REPORTAJE DE PLANTA LUIS PUCHADES RUFINO DIRECTOR, Y AMPARO ANTOLI GARCIA, DIRECTORA TÉCNICA, EN LUDAN RENEWABLE ENERGY ESPAÑA

Planta de biogás para autoconsumo eléctrico de una gran empresa La empresa agroalimentaria Kernel Export ha puesto en marcha una planta de biogás de 370 kW de potencia eléctrica y capacidad de gestión de más de 60 toneladas diarias de subproductos agroalimentarios. Con la construcción de esta instalación, ejecutada por Ludan Renewable Energy España, la compañía puede ahora valorizar los residuos vegetales, transformarlos en fertilizantes y generar energía eléctrica para el autoconsumo de la industria.

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a empresa Kernel Export es una industria agroalimentaria situada en Los Alcázares (Murcia), cuya actividad es la producción, transformación y comercialización de verduras y hortalizas en cultivo ecológico y tradicional. Kernel Export produce más de 25.000 toneladas de verduras y hortalizas. Posee más de de 2.000 Ha. de producción propia, y entre ellas más de 400 Ha. de producción ecológica. Por otro lado, la empresa posee más de 4.000 m2 de almacenes de producto y 25.000 m3 de cámaras frigoríficas, así como varios túneles de enfriamiento rápido. Todas estas instalaciones, dedicadas a

Imagen 1 Diagrama de operación de la planta.

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Foto 1. Imagen de las instalaciones principales de Kernel Export.

la conservación de las verduras, tienen un gran consumo de energía, llegando la factoría a consumir más de 1 MW de energía eléctrica, sobre todo en la cadena de frío. Kernel Export contempló en 2013 una mejora en la gestión de los subproductos hortícolas generados a través de su activi-

dad y la eficiencia energética de sus instalaciones, a través de una planta de biogás, que permitiera valorizar los residuos vegetales, transformarlos en fertilizantes, y generar energía eléctrica para el autoconsumo de la industria. Por estos motivos, la empresa construyó en 2014 una planta de biogás de 370 kW de potencia eléctrica, y capacidad de gestión de más de 60 toneladas diarias de subproductos agroalimentarios. La planta ha sido construida por la empresa Ludan Renewable Energy España S.L., filial nacional de la multinacional israelí Ludan, empresa que ya ha ejecutado 8 instalaciones de biogás agroindustrial a nivel nacional, y con más de 30 MW a nivel europeo. Ludan está presente en 9 países y cuenta con más de 1.200 ingenieros en plantilla. Ludan Renewable Energy España se integra dentro de Ludan Environmental Technologies, empresa con amplia experiencia en tratamiento de suelos, control de emisiones, depuración de aguas, gestión de contaminación industrial y energías renovables. Objetivos de la planta de biogás Con la construcción de la planta de biogás, Kernel Export deseaba mejorar la eficiencia y la sostenibilidad de la empresa a través de tres caminos: energética

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Foto 2. Imagen de la planta de biogás en las fases finales de su ejecución.

Entrada de sustratos Gallinaza

t/a

MS

MOS

1.800

50,0%

75,0%

Lodos de industria agroalimentaria

7.000

23,0%

85,0%

Lechuga, brócoli, melón

6.000

8,0%

95,0%

Alimentos caducados y productos sin utilidad alimentaria

4.000

16,0%

87,0%

Tabla 1. Entrada estimada de sustratos a la planta de biogás.

Consumo de gas en la instalación UNIDAD DE COGENERACIÓN

Potencia mecánica [kW]

Potencia eléctrica [kW]

Potencia térmica de salida [kW]

400

370

387

Empleo de biogás (60% CH4 porcentaje) [Nm3/h]

[Nm3/a]

150

1.150.000

Tabla 2. Potencia de la unidad de cogeneración

•

Reducir la dependencia energética externa de la fábrica de procesado de Los Alcázares, mediante energías renovables • Mejorar la gestión de las más de 8.000 toneladas de subproductos agroalimentarios generados en dicha fábrica (recortes de hojas de lechuga, pieles de zanahoria, desechos de brócoli, etc.) • Generar un fertilizante rico en materia orgánica y nutrientes para reducir la dependencia de materia orgánica y fertilizantes del exterior A tal efecto, la solución que se planteó fue la construcción de una planta de biogás de 370 kWe, con un digestor de 3.000 m3, y la instalación de una planta de compostaje anexa. Qué es una planta de biogás Una planta de biogás es una instalación ecológica, hermética e inodora, que consiste en dispositivos que producen electricidad, calor y fertilizante a partir de subproductos orgánicos, que opera sobre la base de una fuente de energía renovable energética

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tos que se generan en el entorno agroindustrial de Murcia, y entre estos sustratos tenemos los que se aprecian en la tabla 1. La entrada de producto es de 19.000 t anuales, con un contenido de Materia seca de 3.638 t anuales, Sólidos Volátiles (MOS) de 3.062 t/a y humedad de 15.362 t. El tiempo de retención del digestor está planificado para 57 días, tiempo más que suficiente para la eliminación de un porcentaje muy significativo de los sólidos volátiles.

como es el metano contenido en el biogás y que es producido durante el proceso de digestión anaeróbica de varias sustancias orgánicas. En la página anterior se muestra un diagrama de operación de la planta de biogás de Kernel Export. La planta de Kernel Export es una instalación de marcado carácter agroalimentario, diseñada para la gestión y valorización energética de residuos y subproductos agroalimentarios, lodos de industria agroalimentaria, así como estiércoles y purines. Los residuos, una vez extraído su potencial energético, son valorizados como fertilizantes, mientras que el biogás es quemado en un motor de cogeneración, que produce electricidad para el autoconsumo de Kernel Export y calor que es empleado en un evaporador de vacío.

Balance de energía de la planta La planta de biogás tiene una capacidad de 370 kW y genera diariamente unos 3.200 m3 de biogás (con una composición aproximada del 60% de CH4). Está constituida por una única unidad de cogeneración de potencia mecánica 370 kW. La unidad de cogeneración genera energía a partir del biogás (véase tabla 2). El consumo de energía media de la planta de biogás es de 50 kWh. La planta está diseñada para trabajar más de 8.000 horas al año (92% tiempo), aunque su generación depende también del consumo de energía eléctrica en Kernel Export. Durante la mayor parte del día, la planta funciona al 100% de su capacidad, y en algunos momentos de la noche funciona al 80%, al no haber sido autorizada la instalación a vender ningún sobrante de energía a la red.

Sustratos de entrada a la planta de biogás Los sustratos que gestiona la planta de biogás son una muestra de los subproduc-

Funcionamiento de la instalación El proceso llevado a cabo en la planta de biogás es continuo. Diariamente se alimenta el digestor primario con los sustratos

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3. Digestión anaeróbica en digestor mesófilo de mezcla completa 4. Almacenamiento y aprovechamiento del gas 5. Unidad de cogeneración 6. Separador de sólidos del digestato 7. Evaporador de vacío 8. Compostaje 9. Conexionado hidráulico 10. Armario de control y mando para planta de biogás A continuación se describe con mayor detalle las características y utilidad de estas unidades:

Foto 3. Vista de pala cargadora, dispuesto a realizar descarga de producto sólido al triturador.

disponibles. La primera etapa es la recepción de las materias primas que se realiza mediante cubas en caso de líquidos y son descargados en un tanque de recepción enterrado. Si se tratan de material sólido, como los estiércoles y restos vegetales, se trituran previo a su descarga al tanque de líquidos, donde son mezclados con el resto de sustratos. La planta destaca por su gran flexibilidad. La bomba del depósito de recepción de líquidos, el sistema de bombeo centralizado de la instalación y el separador de sólidos están interconectados, y permiten regular la dosificación de los sustratos y sus trasiegos a cualquiera de las unidades de proceso. Los residuos orgánicos permanecen

Foto 4. Digestor de mezcla completa.

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entre 40 y 60 días en el digestor, para que el proceso de fermentación anaerobia produzca todo el potencial de biogás. El biogás se almacena en el gasómetro y se envía al motor de cogeneración, que transforma la energía del metano en electricidad. También se han instalado los equipos de extracción, depuración, enfriamiento y compresión del biogás, así como todos los mecanismos de seguridad necesarios. Descripción de las unidades de operación Las principales unidades de la planta de biogás de Kernel Export son las siguientes: 1. Almacenamiento biomasa 2. Manipulación de las materias primas

1–Almacenamiento de la biomasa Se ha construido una explanada impermeabilizada para el almacenamiento temporal y puntual de restos vegetales producidos en Kernel, 10 m ancho * 20 m largo (200 m2). Esta explanada se ha construido en hormigón in situ, y tiene un sistema de canalización que permite recoger los lixiviados generados y enviarlos a la planta de biogás. A su vez, se ha instalado una báscula, capaz de soportar un peso de camiones hasta 40 toneladas, con la que se realiza el registro de la materia de entrada. 2–Tanque de recepción de líquidos Se ha construido un tanque enterrado con un volumen de 90 m3 donde se almacenan sustratos líquidos. Sus medidas interiores son 6 m de diámetro y una profundidad de 3 m. El tanque de recepción está cerrado e impermeabilizado, para evitar olores y lixiviaciones. Este tanque lleva incorporado un triturador, un sistema de agitación, una bomba vertical y conexiones hidráulicas con el sistema de bombeo centralizado. El tanque fue construido por la empresa Wolf Systems S.L., y los equipos de agitación y bombeo por la empresa Protech Continental S.L. 3- Digestor La digestión anaerobia se lleva a cabo en un tanque circular, de volumen bruto 3.040 m3 cada uno (22 m de diámetro y 8 m de altura), construidos de hormigón armado (Hormigón C35/ 45 (HA-35)), que está cubierto por una membrana de gas para prevenir la entrada de oxígeno en el sistema. Tanto la solera como los muros del digestor están aislados térmicamente. energética

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La temperatura operacional para el digestor anaerobio se encuentra dentro del intervalo óptimo 38-40ºC (mesófilo). El sistema de calefacción está constituido por circuitos de acero inoxidable en el interior del digestor. El digestor está equipado por tres agitadores con motor externo de eje inclinado que asegura la homogenización de todos los sustratos y evita la sedimentación de la materia orgánica en el fondo. Alrededor del digestor se ha construido un anillo de drenaje con sistema de inspección de fugas como medida de seguridad. La obra civil del digestor fue realizada por la empresa Wolf Systems S.L., bajo la supervisión de los ingenieros de Ludan Renewable Energy España. Los equipos de agitación fueron suministrados por la empresa Protech Continental S.L., y la calefacción por Fullgas. El montaje de agitadores y calefacción fue realizado por Inderen S.L. 4–Gasómetro El biogás es almacenado en el gasómetro del digestor. Este almacenamiento de gas está constituido por dos membranas (externa de PVC e interna de PE baja densidad), de capacidad 900 m3. La membrana externa está capacitada para soportar tormentas y nieve y ser resistente a los rayos UV. Las temperaturas mínimas y máximas soportables son de -30°C y +70°C. El gasómetro fue suministrado por la empresa Membrane Systems Europe B.V. 5–Aprovechamiento del biogás. Unidad de cogeneración El biogás generado es empleado en la unidad de cogeneración CHP (combinación de calor y electricidad), modelo 2G-KWK-370 BGG (MAN). La energía eléctrica es autoconsumida por la factoría de Kernel, parte de la energía térmica es empleada en los intercambiadores de calor del digestor de la planta de biogás y el resto es empleado en un evaporador. La unidad de cogeneración está constituido por un motor de gas con una potencia mecánica en plena carga de 400 kW y una potencia eléctrica de 370 kW. La potencia térmica total aprovechable es la disipada por los gases de escape, el agua de camisas y el intercooler consiguiéndose un total de 410 kW. energética

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Teléfono: 938832205/608449738 | WEB: www.2-g.es | Mail: [email protected]

Módulo de cogeneración Patruus 370 B 2G Solutions of Cogeneration 2G Solutions of Cogeneration ha realizado la fabricación, instalación y puesta en marcha del módulo de cogeneración Patruus 370 B. Está compuesto principalmente de un motor de combustión a biogás acoplado a un alternador capaz de generar un total de 370 kW eléctricos. También está equipado con una recuperación del calor generado por el bloque motor y contenido en los gases de escape aprovechando hasta un total de 431kW en forma de agua caliente a 95ºC. El módulo brinda una eficiencia global del 84% sobre el combustible usado. Todo ello, instalado dentro de un contenedor insonorizado.

Foto 5. Unidad CHP tras el digestor.

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Mirillas de los digestores Biogaskontor Köberle Gmbh La empresa alemana Biogaskontor Köberle ha suministrado a la planta sus ojos de buey con portilla (RD 300), que incluyen limpiaparabrisas, zona de limpieza de 230 mm de diámetro con tobera de lavado de tubo 316, vidrio especial de 250 mm de diámetro / 15 mm con junta anular de goma/acero fino 316 para el montaje directo en un agujero macho o una coquilla aislante con 300 mm de diámetro, que incluye codos de fijación de acero inoxidable.

Foto 6. Separador de sólidos y tanques de almacenamiento de digestatos.

Sistema de concentración de digestato HRS Heat Exchangers HRS Heat Exchangers va a mejorar el rendimiento del digestor anaeróbico de Kernel Export gracias a la tecnología de evaporadores de tubos corrugados integrados en un sistema evaporación de múltiples etapas. Este sistema reúsa el agua evaporada como fuente de energía en una segunda etapa de evaporación, obteniendo de esta forma, un gran ahorro de energía. Las características principales del sistema son: • Equipo utilizado: HRS Sistema de Concentración de Digestato. • Tratamiento de 50 m3 de digestato diario. • Reduce el volumen de digestato un 75% usando energía térmica del motor de cogeneración en forma de agua caliente, con temperatura de 85 ºC. • Usa la tecnología de HRS de evaporadores de tubos corrugados. • Proceso multi-etapa para ahorro energético. • Fecha de entrega: Cuarto trimestre de 2015.

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La unidad de cogeneración se coloca en el interior de un contenedor insonorizado. En el interior del contenedor se destina una habitación de almacén del aceite usado y nuevo en dos tanques de doble pared con equipamiento de un sistema de detección de fugas. El suministro de la unidad de cogeneración ha sido realizado por la empresa 2G Ibérica S.L. 6–Separador de sólidos Se ha instalado un separador de sólidos con el fin de separar el digestato en una fracción líquida y una fracción sólida. Se trata de un separador de sólidos tipo tornillo, instalado sobre plataforma de acero, con sistema de recogida impermeabilizada de la fracción sólida. Este equipo fue suministrado por la empresa Protech Continental S.L. 7–Evaporador Se está instalando un evaporador de vacío, cuya tecnología proviene de la empresa HRS, para la concentración de digestatos producidos por Kernel. Se trata de un evaporador de tubos corrugados, que tienen una alta transferencia de calor, y una buena resistencia a efectos de ensuciamiento. La tecnología de tubos corrugados se aplica para niveles de concentración moderados. El evapora-

Con la construcción de la planta, Kernel Export ha reducido su dependencia energética, mejorado la gestión de las más de 8.000 tn de subproductos agroalimentarios y generado un fertilizante rico en materia orgánica y nutrientes dor tendrá capacidad para evaporar hasta 40 toneladas diarias de agua. La tecnología desarrollada permite usar el calor residual del motor de cogeneración para evaporar agua del digestato y obtener un producto final con una elevada concentración en nutrientes. Esta tecnología ofrece una serie de ventajas interesantes para la planta de Kernel: • Obtención de un producto de valor añadido: el digestato concentrado contiene muchos nutrientes y es un buen fertilizante orgánico. • Reducción costes de transporte: el proceso de concentración de digestato puede reducir su volumen hasta un 80%. Menos volumen implica menos energética

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Cubiertas de doble membrana Membrane Systems Europa B.V Membrane Systems Europa B.V., uno de los principales proveedores de gasómetros de doble membrana, ha instalado en la planta sus cubiertas de doble membrana, que son completamente estancas gracias a un sistema de alta frecuencia con un sellado paralelo. Con la unión de alta frecuencia entre las láminas de PVC se consigue una resistencia a elevadas tensiones y temperaturas, para aguantar una presión de hasta 30 mbar. Esta disposición en paralelo nos permite reducir los costos de protección y da a la cubierta una apariencia más atractiva. El sistema de doble membrana en Murcia está diseñado a medida y con sus propios cálculos estáticos. Todos los componente de apoyo a la membrana se fabrican en acero inoxidable, capaz de resistir los entornos ácidos del biogás. La válvula de sobrepresión es uno de estos componentes. Esto asegura que la presión de aire entre las membranas permanezca en parámetros máximos controlados. Para el proyecto de Murcia se estableció una depresión de -1 mbar y una sobrepresión máxima de 5 mbar. El gasómetro también incluye un sistema de medición por ultrasonidos en la cúpula. Al producir ultrasonidos el sistema es capaz de medir la distancia entre membranas. Foto 7. Evaporador de vacío.

• •

transportes necesarios para llevar el digestato de la planta de biogás. El agua que se evapora puede ser usado para riego Uso de fuentes de calor residual.

8–Compostaje Se ha construido una planta de compostaje adyacente a la planta de biogás, con el fin de procesar la fracción sólida del digestato para producción de fertilizantes orgánicos. El sistema instalado es abierto, donde los procesos se realizan completamente al aire libre (bajo una solera de hormigón debidamente impermeabilizada, y que incorpora un sistema de recogida de lixiviados). A tal efecto, se ha planificado una operación con diez pilas de compostaje de 28 m de longitud, 3 m de anchura y 2 m de altura, que se ubican sobre una era de maduración de 30 m de longitud y 30 m de anchura. Las obras civiles fueron realizadas por la empresa Hoya Gonzalo S.L. 9–Conexionado hidráulico Se dispone de tuberías de aspiración e impulsión del sustrato de los digestores que conectan con el sistema de bombeo. Estas tuberías son de PEHD DN 150 y permiten que exista un flujo interno de los sustratos entre ambos digestores. El sistema de bombeo está compuesto por una doble bomba excéntrica Wangen Bomba KL50S 114.0. Su caudal de impulsión es de 22 m³/h siendo la presión máxienergética

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ma de 8 bares. Todo el sistema de bombeo se encuentra en el interior de un contenedor, de 20 pies.

Sensores de medición de nivel y presión Vega Instrumentos Todos los equipos suministrdos a la planta son sensores de medición de nivel o presión y en todos los casos la señal de 4...20mA se ha llevado a un PLC central de control, donde un software Scada monitoriza el funcionamiento de la planta. Estos son los sensores suministrados: • Vegason 61: sensor de ultrasonido para la medición de nivel en las balsas de recepción de material prima. • Vegawell 52: sensor de medición de presión hidrostática sumergido para la medición de nivel en los digestores. • Vegabar 17: transmisor de presión relativa para le medida de presión en tubería. • Vegadif + Tubo Pitot: transmisor de presión diferencial junto con un tubo pitot para la medición de caudal del biogás. La medida de la diferencia de presión entre las dos tomas del tubo normalizado pitot es medida por el transmisor de presión diferencial y éste realiza el cálculo del caudal instantáneo que circula por la tubería.

La bomba ha sido suministrada por la empresa Protech Continental S.L., y el montaje de las instalaciones hidráulicas así como el contenedor fue realizado por las empresas Inderen y Energy Container Solutions S.L. 10–Armario de control y mando para planta de biogás La planta de biogás dispone de un controlador lógico programable (PLC) con entrada para conexión para PC. Los siguientes equipos incorporados en la planta de biogás son controlados mediante el PLC e incorporan un sistema para llamadas al exterior de alarma/aviso: • Bomba de agua del pozo de condensados • Mando automático de la bomba de sustratos y de las válvulas neumáticas • Protección de sobrecorriente y control de temperatura y presión de los digestores y de los circuitos de calefacción • Sensores de almacenamiento de llenado de gas • Sensor del nivel del sustrato continuo • Sensor de derrame de los digestores • Analizador de gases que realiza una medición de los principales gases CH4,H2S,O2 que constituyen el biogás Mediante un monitor es posible visualizar todos los puntos de funcionamiento de la planta de biogás. El sistema de SCADA y los armarios de control fueron instalados por la empresa Tessai S.L

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