Listado de Contenidos
1. Potencial energético de los casos de estudio.
2. Variables analizadas para estimar el potencial energético técnico.
3. Resumen de potenciales energéticos de los casos de estudio.
4. Potencial energético técnico de Casablanca.
5. Potencial energético técnico de Parral.
6. Potencial energético técnico de Victoria.
1. Potencial energético de los casos de estudio.
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Los casos de estudio definidos corresponden a las comunas de Casablanca en la Región de Valparaíso, Parral de la Región del Maule y Victoria de la Región de La Araucanía.
En la Tabla 1 se presenta la superficie cultivada, producción de rastrojos y potencial energético teórico total (asociado al poder calorífico inferior de cada cultivo) y de la fracción que se quema de los cultivos en estudio de cada comuna seleccionada. Como se evidencia, la comuna con mayor potencial energético teórico de biomasa residual corresponde a Victoria, seguida por Parral y Casablanca. Si se analiza por cultivos, la comuna de Casablanca es la que posee mayor potencial energético asociado a rastrojos de vid. Victoria por su parte es la comuna con mayor potencial energético asociados a rastrojos de cereales, especialmente de trigo, ya que, también es la comuna con mayor cantidad de superficie cultivada de trigo del país.
| Comuna | Superficie cultivada (ha) | Producción de rastrojos (t) | Potencial energético teórico (MWh) | Potencial energético fracción quemada (MWh) | Potencial energético fracción quemada + 10% (MWh) |
| Casablanca | 10.078 | 26.714 | 105.615 | 576 | 11.090 |
| Parral | 12.029 | 80.136 | 456.378 | 8.981 | 54.765 |
| Victoria | 23.032 | 175.406 | 835.528 | 419.901 | 503.823 |
Tabla 1. Valores de superficie cultivada, producción de rastrojos y potencial energético teórico en las comunas seleccionadas. Fuente: elaboración propia
En la figura 1 se muestra los porcentajes del potencial energético de cada cultivo en estudio. En las comunas de Victoria y Parral el potencial está dado por los cereales avena, trigo y maíz. El potencial energético de la vid es marginal y menor representa menos del 0,2% del potencial estimado. En el caso de la comuna de Casablanca el 90% del potencial energético en estudio está dado por el cultivo de la vid.
Figura 1. Distribución porcentual del potencial energético de las comunas en estudio según tipo de cultivo. Fuente: elaboración propia
2.Variables analizadas para estimar el potencial energético técnico
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Para la estimación del potencial técnico, en cada una de las comunas en estudio, se analizaron las variables que se observan en la Figura 2. Se estimó la distribución espacial de la producción de rastrojos de cereales en las 3 comunas seleccionadas.
Figura 2. Variables analizadas para la estimación del potencial energético técnico de biomasa en las comunas seleccionadas
2.1 Distribución espacial de rastrojos
La distribución espacial de los cultivos fue estimada utilizando herramientas de teledetección e imágenes satelitales. Dadas las similitudes que tienen los cultivos estudiados, es que no fue posible distinguir la distribución espacial de cada cultivo por separado. Por lo tanto, se obtuvo la distribución espacial de la superficie cultivada de cereales (trigo, avena, maíz y cebada).
Con esta información se obtuvo la distribución espacial de la producción de rastrojos de cereales en cada comuna. Dadas las magnitudes de producción de rastrojos de los cultivos en estudio y su distribución intracomunal se define la utilización de rastrojos de cereales para la estimación de los potenciales energéticos en el caso de las comunas de Victoria y Parral. Para Casablanca se trabajó con los rastrojos de vid.
2.2 Eficiencia de transformación de la tecnología
Respecto a la tecnología de conversión, se analizaron los procesos de digestión anaeróbica para la generación de biogás, incineración o combustión directa y la producción de pellets. La generación de biogás a través de materiales lignocelulósicos, como la paja de cereales o biomasa forestal, no genera una alta tasa de metano, por lo que se obtienen bajos rendimientos de biogás (Demirbas et al. 2011). La incineración o combustión directa es más conveniente para los rastrojos de cereales y se obtienen mejores rendimientos. Según los cultivos en análisis, la generación de biogás podría tener un mejor rendimiento con los residuos húmedos de la vid, es decir, estimando el potencial que posee el orujo de vid para la generación de metano.
Por otra parte, los pellets producidos de paja de cereal poseen rendimientos muy inferiores a los pellets generados con biomasa forestal. Además, los pellets de paja de cereal contienen cloro y sílice en grandes cantidades, lo que dificulta su uso en muchos de los modelos de estufas y calderas disponibles en el mercado. Dado lo anterior es que se define que la mejor opción para el aprovechamiento energético de la biomasa de cereales es la incineración.
2.3 Plantas de biomasa existentes
Se identificaron las plantas de generación energética que utilizan biomasa y actualmente se encuentran en operación, en construcción o aprobadas por el Sistema de Evaluación Ambiental. Además de las plantas que fabrican pellets actualmente con biomasa forestal en el país, las cuales podrían utilizar residuos de vid. Se seleccionaron aquellas que se encuentran más cercanas a las comunas en estudio y las que utilizan biomasa agrícola.
2.4 Temporalidad
Para conocer la disponibilidad de biomasa residual de cada cultivo en estudio, es necesario conocer el periodo de cosecha y/o generación de biomasa residual y la cantidad de cosechas anuales que se pueden realizar. En el caso de los cereales y de la vid, corresponden a cultivos anuales, es decir, se cosecha la fruta o semilla 1 vez al año. La generación de orujo de vid se encuentra asociada a la temporada de vendimia y se concentra en esta época. La poda de vid se realiza en los meses invernales cuando entra en estado de dormancia (Lavín et al. 2003).
2.5 Propuesta plantas nuevas
Adicionalmente, se consideró una propuesta de instalación de nuevas plantas de generación energética en base a biomasa residual en caso de que las plantas existentes se encuentren muy alejadas a los puntos de producción de rastrojos o no utilicen residuos agrícolas de cereales o vid.
Finalmente, una vez analizadas las variables anteriormente expuestas, se estimó el potencial energético de los cereales que se producen en las comunas de Victoria y Parral utilizando las plantas de biomasa existentes en cada comuna. En el caso de la Vid, su potencial energético se estudió en Casablanca, dada su relevancia, utilizando 2 tipos de biomasa residual: restos de poda para la fabricación de pellets; y orujo para la generación de biogás (Figura 3).
Figura 3. Tecnologías y tipo de cultivos considerados para el estudio del potencial energético en los casos de estudio
3. Resumen de potenciales energéticos de los casos de estudio
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Los potenciales de generación energética resultantes por cada comuna en estudio se muestran en la Tabla 2.
| Comuna | Tecnología de transformación | Biomasa residual analizada | Potencial energético teórico (MWh) | Potencial energético técnico (MWh) | Potencia eléctrica (MW) |
| Casablanca | Pelletización | Restos de poda de vid | 95.018 | 8.879 | N/A |
| Casablanca | Generación de biogás | Orujo de uva | 96.668 | 16.323 | 2,33 |
| Parral | Incineración | Paja de cereales | 430.277 | 15.490 | 1,89 |
| Victoria | Incineración | Paja de cereales | 705.129 | 127.558 | 15,19 |
Tabla 2. Potenciales energéticos de las comunas en estudio
Figura 4. Potencial energético técnico de las comunas en estudio en proporción (%)
Se puede observar que la comuna con mayor potencial energético corresponde a Victoria, representando un 76% del potencial técnico total de las 3 comunas en estudio. Esto se atribuye a dos razones principales: Victoria posee la mayor producción de rastrojos de cereales del país y además la región tiene una alta tasa de quema de residuos (60,3%).
4. Potencial energético técnico de Casablanca
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En la comuna se decide estudiar el potencial energético técnico de los rastrojos de la vid. Se consideran 2 tipos de residuos, restos de poda, que corresponden principalmente a ramas y troncos, material con alto contenido lignocelulósico como troncos. Por otra parte, se estimó el potencial energético técnico que contiene el orujo, el cual corresponde a un subproducto de la fabricación del vino, este se produce posterior al prensado de la uva y se encuentra compuesto por piel o cáscara, pulpa residual, semillas y tallos (López et al. 2022).
4.1 Potencial energético de los restos de poda para producción de pellets
La planta de fabricación de pellets más cercana a Casablanca produce pellets en base a aserrín y viruta de lenga, ya que fabrica muebles de este árbol nativo. Esta se encuentra a una distancia de 42 kilómetros aproximados de Casablanca. Lo que es adecuado, ya que se considera que la biomasa disponible debe estar entre 30 a 60 km de la planta de biomasa de pellets para que se mantengan los márgenes de beneficios (Vázquez, 2022).
Los pellets son utilizados principalmente en estufas o calderas, a nivel residencial e industrial. Estos equipos poseen altas tasas de eficiencia de conversión, alcanzando alrededor del 89% según el tipo de tecnología.
Según la producción de rastrojos de vid, su poder calorífico inferior, el porcentaje de residuos estimados que se queman y la eficiencia energética de las calderas que utilizan pellets, se estimó el potencial energético técnico de los residuos de poda de la vid en la comuna de Casablanca (Tabla 3). Se obtuvo un potencial energético técnico de 8.879 MWh (8,98 GWh) anual en la comuna de Casablanca.
| Producción de rastrojos de poda (t) | Potencial energético teórico (MWh) | Potencial energético de residuos quemados + 10% (MWh) | Eficiencia energética de caldera a pellets (%) | Potencial energético técnico (MWh) |
| 24.433 | 95.018 | 9.977 | 89% | 8.879 |
Tabla 3. Estimación del potencial energético técnico de los residuos de poda de vid en Casablanca para fabricación de pellets
4.2 Potencial energético del orujo de uva para generación de biogás
Se conoce que, para producir una botella de vino de 750 ml, se necesita 1 kilógramo de uva, el cual a su vez contiene 250 gramos de orujo, es decir, el 25% del peso de la uva corresponde a orujo (Di Giacomo, 2015). El rendimiento de la Vitis vinífera puede variar según las características de la zona geográfica del país y del nivel de mecanización de la producción. En el caso de Valparaíso se pueden considerar rangos de producción de uva de entre las 8 y 15 toneladas por hectárea. En este caso se consideró un rendimiento promedio de 10,5 toneladas por hectárea cultivada de vid (ODEPA, 2023).
En la Tabla 4 se presentan las variables utilizadas para la estimación del potencial
| Rendimiento Vid (t/ha) | 10,5 |
| Porcentaje de orujo en uva | 25% |
| Poder calorífico inferior del orujo de uva (MWh/t) | 3,768 |
Tabla 4. Variables utilizadas para la estimación del potencial energético teórico de orujos de uva
Con estos valores, se obtuvo el siguiente potencial energético:
| Superficie cultivada vid (ha) | Producción de uva (t) | Producción de orujo (t) | Potencial energético teórico (MWh) |
| 9.773 | 102.620 | 25.655 | 96.668 |
Tabla 5. Estimación del potencial energético teórico de orujos de uva en Casablanca
Para estimar la producción de biogás a partir de orujo de uva, se utilizaron los valores de rendimiento (260 m3 de biogás por tonelada) y contenido de metano (65%) entregados por el Ministerio de Energía (2012).
Se estimó la energía disponible según la ecuación:
E anual=Q biogás*Fracción metano*0,0096 (Ecuación)
Donde,
E anual: Energía disponible anualmente
Q biogás: Cantidad de biogás producido en m3
Fracción metano: porcentaje de metano contenido en el biogás, 65%
0,0096: poder calorífico del metano en MWh/m3
Para la estimación del potencial energético técnico, se consideró la eficiencia energética de un generador eléctrico operado con biogás de orujo de uva del 37,8% (Escobar, 2015). En la Tabla 6 se presenta la energía disponible y el potencial energético técnico estimado para Casablanca.
| Producción de orujo (t) | Potencial energético teórico (MWh) | Producción de biogás (m3) | Contenido de metano en biogás (m3) | Energía disponible en metano (MWh) | Potencial energético técnico (MWh) |
| 25.655 | 96.668 | 6.670.283 | 4.335.684 | 43.183 | 16.323 |
Tabla 6. Estimación de la energía disponible en el biogás obtenido de orujo de uva y del potencial energético técnico en Casablanca
Para poder aprovechar esta biomasa residual disponible y su potencial energético, es necesaria la instalación de una planta de generación eléctrica a partir de biogás de orujo de uva. El generador eléctrico debe tener una eficiencia de alrededor de un 38%. Este tipo de plantas poseen factores de planta de un 80% (Carrasco, 2015). Se considera que la disponibilidad de residuos es permanente, pero tienen que dedicar un periodo de mantención, dado que las bacterias para la generación de biogás deben mantener una temperatura, PH y agitación, específicas.
Un factor de planta del 80% implica que la planta energética se encuentra en funcionamiento 7.008 horas al año, por lo tanto, la potencia eléctrica de la planta debe ser de 2,33 MW (Tabla 7).
| Eficiencia generador eléctrico de biogás (%) | 38% |
| Factor de planta (%) | 80% |
| Horas de funcionamiento anual (h) | 7.008 |
| Potencia eléctrica (MW) | 2,33 |
Tabla 7. Características generales de propuesta de nueva planta de generación eléctrica a partir de biogás generado de orujos de uva en Casablanca
5. Potencial energético técnico de Parral
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Para el caso de Parral se estimó el potencial de generación eléctrica a partir de la tecnología de incineración de la biomasa residual del cultivo de cereales (trigo, avena, maíz y cebada). Para esto, se consideró el análisis con la planta térmica de generación eléctrica a partir de biomasa, que actualmente se encuentra en construcción, Minicentral de biomasa La Gloria, correspondiente a un pequeño medio de generación distribuida (PMGD). Las coordenadas de localización de esta central y sus principales características se muestran en la Tabla 8.
| Nombre Proyecto | Minicentral de biomasa La Gloria |
| Potencia Neta (MW) | 3,1 |
| Combustible | Residuos agrícolas |
| Inyección a red (MW) | 2,9 |
| Latitud | -36,2237883 |
| Longitud | -71,81611811 |
| Estado | En Construcción |
| Eficiencia energética de la planta (%) | 30% |
| Factor de planta | 93,6% |
| Horas de funcionamiento anual (h) | 8.200 |
Tabla 8. Características de Minicentral de biomasa La Gloria
Rivas (2017) considera que la distancia máxima entre una planta térmica de biomasa y los puntos de oferta de biomasa es de 30 km para mantener el costo beneficio de la generación energética de la biomasa residual y su transporte. Se calculó la biomasa disponible a 30 km de distancia a la redonda desde la Central La Gloria (Figura 5).
A partir de esta restricción de rastrojos disponibles, se obtuvo que la cantidad de rastrojos a 30 km de la central La Gloria corresponden a 90.968 toneladas. Utilizando el valor promedio del poder calorífico inferior de la paja de trigo, avena, maíz y cebada, correspondiente a 4,73 MWh/t, se estimó el potencial energético teórico.
Se consideró como biomasa residual disponible, aquella fracción que se quema formalmente más un adicional del 10% (considerando la quema ilegal) para la región del Maule, por lo tanto, también se estimó el potencial energético teórico de esta biomasa residual.
Figura 5. Distribución de rastrojos de cereales disponibles a 30 km desde la Central La Gloria
En la estimación del potencial energético técnico, se tomó la eficiencia energética del generador de la Minicentral La Gloria. Además, considerando la cantidad horas anuales que esta central estará generando electricidad (factor de planta del 93,6%), se obtuvo la potencia eléctrica de los residuos disponibles de cereales en la comuna. Lo anterior se calculó según los valores de la Tabla 9.
| Superficie cultivada (ha) | Producción de rastrojos (t) | Potencial energético teórico (MWh) | Potencial energético de rastrojos quemados + 10% (MWh) | Potencial energético técnico (MWh) | Potencia eléctrica (MW) |
| 11.144 | 90.968 | 430.277 | 51.633 | 15.490 | 1,89 |
Tabla 9. Estimación del potencial energético de los residuos cereales en Parral mediante incineración
6. Potencial energético técnico de Victoria
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Al igual que en la comuna de Parral, para el caso de Victoria se estimó el potencial de generación eléctrica a partir de la tecnología de incineración de la biomasa residual del cultivo de cereales (paja de trigo, avena, maíz y cebada). Para esto, se consideró el análisis con la planta térmica de generación eléctrica a partir de biomasa, que actualmente se encuentra aprobada por el Sistema de Evaluación Ambiental, la Planta de Generación Eléctrica a partir de Biomasa de 20 MW Victoria (Central de biomasa Victoria), correspondiente a un proyecto Utility Scale. Las coordenadas de localización de esta central se muestran en la Tabla 10.
| Nombre Proyecto | Planta de Generación Eléctrica a partir de Biomasa de 20 MW Victoria |
| Potencia Neta (MW) | 20 |
| Combustible | Paja de cereal, residuos forestales no tratados |
| Inyección a red (MW) | 17 |
| Latitud | -38,22197449 |
| Longitud | -72,380295 |
| Estado | Aprobado |
| Eficiencia energética de la planta (%) | 30% |
| Factor de planta | 96% |
| Horas de funcionamiento anual (h) | 8.400 |
Tabla 10. Características de la central térmica de biomasa en Victoria. Fuente: Elaboración propia en base a Acera, 2023 y Pares y Álvarez, 2016.
Se consideró una distancia máxima de 30 km entre la planta térmica de biomasa y los puntos de oferta de biomasa para mantener el costo beneficio de la generación energética. Por lo tanto, se calculó la biomasa disponible a esta distancia a la redonda desde la Central Victoria (Figura 6). En este caso, no se alcanza a tomar en cuenta los rastrojos producidos en la zona este de la comuna.
Figura 6. Distribución de rastrojos de cereales disponibles a 30 km desde la Central Victoria
A partir de esta restricción de rastrojos disponibles, se obtuvo que la cantidad de rastrojos a 30 km de la central Victoria corresponden a 149.076 toneladas. Utilizando el valor promedio del poder calorífico inferior de la paja de trigo, avena, maíz y cebada, correspondiente a 4,73 MWh/t, se estimó el potencial energético teórico.
Tal como se realizó con la comuna de Parral, se consideró como biomasa residual disponible, aquella fracción que se quema formalmente más un adicional del 10% (considerando la quema ilegal) para la región de La Araucanía, por lo tanto, se calculó el potencial energético teórico de esta biomasa residual.
En la estimación del potencial energético técnico, se tomó la eficiencia energética de la planta generadora de la Central de Biomasa Victoria. Además, considerando la cantidad horas anuales que esta central estará generando electricidad (factor de planta del 96%), se obtuvo la potencia eléctrica de los residuos disponibles de cereales en la comuna. Lo anterior se calculó según los valores de la Tabla 11.
A continuación, se presenta el potencial energético teórico y técnico de la biomasa residual de cereales disponible en la comuna de Victoria para la Central de biomasa Victoria:
| Superficie cultivada (ha) | Producción de rastrojos (t) | Potencial energético de rastrojos (MWh) | Potencial energético de rastrojos quemados + 10% (MWh) | Potencial energético técnico (MWh) | Potencia eléctrica (MW) |
| 19.569 | 149.076 | 705.129 | 425.193 | 127.558 | 15,19 |
Tabla 111. Estimación del potencial energético de los residuos cereales en Victoria mediante incineración