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Construcción del modelo de análisis

7

4 Construcción del modelo de análisis

4.1 Introducción

Se explica a continuación el modelo de análisis para los conceptos de pirólisis

distribuida y centralizada. El objetivo principal del modelo es permitir un estudio

comparativo entre los dos conceptos a partir de unos datos de entrada.

El modelo, desarrollado en hojas Excel, permite la definición y modificación

de estos datos de entrada, permitiendo así la actualización del estudio conforme el

estado del arte avance y se obtengan datos más precisos.

Así mismo, el modelo desarrolla estudios de sensibilidad de forma que es

posible el estudio de la variación del resultado conforme algunos de los

parámetros principales son modificados.

A continuación se describe, de forma detallada, el modelo desarrollado.

4.2 Datos de entrada

Los datos de entrada para el modelo de análisis se definen en una de las

hojas del modelo. Una de las características más importantes del modelo es la fácil

actualización de estos datos de entrada.

A continuación se definen los datos de entrada necesarios para el cálculo de

costes referentes a las plantas de pirólisis y gasificación, así como las características

de la biomasa y el bioslurry y sus costes logísticos. Por último, el modelo permite

incluir como dato de entrada el porcentaje de cada uno de los medios de

transporte en cada uno de los modelos: pirólisis distribuida y centralizada.

4.2.1 Procesos

Los datos de entrada necesarios para los procesos productivos son

principalmente los necesarios para el cálculo de los costes de operación de cada

una de las plantas. Los datos a incluir para una planta de referencia son:

• Pirólisis

� Capex (TCI0p) (€)

� Costes variables de operación (Cv0p) (€/año)


8

� Vida útil de la planta (Vu0p) (años)

� Capacidad individual (W0p) (MW biomasa)

� Exponente de escalado (np)

� Rendimiento másico (ηp) (t bioslurry/ t biomasa)

� Tiempo de operación (tp) (horas/año)

• Gasificación

� Capex (TCI0g) (€)

� Costes variables de operación (Cv0g) (€/año)

� Vida útil de la planta (Vu0g) (años)

� Capacidad de referencia (W0g) (MW bioslurry)

� Exponente de escalado (ng)

� Rendimiento másico (ηg) (t bioetanol/ t bioslurry)

� Tiempo de operación (tg) (horas/año)

4.2.2 Biomasa

El modelo permite la definición de la biomasa disponible y de sus

características, permitiendo obtener los resultados del análisis para una zona

concreta. Los datos de coste de la biomasa y de su transporte son también datos

de entrada objeto de estudio. En concreto, los datos de partida a definir en

relación a la biomasa son:

• Biomasa disponible

� Densidad de biomasa (d) (tdm/ha·año)

� Porcentaje de tierra plantada (p) (%)

� Porcentaje de biomasa disponible (a) (%)

• Coste de la biomasa en el punto de recogida (Cmp) (€/t)

• Coste de transporte en camión

� Coste fijo (Abc) (€/t)

� Coste variable (Bbc) (€/t·km)

� Coeficiente de transporte (m)

• Coste de transporte en tren

� Coste fijo (Abt) (€/t)

� Coste variable (Bbt) (€/t·km)


9


• Composición de la biomasa

� Humedad (h) (%)

� Composición en base seca (% Carbono, % Hidrógeno, % Oxígeno,

% Nitrógeno, % Azufre, % Cloro, % Ceniza)

4.2.3 Bioslurry

Las características del bioslurry son dependientes de los datos del proceso de

pirólisis disponibles, en concreto para este análisis podrá ser actualizado el PCI del

mismo. Los costes de su transporte son también datos de partida del modelo. A

continuación se detallan los datos necesarios:

• PCI (MJ/kg)

• Coste de transporte en camión

� Coste fijo (Aoc)(€/t)

� Coste variable (Boc) (€/t·km)

� Coeficiente de transporte

• Coste de transporte en tren

� Coste fijo (Aot) (€/t)

� Coste variable (Bot) (€/t·km)


4.2.4 Concepto de pirólisis distribuida

El modelo de pirólisis distribuida queda definido en el modelo de cálculo a

excepción del medio de transporte de biomasa y bioslurry que podrá ser

seleccionado como dato de entrada. La disponibilidad de cada tipo de transporte

en la zona a estudiar definirá el porcentaje de cada transporte necesario para el

análisis:

• Tipo de transporte de la biomasa:

� Camión (%)

� Tren (%)

• Tipo de transporte para el bioslurry:

� Camión (%)


10

� Tren (%)

4.2.5 Concepto de pirólisis centralizada

El modelo de pirólisis centralizado queda definido en el modelo de cálculo a

excepción del tipo de transporte de biomasa que podrá ser seleccionado como

dato de entrada. Como en el caso del concepto distribuido, la zona a estudiar

definirá la disponibilidad de cada tipo de transporte:

• Tipo de transporte para la biomasa:

� Camión (%)

� Tren (%)

4.3 Metodología de cálculo

El modelo simplificado permite el cálculo del coste total de producción por

tonelada de producto (bioetanol) para los dos conceptos de análisis: pirólisis

distribuida y pirólisis centralizada para una planta de gasificación de bioetanol a

partir de bioslurry.

La comparativa entre estos dos conceptos reside fundamentalmente en el

estudio de los efectos de la economía de escala al reducir el tamaño de las plantas

frente al efecto en los aumentos de coste en la logística de la biomasa al aumentar

el tamaño de las mismas.

Con el objetivo de analizar la influencia de cada uno de estos efectos para

cada planta (pirólisis distribuida, pirólisis centralizada y gasificación) se definirá el

coste total CT de producción por tonelada de producto (bioslurry para las plantas

de pirólisis y etanol para la planta de gasificación) como la suma de la contribución

de la primera materia (biomasa/bioslurry), CF, el coste de operación, CP, y el coste

de transporte, CD [5]:

CDCPCFCT ++= ( 1 )

Cada uno de los términos anteriores se definen en función a los costes

conocidos de una planta de referencia (pirólisis o gasificación) especificados como

datos de partida:


11

• CF: constante con el tamaño de la planta

• CP: los costes de operación específicos disminuirán al aumentar el

tamaño de la planta conforme a un exponente de escalado (n)

• CD: los costes de transporte específicos aumentarán al aumentar el

tamaño de la planta. Para la biomasa, este aumento será conforme a un

coeficiente de transporte (m)

4.4 Modelo de análisis para el concepto de pirólisis distribuida

El concepto de pirólisis distribuida se define como numerosas plantas de

pirólisis satélites distribuidas de menor tamaño que consiguen densificar el

producto final y reducir así el coste de transporte de la biomasa hasta la planta de

gasificación.

El modelo de análisis desarrollado para este concepto se ha estructurado en

dos optimizaciones dependientes como se muestra en la Fig. 3. La primera

optimización determinará el tamaño óptimo de una planta satélite de pirólisis

distribuida a partir de los datos de partida referentes al proceso de pirólisis,

características de la biomasa y costes de transporte. Una vez calculado el tamaño

óptimo de la planta satélite de pirólisis, éste se considerará constante para todas

las plantas en el cálculo de la segunda optimización. El siguiente paso es

determinar el número óptimo de plantas de pirólisis que alimentarían una planta

de gasificación, indirectamente se optimiza el tamaño de la planta de gasificación

a partir de un número entero de plantas de pirólisis de tamaño óptimo. En esta

segunda optimización se tienen en cuenta los datos de entrada del proceso de

gasificación y síntesis y coste del transporte.


12

CFp

Contribución de la biomasa

CPp

Coste de operación

CDp

Coste de transporte

CTp (Wp) = CFp + CPp (Wp) + CDp (Wp)

Min CTp (Wp) � Wpopt

CFg

Contribución del slurry

Op

tim

iza

ció

n 1

:

Tam

añ

o P

iró

lisi

s

CPg

Coste de operación

CDg

Coste de transporte

CTg (Ng) = CFg + CPg (Ng) + CDg (Ng)

Min CTg (Ng) �Ngopt

Wg óptimo

Op

tim

iza

ció

n 2

:

Nú

me

ro p

lan

tas

Pir

óli

sis

Fig. 3 Modelo de análisis para el concepto de pirólisis distribuida

4.4.1 Optimización del tamaño de la planta satélite de pirólisis

La optimización del tamaño de la planta satélite de pirólisis (Wp) se realiza

analizando gráficamente la ecuación (1) aplicada a una sola planta de pirólisis

distribuida.

Los términos de la ecuación (1) para una planta de pirólisis se definen a

continuación:

• CFp: Coste específico de contribución de biomasa (€/t bioslurry). Este

término se calcula dividiendo el coste de la biomasa entre el rendimiento

másico de la planta de pirólisis conforme a la siguiente ecuación (2):

η)h1(Cmp

CF+⋅= ( 2 )


13

Siendo,

CF (€/t bioslurry) = Coste de contribución de biomasa

Cmp (€/t biomasa) = Coste de la biomasa en el punto de recogida

h (%) = Humedad de la biomasa

ηp (t bioslurry/t biomasa) = Rendimiento másico de la planta de pirólisis

Una vez definido el coste de la biomasa en el punto de recogida, este

coste permanece fijo durante la optimización.

• CPp: Coste de operación de la planta de pirólisis distribuida (€/ton

bioslurry), se calcula teniendo en cuenta los parámetros siguientes:

� Coste variable de operación (Cvp) (€/año): El coste variable es lineal

con la capacidad de la planta de pirólisis y se referencia a la

capacidad de diseño.

)W

W(CvCv

o

o ⋅= ( 3 )

Siendo,

Cv0p (€/año) = Coste variable de operación de una planta de pirólisis

de referencia

Wp (MW) = Capacidad de la planta de pirólisis a calcular

W0p (MW) = Capacidad de una planta de pirólisis de referencia

� Costes fijos (Cfp) (€/año): Para el cálculo de los costes fijos, se calcula

en primer lugar el capex (€) correspondiente al tamaño de planta de

pirólisis estudiado. El capex se ve afectado por la capacidad de la

planta de pirólisis analizada siguiendo la siguiente proporción:

n

o

o )W

W(TCITCI ⋅= ( 4 )

Siendo,

TCI0p (€) = Capex de una planta de pirólisis de capacidad Q0

Wp (MW) = Capacidad de la planta de pirólisis a optimizar


14


np = Exponente de escalado de la planta de pirólisis

El coste fijo se define como el 10% del capex calculado para la

capacidad de la planta.

TCI1,0Cf ⋅= ( 5 )

Siendo,

Cfp (€/año) = Costes fijos

TCIp (€) = Capex

� Amortización (Rep) (€/año): El coste de amortización se calculará

como el total del capex dividido por la vida útil de la planta:

Vu

TCIRe = ( 6 )

Siendo,

Rep (€/año) = Amortización

TCIp (€) = Capex de la planta de pirólisis a estudiar

Vup (años) = Vida útil de la planta de pirólisis

� Tasa de retorno de la inversión (ROIp) (€/año): Se estima como el

40% del coste de amortización

Re4,0ROI ⋅= ( 7 )

Siendo,

ROIp (€/año) = Tasa de retorno de la inversión

Rep (€/año) = Amortización de la planta de pirólisis

Una vez definidos estos parámetros, se determina la necesidad anual de

biomasa seca de la planta de pirólisis (tdm/año):

1000PCI

3600tWQ

⋅⋅⋅= ( 8 )


15

Siendo,

Qp (tdm/año) = Necesidad anual de biomasa seca de la planta de pirólisis

Wp (MW) = Capacidad de la planta de pirólisis en términos de energía

PCI

tp (horas/año) = Tiempo de operación de la planta de pirólisis

PCI (MJ/kg) = Poder calorífico inferior de la biomasa

El poder calorífico inferior de la biomasa (MJ/kg se calculará a partir de

la siguiente correlación tomada de bibliografía [6]:

CenizaHC100O

O0318,0H7009,0C3137,01367,0PCI

−−−=⋅+⋅+⋅+−= ( 9 )

donde C, H, O y Ceniza son la fracción másica de carbono, hidrógeno,

oxígeno y ceniza de la biomasa en base seca.

Finalmente, el coste de operación, CPp (€/t bioslurry), se obtiene a partir

de la expresión:

pQ

ROICfCvCP

η⋅+++= Re

( 10 )

Siendo,

CPp (€/t bioslurry) = Coste de operación de la planta de pirólisis

Cvp (€/año) = Coste variable de operación de la planta de pirólisis

Cfp (€/año) = Coste fijo de la planta de pirólisis


ROIp (€/año) = Tasa de retorno de la inversión de la planta de pirólisis

Qp (tdm/año) = Necesidad anual de biomasa seca de la planta de pirólisis

ηp (t bioslurry/t biomasa) = Rendimiento másico de la planta pirólisis

El coste de operación es dependiente del tamaño de la planta de pirólisis

y acorde a la economía de escala será menor conforme el tamaño de

planta aumente.


16

• CDp: Coste de transporte de biomasa (€/t bioslurry). El coste de

transporte de la biomasa es proporcional a la distancia de transporte y a

la cantidad transportada. Si se considera que la cantidad de biomasa

alrededor de una planta aumenta con el cuadrado de la distancia, D,

para una planta, el coste de transporte se define como:

mWWCDWWCD

WWWWCDWWDDCDCD

)/()/(

)/()/()/()/(

00

5,1

00

0

5,0

00000

⋅=⋅=

⋅⋅=⋅⋅= ( 11 ) [ 5]

Siendo,

CD0p (€/t bioslurry) = Coste de transporte de biomasa para una planta de

pirólisis de capacidad W0

D0p (km) = Distancia recorrida de referencia para una planta de pirólisis

de capacidad W0

Dp (km) = Distancia recorrida para una planta de pirólisis de capacidad

Wpp

Wp (MW) = Capacidad de la planta de pirólisis a calcular


m = Coeficiente de transporte. Este exponente puede oscilar desde un

valor de 1,5 hasta 2 aunque el valor más realista se considera 1,5 [7].

El término del coste de transporte de biomasa de referencia, CD0p (€/t),

se define siguiendo los siguientes pasos:

� Cálculo del área total necesaria para obtener la biomasa necesaria

para la capacidad de referencia de la planta de pirólisis. El cálculo

del área se define como:

01,0)apd(

Q)km(A 2 ⋅

⋅⋅= ( 12 )


17

Siendo,

Q (tdm/año) = Necesidad anual de biomasa seca conforme a la

ecuación (8)

d (tdm/ha·año) = Densidad de plantación de la biomasa

p (%) = Porcentaje de tierra plantada

a (%) = Porcentaje de tierra disponible

� Se considera la biomasa distribuida uniformemente en un círculo

alrededor de la planta de producción. El radio máximo alrededor de

la planta se obtiene por lo tanto suponiendo una circunferencia:

πA

R =max ( 13 )

Siendo,

Rmax (km) = Radio máximo

A (km2) = área

Ai AmAi = Am

Fig. 4 Cálculo del radio máximo de recolección biomasa

� El radio medio en el que se obtiene la biomasa para la planta se

encuentra a 2/3 del radio máximo calculado [5]. La distancia real

recorrida por un camión hasta la puerta de la planta de producción

es mayor que el radio medio en línea recta dependiendo de la

naturaleza de la red de carreteras. Para tener en cuenta esta

distancia adicional se define el factor de tortuosidad, τ. El factor de


18

tortuosidad se encuentra en un rango desde 1,2 para regiones

desarrolladas hasta 3 para regiones menos desarrolladas. Se

determina un factor de 1,5 para este estudio , por lo que la distancia

recorrida se calcula:

max03

2RD ⋅Γ⋅= ( 14 )

Siendo,

D0 (km) = Distancia recorrida de referencia para una planta de


τ = Factor de tortuosidad

Rmáx (km) = Radio máximo

� Finalmente, el coste de transporte de biomasa de referencia, CD0p

(€/t bioslurry) se obtiene:

pbtbt

bcbc

TrenADB

CamiónADBCD

η/)%)(

%)((

0

00

⋅+⋅+⋅+⋅=

( 15 )

Siendo,

CD0p (€/t bioslurry) = Coste de transporte de biomasa para una

planta de pirólisis de capacidad W0

Bbc (€/t biomasa ·km) = Coste variable del transporte de biomasa en

camión

Abc (€/t biomasa) = Coste fijo del transporte de biomasa en camión

Bbt (€/t biomasa ·km) = Coste variable del transporte de biomasa en

tren

Abt (€/t biomasa) = Coste fijo del transporte de biomasa en tren

D0p (km) = Distancia recorrida de referencia para una planta de


ηp (t bioslurry/t biomasa) = Rendimiento másico de la planta de

pirólisis


19

El coste de transporte de la biomasa calculado contempla el transporte

de la biomasa desde el punto de recogida hasta la planta de pirólisis. La

distancia recorrida dependerá de la necesidad de biomasa y por tanto el

coste de transporte aumentará conforme el tamaño de la planta

aumente.

El tamaño óptimo será aquel que minimice el coste total de producción de

bioslurry CT (€/t bioslurry). La optimización se lleva a cabo gráficamente mediante

un análisis de sensibilidad, calculando para distintas capacidades de planta el coste

asociado al bioslurry e identificando el menor de ellos.

4.4.2 Optimización del número de plantas satélites de pirólisis

El segundo paso es definir la optimización del tamaño de la planta de

gasificación a través de la optimización del número de plantas de pirólisis

distribuidas que alimentarán bioslurry a la misma .

Como hipótesis principal se considerará que todas las plantas de pirólisis

distribuida tienen el mismo tamaño igual al óptimo.

La optimización se realiza teniendo en cuenta los siguientes parámetros de la

ecuación (1):

• CFg: Coste de contribución de bioslurry (€/t bioetanol). El coste del

bioslurry será el correspondiente al tamaño óptimo de la planta satélite

de pirólisis. Este coste permanece fijo durante la optimización y se calcula

a partir de la ecuación (2)

Siendo,

CFg (€/t bioetanol) = Coste de contribución del bioslurry

Cmp (€/t bioslurry) = Coste del bioslurry

ηg (t bioetanol/t bioslurry) = Rendimiento másico de la planta de

gasificación

• CPg: Coste de operación de la planta de gasificación (€/t bioetanol). Se

consideran dentro de este término:

� Coste variable de operación (Cvg) (€/año). Calculado a partir de la

ecuación (3).


20

� Costes fijos (Cfg) (€/año). Para el cálculo de los costes fijos, se calcula

en primer lugar el capex (€) correspondiente al tamaño de planta

estudiado a partir de la ecuación (4). El coste fijo se calcula a partir

de la ecuación (5).

� Amortización (Reg) (€/año): El coste de amortización se calculará

utilizando la ecuación (6).

� Tasa de retorno de la inversión (ROIg) (€/año): Calculado a partir de

la ecuación (7).

Una vez definidos estos parámetros, se determina el consumo anual de

bioslurry de la planta (t/año):

η⋅⋅

⋅⋅⋅=1000

3600

PCI

tNWB ( 16 )

Siendo,

Bg (t/año) = Consumo anual de bioslurry

Wp (MW) = Capacidad de una planta satélite de pirólisis

N = Número de plantas satélites de pirólisis

tp (horas/año) = Tiempo de operación de la planta de pirólisis

PCI (MJ/kg) = Poder calorífico inferior de la biomasa

ηp (t bioslurry/t biomasa) = Rendimiento másico planta pirólisis

Finalmente, el coste de operación, CPg (€/t bioetanol), se obtiene a partir

de la expresión:

η⋅

+++=B

ROICfCvCP

Re ( 17 )

Siendo,

CPg (€/t bioetanol) = Coste de operación de la planta de gasificación

Cvg (€/año) = Coste variable de operación de la planta de gasificación

Cfg (€/año) = Coste fijo de la planta de gasificación

Reg (€/año) = Amortización de la planta de gasificación


21

ROIg (€/año) = Tasa de retorno de la inversión de la planta de

gasificación

Bg (t/año) = Consumo anual de bioslurry de la planta de gasificación

ηg (t bioetanol/ t bioslurry) = Rendimiento másico de la planta de

gasificación

Estas variables son dependientes del tamaño de la planta y acorde a la

economía de escala será menor conforme el número de plantas de

pirólisis aumenten (aumentando así el tamaño de planta de

gasificación).

• CDg: Coste de transporte del bioslurry (€/t bioetanol). El coste de

transporte contempla el transporte del bioslurry desde la planta de

pirólisis hasta la planta de gasificación. Está formado por un término de

coste fijo debido a la carga y descarga y un término de coste variable

dependiente de los kilómetros recorridos. El cálculo se define siguiendo

los siguientes pasos:


para la capacidad de referencia de la planta de gasificación. El

cálculo del área se define como:

01,0)(

)( 2 ⋅⋅⋅⋅

=ηapd

BkmA ( 18 )

Siendo,

Bg (t/año): Consumo anual de bioslurry acorde a la ecuación (17)

d (tdm/ha·año) = Densidad de biomasa

p (%) = Porcentaje de tierra plantada

a (%) = Porcentaje de tierra disponible

ηg (t bioslurry/ t biomasa seca) = Rendimiento másico de la planta de

pirólisis

� Se considera que en el área calculada, las plantas de pirólisis están

distribuidas uniformemente en un círculo alrededor de la planta de


22

gasificación. El radio máximo alrededor de la planta se obtiene por

lo tanto suponiendo una circunferencia conforme a la ecuación (13)

An

A6

A5

A4

A3

A2

A1

Am

Fig. 5: Esquema de cálculo para optimización número plantas de pirólisis

� El radio medio se encuentra a 2/3 del radio máximo calculado. La

distancia real recorrida por un camión hasta la puerta de la planta

de producción es mayor que el radio medio en línea recta

dependiendo de la naturaleza de la red de carreteras. Para tener en

cuenta esta distancia adicional se define el factor de tortuosidad,τ.

El factor de tortuosidad se encuentra en un rango desde 1,2 para

regiones desarrolladas hasta 3 para regiones menos desarrolladas.

Se determina un factor de 1,5 para este estudio, por lo que la

distancia recorrida se calcula acorde a la ecuación (14).

� Finalmente, el coste de transporte de bioslurry a la planta de

gasificación se obtiene:

η/)%)(

%)((

0 TrenADB

CamiónADBCD

otot

ococ

⋅+⋅+⋅+⋅=

( 19 )

Siendo,

CDg (€/t bioetanol) = Coste de transporte de bioslurry a la planta de

gasificación


23

Boc (€/t bioslurry ·km) = Coste variable del transporte de bioslurry en

camión

Aoc (€/t bioslurry) = Coste fijo del transporte de bioslurry en camión

Bot (€/t bioslurry ·km) = Coste variable del transporte de bioslurry en

tren

Aot (€/t bioslurry) = Coste fijo del transporte de bioslurry en tren

D (km) = Distancia recorrida

ηg (t bioetanol/ t bioslurry) = Rendimiento másico de la planta de

gasificación

El coste de transporte asociado al bioslurry aumentará conforme el

número de plantas de pirólisis aumenten para una misma capacidad de

producción total del bioslurry.

El número de plantas de pirólisis óptimo y por tanto el tamaño óptimo de la

planta de gasificación, será aquel que minimice el coste total de producción de

etanol CT (€/t bioetanol). La optimización se realiza gráficamente mediante un

análisis de sensibilidad, calculando para distinto número de plantas de pirólisis el

coste final asociado al bioetanol e identificando el menor de ellos.

4.5 Modelo de análisis para el concepto de pirólisis centralizada

El concepto de pirólisis centralizada se define como una única planta de

pirólisis anexa a la planta de gasificación. Este concepto, a priori, evitaría la

construcción de numerosas plantas de pirólisis optimizando la economía de escala

para la pirólisis en sola planta de mayor tamaño que reduciría los costes de capital

y por tanto los costes operativos. .

El modelo de análisis busca optimizar el tamaño de la planta de pirólisis y

gasificación centralizada, siguiendo el esquema de cálculo que se define en la

figura Fig. 6.


24

CFp+g

Contribución de la biomasa

CPp+g

Coste de operación

CDp+g

Coste de transporte

CTp+g (Wp+g) = CFp+g + CPp+g (Wp+g) + CDp+g (Wp+g)

Min CTp+g (Wp+g) � Wp+gopt

Op

tim

iza

ció

n 1

:

Tam

añ

o P

iró

lisi

s+

Ga

sifi

caci

ón

Fig. 6. Modelo de análisis para el concepto de pirólisis centralizada

4.5.1 Optimización planta pirólisis y gasificación centralizada

La optimización de la planta de pirólisis y gasificación centralizada se lleva a

cabo representando gráficamente la ecuación (1).

Las variables que intervienen en la optimización son:

• CFp+g: Coste de contribución de biomasa (€/t bioethanol). Este término se

calcula dividiendo el coste de la biomasa entre el rendimiento másico de

la planta de pirólisis y el rendimiento másico de la planta de gasificación

conforme a la siguiente ecuación (20):

gp

gp

hCmpCF

ηη ⋅+⋅=+

)1( ( 20 )

Siendo,

CFp+g (€/t bioetanol) = Coste de contribución de biomasa

Cmp (€/t biomasa) = Coste de la biomasa

h (%) = Humedad de la biomasa


ηg (t bioetanol/t bioslurry) = Rendimiento másico planta de gasificación

Una vez definido el coste de la biomasa en el punto de recogida,

permanecerá constante durante la optimización.


25

• CPp+g: Coste de operación de la planta de pirólisis y gasificación

centralizada (€/ton bioetanol), se calcula sumando los costes de

operación de la planta de pirólisis y la planta de gasificación.

Tanto para la planta de pirólisis como para la planta de gasificación, se

calculan por tanto los siguientes parámetros:

� Coste variable de operación (Cv) (€/año): El coste variable es lineal

con la capacidad de la planta y se referencia a la capacidad de

diseño conforme con la ecuación (3).

� Costes fijos (Cf) (€/año): Para el cálculo de los costes fijos, se calcula

en primer lugar el capex (€) correspondiente al tamaño de planta

estudiado a partir de la ecuación (4).

El coste fijo se define como el 10% del capex calculado para la

capacidad de la planta (ecuación (5)).

� Amortización (Re) (€/año): El coste de amortización se calculará

haciendo uso de la ecuación (6).

� Tasa de retorno de la inversión (ROI) (€/año): Se define como el 40%

del coste de amortización a partir de la ecuación (7).

Una vez definidos estos parámetros, se determina la necesidad anual de

biomasa seca de la planta centralizada (tdm/año) a partir de la ecuación

(8), calculando el poder calorífico inferior de la biomasa mediante la

ecuación (9).

A partir de la necesidad anual de biomasa, se calcula el bioslurry total

consumido por la planta de gasificación a partir de la expresión:

gQB η⋅= ( 21 )

Siendo,

Bg (t bioslurry/año) = Consumo de bioslurry anual

Qp+g (tdm/año) = Necesidad anual de biomasa seca

ηg (t bioslurry/t biomasa) = Rendimiento másico planta pirólisis

Finalmente, el coste de operación, CPp+g (€/t etanol), se obtiene a partir

de la expresión:


26

g

ggggpppp

gpB

ROICfCvROICfCvCP

η⋅+++++++

=+

ReRe ( 22 )

Siendo,

CPp+g (€/t bioetanol) = Coste de operación de la planta de pirólisis

gasificación centralizada

Cvp (€/año) = Coste variable de operación de la planta de pirólisis

Cfp (€/año) = Coste fijo de la planta de pirólisis


ROIp (€/año) = Tasa de retorno de la inversión de la planta de pirólisis

Cvg (€/año) = Coste variable de operación de la planta de gasificación

Cfg (€/año) = Coste fijo de la planta de gasificación

Reg (€/año) = Amortización de la planta de gasificación

ROIg (€/año) = Tasa de retorno de la inversión de la planta de

gasificación

Bp+g (t bioslurry/año) = Consumo de bioslurry anual

ηg (t bioetanol/t bioslurry) = Rendimiento másico planta de gasificación

El coste de operación es dependiente del tamaño de la planta de pirólisis

y gasificación centralizada y acorde a la economía de escala será menor

conforme el tamaño de planta aumente.

• CDp+g: Coste de transporte de biomasa hasta la planta de pirólisis y

gasificación centralizada (€/t bioetanol). El coste de transporte de la

biomasa es proporcional a la distancia de transporte y a la cantidad

transportada. Si se considera que la cantidad de biomasa alrededor de

una planta aumenta con el cuadrado de la distancia, D, para una planta,

el coste de transporte se define acorde a la ecuación (11).

Siendo,

CD0p+g (€/t bioetanol) = Coste de transporte de biomasa hasta una

planta de pirólisis y gasificación centralizada de capacidad W0p+g

D0p+g (km) = Distancia recorrida de referencia para una planta de pirólisis

y gasificación centralizada de capacidad W0


27

Dp+g (km) = Distancia recorrida para una planta de pirólisis y gasificación

centralizada de capacidad W p+g

W p+g (MW) = Capacidad de la planta de pirólisis y gasificación

centralizada a calcular

W0 p+g (MW) = Capacidad de una planta de pirólisis y gasificación

centralizada de referencia

m = Coeficiente de transporte. Este exponente puede ir desde 1,5 hasta

2 aunque el valor más realista se considera 1,5 [8].

El término del coste de transporte de biomasa de referencia, CD0 p+g (€/t),

se define siguiendo los siguientes pasos:


para la capacidad de referencia. El cálculo del área se define

mediante la ecuación (12).

� Se considera la biomasa distribuida uniformemente en un círculo

alrededor de la planta de producción. El radio máximo alrededor de

la planta de pirólisis y gasificación centralizada se obtiene por lo

tanto suponiendo una circunferencia conforme la ecuación (13).

Ai = AmAiAm

Fig. 7: Esquema de cálculo para optimización del tamaño de pirólisis centralizada

� El radio medio en el que se obtiene la biomasa para la planta se

encuentra a 2/3 del radio máximo calculado. La distancia real

recorrida por un camión hasta la puerta de la planta de producción

se considera mediante un factor de tortuosidad (τ) de 1,5 conforme

a la ecuación (14).


28

� Finalmente, el coste de transporte de biomasa de referencia, CD0 p+g

(€/t bioetanol) se obtiene:

gp

btbtbcbc TrenADBCamiónADBCD

ηη ⋅⋅+⋅+⋅+⋅

=)%)(%)(( 00

0 ( 23 )

Siendo,

CD0p+g (€/t bioetanol) = Coste de transporte de biomasa para una

planta de pirólisis y gasificación centralizada de capacidad W0

Bbc (€/t biomasa ·km) = Coste variable del transporte de biomasa en

camión

Abc (€/t biomasa) = Coste fijo del transporte de biomasa en camión

Bbt (€/t biomasa ·km) = Coste variable del transporte de biomasa en

tren

Abt (€/t biomasa) = Coste fijo del transporte de biomasa en tren

D0 p+g (km) = Distancia recorrida de referencia para una planta de

pirólisis y gasificación centralizada de capacidad W0 p+g


ηg (t bioetanol/t bioslurry) = Rendimiento másico planta de

gasificación

El coste de transporte de la biomasa calculado contempla el transporte

de la biomasa desde el punto de recogida hasta la planta de pirólisis y

gasificación centralizada. La distancia recorrida dependerá de la

necesidad de biomasa y por tanto el coste de transporte aumentará

conforme el tamaño de la planta aumente.

El tamaña óptimo será aquel que minimice el coste total CT (€/t bioetanol).

La optimización se lleva a cabo gráficamente mediante un análisis de sensibilidad,

calculando para distintas capacidades de las plantas el coste asociado al bioetanol

e identificando el menor de ellos.

4. construcciÓn del modelo de anÁlisisbibing.us.es/proyectos/abreproy/70291/fichero/4... · las...

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