Capstone Turbine. Ventajas de la aplicación de Microturbinas para la generación eléctrica con Biogás. Murcia, 17 de noviembre de 2011

Transcripción

1 Capstone Turbine Ventajas de la aplicación de Microturbinas para la generación eléctrica con Biogás. Murcia, 17 de noviembre de 2011 Manel Blasco Busquets Ingeniero Industrial Director General.

2 INDICE 1. Qué son las Microturbinas de gas? 2. Características principales 3. Como funcionan? 4. Diferencias con los motores alternativos 5. Balance energético y económico 6. Modelos disponibles de turbinas Capstone 7. Aplicaciones en Microcogeneración 8. Conclusiones 2

3 1. Qué son las Microturbinas de gas? Las microturbinas de gas tienen su origen en la aviación y se usan desde los años 60 como equipos generadores en todos los aviones comerciales. Capstone Turbine Corporation es la empresa líder mundial en la fabricación de microturbinas de gas para el funcionamiento estacionario. Diseñadas para obtener la máxima eficiencia eléctrica y térmica incluso funcionando a cargas parciales. Capstone dispone de más de turbinas instaladas (10 veces más que los competidores) 3

4 2. Características principales de las microturbinas Capstone Ciclo Brayton regenerativo por lo que tienen un rendimiento eléctrico comparable al de turbinas de potencia 75 veces superior. Una sola pieza móvil con cojinetes de aire. Ausencia total de vibraciones y líquidos lubricantes. 4

5 2.1. Características principales de las microturbinas Capstone Refrigeradas y lubricadas por aire. Alternador asíncrono de alta frecuencia: a rpm. Conversión AC DC AC. Conexión a la red mediante inversor. Emisiones ultra-bajas: 9 ppm de NOx Periodos de mantenimiento cada h. 5 revisiones hasta overhaul 5

6 2.2. Características principales de las microturbinas Capstone 6

7 3. Cómo funciona una microturbina CAPSTONE? 7

8 4. Comparación Microturbinas vs. Motores alternativos Microturbinas Capstone Motor Alternativo Emisiones ultra bajas en NOx 9 ppm Mantenimiento programado cada h Electronica de potencia integrada en el package Protecciones de red y sincronismo integradas Ligeras y ocupan poco espacio Emisiones NOx entre 250 y 500 ppm Mantenimiento típico cada 1500 h Cuadros de control externos sin electrónica de potencia Requieren relés externos Normalmente el doble de peso y espacio 8

9 4.1. Prestaciones declaradas de las Microturbinas Capstone CAPSTONE Modelo C30 C65 C200 C1000 Potencia Térmica (kwt) Potencia Eléctrica Neta (kwe) Consumo Gas (kw) RendimientoTérmico (%) 54,70% 53,57% 45,37% 45,37% Rendimiento Eléctrico (%) 26% 29% 33% 33% Rendimiento Global (%) 80 % 82% 78% 78% Emisiones de CO 2 (g/kwh) 283,49 283,49 283,49 283,49 Emisiones de NOx (g/kwh) 0,29 0,208 0,18 0,18 Obervaciones Valores declarados para las microturbinas Capstone sin considerar tolerancias de consumo ni recuperación térmica. La producción eléctrica es neta a la salida del package descontando los autoconsumos internos. 9

10 4.2. Prestaciones comparables Microturbinas vs. Micromotores CAPSTONE Modelo C30 C65 C200 C1000 Potencia Térmica (kwt) 66,96 129, Potencia Eléctrica en Bornes Alternador (kwe) Potencia Eléctrica Neta (kwe) Consumo Gas (kw)* 109,25 212,8 575,7 2878,5 RendimientoTérmico (%) 61,29% 60,90% 51,59% 51,59% Rendimiento Eléctrico (%)** 30,21% 32,89% 36,48% 36,48% Rendimiento Global (%) 91,50% 93,80% 88,07% 88,07% Emisiones de CO 2 (g/kwh) 283,49 283,49 283,49 283,49 Emisiones de NOx (g/kwh) 0,29 0,208 0,18 0,18 Obervaciones (*) Tolerancia de consumo de combustible del 5% y calor producido del 8% (**) Considerando generación en bornes de alternador y tolerancia consumo 10

11 5. Balance Energético y Económico con gas natural 65 kwe 15,35 c /kweh 9,97 /h 224 kw gas natural 3,6 c /kwgh 8,06 /h 120 kwt 4,235 c /kwth 5,08 /h Ejemplo: 6000 h/año Electricidad Calor Combustible Garantía Total Resultado Inversión: Ingeniería: Instalación: TIR = 35,6 % PBT = 2,7 a. 11

12 6. Modelos disponibles Con la introducción de la C200, los modelos Capstone disponibles actualmente son: 12

13 6.1. Modelos de microturbinas disponibles: C30 El modelo C30 también esta disponible para gas a presión doméstica de 0,014 barg. Al ser un equipo compacto, ligero y silencioso se puede instalar en prácticamente cualquier lugar. 13

14 6.2. Modelos de microturbinas disponibles: C65 El modelo C65 tiene 65 kw eléctricos y hasta 120 kw térmicos. El rendimiento eléctrico es del 29%. El modelo ichp lleva incorporado el recuperador de agua caliente en el mismo package de la turbina lo que permite operar de forma muy sencilla bajo estos criterios: Prioridad Eléctrica. Prioridad Térmica. 14

15 6.3. Modelos de microturbinas disponibles: C200 Es la turbina de mayor potencia en el mundo con una única pieza móvil y cojinetes de aire. Este modelo tiene excelentes prestaciones con un 33% de rendimiento eléctrico y del 30,5% al 50% de la carga. 15

16 6.4.Modelos de microturbinas disponibles: POWER PACKAGE Se trata de un contenedor de 9,14 * 2,43 * 2,89 m (l*a*h) con 5 compartimentos. Segun la potencia lleva 3, 4 ó 5 ocupados. Aunque el Package dispone de un ordenador para la operación conjunta del pack, se mantiene la redundancia total de modo que cada módulo puede operar o ser mantenido independientemente del resto de módulos. 16

17 6.4. Modelos de microturbinas disponibles: POWER PACKAGE 17

18 Efficiency (%) 6.5. Modelos de microturbinas disponibles: POWER PACKAGE El APS opera los 5 módulos de forma inteligente como si se tratara de una única turbina. Con la operación optimizada se consiguen rendimientos eléctricos a cargas parciales excelentes Max Efficiency Mode Load Share Recip Power (kw) 18

19 6.6. Organic Rankine Cycle Capstone ORC WHG 125 kw (I) Convierte calor residual en electricidad mediante un ciclo de Rankine que en lugar de agua usa como fluido un refrigerante con una temperatura de evaporación y un calor latente muy bajos. 19

20 6.6. Organic Rankine Cycle Capstone ORC WHG 125 kw (II) R245fa Vapor 85F (29C) 26psig Vapor (1.8bar) Heat Source 375F (190C) Vapor 145F (63C) 26psig (1.8bar) 85F (29C) 26psig (1.8bar) Economizer Liquid 85F (29C) 26psig (1.8bar) Ambient Air 75F (24C) 3 MBTU/H Evaporator Liquid 118F (48C) 220psig (15bar) Liquid 85F (29C) 230psig (16bar) Wet Bulb Evaporative Condenser Receiver Pump 20

21 6.6. Organic Rankine Cycle Capstone ORC WHG 125 kw (III) El módulo ORC permite realizar Micro-ciclos combinados usando el calor sobrante o no aprovechado en proceso para producir más electricidad y mejorar de este modo el rendimiento eléctrico global. Con la combinación de microturbinas con ORC obtenemos rendimientos eléctricos superiores al 40%. 21

22 7. Aplicaciones de Microcogeneración Las microturbinas entregan todo el calor disponible después de la transformación del gas en electricidad en forma de gases de escape. El disponer de todo el calor en gases a 300 ºC permite todas las formas de aplicación del calor ya que, a diferencia de los motores alternativos, no hay una parte del calor en forma de agua caliente a baja temperatura. Las turbinas de gas tienen una combustión con un alto exceso de aire por lo que los gases de escape tienen un contenido en oxígeno superior al 17% y por tanto pueden ser usados como comburente en procesos con post-combustión para la generación de vapor o para sistemas de trigeneración de alta eficiencia con máquinas de doble efecto. La ausencia de aceite permite usar los gases directos para secado. 22

23 7.1. Ciclos de cogeneración para producción de agua caliente 23

24 7.1. Ciclos de cogeneración para producción de agua caliente 24

25 7.2. Ciclos de cogeneración para producción de vapor y agua caliente 25

26 7.2. Ciclos de cogeneración para producción de vapor y agua caliente 26

27 7.3. Ciclos de cogeneración con biogás (a.1.3.) 27

28 7.3. Ciclos de cogeneración con biogás (a.1.3.) 28

29 7.4. Ciclos de cogeneración para secado con gases directos 29

30 7.4. Ciclos de cogeneración para secado con gases directos 30

31 7.5. Ciclo combinado con un ORC 31

32 7.6. Ciclos de Trigeneración con absorción de doble efecto Agua fria Agua caliente Postcombustión ~94 kwpci ~305 kwf MADE ~150 kwt 1 x C200 HRM 32

33 7.7. Ciclos de Cogeneración con Post combustión 33

34 7.7. Ciclos de Cogeneración con Post combustión Turbina Capstone C200 LPNG y Dual Mode Refrigeración aire de entrada por chiller de absorción. Caldera de vapor mixta: recuperación de gases de la turbina y quemador. Uso de los gases de turbina a la salida de la caldera como aire comburente del quemador. Ahorra /año 34

35 7.8. Otras aplicaciones: Vehículos híbridos Las microturbinas en vehículos híbridos se usan como generador para cargar las baterías que abastecen al motor eléctrico. Capstone dispone de experiencia en flotas de autobuses de varias ciudades en todo el mundo así como la aplicación también en vehículos y barcos. Ligeras y niveles muy bajos de emisiones y ruidos. 35

36 8. Conclusiones En 30 años la cogeneración ha evolucionado desde la aplicación mayoritariamente en el sector industrial a una aplicación con su máximo potencial en el sector terciario. Sea cual sea la aplicación, la Cogeneración busca siempre transformar con la máxima eficiencia una fuente de energía primaria en otras que nos son de utilidad directa. Explicar cogeneración en el sector terciario no es lo mismo que en el sector industrial. Motivaciones, prioridades y capacidad de llevar a cabo los proyectos son distintos en cada caso. Las microturbinas de gas son la apuesta más fiable y con menos costes de operación y mantenimiento disponibles para microcogeneración. Si cuando volamos confiamos nuestras vidas a las turbinas de gas, confiemos también nuestros negocios a la apuesta más segura. Es una lástima que con el actual marco tarifario, la microcogeneración este luchando después de 4 años de RD 661/2007, con un RD que permita simplificar los trámites y los costes de acceso a la red eléctrica de distribución 36

37 MICROPOWER CAPSTONE GRACIAS POR SU ATENCIÓN