INSTALACIÓN DE TRIGENERACIÓN CON SUMINISTRO DE CALEFACCIÓN, REFRIGERACIÓN Y ELECTRICIDAD PARA UN HOSPITAL. Llamazares Luque, Roberto RESUMEN PROYECTO:

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Salvador Tebar Paz
hace 7 años
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1 INSTALACIÓN DE TRIGENERACIÓN CON SUMINISTRO DE CALEFACCIÓN, REFRIGERACIÓN Y ELECTRICIDAD PARA UN HOSPITAL Autor: Llamazares Luque, Roberto Director: Gil Díez, Jesús Entidad colaboradora: ICAI Universidad Pontificia Comillas. RESUMEN PROYECTO: La energía es un bien imprescindible en la sociedad actual pero, desde hace tiempo, la humanidad ha comenzado a observar con preocupación el impacto ambiental que su generación trae consigo. La necesidad energética aumenta cada año, por lo que parece inevitable realizar un esfuerzo por encontrar caminos que hagan reducir los perjuicios que provoca la producción de energía. Para provocar esta reducción se han seguido distintos caminos. La eficiencia de las instalaciones a través de un mayor aprovechamiento energético es el elegido por el presente proyecto. La trigeneración continúa el camino comenzado por la cogeneración, sistema mediante el cual se aprovecha el calor residual generado por los elementos de generación de energía eléctrica, convirtiendo este calor en útil para el suministro de calefacción durante los meses de invierno. La trigeneración potencia la idea principal de la cogeneración, empleando el calor útil también en los meses de verano para el suministro de refrigeración. De esta manera, el aprovechamiento energético se produce durante todo el año, aumentando así la eficiencia de la instalación. Es decir, a partir de la misma energía que anteriormente sólo era utilizada para generación eléctrica, se pueden aprovechar los excedentes para la producción de energía calorífica y frigorífica, sin la necesidad de aportar más energía para estos fines. Por otro lado, el empleo de máquinas de absorción para convertir la energía calorífica en frigorífica recupera una tecnología que se encontraba en desuso por los críticos equilibrios termodinámicos que se precisaban y su bajo rendimiento. En la actualidad, su rendimiento y

2 fiabilidad han aumentado hasta poder garantizar el mismo confort que los sistemas de refrigeración que emplean compresores eléctricos, con la ventaja de que los compresores térmicos utilizados en las máquinas de absorción no utilizan refrigerantes con cloro (que contribuyen al calentamiento global), sino refrigerantes naturales. Este proyecto fin de carrera tiene la finalidad de diseñar una instalación de trigeneración para cubrir las necesidades energéticas. Para ello, se desarrolla un estudio sobre las alternativas para los elementos de generación, el ciclo de refrigeración por absorción y el sistema de recuperación de calor, además de analizar la viabilidad económica y medio ambiental del proyecto. Para ello, en primer lugar se realizó un estudio sobre cuál sería el elemento de generación a utilizar, eligiendo aquel que mejor se ajustaba a las características de la instalación. La decisión se tomó considerando fundamentalmente las turbinas de gas y los motores de combustión interna, optando finalmente por éstos últimos. Los motores de combustión interna tienen entre sus principales ventajas el poder variar la carga sin penalizar en exceso la eficiencia, su rápida puesta en marcha y su mayor fiabilidad y vida útil. El combustible para alimentar estos motores es gas natural, el combustible más limpio entre los fósiles y de fácil acceso. Analizando las demandas horarias previstas para años posteriores (demanda eléctrica de ,68 kwh/año y térmica de ,89 kwh/año), se realizó el dimensionamiento de la instalación. Ésta está formada por dos módulos de cogeneración, cada uno formado por un motor marca Deutz modelo TBG 620 V16K, con una potencia eléctrica nominal de kw y térmica de kw. Para la transformación del calor útil en frío, se eligieron dos máquinas de absorción marca Trane modelo ABSC con una potencia frigorífica nominal de kw. Elegidos estos dos elementos, se lleva a cabo el diseño de la instalación térmica y eléctrica necesarias para su correcto funcionamiento. Dadas las características de la instalación, y con un rendimiento eléctrico equivalente del 68,5%, se acoge a la misma dentro de las instalaciones de régimen especial, concretamente dentro del grupo a.1.1. Este régimen proporciona la posibilidad de ceder energía eléctrica a la red, con la consiguiente compensación económica. En el proyecto se realiza un estudio sobre la rentabilidad económica de dos opciones: ceder a la red únicamente

3 la energía eléctrica no destinada a autoconsumo, o ceder toda la energía eléctrica generada. Según dicho estudio, la opción de ceder a la red toda la energía eléctrica generada es la más rentable de las dos, ofreciendo un beneficio por venta de electricidad de 5.647,34 frente a los valores negativos obtenidos por la primera opción. El presupuesto general del proyecto asciende hasta los ,88, incluyendo el coste de todos los equipos, materiales y mano de obra requeridos. Según el análisis de viabilidad económica del proyecto, éste comienza a ser rentable después de los primeros cinco años de funcionamiento de la instalación, con un TIR del 12% (superior a la tasa de 10% impuesta), que se elevará hasta un valor del 26% en el transcurso de los diez primeros años. El periodo de retorno simple de la inversión es de 3 años y nueve meses, lo que unido a los datos anteriores y a que se estima una vida útil de los motores en torno a los 20 años respaldan la viabilidad y rentabilidad económica del proyecto.

4 TRIGENERATION INSTALLATION INCLUDING HEAT, COLD AND ELECTRIC FACILITIES IN A HOSPITAL Author: Llamazares Luque, Roberto Director: Gil Díez, Jesús 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.

5 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 ,8 MWh/year termic energy), fit the engines power. The final installation has two Deutz TBG 620 V16K cogeneration gas engine, each one with kwe electrical power and kw heat power. The cold equipment is a Trane ABSC absortion equipment, each one with 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 ,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

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

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