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Biogás : Un Combustible SustentableEl caso del Relleno Sanitario y Central Loma Los Colorados
Sergio Durandeau StegmannGerente General
KDM Energía S.A.
¿Quiénes Somos?• KDM S.A. es una empresa privada, dedicada a la gestión y tratamiento integral de residuos.• Es propietaria y operadora del Relleno Sanitario Loma Los Colorados (RSLLC), entre otros
rellenos sanitarios.• En 1995 se adjudicó una licitación internacional por 16 años (renovables) para el tratamiento,
transporte y disposición final de los RSU de los municipios del Área Norte de Santiago, proyecto pionero en Chile.
GESTIÓN Y TRATAMIENTO
INTEGRAL DE RESIDUOS
• En 2009 se crea KDM ENERGÍA, empresa enfocada a la generación de energías renovablesno convencionales (ERNC) y a la generación de “bonos de carbono” ó reducciones deemisiones de gases de efecto invernadero (GEI).
• KDM ENERGÍA es propietaria y operadora de la Central Loma Los Colorados, proyecto degeneración eléctrica en base a biogás, pionero en Chile.
¿Quiénes Somos?
PROYECTOS DE GENERACIÓN ENERGÍA RENOVABLE NO CONVENCIONAL
OBJETIVOS DEL PROYECTO
� Generar “bonos de carbono” ó reducciones de gasesefecto invernadero (GEI), mediante la destrucción delmetano (CH4) presente en el biogás, contribuyendo a lacontención del cambio climático (Protocolo de Kyoto).
� Generar energía eléctrica en base al biogás producidopor el relleno sanitario Loma Los Colorados para suinyección a la red eléctrica.
PROYECTO DE GENERACIÓN ELÉCTRICA CON BIOGÁSEl caso del Relleno Sanitario y Central Loma Los Colorados
PROYECTO DE GENERACIÓN ELÉCTRICA CON BIOGÁSEl caso del Relleno Sanitario y Central Loma Los Colorados
inyección a la red eléctrica.
Metano (CH4) es un poderoso GEI (1 ton de CH4 equivale a 21 ton de CO2).
UBICACIÓN RELLENO SANITARIO “LOMA LOS
COLORADOS”
• El proyecto de Generación Eléctrica en base a Biogás se
LOCALIZACIÓN
PROYECTO DE GENERACIÓN ELÉCTRICA CON BIOGÁSPROYECTO DE GENERACIÓN ELÉCTRICA CON BIOGÁS
en base a Biogás se ubica dentro del relleno sanitario Loma Los Colorados, a 60 km al norte de Santiago de Chile.
• Las operaciones de KDM en la RegiónMetropolitana comprenden una Estaciónde Transferencia ubicada en la comunade Quilicura y el Relleno Sanitario LomaLos Colorados ubicado en la comuna deTil-Til.
• Recibe el 64% de los RSU generados en la Región Metropolitana.
• Contratos por más de 16 años con 24 municipios
RELLENO SANITARIOLOMA LOS COLORADOS
Batuco
Montenegro
Rungue
Tiltil
Ruta 5 Norte
Mapa de los Residuos Domiciliarios de la Región
Metropolitana
Línea Ferroviaria
Ciclo de los Residuos Sólidos Urbanos
municipios
KDM S.A.5.962 Ton/dia
63,8%
CONSORCIO SANTA MARTA S.A.1.979 Ton/día
21,2%
COINCA S.A1.410 Ton/día
15,1%
Aeropuerto ComodoroArturo Merino Benítez
San Bernardo Puente
Alto
Ex Vertedero Lepanto
ESTACION DE TRANSFERENCIA
Ruta 5 Norte
5
MaipúRelleno Sanitario Santiago Poniente
200 10km
Relleno Sanitario Santa Marta
ESTACIÓN DE TRANSFERENCIA QUILICURA (ETQ)
• La ETQ recibe más de 6.000 ton/día de RSU.• Sobre 1.000 camiones recolectores por día.• En la ETQ los RSU son transferidos a silos herméticos de
26 ton capacidad, donde son compactados.• Luego son enviados por ferrocarril al relleno sanitario
Ciclo de los Residuos Sólidos Urbanos
TRANSPORTE FERROVIARIO A RELLENO SANITARIO
• Inicialmente se transportaba en camiones, lo que implicaba más de200 viajes por día al Relleno Sanitario.
• Desde 2003 el transporte se realiza por ferrocarril, disminuyendode 200 viajes por camión a 8 trenes día.
• Al llegar al relleno sanitario, los silos son transferidos a camionesque los llevan a frente de trabajo para su disposición final.
Ciclo de los Residuos Sólidos Urbanos
que los llevan a frente de trabajo para su disposición final..
RELLENO SANITARIO LOMA LOS COLORADOS (RSLLC)
• El RS Loma Los Colorados fue construido de acuerdo a exigentes estándares ambientales:
MANEJO DE BIOGÁS
Ciclo de los Residuos Sólidos Urbanos
TRATAMIENTO DE LIXIVIADOS
IMPERMEABILIZACIÓN Y DRENAJE DE FONDO
PROYECTO APROBADO210 Ha100 Millones TonAÑO 2045
RELLENO SANITARIO LOMA LOS COLORADOS (RSLLC)
Ciclo de los Residuos Sólidos Urbanos
SITUACION 2010 SITUACION 2010 (14 AÑOS DE OPERACIÓN): (14 AÑOS DE OPERACIÓN): 70 Ha construidas70 Ha construidas22 Millones Ton 22 Millones Ton dispuestasdispuestas
¿CUÁL¿CUÁL ESES ELEL ORIGENORIGEN DELDEL BIOGÁS?BIOGÁS?
Tiene su origen en la BIOMASA ó MATERIA ORGÁNICA BIODEGRADABLE presente en losRESIDUOS SÓLIDOS URBANOS.
PROYECTO DE GENERACIÓN ELÉCTRICA CON BIOGÁSPROYECTO DE GENERACIÓN ELÉCTRICA CON BIOGÁS
BIOMASA EN RELLENO SANITARIO LOMA LOS COLORADOS= 72%
¿COMO¿COMO SESE FORMAFORMA ELEL BIOGÁS?BIOGÁS?
Se forma durante la DESCOMPOSICIÓNBIOLÓGICA de la materia orgánica obiomasa bajo condiciones ANAERÓBICAS. Biogás
HumedadComposición del BiogásRelleno Sanitario LLC:
PROYECTO DE GENERACIÓN ELÉCTRICA CON BIOGÁSPROYECTO DE GENERACIÓN ELÉCTRICA CON BIOGÁS
Relleno Sanitario
Biomasa
Ausenciade OxígenoTemperatura
Relleno Sanitario LLC:
Metano CH4 : 48,5 %
Dióxido de Carbono CO2: 40,2%
Oxígeno O2: 2,3 %
Nitrógeno N2: 9 % Lixiviados
TIPOS DE BIOTIPOS DE BIO--DIGESTORES ANAERÓBICOS PARA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS DIGESTORES ANAERÓBICOS PARA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS (RSU) : A PARTIR RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS (RSU) :
PROYECTO DE GENERACIÓN ELÉCTRICA CON BIOGÁSPROYECTO DE GENERACIÓN ELÉCTRICA CON BIOGÁS
Biodigestor Anaerobio, Barcelona, España
RSU requieren selección y tratamiento previoRelleno Sanitario, cerca de Hamburgo, Alemania
RSU no requieren selección ni tratamiento previo
Relleno Sanitario Loma Los Colorados, Santiago, Chile
RSU no requieren selección ni tratamiento previo
Biodigestor Anaerobio, Madrid, España
RSU requieren selección y tratamiento previo
PROYECTO DE GENERACIÓN ELÉCTRICA CON BIOGÁSPROYECTO DE GENERACIÓN ELÉCTRICA CON BIOGÁS
PROCESOPROCESO BIOLOGICOBIOLOGICOFases de la composición del biogás durante la descomposición de los residuos en un relleno sanitario:• Fase I: Ajuste inicial (aerobia).• Fase II: Fase de transición.• Fase III: Fase ácida.• Fase IV: Metanogénica estable
(anaerobia).
Patrón típico de generación del biogás (Farquar y Rovers, 1973)
Proporcion de CH4
0
20
40
60
80
100
28-A
go-9
915
-Mar-
0001
-Oct-
0019
-Abr-
0105
-Nov
-01
24-M
ay-0
210
-Dic-
0228
-Jun-0
314
-Ene
-04
01-A
go-0
417
-Feb
-05
(%v/
v)
Proporcion de CO2
0
20
40
60
80
100
28-A
go-9
915
-Mar-
0001
-Oct-
0019
-Abr
-01
05-N
ov-0
124
-May
-02
10-D
ic-02
28-Ju
n-03
14-E
ne-0
401
-Ago
-04
17-F
eb-0
5
Con
cent
raci
ón(%
) POZOS NUEVOS
POZOS NUEVOS
POZOS ANTIGUOS
POZOS ANTIGUOS
(anaerobia).• Fase V: Fase de maduración.
22semsem.. 22mesesmeses 22añosaños 1010añosaños
Patrón real de generación del biogás en el RSLLC
Modelo Cinético: • Qt = Tasa de producción anual (m3/año)• k = constante de degradación (depende de clima)• L0 = Potencial de generación de gas (m3/ton), (tipo RSU)• Mi = Masa dispuesta en el año i (ton)• ti = edad de la sub-masa i (años)
∑=
−
⋅⋅⋅=
n
i
kt
itieMLkQ
1
0
PROYECTO DE GENERACIÓN ELÉCTRICA CON BIOGÁSPROYECTO DE GENERACIÓN ELÉCTRICA CON BIOGÁSPRODUCCIÓNPRODUCCIÓN TEÓRICATEÓRICA DEDE BIOGASBIOGASENEN RELLENORELLENO SANITARIOSANITARIO
PROYECTO DE GENERACIÓN ELÉCTRICA CON BIOGÁSPROYECTO DE GENERACIÓN ELÉCTRICA CON BIOGÁS
6.000
7.000
8.000
9.000
10.000
Flujo Real de Biogas vs Flujo Proyectado(m3/h)
0
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
Flujo Biogas Real (m3/h) Flujo Biogas Projectado (m3/h)
POTENCIALPOTENCIAL ENERGÉTICOENERGÉTICO DELDEL BIOGÁSBIOGÁS DELDEL RSLLCRSLLC
• 1 m3 de Biogás contiene 48,5% de metano (CH4).• Valor calorífico del metano (CH4) es 10 kWh/m3.
Luego, el potencial energético de 1 m3 biogás es:
1 m3 x 48,5% x 10 kWh/m3 = 4,85 kWh.
PROYECTO DE GENERACIÓN ELÉCTRICA CON BIOGÁSPROYECTO DE GENERACIÓN ELÉCTRICA CON BIOGÁS
1 m3 x 48,5% x 10 kWh/m3 = 4,85 kWh.
Considerando una producción actual de biogás de 9000 m3 /hora,el potencial energético contenido es:
9000m3/h x 4,85 kWh/m3 = 43,7 MWh/h
Quemadores Planta Biogás KDM (Julio, 2010)
Eficiencia Eléctrica: 42%Eficiencia Térmica: 43%
APROVECHAMIENTOAPROVECHAMIENTO DEDE LALA ENERGÍAENERGÍA DELDEL BIOGÁSBIOGÁS
La tecnología disponible y más ampliamente utilizada para la conversión energéticadel biogás, son los motores de combustión interna, los cuales alcanzan eficiencias de:
Con esta tecnología, la energía contenida en 9000 m3/hora de biogás, puede ser
PROYECTO DE GENERACIÓN ELÉCTRICA CON BIOGÁSPROYECTO DE GENERACIÓN ELÉCTRICA CON BIOGÁS
Con esta tecnología, la energía contenida en 9000 m3/hora de biogás, puede serconvertida a energía eléctrica y energía térmica, obteniendo los siguientes valores:
Módulo Generador Típico Módulo Generador Típico
Energía Eléctrica = 43,7 MWh/h x 42% = 18,4 MWhelec/hEnergía Térmica = 43,7 MWh/h x 43% = 18,8 Mwhterm/h
100
120
50.000
60.000
Ca
pacida
d d
e G
ene
ració
n E
léctrica
(MW
)B
iog
as
Ge
nera
do/
Cap
tura
do
(m3
/h)
Biogas Generado (m3/h)
Biogas Capturado (m3/h)
Potencia Instalada (MW)
Potencia Instalada Futura (MW)
Año Cierre
POTENCIA INSTALADA EN FUNCIÓN DE LA GENERACIÓN DE BIOGÁS
• Tasa de producción de residuos = 2,5% anual• Eficiencia de captación = 50% de eficiencia en la captura del biogás.
Proyecto Generación Eléctrica con Biogás
0
20
40
60
80
0
10.000
20.000
30.000
40.000
1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 2055 2060 2065 2070
Ca
pacida
d d
e G
ene
ració
n E
léctrica
(MW
)B
iog
as
Ge
nera
do/
Cap
tura
do
(m3
/h)
Año
Año Cierre
Disposición de Residuos (MMton/año)
DESCRIPCIÓN CONCEPTUAL
• El sistema de Generación Eléctrica se conecta al sistema de captación y planta determogradación de biogás del Relleno Sanitario Loma Los Colorados.
Proyecto Generación Eléctrica con Biogás
Relleno SanitarioCampo de Pozos
Estación deSucción y Quema
MódulosGeneradores
Transformadores
Transmisión
CARACTERÍSTICAS DE LA RED DE CAPTACIÓN DE BIOGÁS
• Red de tuberías de HDPE extendidas sobre la superficie (70 hectáreas) del relleno sanitario.• Posee una matriz de transporte del biogás con capacidad de hasta 35.000 m3/hora.
Sistema Captación de Biogás
CARACTERÍSTICAS CAMPO DE POZOS
• Sistema de pozos verticales ubicados sobre la superficie delrelleno sanitario.
• Esquema progresivo de instalación de pozos, proporcionalal crecimiento del relleno sanitario.
• N° total de pozos verticales: 280• Distanciamiento entre pozos:40 (m) aprox.• Profundidad de pozos: 20-40 (m).
Sistema de Captación de Biogás
BiogásLixiviado
Línea de aire comprimido
• Profundidad de pozos: 20-40 (m).
Bomba Sumergible
Perforación y construcción
campo de pozos
CONSTRUCCIÓN SISTEMA DE CAPTACIÓN Y TERMODEGRADACIÓN DE BIOGÁS
Captación y Termodegradación Biogás
Construcción Red Tuberías de Captación
campo de pozos
Construcción Sala de Control
Montaje de Antorchas
Termodegradación(Antorchas)
CARACTERÍSTICAS GENERALES
•• CapacidadCapacidad dede 1010..000000 mm33/hora/hora dede biogásbiogás.. ActualmenteActualmente succionasucciona aproxaprox.. 99..000000 mm33/hora/hora..•• SeSe componecompone principalmenteprincipalmente dede unun sistemasistema dede succiónsucción yy unun sistemasistema dede quemaquema porpor mediomedio dede
antorchasantorchas dede altaalta eficienciaeficiencia ((9999,,99%%))
CARACTERÍSTICAS GENERALES
•• CapacidadCapacidad dede 1010..000000 mm33/hora/hora dede biogásbiogás.. ActualmenteActualmente succionasucciona aproxaprox.. 99..000000 mm33/hora/hora..•• SeSe componecompone principalmenteprincipalmente dede unun sistemasistema dede succiónsucción yy unun sistemasistema dede quemaquema porpor mediomedio dede
antorchasantorchas dede altaalta eficienciaeficiencia ((9999,,99%%))
Planta Succión y Termodegradación Biogás
Estación de Succión
(Blowers)
KOP Trampa de
Condensados
Matriz Red de Captación
Planta de Biogás(Antorchas)
Sala de Control
Planta de Succión de Biogás
SITUACIÓN EN 2010: PLANTA PILOTO
Etapa 1 : Central Loma Los Colorados I
Central Loma Los
Colorados I
Planta de Compresión y
Acondicionamiento del Biogás para
Generadores
Alimentador Alimentador EEMTT 23 EEMTT 23 kVkVAlimentador Alimentador EEMTT 23 EEMTT 23 kVkV
M
DIAGRAMA FÍSICO (2010)
Etapa 1 : Central Loma Los Colorados I
Línea Transmisión KDMLínea Transmisión KDM23 23 kVkV
Central LLC1Central LLC12MW2MWCentral LLC1Central LLC12MW2MW
Red de Captación de biogásRed de Captación de biogásRed de Captación de biogásRed de Captación de biogásPlanta Succión de Planta Succión de Biogás y AntorchasBiogás y AntorchasPlanta Succión de Planta Succión de Biogás y AntorchasBiogás y Antorchas
Central Loma Los Colorados I
Planta de Termodegradación
(Antorchas)
NUEVO PROYECTO PARA 2011
Perspectiva Maqueta 3D Central Loma Los Colorados II
Etapa 2 : Central Loma Los Colorados II
Área Proyecto Central Loma Los
Colorados II
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