Tecnologías de microcogeneración

Transcripción

1 Tecnologías de microcogeneración Jornada sobre microcogeneración en la edificación FENERCOM Fundación de la Energía de la Comunidad de Madrid Madrid 27 de Febrero de 2013 David Arzoz del Val Dr. Ing. Industrial

2 Presentación ALTARE representa en la península ibérica a los fabricantes alemanes de equipos de cogeneración KW Energie y Senergie Especialista en micro-cogeneración (hasta 50 kwe). Equipos para gas natural, propano y gasóleo. Líder en soluciones micro- para edificios. Especialista en mini-cogeneración ( kwe). Equipos para gas natural, propano y biogás. Líder en calidad, fiabilidad y prestaciones. Suministra y pone en servicio equipos y soluciones hasta 500 kwe. Presta asistencia técnica especializada al diseño y ejecución de los proyectos. Realiza el mantenimiento integral, incluyendo la supervisión remota de la operación desde centro de control propio.

3 Índice 1. Conceptos: cogeneración y microcogeneración 2. Características de un equipo de microcogeneración 3. Selección de un equipo de microcogeneración 4. Componentes de un equipo de microcogeneración 5. Operación y mantenimiento de equipos de microcogeneración

4 1. Conceptos: cogeneración y microcogeneración Cogeneración Producción simultánea de electricidad y calor útil a partir de la energía de un combustible 10% 55% 100% 35% Ventajas de la cogeneración: Aprovechamos el 90% de la energía del combustible, frente al 60%-70% de la mejor generación separada de electricidad y calor. Al producir la electricidad localmente evitamos pérdidas de transporte y distribución hasta los consumidores.

5 1. Conceptos: cogeneración y microcogeneración Planta de cogeneración Equipo de microcogeneración

6 2. Características de un equipo de microcogeneración Equipo de microcogeneración P comb P elec P term Planta de cogeneración de muy pequeña escala (<50 kwe), completamente integrada en un encapsulado compacto de aislamiento acústico formando un equipo listo para conectar y capaz de operar de manera automática (desatendida), que genera simultáneamente electricidad y calor útil en forma de agua caliente.

7 2. Características de un equipo de microcogeneración Integración típica de un equipo de microcogeneración Sala de calderas / sala de máquinas de un edificio

8 2. Características de un equipo de microcogeneración Componentes de un equipo de microcogeneración Sistema de regulación y control Generador Alimentación Motor o turbina Encapsulado Bastidor Salida de humos Sistema de recuperación de calor

9 3. Selección de un equipo de microcogeneración Especificaciones técnicas Dato Observaciones Ejemplo de Valor / Rango tipico Combustible Nombre, composición, PCI PCS, presión de alimentación Gas natural / mbar (tb. biogás, gasóleo, biodiesel) Potencia eléctrica [kw] eléctricos en bornes de alternador netos, condiciones entre 1 y 50 kwe (según ISO ) Potencia térmica [kw] calor útil, con sin condensación, tolerancia entre 7 y 90 kwt (tolerancia 8%) Consumo [kw] combustible (PCI) m3/h l/h, condiciones, tolerancia entre 10 y 160 kw (tolerancia 5%) Rendimiento eléctrico [%] Potencia eléctrica / Consumo 25-35% (bruto, en bornes de alternador) Rendimiento térmico [%] Potencia térmica / Consumo 50-65% Rendimiento global [%] (Potencia eléctrica + Potencia térmica) / Consumo 80-95% Emisiones Contenido de CO, NOx en los gases de escape, condiciones <TA-Lüft (<300mg/Nm3 CO, <500mg/Nm3 NOx) o <1/2 TA-Lüft Nivel sonoro Promedio espectral y espacial alrededor de equipo instalado 52-70dB(A) a 1m Motor Ciclo, construcción, cilindrada, alimentación Motor a gas de ciclo Otto 4T, cm3, 1-6 cil Generador CA/CC, polos, fases, U, f, síncrono asíncrono, refrigeración Generador asíncrono trifásico de 4 polos 400V 50Hz refr por aire Recuperación de calor motor aceite humos generador, medio, condiciones (T, P, Q) Agua caliente a 65-85ºC, 2-4 bar Regulación Controlador/es, regulación de mezcla, carga, supervisión Trabajo en paralelo con la red con regulación por demanda térmica Instalación Interior Exterior, condiciones ambiente Interior, Temperatura ambiente máx 30-35ºC, mín 5ºC Dimensiones Unidad principal accesorios distancias mínimas x x mm (La x An x Al) mm perimetro Peso kg Conexiones Aire Combustible Humos Calor Electricidad Ventilación Gas: R1/2'' - R1''; Humos: DN80-120; Agua: 3/4'' - 5/4''; Electr: 4x10-50mm2 Mantenimiento Intervención cada h; Overhaul alrededor de las h Vida útil h (mientras se siga manteniendo)

10 3. Selección de un equipo de microcogeneración A tener en cuenta en la selección Ahorro energético y de emisiones Máxima eficiencia energética global (eléctrica + térmica). Dimensionado ajustado a demanda térmica para máximo número de horas a plena carga. Mínimas emisiones contaminantes (CO y NOx). Integración Dimensiones reducidas y formato adecuado para una sala de calderas. Instalación y conexionado simplificados al máximo. Mínimo nivel sonoro y transmisión de vibraciones. Facilidad de uso y mantenimiento Control totalmente automático, seguro, sencillo, versátil y con acceso remoto. Máxima robustez y fiabilidad en componentes mecánicos. Mantenimiento sencillo a intervalos prolongados, especialmente en P<20 kwe.

11 4. Componentes Planta de potencia Motor a gas / Diesel Motor alternativo de combustión interna ciclo Otto/Diesel 4T. Entre 200 y cm3 en 1-6 cilindros, atmosféricos o turboalimentados, mezcla pobre o estequiométrica. Sofisticación y prestaciones crecientes con la potencia. Diseñados y construidos para uso industrial estacionario: alto rendimiento (26-36%) con la máxima fiabilidad y durabilidad. Amplia oferta comercial: modelos adaptados a cada necesidad. Tecnología contrastada y muy conocida: fácil mantenimiento. Microturbina de gas Turbina de gas en ciclo Brayton regenerativo (η e =26-28%). Tecnología derivada de la generación auxiliar en aviones. Alta densidad de potencia: muy compactas y ligeras. Mantenimiento reducido pero especializado. Calor residual 100% en gases de escape. Bajas emisiones de NOx. Oferta limitada (pocos fabricantes / modelos).

12 4. Componentes Generador y sistema eléctrico Generador Normalmente generador industrial de corriente alterna: Trifásico 400V - 50Hz (4 polos rpm). Asíncrono / Síncrono. Refrigerado por aire / refrigerado por agua. Alternativamente: Generador CA + rectificador-inversor (microturbinas). Generador CC (imanes permanentes) + inversor. Necesita maniobra, protecciones y regulación. Sistema eléctrico Funcionamiento en paralelo con red / isla / ambos. Funciones: Arranque. Sincronismo y acoplamiento con red/cargas. Vigilancia y protección (U, f, I, cos φ, anti-isla). Regulación del factor de potencia.

13 4. Componentes Sistema de recuperación de calor Fuentes de calor residual (T creciente): mezcla, aceite, motor (camisas/culatas), gases de escape. Recuperación con agua caliente, típicamente en uno/dos circuitos: entrada hasta 70ºC, salida 85-90ºC. Hacia la instalación se comporta como una caldera convencional. El retorno debe estar regulado a 65-70ºC. Tendencia: integrar recuperador de condensación para aprovechar PCS con retornos a baja temperatura. Turbinas: todo el calor residual en humos. Recuperador con intercambio humos/agua. T salida flexible.

14 4. Componentes Alimentación Regulación de presión (BP) Formación de la mezcla Regulación de carga Admisión Seguridad. Objetivos: máximo rendimiento y mínimas emisiones (junto con catalizador para limpieza de humos). Control: mecánico o electrónico, mezcla pobre/estequiométrica, en bucle abierto o cerrado. Sobrealimentación (opcional): turbocompresor + intercooler/s. Aumenta potencia y rendimiento. Turbina de gas: combustión externa en cámara a presión (requiere red de MP o compresor de gas). Salida de humos Colector/es Catalizador (opcional) Recuperación de calor Silenciador/es (internos/externos). Temperatura de salida: ºC sin condensación / 70-80ºC con condensación (opcional). A considerar en el diseño: pérdida de carga, estanqueidad, vibraciones, condensación, nivel sonoro. Los fabricantes de módulos suelen disponer de accesorios para facilitar la ejecución de la salida de humos. Sistema de lubricación Los módulos con motor suelen incluir un sistema de lubricación automático con capacidad extendida. Componentes: depósito auxiliar filtrado bombeo al cárter retorno. El intervalo de cambio de aceite se puede alargar hasta las h (máx. 2 veces al año).

15 4. Componentes Cabinado Envolvente de protección y aislamiento térmico y acústico que recoge todos los componentes. Armario eléctrico y de control integrado o independiente. Para instalación interior o exterior. A considerar: Dimensiones. Nivel sonoro. Requisitos de ventilación. Conexiones. Accesibilidad mecánica. Durabilidad. Accesorios.

16 4. Componentes Conexionado

17 4. Componentes Sistema de control y monitorización Funciones: Arranque/parada, gestión y supervisión del motor. Control de auxiliares. Acoplamiento con la red/cargas y vigilancia de parámetros eléctricos. Regulación de carga según programa y demanda térmica y/o eléctrica. Supervisión de parámetros de operación y protección. Interfaz con usuario y sistemas de control y supervisión externos. Armario eléctrico integrado o separado con: Lógica/s de control. Protecciones. Señales, relés y accionamientos. Comunicaciones. Lógica de control: Cableada. Controlador de motogenerador (genset). Controlador específicamente desarrollado. PLC industrial de uso general.

18 5. Operación y mantenimiento Trabajo en paralelo con la red: exportación y/o autoconsumo. Posibilidad de trabajo en isla o como generador de emergencia. Regulación por demanda térmica y/o eléctrica. Modulación de carga. Regulación por demanda térmica El equipo de microcogeneración aporta la base de la demanda térmica por ser el generador más eficiente. Se apoya en puntas de demanda mediante generadores convencionales (calderas). Se emplea inercia térmica para maximizar horas de trabajo de la micro y evitar arranques/paradas innecesarios.

19 5. Operación y mantenimiento Mantenimiento Mantenimiento preventivo programado: Rodaje y primera revisión. Mantenimiento básico: cambio de aceite (motores) y filtros. Cada h. Mantenimiento extendido: básico + sustitución de otros componentes. Cada h. Overhaul parcial: cilindros/culatas, piezas sometidas a mayor desgaste. A las h. Overhaul completo: sustitución de motor. A las h. Mantenimiento correctivo: Incidencias y paradas no programadas. Pequeñas y grandes averías. A considerar: Frecuencia y alcance de las intervenciones. Coste y disponibilidad de materiales y recambios. Tiempo y cualificación de los técnicos. Herramientas. Oferta de SAT: servicios, contratos y precios. Supervisión remota de la operación. Preventivo! Vida útil: un equipo de microcogeneración puede seguir operando mientras se realice el mantenimiento necesario.

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