Sistemas de Micro-cogeneración y Trigeneración. Santiago Quinchiguango

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1 Sistemas de Micro-cogeneración y Trigeneración Santiago Quinchiguango 11/2014

2 1. Micro-Cogeneración 1.1 Cogeneración Cogeneración es la producción combinada de electricidad y energía térmica útil (calentamiento o enfriamiento) a partir de la combustión de una fuente primaria, con una alta eficiencia y cerca del punto de uso. Características 1) Producción simultánea de electricidad y calor. 2) Alta eficiencia global 3) Proximidad entre el consumidor y la unidad de cogeneración

3 1. Micro-Cogeneración 1.2 Definición de Micro-Cogeneración De acuerdo a la Unión Europea, la micro-cogeneración se considera como un proceso donde la energía generada es inferior a los 50 kw; sin embargo, es más conveniente limitar a las tecnologías de micro-cogeneración a un valor de 15 kw. Las razones para esta restricción son: Los sistemas de micro-cogeneración se destinan a viviendas unifamiliares, edificios de apartamentos, etc; diferenciándose de los sistemas que proveen energía a un distrito o barrio. En comparación con sistemas destinados al calentamiento de distritos, no es necesario una nueva red de distribución. Las tecnologías con una capacidad menor a 15 kw pueden conectarse directamente a la red.

4 1. Micro-Cogeneración 1.2 Definición de Micro-Cogeneración Resulta especialmente interesante su utilización en lugares en los que se necesite una fuente térmica de manera lo más continua posible, ya que es en estos casos donde su funcionamiento resultará más eficiente (piscinas, hoteles, saunas, etc.). Ahorro de Combustible 66%

5 1. Micro-Cogeneración 1.3 Componentes Tecnológicos COMPONENTES Núcleo: Unidad de conversión de energía Acceso adecuado a la red eléctrica Dispositivos de control y medición Fuente: (Pehnt et al., 2006) Sistema de distribución de combustible

6 1. Micro-Cogeneración 1.3 Componentes Tecnológicos Innovación de la Microcogeneración Introducción de un nuevo equipo. Nuevas funcionalidades. Conexiones diferentes en relación a los sistemas convencionales de distribución de electricidad y calor.

7 1. Micro-Cogeneración 1.4 Ventajas de la Micro-Cogeneración Ventajas Disponibilidad Liberación de espacio Generación distribuida de electricidad Ahorro de la Energía Primaria

8 1. Micro-Cogeneración 1.5 Tecnologías de conversión Un sistema de conversión se utiliza para transformar la energía química almacenada dentro de un combustible en energía útil (calor y electricidad). En principio, la mayoría de sistemas de cogeneración pueden ser adaptados a la micro-cogeneración; sin embargo, algunos de ellas no son todavía implementadas exitosamente para aplicaciones de muy pequeña escala (micro turbinas de gas). Fuente: (Pehnt et al., 2006)

9 1. Micro-Cogeneración 1.6 Unidades de Micro-Cogeneración Motores Reciprocantes Los motores reciprocantes estan basados en un motor convencional de combustión interna con un pistón impulsado. En las tecnologías de microcogeneración por lo general se utilizan motores de ciclo Otto donde el combustible se mezcla con aire y es comprimido en un cilindro Eficiencia Hasta 26% Fuente: (Pehnt et al., 2006)

10 1. Micro-Cogeneración 1.6 Unidades de Micro-Cogeneración Motores Stirling Los motores Stirling generan calor externamente en una cámara de combustión separada. Debido a que la combustión se lleva a cabo en un quemador externo, los Motores Stirling ofrecen una alta flexibilidad de combustible, en particular con biocombustibles, y debido a la combustión continua, se reducen las emisiones. Eficiencia Hasta 24% Fuente: (Pehnt et al., 2006)

11 1. Micro-Cogeneración 1.6 Unidades de Micro-Cogeneración Celdas de Combustible En una celda de combustible se produce electricidad por medio de la reacción química entre un combustible y oxígeno. El "secreto" de las celdas de combustible es el electrolito, que separa los dos reactivos, H2 y O2, a fin de evitar una reacción explosiva incontrolada. Eficiencia Hasta 36% Fuente: (Pehnt et al., 2006)

12 1. Micro-Cogeneración 1.6 Unidades de Micro-Cogeneración Otras tecnologías Varias tecnologías para la micro cogeneración están actualmente en fase de desarrollo. Entre los conceptos más avanzados se están investigando máquinas basadas en el ciclo Rankine de vapor. Eficiencia Hasta 17% Fuente: (Pehnt et al., 2006)

13 2. Trigeneración 2.1 Definición CHCP La trigeneración es la producción simultánea de tres tipos de energía: eléctrica, térmica en forma de calor (agua sobrecalentada o vapor) y térmica en forma de frío, proceso que se da a partir de la energía primaria de un combustible. Fuente:

14 2. Trigeneración 2.1 Definición Debido a su alto rendimiento, las plantas de trigeneración posibilitan una gran reducción del coste energético de los procesos productivos allí donde se requieren importantes cantidades de calor en forma de vapor o agua caliente, frío industrial o energía eléctrica. Fuente:

15 2. Trigeneración 2.2 Componentes Un sistema de trigeneración se obtiene al acoplar una planta de cogeneración por motor térmico o por turbina a una máquina de absorción, destinada a refrigerar con el uso de la energía térmica contenida en el agua de enfriamiento o los gases de escape del elemento motriz del alternador eléctrico. Fuente:

16 2. Trigeneración 2.2 Componentes Plantas con motores alternativos Se trata de motores de combustión interna que generan energía mecánica a partir de la energía desprendida en la reacción de combustión de un combustible. El rango de potencias más usual de estos motores en sistemas de cogeneración en el sector industrial es de 100 kw a kw. Fuente:

17 2. Trigeneración 2.2 Componentes Plantas con turbinas de gas Su rendimiento de conversión es inferior al de los motores alternativos. Tienen la gran ventaja de una fácil recuperación del calor, que se encuentra concentrado en su práctica totalidad en los gases de escape. Al estar a una temperatura de unos 500 C estos gases son idóneos para producir vapor en un generador de recuperación. Fuente:

18 2. Trigeneración 2.2 Componentes Maquina Frigorífica de Absorción Las máquinas de absorción producen frío a partir de calor residual de algún proceso de fabricación. Los sistemas de refrigeración consiguen producir el frío gracias a la evaporación de un fluido refrigerante, el mismo que toma el calor del cuerpo que se desea enfriar. Fuente:

19 2. Trigeneración 2.3 Ventajas e Inconvenientes Ventajas Reducción de emisiones de gases de efecto invernadero Disminución de pérdidas en el sistema eléctrico e inversiones en transporte y distribución. Aumento de la competitividad industrial. Promoción de pequeñas y medianas plantas de trigeneración. Inconvenientes Inversión adicional y además, en una actividad apartada de las líneas normales de actuación de la empresa. Aumento de la contaminación local, como consecuencia del mayor consumo de combustibles en la propia instalación.

20 2. Trigeneración 2.4 Aplicaciones La Trigeneración puede ser usada en plantas con las siguientes características: Demandas de calor, frío y electricidad simultáneas y continuas. Disponibilidad de combustibles de calidad. Calendario laboral de al menos, a h anuales. Espacio suficiente y legalización adecuada para la ubicación de los nuevos equipos. Efluentes térmicos de calidad.

21 2. Trigeneración 2.5 Principales Instalaciones Instalaciones con trigeneración para producción de agua caliente y motores de combustión. La máquina de absorción puede ser alimentada con energía térmica procedente de los motores de combustión. Fuente:

22 2. Trigeneración 2.5 Principales Instalaciones Instalaciones con trigeneración para producción de vapor y calderas de postcombustión. En las calderas de postcombustión se obtiene vapor a distintas presiones que puede utilizarse para las máquinas de absorción. De esta manera se puede obtener un rendimiento del 29 % de la potencia aportada en combustión como potencia frigorífica disponible. Fuente:

23 2. Trigeneración 2.5 Principales Instalaciones Instalaciones con energía solar Los paneles solares producen agua caliente a una temperatura aproximada de 80 ºC. Mediante un intercambiador de calor, el circuito de los paneles cede su energía al agua almacenada en un tanque de acumulación.

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