La planta de biomasa cumple las metas de la UBC

Antecedentes
El campus de Vancouver de la Universidad de Columbia Británica es una ciudad en sí mismo.La comunidad incluye a más de 50,000 estudiantes, profesores y residentes que trabajan, aprenden y viven en el campus de 1,000 acres.Hasta 2012, la universidad dependía de su planta de calefacción central de gas natural para producir calor para el campus y compraba electricidad a BC Hydro para su red eléctrica.Como líder en sustentabilidad, la universidad se compromete a reducir sus emisiones de gases de efecto invernadero (GHG).En 2009, se embarcaron en el diseño y la construcción de una planta combinada de calor y electricidad (CHP) en el campus, que funciona con combustibles renovables.

Desafío
La Universidad de Columbia Británica (UBC) se enorgullece de ser líder en la reducción de emisiones de GHG.En 2007, el campus alcanzó sus objetivos de Kioto.Para establecer objetivos exigentes respecto de la reducción de las emisiones de GHG, la universidad elaboró un Plan de acción climático ese mismo año.Mediante el plan, UBC se comprometió a reducir sus emisiones actuales en un tercio entre 2007 y 2015. Para 2050, la universidad quiere que sus emisiones no tengan carbono.Sumado a estos desafíos, UBC esperaba que el tamaño del campus creciera sustancialmente debido al aumento de la inscripción y a la actividad de investigación.

Para adaptarse a este aumento, la universidad planeó agregar varios millones de pies cuadrados de edificios, todos los cuales necesitarían calor y energía.La UBC no solo quería reducir sus propias emisiones de GHG, sino que quería convertirse en un centro de tecnologías innovadoras de energía renovable que podrían adoptar las comunidades.En Columbia Británica, las instituciones públicas como la universidad han estado sujetas a un impuesto provincial sobre el carbono desde julio de 2007. “Como comunidad, queríamos ser un verdadero líder en sustentabilidad.Si no pudiéramos reducir nuestro consumo de energía y las emisiones de GHG, ¿cómo podríamos esperar que otros lo hicieran?”, dijo Brent Sauder, director de iniciativas estratégicas de la Universidad de Columbia Británica.“También queríamos aprovechar nuestros exigentes compromisos respecto de los GHG para impulsar la innovación y las nuevas tecnologías dentro de nuestra propia comunidad”.

Solución
Como primer paso para reducir las emisiones, la universidad necesitaba identificar los edificios o tecnologías que emitían GHG.La UBC realizó un estudio en el campus para evaluar todas las emisiones de GHG.El punto con mayores emisiones resultó ser la planta de calefacción central del campus, que suministraba calor a laboratorios, aulas y residencias.Los líderes universitarios decidieron que necesitaban mejorar el sistema de combustión de gas del edificio con un sistema de biomasa que utilizaba combustibles renovables de biomasa para producir calor para el campus.

La universidad comenzó a buscar un proveedor de sistemas de energía que entendiera los requisitos de energía específicos del campus, además de cómo entregar sistemas de energía renovables en un campus urbano.Nexterra Systems Corp., un desarrollador y proveedor de sistemas avanzados de gasificación con sede en Vancouver, con un historial de proyectos exitosos de gasificación de biomasa en Canadá y los Estados Unidos, respondió a la búsqueda de la universidad.Nexterra ofreció sus importantes conocimientos técnicos y también trabajó con la UBC para obtener fondos para el proyecto de agencias gubernamentales canadienses y británicas y organizaciones privadas.

Nexterra diseñó, desarrolló e implementó la instalación de CHP que opera sobre biomasa leñosa: residuos de madera limpia (por ejemplo, palets y residuos de construcción) y residuos de la fabricación de madera.

El sistema de calor y energía combinado de Nexterra se aloja en un premiado edificio de madera.El sistema de gasificación de biomasa de Nexterra convierte la biomasa en gas de síntesis.La biomasa leñosa llega a la instalación por camión dos o tres veces al día.Los materiales de gran tamaño o no leñosos se eliminan automáticamente con un sistema integrado de pantalla e imán.Un gasificador convierte la biomasa en un gas de síntesis limpio, combustible o “gas de síntesis”.

La nueva instalación de investigación y demostración de bioenergía (BRDF) de la UBC es el primer sistema de CHP en América del Norte que utiliza el sistema de gasificación patentado de Nexterra, combinado con la tecnología de limpieza de gas de síntesis exclusiva de la compañía.La BRDF produce gas de síntesis de grado de motor capaz de funcionar con un motor de combustión interna, produciendo calor y energía.

El sistema tiene dos modos de funcionamiento principales:un modo térmico comercial y un modo CHP de demostración.En modo térmico, un oxidante quema el gas de síntesis, y el gas de combustión caliente se dirige a través de la caldera para producir vapor.El vapor se utiliza para calefaccionar los edificios del campus a través del sistema de distribución existente de la universidad.

En modo de demostración, el gas de síntesis está acondicionado para eliminar las impurezas, luego se enfría y se filtra, para generar calor y electricidad.El gas de síntesis se inyecta entonces en el motor de combustión interna de alta eficiencia que acciona el generador, produciendo la electricidad que se distribuye a todo el campus de la UBC a través de la red de energía existente.

El sistema también recupera el calor y el escape del motor para generar vapor adicional para la calefacción del campus.

Controlar el proceso es tan crítico como el proceso mismo.Dos controladores de automatización programables (PAC) ControlLogix® de Allen-Bradley® gestionan el control del sistema.El operador de la instalación puede monitorear las operaciones y corregir de forma proactiva cualquier problema a nivel del sistema y de la máquina a través del software de HMI FactoryTalk® View Machine Edition (ME) y FactoryTalk View Site Edition (SE).Además, el software FactoryTalk Historian informa los datos de la instalación al servidor de Nexterra, donde la empresa puede brindar asistencia técnica a las operaciones de la instalación en tiempo real.

Con la plataforma integrada y el único entorno de programación de los controladores, el operador de la instalación en planta tiene menos piezas de repuesto que mantener.El estricto control operacional de la plataforma permite al sistema procesar la biomasa con la precisión requerida, sin dejar de cumplir los ambiciosos objetivos de reducción de emisiones de la universidad.

“La interconexión y la amplia aceptación de la tecnología de Rockwell Automation nos han permitido ser muy eficientes en la implementación de soluciones”, dijo Quamar Jutt, gerente de controles eléctricos de Nexterra.“Podemos concentrar nuestros recursos en mejorar nuestras ofertas clave, como el sistema CHP, en lugar de traducir programas de plataforma a plataforma”.

La apertura de la plataforma también ayudó a facilitar la integración con un motor GE a través de una red EtherNet/IP™.Tres centros de control de motores (MCC) CENTERLINE® 2100 de Allen-Bradley, conectados con los variadores PowerFlex® 40 y PowerFlex 700 de Allen-Bradley, proporcionan control del motores en toda la planta.

Resultados
Desde que las operaciones comenzaron en septiembre de 2012, la BRDF ha proporcionado un promedio de 12 por ciento de los requisitos anuales de vapor del campus.El sistema ha reducido con éxito las emisiones de GHG mediante el desplazamiento del combustible fósil utilizado para producir vapor.Además, las emisiones atmosféricas han estado muy por debajo y/o en niveles permitidos en forma constante.En el primer año de operación, la instalación desplazó más de 115,000 MMBtu de gas natural.Esto redujo las emisiones de GHG en 6,000 toneladas al año, el equivalente a sacar 1,250 automóviles de la carretera.A medida que los operadores se sientan más cómodos con el sistema, los números seguirán creciendo.

EtherNet/IP es una marca comercial de ODVA.Hoy, la BRDF es una parte exitosa de la iniciativa “Campus as a Living Laboratory” (El campus como laboratorio viviente) de la UBC.Dentro del laboratorio de investigación de la instalación, los estudiantes y profesores completan sus propios proyectos de fuentes de energía alternativa.La planta atrae excursiones a una velocidad casi sin parar: más de 1,000 personas la visitaron en los primeros dos años para aprender sobre nuevas formas de generación de energía limpia y sustentable.

La universidad y Nexterra continuarán explorando el avance de la tecnología de la instalación aún más.Las posibles áreas incluyen la conversión del gas de síntesis limpio en biocombustibles avanzados, hidrógeno renovable y otros productos.

Los resultados que se mencionaron anteriormente son específicos del uso de la Universidad de Columbia Británica de los productos y servicios de Rockwell Automation junto con otros productos.Los resultados específicos pueden variar para otros clientes.