la cogeneración y los mci cfb

7/14/2019 La Cogeneracin y los MCI CFB

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La Cogeneracin y los MCIDiseo de plantas de cogeneracin,

Fundamentos tecnolgicos

MSc Camilo Fernndez B.


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ndice

1. El Principio de la cogeneracin.2. Elegir la tecnologa de cogeneracin adecuada.3. Turbina de gas.4. Motores de Combustin Interna5. Motor de gas.6. Motor de aceite de calefaccin.7. Motor de biogs.

8. Turbina de vapor.9. Motor Stirling.10.Celdas de Combustible11.Bibliografa y Contactos.


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1.- Principios:La cogeneracin

Qu es la cogeneracin? La cogeneracin es la produccin y utilizacin de forma

simultnea de dos fuentes de energa, elctrica (o mecnica) ytrmica, a partir de un mismo combustible o fuente primaria

Historia de la cogeneracin En 1784, un cervecero de Oxford, Sutton Thomas Wood, obtuvola primera patente conocida de cogeneracin.

La cogeneracin tambin conocida como CHP(calor y electricidad combinados), produce el 10%de toda la electricidad y aproximadamente lamisma cuota de calor en los pases de la UE 25.


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IDEA FUNDAMENTAL:

APROVECHAR AL MXIMO LA ENERGIADISPONIBLE


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El Principio de la cogeneracin:cogeneracin frente a produccin separada


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Todos los procesos de transformacin de energageneran calor... ENERGIA

Pues. A APROVECHARLA!


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El Principio de la cogeneracin


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COGENERACIN: Obtener dos o ms formas deenerga distintas a partir de una nica fuente

COGENERACINFUENTE DEENERGA

ENERGA 1

ENERGA 1

ENERGA 1

ENERGA 1


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Hay distintas calidades de

energa

Energa de alta calidad: Electricidad, luz,mecnica

Energa de baja calidad: Calor

y la que se intenta aprovechar es la energa calorfica


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MOTORES TRMICOS

TRASFORMAR CALOR EN TRABAJO MECNICO

Q W

Pero el 2Ppio impone limitaciones:

Qf> 0

Mximo rendimiento:

c

f

T

T1

Ejemplo: Tf=30C Tc=690C CARNOT=0.68


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EN UN MOTOR DE UN AUTOMOVIL: =0.3825% Trabajo til.

20% prdidas por radiacin.

20% Refrigeracin.

35% Gases de escape.

Y EN EL EFECTO TERMOELCTRICO(Seebeck): =0.18 T=300C

EJEMPLOS:


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RENDIMIENTO:

cQ

WEn motores trmicos:

En Cogeneracin:

Eficiencia elctrica:

Eficiencia trmica:

InvertidaEi

ObtenidoEo

ecombustibl

elec

Q

W

ecombustibl

util

Q

Q


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Cogeneracin y Generacin DistribuidaQue es la generacin distribuida?

Tambin energa distribuida

Generadores en sitio

Tamao menor a sistemas convencionales Tecnologas nuevas

Energas renovables

Aplicaciones de consumidores Posibilidades de conectarse a la red de distribucin

Leyes que permiten e incentivan generacinDistribuida


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Center for the Advance of

Energy Market (CAEM)

Un sistema que comprende generacin localizado

cerca del cliente, posiblemente con almacenamientode energa, administracin de energa ycogeneracin; potencialmente integrado a la redelctrica para proporcionar mltiples beneficios enambos lados del medidor


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Aplicaciones

Energa de Calidad-Premium

Standby

Peak shaving Energa de menor costo

Cogeneracin

Energa continua 99.999


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Beneficios

Mayor confiabilidad

Soluciones segn consumidor

En algunos casos, mejor calidad

Cogeneracin, eficiencia, peak shaving

Instalaciones remotas

Beneficios ambientales


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Independi

ente

Motor recip. respaldoPeak sheving

Fabricantede chips

Celda de CombustibleCalidad

Turbina deCombustin

Calor de proceso

Celdasfotovoltaicasy de

combustible

Localizacinaislada

Turbina degas

y soportede la Red

Estacin

Receptora

Estacin Central

Hospi

tal Subestacin

Residencia

PlantaQumica


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Algunas consideraciones y comparacin de TG,TV, con MCI


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Montos de inversin

Microturbina

Turbina

Motor de combustin interna.

Motor Stirling

Celdas de combustible

Celda fotovoltaica

Turbina elica

Costo de capital ($/kW)

700-1100300-1000

300-800

2,000-50,000

3,500-10,000

4,500-6,000

800-3,500


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Mantenimiento Requerido

Horas de Operacin Costo (/kWh)

Microturbina 5,000-8,000 0.5-1.6 (estimado)

Turbina 4,000-8,000 0.4-0.5Motor de combustin 750-1,000: aceite y filtro 0.7-1.5 (gas natural)interna 8,000: rec. de Cabeza 0.5-1.0 (diesel)16,000: rec. Bloque

Cel. de Combustible Chequeo anual del Sistema 0.5-1.0 (estimado)

Chequeo anual del Reformador40,000: remp. celdas

Celda fotovoltaica Mantenimiento semestral 1% de inversin anual

Turbina elica Mantenimiento semestral 1.5-2% inversin anual


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Elegir la tecnologa decogeneracin adecuada

Diferentes tecnologas disponibles para producirconjuntamente calor y electricidad.

Criterios: Los clientes deben utilizar el calor cerca de la planta de

cogeneracin para evitar prdidas de transmisin. La tecnologa de produccin combinada debe elegirse enfuncin de la demanda de calor especfica del cliente.

Las unidades de cogeneracin deben tener el tamaoadecuado para el cliente.

Disponibilidad de fuentes de energa.La tabla de la pgina siguiente incluye un resumenA continuacin, descripcin de diferentes tecnologas


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Ventajas de la cogeneracin

Reduccin de costes energticos para el usuario. Independencia de la red elctrica y seguridad en el suministro.Mayor proteccin del medio ambiente. Las plantas decogeneracin cumplen con las normas medio ambientales msestrictas.Mayor eficiencia en la generacin de energa, reduccin de costesde transporte y distribucin.Mejor adecuacin entre oferta y demanda energtica.

Suministro estratgico para servicios esenciales.


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Resumen de las tecnologas decogeneracin

"++" significa que la tecnologa es muy adecuada"+" significa menos adecuadaNinguna mencin significa que no es adecuado para producir este tipo de calor

Fuente: COGENchallenge: Pick the r ight cogeneracin technology. 2006.

Existen distintas pilas decombustible; la evaluacin

no es posible


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Mquinas trmicas utilizadas en cogeneracin:

Turbina de gas.

Turbina de vapor.

Motor de gas.Motor de Gasoil.

Motor de biogs.

Motor Stirling.

Clulas de combustible.


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Turbina de gas Tecnologa muy importante para cogeneracin a gran escala.

Amplia gama de unidades disponible: comenzando por microturbinas de ~30 kWe.

Reduccin de emisiones de azufre o nitrgeno encomparacin con el aceite.



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Turbina de gas: esquema

compressor

Ci l bi d MCI TV i


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Ciclo combinado MCI-TV y cogeneracin


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Motor de gas Los motores de combustin interna funcionan con los

mismos principios que sus homlogos de gasolina y dieselen automocin Existen unidades desde 5 kWe hasta ms de 1.000 kWe Mayor eficiencia elctrica que las turbinas, pero la energa

trmica presenta generalmente temperaturas ms bajas



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Motor de gas: esquema


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Motor de aceite de calefaccin

No debe utilizarse si no hay disponibilidad debiogs o gas natural!



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Motor de aceite de calefaccin:

Imagen: Motor de aceite de calefaccin de 5 kWe en un edificio municipal (Amel - Blgica)


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Motor de biogs

Si hay biogs disponible, resulta ecolgica yeconmicamente razonable utilizar un motor debiogs!



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Motor de biogs: imgenes

Imagen: Motor de biogs de 102kWe en una pequea localidad (LaSurize - Blgica)

Imagen: Motor de biogs de 1,25MWe en una Industria alimentaria,Lutosa (Electrabel Blgica)


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Turbina de vapor La tecnologa se ha utilizado para cogeneracin a gran escala durante

muchos aos.

Gama de unidades disponibles: desde ~200 kWe.

Eficiencia total generalmente alta, hasta un 84%.

Funciona con combustibles slidos, lquidos o gaseosos (tambinrenovables).



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Turbina de vapor: esquema


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Motor Stirling Estos motores son aparatos combustin externa diferentes a los convencionales.

Aplicaciones a pequea escala disponibles slo desde 0,2 hasta 9 kWe. Requieren escaso mantenimiento, las emisiones de contaminantes son bajas

(dependiendo de la fuente de energa, normalmente gas natural).



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Motor Stirling: esquema

Enfriador

Calefactor

Cilindro deexpansin

Pistn deexpansin

Generador

Regenerador

Agua deenfriamiento

Cilindro decompresin

Pistn de

compresin

SOLO 161


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Clula de combustible

Ejemplo FC Navantia MTU HM-300:

Potencia elctrica: 250Kw. Potencia trmica: 170Kw. Temperatura del agua: 95C.

Rendimiento elctrico antes de acondicionar: 54%. Rendimiento elctrico despus de acondicionar a400V 3F: 47%.

Rendimiento trmico: 28%. Rendimiento global: 82%.


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Trigeneracin


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REFRIGERACIN POR ABSORCIN

TRIGENERACIN:


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TRIGENERACIN:Ciclo por absorcin para refrigeracin para TV


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Ejemplo:Implantacin de un sistema detrigeneracin R.C.N.T. (Islas Canarias)

Importancia del turismo en canariasLas actividades tursticas en Canarias

representan en el ao 2005 el 30,4% del PIB

Las instalaciones cuentan con tres piscinasclimatizadas. Se realiza mediante una bomba de calor que

suministra: 1100kW.

Cuenta con dos calderas de vapor pirotubularespara la produccin de acs. Dos depsitos de 5000 lit. cada uno para su

almacenamiento.


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Implantacin de un sistema detrigeneracin R.C.N.T.

La demanda de energa elctrica se resume en: Iluminacin de zonas comunes.

Iluminacin de 3 pistas de tenis.

Iluminacin de 2 canchas de frontn.

Iluminacin de pabelln deportivo.

Maquinaria de cocina

Bombas de recirculacin de agua y de captacin de aguade mar.

Talleres y carpintera. otros


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Implantacin de un sistema detrigeneracin R.C.N.T.

Consideramos el consumo mximo como: 300kW

Horas anuales de funcionamiento:

18 h/da x 365 da/ao = 6570 h. > 4000 h.

Relacin calor/electricidad:

1100/300=3,6


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Factores a tener en cuenta

Posee demanda de energa calorfica y elctrica. Instalando refrigeracin por absorcin haramos que las

curvas de demandas se alisen y dotaramos las instalacionesde aire acondicionado.

Si tambin optaramos por la instalacin de smosis los

ahorros seran mayores. En las horas nocturnas podramos vender el excedente a lared.

El precio de la energa elctrica es mayor que para laindustria.

Podra ser un generador estratgico para la zona de santa

cruz- anaga en caso de prdida de suministro. Hay que tener en cuenta las grandes posibilidades de las

instalaciones para abastecerse de energas renovables


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Inversiones aproximadas:

Para una turbina de gas aproximadamente de 100kW sera de 80.000e


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Bibliografa y Contactos

Cogeneracin de Pequea Potencia FAEN (Fundacin Australiana deEnerga)

COGEN Europe Gulledelle 98, B-1200 Bruselas

Tel: +32 2 772 82 90 Stefan Craenen [email protected]

Graz Energy Agency Ltd. Punto de Informacin Nacional para cogeneracin

Kaiserfeldgasse 13/1, A-8010 Graz Tel: +43 316 811 848 Daniel Schinnerl, Jan W. Bleyl [email protected]

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