstamo 40664 € Vida útil del proyecto 20 años Escenario Optimizado 1 Capacidad 230 k W Horas de trabajo 8000 h/año Inversión Inicial 1029804 € Tipo interés préstamo 6,00% Recursos Propios 20% 205961 € Inflación anual 3,50% Financiación 80% 823843 € Interés mercado (VAN) 10,00% Periodo de financiación 10 años Depreciación 20 años Producción anual 1840800 kWh/año Impuestos 30,00% Precio de venta kWh Primeros 15 años 0,1257 €/kWh Costes (O&M) 173031 € Resto de los años 0,0848 €/kWh Depreciación por año 51490 € Devolución préstamo 82384 € Vida útil del proyecto 20 años Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 115 Tabla 57 - Valores del estudio económico EA1. A ñ o Ingresos Costes Beneficio Bruto Amortización BAIT Cap. Pendiente Interés BAT Imp. Sociedades Benefici o Neto 0 609.961 1 105.29 5 113.764 - 8.469 - 38.123 - 46.592 569.297 34.158 - 80.749 0 - 80.749 2 108.980 117.745 - 8.765 - 38.123 - 46.888 528.633 31.718 - 78.606 0 - 78.606 3 112.794 121.867 - 9.072 - 38.123 - 47.195 487.969 29.278 - 76.473 0 - 76.473 4 116.742 12 6.132 - 9.390 - 38.123 - 47.512 447.305 26.838 - 74.351 0 - 74.351 5 120.828 130.546 - 9.718 - 38.123 - 47.841 406.641 24.398 - 72.239 0 - 72.239 6 125.057 135.116 - 10.059 - 38.123 - 48.181 365.976 21.959 - 70.140 0 - 70.140 7 129.434 139.8 45 - 10.411 - 38.123 - 48.533 325.312 19.519 - 68.052 0 - 68.052 8 133.964 144.739 - 10.775 - 38.123 - 48.897 284.648 17.079 - 65.976 0 - 65.976 9 138.653 149.805 - 11.152 - 38.123 - 49.275 243.984 14.639 - 63.914 0 - 63.914 10 143.506 155.0 48 - 11.542 - 38.123 - 49.665 203.320 12.199 - 61.864 0 - 61.864 11 148.529 160.475 - 11.946 - 38.123 - 50.069 162.656 9.759 - 59.828 0 - 59.828 12 153.727 166.092 - 12.364 - 38.123 - 50.487 121.992 7.320 - 57.807 0 - 57.807 13 159.108 171.9 05 - 12.797 - 38.123 - 50.920 81.328 4.880 - 55.799 0 - 55.799 14 164.676 177.921 - 13.245 - 38.123 - 51.368 40.664 2.440 - 53.808 0 - 53.808 15 170.440 184.149 - 13.709 - 38.123 - 51.831 0 0 - 51.831 0 - 51.831 16 118.930 190.594 - 71.664 - 3 8.123 - 109.786 0 0 - 109.786 0 - 109.786 17 123.093 197.265 - 74.172 - 38.123 - 112.295 0 0 - 112.295 0 - 112.295 18 127.401 204.169 - 76.768 - 38.123 - 114.891 0 0 - 114.891 0 - 114.891 19 131.860 211.315 - 79.455 - 38.123 - 117.577 0 0 - 117.577 0 - 117.577 20 136.475 218.711 - 82.236 - 38.123 - 120.358 0 0 - 120.358 0 - 120.358 - 1.566.344 Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 116 Tabla 58 - Valores del estudio económico EO1. A ño Ingresos Costes Beneficio Bruto Amorti zación BAIT Cap. Pendiente Interés BAT Imp. Sociedades Beneficio Neto 0 823.843 1 231.407 173.031 58.376 - 51.490 6.885 741.459 44.488 - 37.602 0 - 37.602 2 239.506 179.087 60.419 - 51.490 8.929 659.075 39.544 - 30.616 0 - 30.616 3 247. 889 185.355 62.533 - 51.490 11.043 576.690 34.601 - 23.558 0 - 23.558 4 256.565 191.843 64.722 - 51.490 13.232 494.306 29.658 - 16.426 0 - 16.426 5 265.545 198.557 66.987 - 51.490 15.497 411.922 24.715 - 9.218 0 - 9.218 6 274.839 205.507 69.332 - 51.490 17.842 32 9.537 19.772 - 1.930 0 - 1.930 7 284.458 212.700 71.759 - 51.490 20.268 247.153 14.829 5.439 1.632 3.807 8 294.414 220.144 74.270 - 51.490 22.780 164.769 9.886 12.894 3.868 9.026 9 304.719 227.849 76.870 - 51.490 25.379 82.384 4.943 20.436 6.131 14.305 10 3 15.384 235.824 79.560 - 51.490 28.070 0 0 28.070 8.421 19.649 11 326.422 244.078 82.345 - 51.490 30.854 0 0 30.854 9.256 21.598 12 337.847 252.620 85.227 - 51.490 33.737 0 0 33.737 10.121 23.616 13 349.672 261.462 88.210 - 51.490 36.719 0 0 36.719 11.016 25 .704 14 361.910 270.613 91.297 - 51.490 39.807 0 0 39.807 11.942 27.865 15 374.577 280.085 94.492 - 51.490 43.002 0 0 43.002 12.901 30.102 16 261.374 289.888 - 28.514 - 51.490 - 80.004 0 0 - 80.004 0 - 80.004 17 270.522 300.034 - 29.512 - 51.490 - 81.002 0 0 - 81 .002 0 - 81.002 18 279.990 310.535 - 30.545 - 51.490 - 82.035 0 0 - 82.035 0 - 82.035 19 289.790 321.404 - 31.614 - 51.490 - 83.104 0 0 - 83.104 0 - 83.104 20 299.932 332.653 - 32.721 - 51.490 - 84.211 0 0 - 84.211 0 - 84.211 - 354.037 Tabla 59 - Resultados del estudio económico. EA1. VAN - 770.957 € VAN: Valor Actual Neto de la Inversión TIR 0 % TIR: Tasa Interna de Retorno PAYBACK 21,00 años Payback : Periodo de Amortización Tabla 60 - Resultados del estudio económico. EO1. VAN - 386.437 € VAN: Valor Actual Neto de la Inversión TIR 0 % TIR: Tasa Interna de Retorno PAYBACK 21,00 años Payback : Periodo de Amortización Estas opciones son inviables desde el punto de vista económico ya que no generan suficiente electricidad como para rentabilizar la inversión inicial y hacer Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 117 frente a los costes y a la depreciación arrojando un VAN negativo. El cambio de tarificación a los 15 años de la planta aumenta las pérdidas al final de la vida de la pl anta. 4.2.1.2. EA2 - EO2 Estos escenarios se caracterizan por tener mayores capacidades de generación eléctrica al trabajar con aire enriquecido en un régimen discontinuo, 5 horas al día . Estos son las condiciones y resultados del estudio económico: Tabla 61 - Inversión inicial y costes de O&M de EA2 y EO2. Escenario Actual 2 Escenario Optimizado 2 Inversión Inicial Inversión Inicial Equipo Precio ( €) Equipo Precio ( €) Trituradora de biomasa 1 Tm/h 8685 Trituradora de biomasa 1 Tm/h 8685 Densificadora 600 kg/h 29750 Densificadora 600 + 200 kg/h 42200 Gasificador 450 kg/h 496785 Gasificador 650 kg/h 707867 Filtro de Mangas 1 2 m 2 19700 Filtro de Mangas 15 m 2 20800 Intercambiador de calor 164 kWt 47000 Intercambiador de calor 203 kWt 52600 Co ndensador 125 kWt 69600 Condensador 155 kWt 70400 Motor - Generador FBLD480 612 kWe 380000 Motor - Generador FBLD560 711 kWe 410000 Subtotal 1051520 Subtotal 1312552 Tuberías , sistemas de control, seguridad, montaje (50% equipos) 525760 Tuberías , s istemas de control, seguridad, montaje (50% equipos) 656276 Otros (10%) 105152 Otros (10%) 131255 1682432 2100084 Costes Operación y Mantenimiento Anual Costes Operación y Mantenimiento Anual Concepto Precio ( €) Concepto Precio ( €) Materi a prima 38476 Materia prima 54051 Mano de Obra 20000 Mano de Obra 20000 Mantenimiento y otros (2%) 33649 Mantenimiento y otros (2%) 42002 92125 116053 Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 118 Tabla 62 - Parámetros del estudio económico EA2 - EO2. Escenario Actual 2 Capacidad 503 kW Horas de trabajo 1665 h/año Inversión Inicial 1682432 € Tipo interés préstamo 6,00% Recursos Propios 20% 336486 € Inflación anual 3,50% Financiación 80% 1345946 € Interés mercado (VAN) 10,00% Periodo de financiación 10 años Depreciación 20 años Producción anual 836996 kWh/año Impuestos 30, 00% Precio de venta kWh Primeros 15 años 0,1257 €/kWh Costes (O&M) 92125 € Resto de los años 0,0848 €/kWh Depreciación por año 84122 € Devolución préstamo 134595 € Vida útil del proyecto 20 años Escenario Optimizado 2 Capacidad 711 kW Horas de trabajo 1665 h/año Inversión Inicial 2100084 € Tipo interés préstamo 6,00% Recursos Propios 20% 420017 € Inflación anual 3,50% Financiación 80% 1680067 € Interés mercado (VAN) 10,00% Periodo de financiación 10 años Depreciació n 20 años Producción anual 1183815 kWh/año Impuestos 30,00% Precio de venta kWh Primeros 15 años 0,1257 €/kWh Costes (O&M) 116053 € Resto de los años 0,0848 €/kWh Depreciación por año 105004 € Devolución préstamo 168007 € Vida útil del proye cto 20 años Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 119 Tabla 63 - Valores del estudio económico EA2. A ño Ingresos Costes Beneficio Bruto Amortización BAIT Cap. Pendiente Interés BAT Imp. Sociedades Beneficio Neto 0 1.345.946 1 105.219 92.125 13.094 - 84.122 - 71.028 1.211.351 72.681 - 143.709 0 - 143.709 2 108.901 95.349 13.552 - 84.122 - 70.569 1.076.757 64.605 - 135.175 0 - 135.175 3 112.713 98.686 14.027 - 84.122 - 70.095 942.162 56.530 - 126.625 0 - 126.625 4 116.658 102.140 14.517 - 84.122 - 69.604 807.567 48.454 - 118.058 0 - 118.058 5 120.741 105.715 15.026 - 84.122 - 69.096 672.973 40.378 - 109.474 0 - 109.474 6 124.967 109.415 15.551 - 84.122 - 68.570 538.378 32.303 - 100.873 0 - 100.873 7 129.341 113.245 16.096 - 84.122 - 68.026 403.784 24.227 - 92.253 0 - 92.253 8 133.868 117.208 16.659 - 84.122 - 67.462 269.189 16.151 - 83.614 0 - 83.614 9 138.553 121.311 17.242 - 84.122 - 66.879 134.595 8.076 - 74.955 0 - 74.955 10 143.402 125.557 17.846 - 84.122 - 66.276 - 0 - 0 - 66.276 0 - 66.276 11 148.421 129.951 18.470 - 84.122 - 65.651 0 0 - 65.651 0 - 65.651 12 153.616 134.499 19.117 - 84.122 - 65.005 0 0 - 65.005 0 - 65.005 13 158.993 139.207 19.786 - 84.122 - 64.336 0 0 - 64.336 0 - 64.336 14 164.557 144.079 20.478 - 84.122 - 63.643 0 0 - 63.643 0 - 63.643 15 170.317 149.122 21.195 - 84.122 - 62.927 0 0 - 62.927 0 - 62.927 16 118.844 154.341 - 35.497 - 84.122 - 119.618 0 0 - 119.618 0 - 1 19.618 17 123.004 159.743 - 36.739 - 84.122 - 120.861 0 0 - 120.861 0 - 120.861 18 127.309 165.334 - 38.025 - 84.122 - 122.147 0 0 - 122.147 0 - 122.147 19 131.765 171.121 - 39.356 - 84.122 - 123.478 0 0 - 123.478 0 - 123.478 20 136.377 177.110 - 40.733 - 84.122 - 124.855 0 0 - 124.855 0 - 124.855 - 1.983.532 Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 120 Tabla 64 - Valores del estudio económico EO2. Año Ingresos Costes Beneficio Bruto Amortización BAIT Cap. Pendiente Interés BA T Imp. Sociedades Beneficio Neto 0 1.680.067 1 148.817 116.053 32.765 - 105.004 - 72.240 1.512.060 90.724 - 162.963 0 - 162.963 2 154.026 120.115 33.911 - 105.004 - 71.093 1.344.054 80.643 - 151.736 0 - 151.736 3 159.417 124.319 35.098 - 105.004 - 69.906 1.176.047 70.563 - 140.469 0 - 140.469 4 164.996 128.670 36.327 - 105.004 - 68.678 1.008.040 60.482 - 129.160 0 - 129.160 5 170.771 133.173 37.598 - 105.004 - 67.406 840.033 50.402 - 117.808 0 - 117.808 6 176.748 137.834 38.914 - 105.004 - 66.090 672.027 40.322 - 106.412 0 - 106.412 7 182.935 142.659 40.276 - 105.004 - 64.728 504.020 30.241 - 94.969 0 - 94.969 8 189.337 147.652 41.686 - 105.004 - 63.318 336.013 20.161 - 83.479 0 - 83.479 9 195.964 152.819 43.145 - 105.004 - 61.859 168.007 10.080 - 71.940 0 - 71.940 10 202.823 158.168 44.655 - 105.004 - 60.349 - 0 - 0 - 60.349 0 - 60.349 11 209.922 163.704 46.218 - 105.004 - 58.787 0 0 - 58.787 0 - 58.787 12 217 .269 169.434 47.835 - 105.004 - 57.169 0 0 - 57.169 0 - 57.169 13 224.873 175.364 49.510 - 105.004 - 55.495 0 0 - 55.495 0 - 55.495 14 232.744 181.501 51.242 - 105.004 - 53.762 0 0 - 53.762 0 - 53.762 15 240.890 187.854 53.036 - 105.004 - 5 1.968 0 0 - 51.968 0 - 51.968 16 168.089 194.429 - 26.340 - 105.004 - 131.344 0 0 - 131.344 0 - 131.344 17 173.972 201.234 - 27.262 - 105.004 - 132.266 0 0 - 132.266 0 - 132.266 18 180.061 208.277 - 28.216 - 105.004 - 133.220 0 0 - 133.22 0 0 - 133.220 19 186.363 215.567 - 29.204 - 105.004 - 134.208 0 0 - 134.208 0 - 134.208 20 192.886 223.112 - 30.226 - 105.004 - 135.230 0 0 - 135.230 0 - 135.230 - 2.062.734 Tabla 65 - Resultados de l estudio económico. EA2. VAN - 1.338.913 € VAN: Valor Actual Neto de la Inversión TIR 0 % TIR: Tasa Interna de Retorno PAYBACK 21,00 años Payback : Periodo de Amortización Tabla 66 - Resultados del estudio económico. EO2. VAN - 1.502.612 € VAN: Valo r Actual Neto de la Inversión TIR 0 % TIR: Tasa Interna de Retorno PAYBACK 21,00 años Payback : Periodo de Amortización Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 121 El estudio vuelve a salir no favorable , en esta ocasión por el escaso número de horas de trabajo de la planta , con un valo r del VAN incluso más negativo que las opciones EA1 y EO1. Esta configuración encajaba con la idea de HyRobres de producir electricidad cuando mayor consumo hay . Bien hay que añadir que ninguno de los sistemas actuales, llámense hidrogeno, baterías, volant es de inercia, CAES… diseñados para aportar energía en función de la demanda, son rentables desde un punto de vista puramente económico sin entrar a valorar otros aspectos como la estabilidad o la calidad de la red que pueden ofrecer . Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 128 Todos los instrumentos relacionados con el ciclo orgánico Rankine así como la microturbina se obtu vieron de una oferta comercial que se adjunta en los anexos de este proyecto. Los campos reservados para el coste de las tuberías, sistema de control y seguridad se redujeron al 20% debido al menor tamaño de la planta. Para concluir, el apartado “otros” qu e va en función de la incertidumbre , se le asigno un 10 % por ser proyecto nuevo pero probado por otras instituciones cercanas a nosotros. Tabla 73 - Inversión inicial para EA4 y EO4. Inversió n Inicial Equipo Precio ( €) Oxicombustor de lecho fluidizado 25 kg/h 27960 Cicló n alta eficiencia 120 m 3 N/h 9900 Intercambiador de calor 36 kWt 36900 Equipos de laborat or io: Analizador de gases (CO, CO 2 , NO x , SO 2 , O 2 ) 100000 Microturbina - Generador 10 kW 11846 Subtota l 186606 Tuberí as y sistemas de control, seguridad (20%) 37321 Otros (10%) 18661 242588 Esta sería la inversión necesaria para poner en marcha un laboratorio de oxicombustión aprovechando el O 2 procedente del electrolizador de HyRobres salvando de est a manera uno de los mayores costos que tienen actualmente el resto de las instalaciones de investigación en este campo . 4.2.3. Venta de O 2 La principal diferencia de la valoración de esta alternativa reside en que no se vende electricidad sino botellas de O 2 cali dad sanitaria. Como hemos comentado anteriormente, el precio de mercado de las mismas ronda los 36 euros. El promotor del parque eólico no se encargaría del trabajo de comercialización y logística puesto que se subcontratarí a a una empresa gasista, por lo que hemos fijado un precio menor, de 25 euros/botella que es lo que obtendría el promotor siendo el resto para la subcontrata. Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 129 Con respecto a la fiscalidad y a las condiciones del préstamo hemos utilizado las mismas que si se tratase de una instalación de energías renovables de cara a poder comparar mejor las alternativas. La planta de embotellamiento estaría compuesta por un compresor de membrana, con refrigeración propia, adaptado para trabajar con O 2 medicinal conectado al electrolizador de HyRobres y un a rampa de embotellado de cilindros de 50 L de capacidad a 200 bar, dispuesta en dos líneas de llenado independiente de 15 cilindros cada una. Además, habría que disponer de una zona para el almacenamiento temporal de las botellas llenas y vacías así como un sistema para mover cargas del tipo transpaleta. A continuación se muestran la inversión inicial y los costes de operación de la planta: Tabla 74 - Inversión inicial embotellamiento de O 2 . Inversión Inicial Equipo Precio ( €) Comp resor + Control PLC + Aceite + Recambios 338900 Rampa de llenado 2 x 15 cilindros 22240 Subtotal 361140 Otros (15%) 54171 415311 Tabla 75 - Costes O&M Embotellamiento de O 2 . Costes Operación y Mantenimiento Anual Concepto Pre cio ( €) Mano de Obra 20000 Mantenimiento (Aceite y recambio) 39460 59460 La cantidad de calor sensible a disipar de la corriente de O 2 procedente del electrolizador se calcula usando la ecuación 23 : ܳ = ݉ ை మ × ܥ݌ × ∆ ܶ ( 22 ) Donde: Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 130 m O 2 = 427 mol ; Cp= 29,7 J/mol  C [ 15 ] ;  T= 80 - 20= 60  C Este calor habría que disiparlo en 1 hora por lo que el intercambiador de calor debería de ser capaz de retirar una potencia térmica de 211 W. Estimar el precio para valores tan pequeños , es bastante compl icado puesto que se trataría de un equipo de baja capacidad, lo que apunta a que no se justificaría el coste de implementar un intercambiador para esta operación. E n lo que respect a al compresor y a la rampa de llenado, nos basamos en dos ofertas comercia les [ 72 , 73 ] que adjuntamos al final en el apartado anexos. El precio del compresor se completa con el control PLC (19.040 €), un llenado de aceite (19.460 €) y un juego de recambios (20.000 €) para labores de mantenimiento. Estos dos últimos valores son los que empleamos en el cálculo del mantenimiento asumiendo que se realiza un cambio cada año. La vida de las membranas es de unas 3000 - 4000 horas mientras que nuestra planta trabajaría unas 5 horas/día x 333 días/año ≈ 1500 h/año. Con esto se quiere in dicar que el coste de O&M está sobredimensionado y que será suficiente para cubrir las posibles incidencias. El apartado “Otros” de la Tabla 74 , hace referencia a un margen de seguridad en función de la incertidumbre del proceso c omo ya hemos explicado anteriormente . Se asigna un 15% debido a que no sabemos cómo va a responder el electrolizador en función de las variaciones del campo de aerogeneradores y como puede afectar este hecho al compresor. En cuanto a la mano de obra estipu lada, bastaría con contar con un operario que se encargase de retirar las botellas producidas diariamente preparando un nuevo rack de cilindros vacios ya que la planta tendría una operación autónoma. Con una jornada de 8 horas debería de ser suficiente par a realizar las tareas encomendadas así como labores de mantenimiento de equipos. El salario asignado es de 20.000 €brutos anuales . Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 131 Una vez explicadas las condiciones del estudio, pasamos a mostrar los resultados del mismo en la s siguiente s tabla s : Tabla 76 - Parámetros del e studio económico . Embotellamiento de O 2 . Producción de cilindros de O 2 (50 l) 23 u/día Días de trabajo 333 días/año Inversión Inicial 415311 € Tipo interés préstamo 6,00% Recursos Propios 20% 83062 € Inflación anual 3,50% Financiación 80% 3322 49 € Interés mercado (VAN) 10,00% Periodo de financiación 5 años Depreciación 20 años Producción anual 7659 u/año Impuestos 30,00% Precio de venta unidad 25 €/u Costes (O&M) 59460 € Devolución préstamo 66450 € Depreciación por año 20766 € Vida útil del proyecto 20 años Tabla 77 - Valores estudio económico. Embotellamiento de O 2 . A ñ o Ingresos Costes Beneficio Bruto Amortización BAIT Cap. Pendiente Interés BAT Imp. Sociedades Beneficio Neto 0 332.249 1 191.475 59.460 132.015 - 20.766 111.249 265.799 15.948 95.302 28.590 66.711 2 198.177 61.541 136.636 - 20.766 115.870 199.349 11.961 103.909 31.173 72.736 3 205.113 63.695 141.418 - 20.766 120.652 132.900 7.974 112.678 33.803 78.875 4 212.292 65.924 146.367 - 20.766 125.602 66.450 3.987 121.615 36.484 85.130 5 219.722 68.232 151.490 - 20.766 130.725 - 0 - 0 130.725 39.217 91.507 6 227.412 70.620 156.792 - 20.766 136.027 0 0 136.0 27 40.808 95.219 7 235.372 73.092 162.280 - 20.766 141.515 0 0 141.515 42.454 99.060 8 243.610 75.650 167.960 - 20.766 147.194 0 0 147.194 44.158 103.036 9 252.136 78.297 173.839 - 20.766 153.073 0 0 153.073 45.922 107.151 1 0 260.961 81.038 179.923 - 20.766 159.157 0 0 159.157 47.747 111.410 11 270.094 83.874 186.220 - 20.766 165.455 0 0 165.455 49.636 115.818 12 279.548 86.810 192.738 - 20.766 171.972 0 0 171.972 51.592 120.381 13 289.332 89.848 1 99.484 - 20.766 178.718 0 0 178.718 53.615 125.103 14 299.458 92.993 206.466 - 20.766 185.700 0 0 185.700 55.710 129.990 15 309.940 96.248 213.692 - 20.766 192.926 0 0 192.926 57.878 135.048 16 320.787 99.616 221.171 - 20.766 200. 406 0 0 200.406 60.122 140.284 17 332.015 103.103 228.912 - 20.766 208.147 0 0 208.147 62.444 145.703 18 343.636 106.711 236.924 - 20.766 216.159 0 0 216.159 64.848 151.311 19 355.663 110.446 245.216 - 20.766 224.451 0 0 224. 451 67.335 157.116 20 368.111 114.312 253.799 - 20.766 233.033 0 0 233.033 69.910 163.123 2.294.713 Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 132 Tabla 78 - Resultados del estudio económico. Embotellamiento de O 2 . VAN 696.114 € VAN: Valor Actual Neto de la Inversión TIR 49,71% TIR: Tasa Interna de Retorno PAYBACK 4,95 años Payback : Periodo de Amortización Los valores obtenidos son , desde un punto de vista económico , mucho mejores que los de las alternativ as de gasificación . A la finalización de los 20 años de estudio, el beneficio neto ayudaría a cubrir la inversión inicial del electrolizador. Hay que destacar una suposición importante: que el valor del O 2 medicinal no descienda, cosa difíc il de predecir a 20 años vista. Otro aspecto a comentar es que esta alternativa no se puede considerar como un buen complemento para una solución global como la que pretende ser la integración del hidrogeno con la energía eólica en escenarios donde esta úl tima tiene una gran penetración . 5. Conclusiones A modo de síntesis final, todas las alternativas propuestas han sido evaluadas tanto técnica como económicamente. En función del carácter que se le quiera dar al proyecto HyRobres, se debería implementar una u otra. Desde el punto de vista empresarial, la opción de la venta de O 2 parece ser la m á s interesante debido a la rápida amortización de la inversión. A ñadir que la alternativa de una planta de gasificación en la que se trabaja con periodo s de air e enriquecido y otros con aire simplemente, nos da la posibilidad de investigar la mejora de este proceso integrándolo en el ciclo de H 2 , generando beneficios y sin tener que adquirir un compromiso con una compañía gasista que se encargue de la dis tribución del producto como es el caso anteriormente comentado. Tambié n debemos destacar que la opción de la oxicombustión es muy atractiva desde un pun to de vista puramente investigador, posibilitando un desarrollo de los estudios de manera conjunta con o tras instituciones, en un campo que en un periodo de tiempo corto va a cambiar las plantas té rmicas convencionales . Estudio técnico - económico para el aprovechamiento de O 2 en el proyecto Hy - Robres 133 En definitiva, se muestra que el O 2 que se ventea en las plantas de H 2 de tipo peaking tiene una serie de aplicaciones que habilitan diversa s vía s para su aprovechamiento , generando o bien beneficios económicos, mejora de imagen empresarial o impulso a la I+D+i en materia energética. 6. Bibliografía y referencias 1. Red Eléctrica Española . disponible en: http://www.ree.es/ . 2. Fundación para el Desarrollo de las Nuevas Tecnologías del Hidrógeno en Aragón. ; disponible en: http://www.hidrogenoaragon.org/ . 3. Proyecto RES2H2: Proyecto piloto para la integración de energía renovable en sectores energético s europeos empleando hidrógeno. ; disponible en: http://www.res2h2.com/ . 4. Sotavento, P.E.E.d. Proyecto: Sistema de Producción de Hidrógeno con Eólica . disponible en: http://www.sotaventogalicia.com/area_tecnica/py_produccion_hidrogeno.php . 5. 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