INSTALACIN DE TRIGENERACIN CON SUMINISTRO DE CALEFACCIN, REFRIGERACIN Y ELECTRICIDAD PARA UN HOSPITAL

Autor: Llamazares Luque, Roberto

Director: Gil Dez, Jess

Entidad colaboradora: ICAI Universidad Pontificia Comillas.

RESUMEN PROYECTO:

La energa es un bien imprescindible en la sociedad actual pero, desde hace tiempo, la humanidad ha comenzado a observar con preocupacin el impacto ambiental que su generacin trae consigo. La necesidad energtica aumenta cada ao, por lo que parece inevitable realizar un esfuerzo por encontrar caminos que hagan reducir los perjuicios que provoca la produccin de energa. Para provocar esta reduccin se han seguido distintos caminos. La eficiencia de las instalaciones a travs de un mayor aprovechamiento energtico es el elegido por el presente proyecto.

La trigeneracin contina el camino comenzado por la cogeneracin, sistema mediante el cual se aprovecha el calor residual generado por los elementos de generacin de energa elctrica, convirtiendo este calor en til para el suministro de calefaccin durante los meses de invierno. La trigeneracin potencia la idea principal de la cogeneracin, empleando el calor til tambin en los meses de verano para el suministro de refrigeracin. De esta manera, el aprovechamiento energtico se produce durante todo el ao, aumentando as la eficiencia de la instalacin. Es decir, a partir de la misma energa que anteriormente slo era utilizada para generacin elctrica, se pueden aprovechar los excedentes para la produccin de energa calorfica y frigorfica, sin la necesidad de aportar ms energa para estos fines.

Por otro lado, el empleo de mquinas de absorcin para convertir la energa calorfica en frigorfica recupera una tecnologa que se encontraba en desuso por los crticos equilibrios termodinmicos que se precisaban y su bajo rendimiento. En la actualidad, su rendimiento y

fiabilidad han aumentado hasta poder garantizar el mismo confort que los sistemas de refrigeracin que emplean compresores elctricos, con la ventaja de que los compresores trmicos utilizados en las mquinas de absorcin no utilizan refrigerantes con cloro (que contribuyen al calentamiento global), sino refrigerantes naturales.

Este proyecto fin de carrera tiene la finalidad de disear una instalacin de trigeneracin para cubrir las necesidades energticas. Para ello, se desarrolla un estudio sobre las alternativas para los elementos de generacin, el ciclo de refrigeracin por absorcin y el sistema de recuperacin de calor, adems de analizar la viabilidad econmica y medio ambiental del proyecto.

Para ello, en primer lugar se realiz un estudio sobre cul sera el elemento de generacin a utilizar, eligiendo aquel que mejor se ajustaba a las caractersticas de la instalacin. La decisin se tom considerando fundamentalmente las turbinas de gas y los motores de combustin interna, optando finalmente por stos ltimos. Los motores de combustin interna tienen entre sus principales ventajas el poder variar la carga sin penalizar en exceso la eficiencia, su rpida puesta en marcha y su mayor fiabilidad y vida til. El combustible para alimentar estos motores es gas natural, el combustible ms limpio entre los fsiles y de fcil acceso.

Analizando las demandas horarias previstas para aos posteriores (demanda elctrica de 15.920.195,68 kWh/ao y trmica de 12.462.804,89 kWh/ao), se realiz el dimensionamiento de la instalacin. sta est formada por dos mdulos de cogeneracin, cada uno formado por un motor marca Deutz modelo TBG 620 V16K, con una potencia elctrica nominal de 1.358 kW y trmica de 1.548 kW. Para la transformacin del calor til en fro, se eligieron dos mquinas de absorcin marca Trane modelo ABSC 112-1660 590 con una potencia frigorfica nominal de 2.075 kW. Elegidos estos dos elementos, se lleva a cabo el diseo de la instalacin trmica y elctrica necesarias para su correcto funcionamiento.

Dadas las caractersticas de la instalacin, y con un rendimiento elctrico equivalente del 68,5%, se acoge a la misma dentro de las instalaciones de rgimen especial, concretamente dentro del grupo a.1.1. Este rgimen proporciona la posibilidad de ceder energa elctrica a la red, con la consiguiente compensacin econmica. En el proyecto se realiza un estudio sobre la rentabilidad econmica de dos opciones: ceder a la red nicamente

la energa elctrica no destinada a autoconsumo, o ceder toda la energa elctrica generada. Segn dicho estudio, la opcin de ceder a la red toda la energa elctrica generada es la ms rentable de las dos, ofreciendo un beneficio por venta de electricidad de 5.647,34 frente a los valores negativos obtenidos por la primera opcin.

El presupuesto general del proyecto asciende hasta los 2.552.079,88 , incluyendo el coste de todos los equipos, materiales y mano de obra requeridos. Segn el anlisis de viabilidad econmica del proyecto, ste comienza a ser rentable despus de los primeros cinco aos de funcionamiento de la instalacin, con un TIR del 12% (superior a la tasa de 10% impuesta), que se elevar hasta un valor del 26% en el transcurso de los diez primeros aos. El periodo de retorno simple de la inversin es de 3 aos y nueve meses, lo que unido a los datos anteriores y a que se estima una vida til de los motores en torno a los 20 aos respaldan la viabilidad y rentabilidad econmica del proyecto.

TRIGENERATION INSTALLATION INCLUDING HEAT, COLD AND ELECTRIC

FACILITIES IN A HOSPITAL

Author: Llamazares Luque, Roberto

Director: Gil Dez, Jess

Collaborating organizations: ICAI Universidad Pontificia Comillas.

SUMMARY OF THE PROJECT:

The energy is an indispensable input in the current society. The humanity has begun to think the enviaronment impact that our activity has in the earth. The energy needs grow every year because new countrys development; that means the enviroment problem is growing. One of the solution is the improvement of the working process in the electrical generation facilities through the efficiency optimization, this is the target

of trigeneration installation in general, so the present project.

The trigeneration installations is the next step in the efficiency optimization

since the cogeneration, the cogeneration facilities get energy from the engines residual heat, using that energy as heat energy in the cold seasons. Trigeneration facilities can use the residual energy in the cold seasons as well as ind the hot seasons. This new chance allows this installatios to work almost all the year, that means efficiency

optimization for all the seasons.

The trigeneration installations need an absortion equipment, this kind of equipment uses the heat energy to get cold, this technology has not been using in the last few years because their balance energy. Nowadays the working of the absortion equipment has high performance and reliability working as well as the other cold systems. Besides, this equipment does not work with substance like Chlorine that does not affect to the enviroment.

This project has been focused in get the energy demand in a hospital, for that is necesary to develop a study with the options of the equipment generation, the cold process and the heat system. In this study we include the economic reliability and the project enviroment impact.

The first decision was the kind of the electric generation equipment, this equipment must fit with the installation requirement. The final decision was taken between gas engine and was turbine, the final election was the gas engine because its performance is according with the hospital requirement. The gas engine can work in several load situations according with the energy requirement and the diferent seasons, the operation is easier and his operation life and quality is higher. The fuel used in this engines is natural gas, the cleanest fosil fuel and with a importan grid distribution.

The analisys of the energy needs in the hospital in the next years (15.920,2 MWh/year electric energy, and 12.462,8 MWh/year termic energy), fit the engines power. The final installation has two Deutz TBG 620 V16K cogeneration gas engine, each one with 1.358 kWe electrical power and 1.548 kw heat power. The cold equipment is a Trane ABSC 112 1660 590 absortion equipment, each one with 2.075 kW cold power. Once the election of the main equipment has been chosen, it is necesary the design of the electric and heat instalation in order to get a properly working of the hole installation.

Once the facility features has been defined and with a 68,5% of final performance, this instalation is accepted in the Especial Generation Law, inside the a.1.1. group. This law allows this facilities to give the electrical energy to the general

grid (with a market and a premium price or a fixed price) or to the hospital installation. The reliability project analisys includes both options, the best one in this project is the first one, that means, the installation is going to give the electrical energy to the general

grid, with an estimate profit of 5.647,34 . The other option has worse results.

The final project budget is 2.552.079,88 , including every equipment, materials and personal costs. The reliability analisys showed that the project will be bigger in the last five years; the TIR ratio is 12% (bigger that the 10% required) and will grow up to 26% in the 10 years of working expected. The investment back time is 3 years and nine

months, these ratios and the expected working time of 20 yearse support the investmen in the project.