la cogeneración y su aplicación en países como república dominicana

Motores | Automatización | Energía

La Cogeneración y su aplicación en países como República Dominicana

Ing. David Bonilla Vargas26 de Agosto del 2015 República Dominicana

Soluciones para Cogeneración

Unidades de Negocios

Motores Automatización Energía Transmisión &

Distribución

Pinturas


Cuarteles Generales

868,000 m² / 9,343,074 ft²


Presencia Global

Fábricas

Sucursales Comerciales en 25 Países Distribuidores y Agentes en más de 85 países Talleres de Servicios Autorizados cubriendo los 5 continentes Ventas para más de 135 países

Brasil Argentina

Chile

Mexico EEUU

AustraliaSudáfrica Portugal AlemaniaAustria

India China


Presencia Global

Más de 30,000 empleados

en el Mundo


Presencia Global – Máquinas de gran porte

São Bernardo – SP - 24.700 m²

Jaraguá do Sul - SC - 34.850 m²

Joaçaba – SC - 9000 m²

Maquinas eléctricas de gran porte

Turbinas HidráulicasMaquinas eléctricas de gran porte

Jaraguá do Sul - SC - 20.700 m²

Hosur – India - 32.000 m²

E.M. USA - 39.500 m²


Presencia Global - Transformadores y Subestaciones

Blumenau - SC - 39.600 m² Itajaí – SC - 2.400 m²

Gravataí – RS - 19.315 m²

Hortolândia – SP - 14.000 m²

WTM – Huehuetoca - 9.500 m²México

Voltran – Tizayuca - 16.000 m²

Mexico


Presencia Global - Automatización

Controls – Jaraguá do Sul

Celdas y Tableros - Itajaí

Laboratório - Jaraguá do Sul

Capacitores – Jaraguá do Sul

Celdas y Tableros - Jaraguá do Sul

Instrutech - São Paulo, SP

Equisul - São José, SC

Drives – Jaraguá do Sul


Presencia Global - Certificaciones

Argentina

Australia

Belgica

Canada

Colombia Brasil

U.K. Francia

Alemania

China España

Italia

EEUU Sudafrica

Comunidade EuropeaBrasil Brasil Brasil

Alemania

EEUU EEUU

U.K. U.K. Francia

Alemania Canada

ArgentinaColombia

Noruega Rusia Mexico Arabia SauditaMexico Mexico

Consideraciones iniciales

COGENERACIÓN: ES LA GENERACIÓN SIMULTÁNEA DE ENERGÍA ELÉCTRICA O MECÁNICA, Y ENERGÍA TÉRMICA A PARTIR DE UNA ÚNICA FUENTE DE CALOR.

EJEMPLOS MÁS USUALES: INGENIOS AZUCAREROS O DESTILERÍAS DE ALCOHOL


Condiciones necesarias para hacer un proyecto de cogeneración:1. La empresa que va a hacer el proyecto debe tener una

necesidad de calor y o frío* en su proceso.2. Debe existir la posibilidad para que la electricidad

generada sea aprovechada en la misma planta y en caso que hayan excedentes de electricidad, éstos puedan ser vendidos.

3. Debe haber disponibilidad de combustible, ya sea que éste pueda ser comprado o que se aproveche algún desecho de la misma planta de proceso o una mezcla de ambos.

* Por medio de equipos de refrigeración por absorción se puede aprovechar una fuente de calor para producir frío.


Situación actual en la mayoría de las empresas:1. En una gran cantidad de aplicaciones industriales y

comerciales se requiere de vapor para procesos de cocinado de alimentos, secado, lavado de ropa, formulaciones químicas, fabricación de telas, etc.

2. El común denominador de esas aplicaciones es que se utiliza vapor saturado con una presión entre 75 y 150psig, por lo tanto las calderas para producir ese vapor vienen diseñadas para operar en ese rango.

3. Para éstas aplicaciones se utiliza combustibles fósiles y no se cogenera electricidad.


Posibles escenarios de cogeneración:1. Turbina de gas y caldera de intercambio


Posibles escenarios de cogeneración:2. Caldera y turbina de vapor

Energía Química(combustible)

Energía Térmica. Alta Presión

. Alta Temperatura. Alta Entalpía

. Bajo Volumen Específico

Energía eléctrica . Generadores

Accionamientos. Bombas

. Compresores. Ventiladores

. Otros

Energía Térmica. Baja Presión

. Baja Temperatura. Baja Entalpía

. Alto Volumen Específico

CALDERA

TURBINA DE VAPOR

ENERGIA TÉRMICA

ENERGIA MECÁNICA

Proceso


Razones para hacer proyectos de cogeneración con calderas y turbinas de vapor:1. Flexibilidad para el uso de combustibles en gas,

líquidos, sólidos, fósiles, biomasa, etc.2. Flexibilidad para el ajuste de la cantidad de vapor de

proceso y energía a generar.3. En caso de una falla de la turbina, se puede utilizar una

válvula reductora en la caldera para tener disponible el vapor de proceso y utilizar energía del concesionario, mientras se soluciona el problema de la turbina.

4. En caso de utilizarse biomasa, se podría combinar con otros tipos de combustibles más comerciales, como gas natural o bunker, para que no exista dependencia.


Consideraciones técnicas cuando se va a implementar un proyecto de cogeneración:1. Las calderas a utilizar deben ser para vapor de alta

presión, alta temperatura, alta entalpía y bajo volumen específico. Lo cual, en la mayoría de los casos, va a implicar un cambio en la caldera existente.

2. Cuando el vapor pase por la turbina se va a generar energía mecánica que puede aprovecharse para producir energía eléctrica o para mover una carga mecánica directamente.

3. Se puede utilizar el vapor de salida de la turbina ya sea en el escape o por medio de una extracción controlada para el proceso.


Consideraciones técnicas cuando se va a implementar un proyecto de cogeneración:4. El vapor que se va a tener en la extracción o en el

escape de la turbina va a ser sobrecalentado y la gran mayoría de procesos industriales necesitan vapor saturado, por lo tanto va a ser necesario temperar el vapor de salida de la turbina.

Presión AltaTemp. Alta

Presión BajaTemp. Baja

Energía Eléctrica

Cogenerada YCaldera Alta

PresiónTurbinaVapor

Turbogenerador

Hacia el proceso


Diagrama de Vapor (Mollier)

Saturation Line x = 1.0

[ kcal/kg ]Entalpia

780

768

675651

60 b

ar

500° C

450° C

400° C

350° C

300° C

250° C

200° C

150° C

40 b

ar

20 b

ar

15 b

ar

10 b

ar

5 bar

3 bar

2 b

ar 30

bar


Poder calorífico de combustibles- Kcal/kg

Algodón 3.300 Bagazo de caña 1.800 Bambú 3.800 Carbón mineral 7.500 Carbón vegetal 3.830 Cáscara de algodón 3.000 Cáscara de maní 3.000 Cáscara de café 3.000

Cáscara de arroz 2.900 Cáscara de cacao 3.000 Cáscara de coco 5.000 Leña húmeda 2.900 Papel 4.000 Polietileno 10.000 Bunker 9.700 Gas natural 9.400

Kcal/m3


Turbina a vapor Consumo de combustible

Consumo de combustíble CC = Flujo de vapor x ( Entalpia - 105 )

PCI x Eficiencia caldera Flujo del vapor = kg/h Entalpia del vapor = Kcal/kg, conforme diagrama PCI = Poder calorífico inferior,Kcal/kg, conforme tabla Eficiencia de la caldera = 0,85 a 0,90

Consideraciones inicialesPosibles configuraciones del proyecto, dependiendo de las necesidades del cliente:1. Con el consumo de vapor dado para el proceso, se

puede generar la cantidad exacta de energía que requiere la planta (caso ideal).

2. Con el consumo de vapor dado para el proceso, se puede generar la cantidad exacta de energía que requiere la planta y se deben vender los excedentes de energía a la empresa de distribución eléctrica.

3. Con el consumo de vapor dado para el proceso, se puede generar una cantidad de energía inferior a la que requiere la planta lo cual implica hacer un proyecto con turbina de condensación o seguir comprando una parte de la energía

CasosEjemplo práctico caso #1:Condiciones Iniciales:Consumo de vapor de proceso: 50,000.00lb/hPresión de vapor de proceso: 34psiaCombustible de la caldera: Bunker C (PCI: 41MJ/kg)Relación de consumo de bunker: 1l Bunker => 27lb VaporCosto Bunker: US$0.36 por litroConsumo eléctrico: 4.2MWCosto promedio del KWh: US$0.14Horas de operación / Días de operación al año: 24h / 340dCosto anual de combustible: US$5.44MCosto anual del energía eléctrica: US$4.80M

CasosEjemplo práctico caso #1:Condiciones Finales:Vapor producido en la caldera: 55,000.00lb/hPresión de vapor de la caldera: 1015psiaExtracción para des aireador: 194 psia / 5,000lb/hCombustible de la caldera: Biomasa (leña, bagazo, etc.)Relación de consumo leña: 1lb bagazo => 2.2lb VaporCosto Biomasa: US$40 por toneladaGeneración eléctrica bruta: 4.2MWGeneración eléctrica neta: 3.6MW => US$4.11M /añoHoras de operación / Días de operación al año: 24h / 340dCosto anual de combustible: US$3.71M

CasosEjemplo práctico caso #1:Análisis de retorno de inversión:Costo inicial de Bunker y Electricidad: US$9.55M /añoCosto final combustible: US$3.71M /añoGanancia bruta: US$5.84M /añoCosto estimado operación y mantenimiento: US$0.9M /añoValor estimado del proyecto completo: US$9MCosto préstamo 15% anual / 10 años: US$1.79M /añoValor Actual Neto: US$4.7M considerando un promedio ponderado del costo de capital (WACC) del 17%Tasa interna de Retorno: 33%Tiempo de recuperación de la inversión: 3 años

Casos

TURBINA DE VAPOR

Des aireador

Potencia Bruta: 4.2 MW

Caldera de Biomasa

Combustible: bagazo, leña, etc.

Generador

Proceso: 34 psia50,000 lb/h

~

55,000 lb/h 1015psia

5,000 lb/h 194psia

CasosEjemplo práctico caso #2:Condiciones Iniciales:Éste es un caso de cogeneración con cascarilla de arroz donde el cliente requiere calor para secado del arroz y energía eléctrica para el proceso. Para el secado del arroz se van a utilizar los gases de escape de la calderaConsumo de vapor de la caldera: 24,200.00lb/hPresión / Temperatura de vapor: 600psia / 420°CRelación consumo cascarilla: 1kg Cascaril. => 3.7kg VaporCosto Cascarilla: US$0 por toneladaGeneración eléctrica bruta: 2.2MWGeneración eléctrica neta: 1.9MWCosto promedio del KWh consumido: US$0.18

CasosEjemplo práctico caso #2:Horas de operación / Días de operación al año: 24h / 340dCosto anual de energía eléctrica: US$2.79MGanancia bruta: US$2.79MCosto estimado operación y mantenimiento: US$0.4M /añoValor estimado del proyecto completo: US$5MCosto préstamo 8% anual / 10 años: US$0.75M /añoValor Actual Neto: US$2.3M considerando un promedio ponderado del costo de capital (WACC) del 17%Tasa interna de Retorno: 31%Tiempo de recuperación de la inversión: 4 años

Casos

TURBINA DE VAPOR

Potencia Bruta: 2.2 MW

Caldera de Biomasa

Combustible: cascarilla de arroz

Generador~

24,200 lb/h 600psia

Codensador

Hablemos de ingenios azucareros

Bar/ ºC (kcal/kg) t.escape °C (MW) 100 t/hr

21/300 722 127 8,8 42/400 767 130 12,9 42/480 812 188 14,7 42/510 829 209 15,4 65/480 805 150 16,1 65/510 823 171 16,8 85/510 817 146 17,6

CUAL ES LA MEJOR PRESION Y TEMPERATURA PARA UNA NUEVA PLANTA ELECTRIA EN UN INGENIO?

Hablemos de ingenios azucareros

BagazoEnergía Química

(combustible)

CALDERA

TURBINA DE VAPOR

TURBINA DE VAPOR

11,8 MW15,7 MW16,4 MW17,6 MW

68.100 kg/h

Proceso

3.700 HP

1,4 kgf/cm²

~

Generación de Energía

54.400 kg/h16 kgf/cm²

MULTI ETAPA

42 kgf/cm² / 400°C65 kgf/cm² / 480°C65 kgf/cm² / 510°C85 kgf/cm² / 510°C 122.500 kg/h

Qué pasa cuando se utiliza una biomasa nuevaCaracterización de una biomasa como combustible:La caracterización de una biomasa para ser utilizada como combustible consiste en el análisis químico de los componentes y características de la misma que pueden influir en su uso dentro de la caldera. En ese análisis hay que obtener como mínimo:Poder Calórico Inferior (PCI)HumedadCenizasContenido de: C, H2, O2, S, N2

Contenido de: sales (potasio, sodio, calcio, silicio, etc.), cloro, metales pesados, etc.En el caso de un líquido se necesita saber el DQO y DBO.

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¡MUCHAS GRACIAS!

Ing. David Bonilla Vargaswww.weg.net

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