Cogeneración CFE-PEMEX COGENERACIÓN PARA SUMINISTRO DE VAPOR POR CFE A LA REFINERÍA DE PEMEX EN SALAMANCA

Transcripción

1 COGENERACIÓN PARA SUMINISTRO DE VAPOR POR CFE A LA REFINERÍA DE PEMEX EN SALAMANCA

2 INTRODUCCIÓN La CFE y PEMEX, tienen la oportunidad de obtener ahorros substanciales a través de proyectos conjuntos de cogeneración, en instalaciones de esta última. CFE puede obtener electricidad de menor costo que en el mejor de sus ciclos combinados con gas, mientras que PEMEX puede obtener ahorros importantes en el costo de producción de su vapor de proceso. En esta oferta, CFE invita a PEMEX al desarrollo conjunto de un proyecto a través del cual se plantea suministrar vapor de proceso para su refinería de Salamanca, con un costo menor que el obtenido en sus instalaciones existentes. CFE puede a su vez, obtener generación eléctrica a un costo menor que en la mejor de sus plantas de ciclo combinado. Ambas empresas públicas ganan. Este proyecto se podrá repetir en el futuro, ya que la demanda de vapor que hace conveniente instalar turbinas de gas clase F o G, empieza aproximadamente en 100 toneladas por hora, t/h; este nivel de demanda solamente existe en unas pocas industrias de propiedad privada en México, menos de diez. También existe en doce plantas de PEMEX; de estas, seis refinerías y dos petroquímicas tienen demandas de más de 1,000 t/h.

3 Ubicación de instalaciones de PEMEX, respecto a CFE Las instalaciones de PEMEX se encuentran localizadas en puntos estratégicos, con excelentes vías de comunicación, sistemas de transporte de combustible y redes de transmisión. Termoeléctrica De ellas, hay dos que a CFE le interesan mayormente, estas son las refinerías Salamanca y Tula, dado que ambas se encuentran en zonas de alta demanda eléctrica, que a su vez son deficitarias de generación y soporte de tensión. En Salamanca además, PEMEX y CFE comparten la problemática de las altas emisiones de productos de la combustión de sus instalaciones existentes, por lo que se impone una solución conjunta. Como aportación a esta solución bipartita, CFE ofrece construir una planta de cogeneración en Salamanca, para alimentar de vapor confiable y de costo atractivo a la refinería de PEMEX. CFE, por su parte, puede obtener electricidad de bajo costo para uno de los nodos eléctricos más importantes del país, vital para la zona central del país y muy importante para el resto del sistema nacional.

4 El Steam Host Entendemos que la Refinería Salamanca tiene una demanda de vapor de 683 t/h (m) en Presión Alta y de 840m en Presión Media. Todo el vapor de PA y 289m de PM, se produce en calderas, que se alimentan con 65% de combustóleo y 35% de gas. 10 t/h Si se descuenta 93m demanda de los turbogeneradores eléctricos, solo se necesitan 89m, en PA (incl 29m de fuerza) y 747m en PM. El retorno de condensado es de 55%, a 75 C. La generación eléctrica local es de 65.7 MW. 65 t/h 75 t/h TG-2S a TG-5S TG-6N y TG-7N Calderas AP Norte 683 t/h 356 t/h 173 t/h 253 t/h 45.7 MW TG-2N 8.4 MW Cond = 103 t/h 173 t/h 93 t/h 95 t/h 44 t/h 44 t/h 11.6 MW Cond = 93 t/h 65 t/h Turbinas Proceso 30 t/h Proceso Proceso Proceso 60 t/h 29 t/h Calderas MP Sur 50 t/h 289 t/h 652 t/h 320 t/h Proceso 50 t/h Turbinas Fuerza Σ = 840 t/h AP MP 29 t/h BP Deareadores Esta planta opera continuamente, las 8,766 horas del año medio. Deareadores 134 t/h Soloaires y venteos 260 t/h

5 Modelo Thermoflex, PA La Figura muestra nuestro modelo aproximado de las calderas de PA existentes en Salamanca. La producción total de vapor es de 683m, 65 bar (p) y 482 C (t). La potencia térmica del combustible es de: 7 x MW = MW = 637,490 kj/s Sabemos que se consume un 65% de combustóleo y 35% de gas. Si los precios fuesen: Gas, 7 US$/GJ y Combustóleo, 6 US$/GJ, entonces el costo por combustible, será: (0.35 x 7) + (0.65 x 6) = 6.35 US$/GJ Así, el costo energético del vapor, será: Cev = 637,490 x 3,600 x 6.35 = 14,573 US$/h O sea: 14,573/683 = US$/t También se puede expresar el valor económico del vapor, en términos de su energía, que es: Ev = 683,000 (3, ) = 2, GJ/h, O sea: 14,573/2, = 7.2 US$/GJ

6 Modelo Thermoflex, PM La Figura muestra el modelo de las calderas de PM existentes en Salamanca. La producción total de vapor es de 289m, 22p y 288t. La potencia térmica del combustible es de: 3 x MW = MW = 235,380 kj/s Si la combinación de combustibles es la misma que en PA, entonces el costo es: (0.35 x 7) + (0.65 x 6) = 6.35 US$/GJ Así, el costo energético del vapor, será: Cev = 235,380 x 3,600 x 6.35 = 5,380.8 US$/h O sea: 5,380.8/289 = US$/t También se puede expresar el valor económico del vapor, en términos de su energía, que es: Ev = 289,000 (2, ) = GJ/h, O sea: 5,380/747.6 = 7.2 US$/GJ

7 Precio al que se ofrece el vapor Dado que el costo del vapor se puede expresar en términos de su valor energético, que como se ve en las dos láminas anteriores, es: 7.2 US$/GJ Se propone un sistema de precios que sea independiente del valor del vapor en US$/tonelada, que es diferente para cada presión. Así, se ofrece un precio de vapor, con descuento sobre su costo de producción que sea igual al del combustible de referencia, o sea: 6.35 US$/GJ De esta forma, PEMEX obtiene un ahorro de aproximadamente 13%, sobre su costo energético actual de producción de vapor.

8 2.828 p 181 T 22 p 286 T M M M T Tecnología de CFE propone a PEMEX, la construcción de una planta de ciclo combinado, CC, adaptada para cogeneración, a instalarse junto a la refinería de Salamanca. La planta entregará dos corrientes de vapor a la refinería, una de 65p, 480t, 89m y otra de 22p, 323t, 747m. La configuración mostrada, con potencia de 805 MW, es según nosotros, la óptima; tiene 5 turbinas de gas, TG, clase F, cada una con un generador de vapor de recuperación de calor, HRSG, y una turbina de vapor de extracción condensación, TV, de la que escapa un excedente de vapor de 296m, al condensador. Esta configuración puede tener variantes, entre ellas, otros modelos de TG, así como diferentes excedentes de vapor a condensación. GT PRO Salomon Villalobos 0.82 p 45 %RH 1715 m elev. 111 T 6100 M m^3/kg m^3/s 52 T M 93 T LTE 93 T M p 142 LPB M CH m LHV= kwth 176 p[bar], T[C], M[t/h], Steam Properties: Thermoflow - STQUIK X GE 7251FB m 5 X GT p 422 T kw :16:31 file=c:\documents and Settings\Jose Muñoz\Mis documentos\sdg\cogen\salamanca\salamcogen5ge7251fb.gtp 25 T p 1361 T 65 p 480 T 89 M V5 21 p 323 T 747 M V6 IPE2 LPS p T 182 T M M IPB p 220 T M HPE p 278 T M 303 IPS p 288 T M 304 HPE p 310 T M HPB p 315 T 1051 M p 645 T 6100 M 100 p 540 T 1051 M Net Power kw LHV Heat Rate 8296 kj/kwh %N %O %CO %H2O %Ar M M M HPS T 1051 M kw p 50 T M 50 T FW 643 T 6100 M 3.18 m^3/kg 5389 m^3/s CH4 0 M LHV 0 kwth

9 US$/MWh Otros arreglos en Salamanca La Figura presenta los Precios de Equilibrio de Venta de Electricidad, BEEP, de plantas CC, a condiciones de Salamanca, con un conjunto de parámetros financieros normalizados; con turbinas de gas de diversos fabricantes, que se comparan con plantas de cogeneración, con los mismos parámetros. Como se verá, el BEEP de los CC, en promedio, es de: 57 US$/MWh Por su parte, el BEEP de las cogeneraciones, es en todos los casos inferior a 50 US$/MWh, y puede ser tan bajo como 44 US$/MWh xF's 2xG's 4xF's Salamanca Criba Básica Ciclos combinados Cogeneraciones 3xG's 5xF's 3xG's 5xF's ,000 1,100 1,200 1,300 MWn 4xG's BEEP CC US$M Wh BEEP cogengs US$M Wh BEEP cogenfs US$M Wh Lineal (BEEP CC US$M Wh) Lineal (BEEP cogengs US$M Wh) Lineal (BEEP cogenfs US$M Wh) 5xG's Los 6 casos de menor BEEP, que se pueden configurar con 3 turbinas de gas clase G, o con 4 turbinas F, contienen n fuentes de vapor, o sea el número exacto para satisfacer la demanda de la refinería. Los demás casos, con 4 o 5 turbinas G, o de 5 turbinas F, contienen redundancia de n +1, o n + 2 fuentes de vapor, lo que le da confiabilidad al suministro de vapor. (Pulse flecha para ver esquema de CC óptimo)

10 Confiabilidad del Vapor a PEMEX El proyecto de cogeneración propuesto, puede hacerse cargo de la totalidad de las necesidades de vapor de la refinería, incluida la redundancia necesaria, en cuyo caso, se logra el máximo aprovechamiento de la oportunidad de cogeneración. De esta forma se maximizan los ahorros, tanto para el generador de electricidad como para la planta de proceso; de hecho consideramos que la Refinería, puede prescindir de sus activos de generación de vapor. La manera como proponemos lograr la alta confiabilidad del suministro de vapor, es con un conjunto (o dos), de TG+HRSG adicionales al número n con el que se satisfacen las necesidades de la refinería, además de quemadores de fuego suplementario en todas las calderas de recuperación. Así, cuando la planta pierda una turbina de gas, por mantenimiento o falla, se vuelve al número n de fuentes de vapor. En la configuración considerada óptima, el número de fuentes de vapor, ya incluido el efecto de los quemadores suplementarios, es equivalente a n + 3. Esta situación debe suceder el 10-12% de las horas del año, por mantenimiento programado; si en esta situación ocurre la falla de una segunda turbina de gas, la producción de vapor se mantiene constante por el encendido de los quemadores de fuego suplementario. La instalación puede estar diseñada para perder tres turbinas de gas y seguir sosteniendo la producción de vapor. (Pulse flecha para ver esquemas para confiabilidad del suministro de vapor, o avance para seguir presentación)

11 Beneficios Económicos y Ambientales PEMEX, puede obtener el ahorro resultante de adquirir vapor, al precio ofrecido por CFE de 6.35 US$/GJ, contra su costo actual de producción que, por la eficiencia de las calderas, de menos de 90%,es del orden de 7.2 US$/GJ. Esto resulta en una reducción en costo del orden de 20 MMUS$/año, solo por concepto de combustible. PEMEX también puede ahorrarse el costo de operación y mantenimiento de sus instalaciones existentes de vapor y fuerza, ya que la instalación propuesta por CFE, con n + 3 fuentes de vapor, puede asegurar la confiabilidad requerida al vapor. CFE a su vez, puede obtener generación eléctrica de menor costo que su mejor opción de ciclo combinado con gas, a las condiciones de Salamanca. Por último, hay un beneficio ambiental en el combustible que se dejará de quemar en las calderas de la refinería de PEMEX, más de 72 t/h, de combustóleo, o mezcla equivalente, unos 11,000 barriles diarios, lo que a su vez lleva a la disminución de emisiones de CO 2, por unos 2 millones de toneladas anuales, contenido en más de 10 millones de toneladas al año de gases de combustión, que la Refinería deja de emitir.

12 Siguientes Pasos 1. Ingeniería Conceptual del Proyecto* Desarrollo de la Ingeniería Conceptual, por un tercero, bajo la dirección conjunta de CFE y de PEMEX, para definir técnicamente el proyecto, a partir de la siguiente información: Detalle del sistema de suministro de vapor de la refinería futura (y/o actual) Pronóstico horario, anual (y/o historial) de demanda de vapor Distribución de equipo e instalaciones de la refinería nueva (y/o actual) Información operativa de las características físicas y químicas del vapor, del condensado y del agua de repuesto a calderas existentes en la refinería. Con esta información, se hará la descripción detallada del proyecto, en cuanto a: Capacidades básicas de producción y conducción de vapor y las consecuentes capacidades de generación eléctrica Confiabilidad, redundancia y modos de operación Diagramas de tuberías e instrumentación Cálculo de costos de producción de vapor y generación eléctrica Estimado básico de costos de construcción Estimado básico de plazos de entrega de equipo y plazos de construcción. 2. Propuesta de contrato de suministro de vapor Como resultado del trabajo de Ingeniería Conceptual, se procedería a elaborar una propuesta conjunta de Contrato de Suministro de Vapor de CFE a la Refinería de Salamanca de PEMEX, CSV. 3. Licitación Si la propuesta conjunta de CSV, resulta aceptada y firmada por las direcciones de PEMEX y CFE, esta última procederá a solicitar las autorizaciones pertinentes para lanzar un concurso de construcción de la planta de cogeneración. * 4,000 h * 80 US$/h: 320,000 US$, a ejecutarse en 6 meses.

13 Muchas gracias

14 2.828 p 181 T M M M 22 p 286 T T Diseño Básico Planta GT PRO Salomon Villalobos 0.82 p 45 %RH 1715 m elev. 1X GE 7251FB m 5 X GT p 422 T p 1361 T kw 0.85 p 645 T 6100 M Net Power kw LHV Heat Rate 8296 kj/kwh %N %O %CO %H2O %Ar 0.81 p kw 5xTG, 5xHRSG 805 MW, 52 T M 93 T CH m LHV= kwth 25 T 65 p 480 T 89 M V5 21 p 323 T 747 M V6 100 p 540 T 1051 M p 50 T M Vapor a proceso: M M M 50 T 836 t/h FW LTE LPB IPE2 LPS IPB HPE2 IPS1 HPE3 HPB1 HPS3 111 T 6100 M m^3/kg m^3/s (Pulse flecha para volver a presentación o avance para siguiente esquema) 93 T M M 176 p[bar], T[C], M[t/h], Steam Properties: Thermoflow - STQUIK p T 182 T M M :16:31 file=c:\documents and Settings\Jose Muñoz\Mis documentos\sdg\cogen\salamanca\salamcogen5ge7251fb.gtp p 220 T M p 278 T M p 288 T M p 310 T M p 315 T 1051 M T 1051 M T 6100 M 3.18 m^3/kg 5389 m^3/s CH4 0 M LHV 0 kwth

15 25.93 M 1076 M 66.9 M 66.9 M p 343 T p 577 T Planta GT MASTER Salomon Villalobos 0.82 p 45 %RH 1X GE 7251FB m 4 X GT p 422 T p 1361 T kw 0.85 p 645 T 4880 M Net Power kw LHV Heat Rate 8866 kj/kwh %N %O %CO %H2O %Ar Una TG fuera 0.81 p kw 4xTG, 4xHRSG 50 T M CH m LHV= kwth 25 T p 540 T M 643 MW, Vapor a proceso: 88 T p 481 T 89 M V5 22 p 288 T 747 M V M M M M p 42 T M 42 T 836 t/h M V8 FW LTE LPB IPE2 LPS IPB HPE2 IPS1 HPE3 HPB1 HPS3 109 T 4887 M m^3/kg m^3/s (Pulse flecha para volver a presentación o avance para siguiente esquema) 88 T M M p[bar], T[C], M[t/h], Steam Properties: Thermoflow - STQUIK :58:19 file=c:\documents and Sett...alamCogen5GE7251FB.GTM p 205 T 1076 M M p p 219 T 266 T M 966 M p p 288 T 302 T M 966 M p 311 T M p 577 T M T 4880 M m^3/kg 4309 m^3/s CH M LHV kwth

16 50.83 M M M M p 355 T 86.6 p 638 T Planta Dos TG fuera 3xTG, 3xHRSG 476 MW, Vapor a proceso: 836 t/h GT MASTER Salomon Villalobos 0.82 p 45 %RH 51 T M 83 T 0.81 p CH m LHV= kwth 25 T 1X GE 7251FB m 3 X GT p 422 T p 1361 T kw p 481 T 89 M V5 22 p 288 T 747 M V M 0.85 p 645 T 3660 M T M M M V8 Net Power kw LHV Heat Rate 9979 kj/kwh M %N %O %CO %H2O %Ar M kw p 40 T M 40 T FW LTE LPB IPE2 LPS IPB HPE2 IPS1 HPE3 HPB1 HPS3 107 T 3675 M m^3/kg m^3/s (Pulse flecha para volver a presentación o avance para siguiente esquema) 83 T M M p[bar], T[C], M[t/h], Steam Properties: Thermoflow - STQUIK :00:23 file=c:\documents and...alamcogen5ge7251fb-1tg.gtm p 191 T M M p 219 T 13.6 M p 251 T 866 M p 287 T 13.6 M p 291 T 866 M p 307 T M p 638 T M T 3660 M m^3/kg 3229 m^3/s CH M LHV kwth

17 94.93 M M 17.5 M 17.5 M p 351 T p 648 T Planta GT MASTER Salomon Villalobos 0.82 p 45 %RH 1X GE 7251FB m 2 X GT p 422 T p 1359 T kw 0.85 p 645 T M Net Power kw LHV Heat Rate kj/kwh %N %O %CO %H2O %Ar Tres TG fuera 2xTG, 2xHRSG 351 MW, 51 T M 73 T 0.81 p CH m LHV= kwth 25 T p 481 T 89 M V p 540 T M kw p 41 T M Vapor a proceso: 22 p 288 T 747 M V M M M M 41 T 836 t/h M V8 FW LTE LPB IPE2 LPS IPB HPE2 IPS1 HPE3 HPB1 HPS3 104 T M m^3/kg m^3/s (Pulse flecha para volver a presentación) 73 T M M p[bar], T[C], M[t/h], Steam Properties: Thermoflow - STQUIK :02:51 file=c:\documents and...alamcogen5ge7251fb-2tg.gtm p 166 T M 0 M p 219 T 0 M p 214 T M p 219 T 0 M p 266 T M p 311 T M p 648 T M 643 T M m^3/kg m^3/s 1100 CH M LHV kwth

18 2.828 p 181 T M M M 22 p 286 T p 540 T Mejor Planta Ciclo GT PRO Salomon Villalobos 0.82 p 45 %RH m 1715 m elev. 1X Mtsb 501 G m 3 X GT p 444 T p 1494 T kw 0.85 p 615 T 4903 M Net Power kw LHV Heat Rate 6687 kj/kwh %N %O %CO %H2O %Ar Combinado, 0.81 p m kw CFE 51 T M CH m LHV= kwth 25 T 202 T m 98 p 538 T condiciones Salamanca 93 T M0.146 M M p 50 T M 50 T M M FW LTE LPB IPE2 LPS IPB HPE2 IPS1 HPE3 HPB1 HPS3 (Pulse flecha para volver a presentación) 111 T 4903 M m^3/kg m^3/s 93 T M M 178 p[bar], T[C], M[t/h], Steam Properties: Thermoflow - STQUIK p 215 T M :26:30 file=c:\documents and Settings\Jose Muñoz\Mis documentos\sdg\cogen\salamanca\salamcc3mhig.gtp T M p p 220 T 277 T M M p 104 p 288 T 308 T M M p 314 T M p 542 T M T 4903 M m^3/kg 4191 m^3/s CH4 0 M LHV 0 kwth