Ventajas de la aplicación de

Microturbinas para la generación

eléctrica con Biogás.

Murcia, 17 de noviembre de 2011

Capstone Turbine

Manel Blasco Busquets Ingeniero Industrial

Director General.

INDICE

1. ¿Qué son las Microturbinas de gas?

2. Características principales

3. ¿Como funcionan?

4. Diferencias con los motores alternativos

5. Balance energético y económico

6. Modelos disponibles de turbinas Capstone

7. Aplicaciones en Microcogeneración

8. Conclusiones

2

1. ¿Qué son las Microturbinas de gas?

Las microturbinas de gas tienen su

origen en la aviación y se usan desde

los años 60 como equipos generadores

en todos los aviones comerciales.

Capstone Turbine Corporation es la

empresa líder mundial en la fabricación

de microturbinas de gas para el

funcionamiento estacionario.

Diseñadas para obtener la máxima

eficiencia eléctrica y térmica incluso

funcionando a cargas parciales.

Capstone dispone de más de 6.000

turbinas instaladas (10 veces más que

los competidores)

3

2. Características principales de las microturbinas Capstone

Ciclo Brayton regenerativo por lo

que tienen un rendimiento

eléctrico comparable al de

turbinas de potencia 75 veces

superior .

Una sola pieza móvil con

cojinetes de aire. Ausencia total

de vibraciones y líquidos

lubricantes.

4

2.1. Características principales de las microturbinas Capstone

Refrigeradas y lubricadas por aire.

Alternador asíncrono de alta frecuencia: 45.000 a 96.000 rpm.

Conversión AC – DC – AC. Conexión a la red mediante inversor.

Emisiones ultra-bajas: 9 ppm de NOx

Periodos de mantenimiento cada 8.000 h. 5 revisiones hasta overhaul

5

2.2. Características principales de las microturbinas Capstone

6

3. ¿Cómo funciona una microturbina CAPSTONE?

7

4. Comparación Microturbinas vs. Motores alternativos

8

Mantenimiento típico cada 1500 h Mantenimiento programado – cada 8.000 h

Cuadros de control externos sin electrónica de potencia Electronica de potencia integrada en el package

Requieren relés externos Protecciones de red y sincronismo integradas

Normalmente el doble de peso y espacio Ligeras y ocupan poco espacio

Emisiones NOx entre 250 y 500 ppm Emisiones ultra bajas en NOx – 9 ppm

Motor Alternativo Microturbinas Capstone

4.1. Prestaciones declaradas de las Microturbinas Capstone

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CAPSTONE

Modelo C30 C65 C200 C1000

Potencia Térmica (kWt) 63 120 275 1375

Potencia Eléctrica Neta (kWe) 30 65 200 1000

Consumo Gas (kW) 115 224 606 3030

RendimientoTérmico (%) 54,70% 53,57% 45,37% 45,37%

Rendimiento Eléctrico (%) 26% 29% 33% 33%

Rendimiento Global (%) 80’% 82% 78% 78%

Emisiones de CO2 (g/kWh) 283,49 283,49 283,49 283,49

Emisiones de NOx (g/kWh) 0,29 0,208 0,18 0,18

Obervaciones

Valores declarados para las microturbinas Capstone sin considerar tolerancias de consumo ni recuperación térmica. La producción eléctrica es neta a la salida del package descontando los autoconsumos internos.

4.2. Prestaciones comparables Microturbinas vs. Micromotores

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CAPSTONE

Modelo C30 C65 C200 C1000

Potencia Térmica (kWt) 66,96 129,6 297 1485

Potencia Eléctrica en Bornes Alternador (kWe) 33 70 210 1050

Potencia Eléctrica Neta (kWe) 30 65 200 1000

Consumo Gas (kW)* 109,25 212,8 575,7 2878,5

RendimientoTérmico (%) 61,29% 60,90% 51,59% 51,59%

Rendimiento Eléctrico (%)** 30,21% 32,89% 36,48% 36,48%

Rendimiento Global (%) 91,50% 93,80% 88,07% 88,07%

Emisiones de CO2 (g/kWh) 283,49 283,49 283,49 283,49

Emisiones de NOx (g/kWh) 0,29 0,208 0,18 0,18

Obervaciones

(*) Tolerancia de consumo de combustible del 5% y calor producido del 8%

(**) Considerando generación en bornes de alternador y tolerancia consumo

5. Balance Energético y Económico con gas natural

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224 kW gas natural 3,6 c€/kWgh 8,06 €/h

65 kWe

15,35 c€/kWeh

9,97 €/h

120 kWt

4,235 c€/kWth

5,08 €/h

Ejemplo: 6000 h/año

Electricidad 64.313 €

Calor 30.480 €

Combustible 48.384 €

Garantía Total 4.402 €

Resultado 40.346 €

Inversión: 90.000 €

Ingeniería: 6.000 €

Instalación: 12.000 €

TIR = 35,6 % PBT = 2,7 a.

6. Modelos disponibles

12

• Con la introducción de la C200, los modelos Capstone disponibles actualmente son:

6.1. Modelos de microturbinas disponibles: C30

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• El modelo C30 también esta disponible para gas a presión doméstica de 0,014 barg.

• Al ser un equipo compacto, ligero y silencioso se puede instalar en prácticamente cualquier lugar.

6.2. Modelos de microturbinas disponibles: C65

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• El modelo C65 tiene 65 kW eléctricos y hasta 120 kW térmicos. El rendimiento eléctrico es del 29%.

• El modelo iCHP lleva incorporado el recuperador de agua caliente en el mismo package de la turbina lo que permite operar de forma muy sencilla bajo estos criterios:

• Prioridad Eléctrica.

• Prioridad Térmica.

6.3. Modelos de microturbinas disponibles: C200 Es la turbina de mayor potencia en el mundo con una única pieza

móvil y cojinetes de aire.

Este modelo tiene excelentes prestaciones con un 33% de

rendimiento eléctrico y del 30,5% al 50% de la carga.

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6.4.Modelos de microturbinas disponibles: POWER PACKAGE

Se trata de un contenedor de 9,14 * 2,43 * 2,89 m (l*a*h) con 5

compartimentos. Segun la potencia lleva 3, 4 ó 5 ocupados.

Aunque el Package dispone de un ordenador para la operación

conjunta del pack, se mantiene la redundancia total de modo que

cada módulo puede operar o ser mantenido independientemente del

resto de módulos.

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6.4. Modelos de microturbinas disponibles: POWER PACKAGE

17

6.5. Modelos de microturbinas disponibles: POWER PACKAGE

El APS opera los 5 módulos de forma inteligente como si se tratara

de una única turbina. Con la operación optimizada se consiguen

rendimientos eléctricos a cargas parciales excelentes.

18

0

5

10

15

20

25

30

35

0 200 400 600 800 1000

Eff

icie

ncy (

%)

Power (kW)

Max Efficiency Mode

Load Share

Recip

6.6. Organic Rankine Cycle – Capstone ORC WHG 125 kW (I)

Convierte calor residual en electricidad mediante un ciclo de Rankine

que en lugar de agua usa como fluido un refrigerante con una

temperatura de evaporación y un calor latente muy bajos.

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6.6. Organic Rankine Cycle – Capstone ORC WHG 125 kW (II)

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•Evaporative

Condenser

•Receiver

•Economizer

•Evaporator

•R245fa

•Pump

•Heat Source

•375F (190C)

•3 MBTU/H

•Ambient Air

75F (24C)

•Wet Bulb

•Vapor

•85F (29C)

•26psig

(1.8bar) •Vapor

•85F

(29C)

•26psig

(1.8bar)

•Vapor

•145F

(63C)

•26psig

(1.8bar)

•Liquid

•118F

(48C)

•220psig

(15bar)

•Liquid

•85F (29C)

•230psig

(16bar)

•Liquid

•85F (29C)

•26psig

(1.8bar)

6.6. Organic Rankine Cycle – Capstone ORC WHG 125 kW (III)

El módulo ORC permite

realizar Micro-ciclos

combinados usando el calor

sobrante o no aprovechado

en proceso para producir

más electricidad y mejorar de

este modo el rendimiento

eléctrico global.

Con la combinación de

microturbinas con ORC

obtenemos rendimientos

eléctricos superiores al 40%.

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7. Aplicaciones de Microcogeneración

Las microturbinas entregan todo el calor disponible después de la

transformación del gas en electricidad en forma de gases de escape.

El disponer de todo el calor en gases a 300 ºC permite todas las

formas de aplicación del calor ya que, a diferencia de los motores

alternativos, no hay una parte del calor en forma de agua caliente a

baja temperatura.

Las turbinas de gas tienen una combustión con un alto exceso de

aire por lo que los gases de escape tienen un contenido en oxígeno

superior al 17% y por tanto pueden ser usados como comburente en

procesos con post-combustión para la generación de vapor o para

sistemas de trigeneración de alta eficiencia con máquinas de doble

efecto.

La ausencia de aceite permite usar los gases directos para secado.

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7.1. Ciclos de cogeneración para producción de agua caliente

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7.1. Ciclos de cogeneración para producción de agua caliente

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7.2. Ciclos de cogeneración para producción de vapor y agua caliente

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7.2. Ciclos de cogeneración para producción de vapor y agua caliente

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7.3. Ciclos de cogeneración con biogás (a.1.3.)

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7.3. Ciclos de cogeneración con biogás (a.1.3.)

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7.4. Ciclos de cogeneración para secado con gases directos

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7.4. Ciclos de cogeneración para secado con gases directos

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7.5. Ciclo combinado con un ORC

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7.6. Ciclos de Trigeneración con absorción de doble efecto

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Agua fria

HRM

MADE

1 x C200

Agua caliente

~305 kWf ~150 kWt

Postcombustión

~94 kWpci

7.7. Ciclos de Cogeneración con Post combustión

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7.7. Ciclos de Cogeneración con Post combustión

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Turbina Capstone C200

LPNG y Dual Mode

Refrigeración aire de entrada

por chiller de absorción.

Caldera de vapor mixta:

recuperación de gases de la

turbina y quemador.

Uso de los gases de turbina a

la salida de la caldera como

aire comburente del

quemador.

Ahorra 175.000 €/año

7.8. Otras aplicaciones: Vehículos híbridos

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Las microturbinas en

vehículos híbridos se usan

como generador para cargar

las baterías que abastecen

al motor eléctrico.

Capstone dispone de

experiencia en flotas de

autobuses de varias

ciudades en todo el mundo

así como la aplicación

también en vehículos y

barcos.

Ligeras y niveles muy bajos

de emisiones y ruidos.

8. Conclusiones

En 30 años la cogeneración ha evolucionado desde la aplicación

mayoritariamente en el sector industrial a una aplicación con su máximo

potencial en el sector terciario.

Sea cual sea la aplicación, la Cogeneración busca siempre transformar con la

máxima eficiencia una fuente de energía primaria en otras que nos son de

utilidad directa.

Explicar cogeneración en el sector terciario no es lo mismo que en el sector

industrial. Motivaciones, prioridades y capacidad de llevar a cabo los

proyectos son distintos en cada caso.

Las microturbinas de gas son la apuesta más fiable y con menos costes de

operación y mantenimiento disponibles para microcogeneración. Si cuando

volamos confiamos nuestras vidas a las turbinas de gas, confiemos también

nuestros negocios a la apuesta más segura.

Es una lástima que con el actual marco tarifario, la microcogeneración este

luchando después de 4 años de RD 661/2007, con un RD que permita

simplificar los trámites y los costes de acceso a la red eléctrica de distribución

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GRACIAS POR SU ATENCIÓN

www.micropowereurope.com

www.capstoneturbine.com

MICROPOWER – CAPSTONE