INSTALACIÓN DE TRIGENERACIÓN CON SUMINISTRO DE CALEFACCIÓN, REFRIGERACIÓN Y ELECTRICIDAD MEDIANTE MOTORES DE GAS. RESUMEN DEL PROYECTO

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Blanca Dolores Aguilar Cruz
hace 6 años
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1 INSTALACIÓN DE TRIGENERACIÓN CON SUMINISTRO DE CALEFACCIÓN, REFRIGERACIÓN Y ELECTRICIDAD MEDIANTE MOTORES DE GAS. Autor: Mariño Pais, Alejandro. Director: Gil Díez, Jesús. Entidad Colaboradora: Urbaser. RESUMEN DEL PROYECTO El objetivo del proyecto consiste en el diseño de una instalación de trigeneración para un hospital de la provincia de La Coruña. La instalación proyectada sustituirá a la que poseen actualmente, suministrando al complejo hospitalario calefacción, refrigeración, agua caliente sanitaria (ACS) y electricidad. Dada la importancia que tiene en un complejo hospitalario la continuidad de suministro, se conservará la instalación actual como equipo auxiliar. Para la generación de electricidad se utilizará un motor de gas natural. Debido a los bajos rendimientos que tienen los motores de combustión interna en la producción de electricidad (independientemente de la fuente de energía primaria utilizada), se produce una cantidad considerable de calor que, en las instalaciones convencionales, se disipa en el ambiente. De este modo, con el objetivo de lograr aumentar la eficiencia de la instalación diseñada, las restantes formas de energía a suministrar por la instalación se obtendrán del aprovechamiento de dichos calores residuales. De cara al dimensionamiento de la instalación, se han solicitado al servicio técnico del hospital los consumos energéticos de los últimos años. Tras el estudio de los mismos, se han obtenido unos patrones para las demandas a las que la instalación proyectada debe dar respuesta en cada instante. El primer aspecto a tener en cuenta para seleccionar el motor ha sido determinar la demanda energética máxima que debe ser capaz de cubrir. La conclusión a la que se ha llegado es que, siempre que se superen los mínimos exigidos por la legislación para el REE (Rendimiento Eléctrico Equivalente) y el autoconsumo, el motor debe cubrir la demanda térmica en la medida de lo posible. De este modo, los costes derivados de la

2 utilización de equipos auxiliares se reducen al mínimo a la vez que se maximizan los ingresos por ventas de electricidad. Establecidos los criterios, se procede a seleccionar el generador que mejor se adapta a la instalación en diseño de entre los motores comerciales, atendiendo especialmente al consumo en el punto de trabajo y a la energía térmica utilizable. Determinado el motor, se procede a la selección de la máquina de absorción que suministra la energía frigorífica. Se elige el modelo que más se adapta a las condiciones requeridas de entre las diferentes opciones comerciales. Al estar sobredimensionado, dicho equipo sería capaz de absorber el incremento de demanda posible debido a nuevas instalaciones. Las temperaturas de trabajo del fluido calor portador se han establecido atendiendo a dos factores: las temperaturas en los puntos de consumo finales; y la eficiencia de la máquina de absorción, que depende de la temperatura del agua de alimentación. Así pues, se llega a la conclusión de que el agua debe ser calentada en la caldera de recuperación hasta los 105 ºC. Con esta temperatura y las potencias máximas de cada consumo quedan determinados también los caudales a impulsar por las bombas de cada circuito. El motor seleccionado no cuenta con potencia térmica suficiente para cubrir la demanda en horas punta de consumo, por lo que se han calculado dos acumuladores de agua caliente que aprovechan la energía producida en otros periodos. Se logra paliar así la falta de potencia y se mejora la continuidad en el suministro, de vital importancia en un hospital. Los acumuladores, además de mejorar la continuidad en el suministro también ayudan a minimizar la utilización de los equipos auxiliares, reduciendo así los costes derivados de su uso. A efectos de poder realizar el estudio económico, se calculan los diferentes costes, así como los ingresos por ventas de electricidad y el ahorro debido al Gasóleo C que se deja de consumir gracias a la recuperación energética de la instalación proyectada.

3 A la vista de las previsiones para los precios del Gasóleo C para calefacción, se definen tres escenarios económicos. De los escenarios, hay uno que es el más factible, mientras que los otros dos son pequeñas variaciones del mismo. A partir de los diferentes flujos de caja esperados y de los escenarios económicos definidos, se procede a realizar un estudio para obtener el máximo incremento de precio asumible por la instalación para el Gas Natural. La conclusión a la que se llega es que en ninguno de los escenarios se lograría recuperar la inversión si la tasa de aumento del precio del Gas Natural es la esperada del 18%. Si bien la viabilidad técnica del proyecto queda garantizada, la económica tiene una fuerte dependencia de la evolución de los precios de los carburantes, siendo aconsejable no llevar a cabo la instalación a menos que el Gas Natural disminuya su ritmo de encarecimiento hasta niveles asumibles (en torno al 12%) o que se incremente el coste del Gasóleo C hasta compensar el encarecimiento del precio del gas.

4 GAS ENGINE TRIGENERATION PLANT FOR HEATING, REFRIGERATION AND ELECTRICITY SUPPLY. This project consists of designing a trigeneration plant for a hospital placed in the province of La Coruña (Spain). The projected plant will substitute the current one, which supplies heating, refrigeration, domestic hot water (DHW), and electricity to the hospital complex. Due to the importance of continuity in supply, the current equipment will be kept as auxiliary. To obtain the electric energy the plant will use a gas engine. Because of the low efficiency that engines have producing electricity (irrespective of the primary energy used), there is a considerable amount of heat produced which, in common plants, is dissipated to the air. In order to increase the efficiency of the projected equipment, the remaining types of energy that will be supplied, will be obtained from the recovery of residual heating. With the purpose of being able to calculate the equipment, the energetic consumptions for the last years have been requested from the technical office of the hospital. After analysing these data, some demand standards, which the new equipment will have to respond to, have been obtained. To select the engine, the first thing to determine is the highest energy demand it will have to respond to. The conclusion obtained is that, whenever the EEE (Equivalent Electric Efficiency) and the autoconsumption are higher than legally stipulated, the engine has to supply the demand of thermal power to the extent possible. In this way, the costs of operating the auxiliary equipments are minimized while the incomes from electricity sales are maximized. The basic criteria to choose the engine have been established, and therefore the one that best fits to the plant can be selected among those commercially available, taking into consideration, in particular, the fuel consumption and the thermal energy fit for use. Once the gas engine is determined, it is time to proceed with the selection of the absorption chiller to supply refrigeration. The machine picked out is the one that suits better to the required conditions among the different commercial options. Given that the

5 chiller is oversized, is would be able to absorb a possible increase in demand due to the installation of new systems. Hot water working temperatures have been established taking into consideration two factors: temperatures in final consumption points; and the efficiency of the absorption chiller, which depends on the temperature of the entering hot water. Due to these features, the water in the recovering circuits must be heated up to 105 ºC (221 ºF). With this temperature and the maximum power required in each consumption point, the flow of every pump is also fixed. The engine selected does not have enough thermal power to satisfy the demand in rush hours. Because of this reason, two hot water storages have been calculated in order to make use of the energy produced in other periods. In this way, it is possible both to minimize possible lacks of power and to improve the continuity in supply, which is essential in a hospital. Apart from improving the continuity in supply, the water storages help to minimize the use of auxiliary equipment, thus reducing the costs derived from of operating the same. In order to carry out the economic study, the different costs of the projected plant, the incomes from electricity sales, and the savings in Domestic Heating Oil obtained from heat recovery, have been calculated. Based on the forecast for the prices of Domestic Heating Oil, three possible economic scenarios have been defined. Among those, one can be considered as the most feasible, while the others are slight variations of the same. An economic research has been carried out to determine the maximum increase in the price of the Natural Gas that the plant can assume. This research has been based on expected cash flows and the three economic scenarios previously defined. The conclusion is that the invested capital would not be recovered in none of the three scenarios if the rising rate for the price of Natural Gas reaches the expected 18%. Although the technical viability of the project is guaranteed, the economic one is strongly dependant on the evolution of the fuel prices. It is advisable not to carry out the installation of these equipments unless the price of the Natural Gas reduces its rising rate

6 to suitable levels (approximately 12%), or if the rising rate of the gas price is balanced by an increase in the price of the Domestic Heating Oil.

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