Diseño conceptual de la planta. Los sistemas de cogeneración se pueden dividir en "ciclos de cola" y "ciclos de cabeza."

Transcripción

1 Cogeneración Diseño Conceptual Renewables Academy RENAC Trennfolientitel hinzufügen 1 de la planta Los sistemas de cogeneración se pueden dividir en "ciclos de cola" y "ciclos de cabeza." Ciclos de cola (Bottoming cycle): la energía térmica se produce directamente a partir de la combustión de combustible. Se trata generalmente de vapor de agua que suministra las cargas de calor de procesos térmicos. El calor residual del proceso se recupera y se utiliza como fuente de energía para producir energía eléctrica o mecánica. Se trata de sistemas comunes en la industria con necesidades de calor de alta temperatura tales como hornos de recalentamiento de acero, arcilla y los hornos de vidrio y hornos de refundición de aluminio. Ciclos de cabeza (topping cycle): La electricidad o energía mecánica se produce en un primer paso, luego se recupera el calor para cubrir las cargas térmicas de la instalación. Generalmente se encuentran en instalaciones que no cuentan con los requisitos de temperatura de proceso extremadamente altas. Ejemplos de ello son: 1. Ciclo Brayton 2. Ciclo Rankine 2 1

2 de la planta 3 de la planta La oportunidad más interesante es mediante el empleo de ciclos combinados. Este ciclo forma un híbrido que combina el ciclo Brayton en la parte de "cola" y un ciclo de Rankine estándar en la parte de "cabeza". Fuente: Plant Engineers and Managers. Guide to Energy Conservation, Eighth Edition Albert Thumann, P.E., C.E.M., 2002, The Fairmont Press 4 2

3 de la planta Ciclo combinado Extracción de condensado MCI (recuperación total de calor) MCI (recuperación parcial de calor) Turbina de vapor Turbina de gas Presión de retorno Presión de vapor Fuente: J. Webster (ed.), Wiley Encyclopedia of Electrical and Electronics Engineering, 1999, John Wiley & Sons, Inc. 5 Motor de combustión 2G Energietechnik GmbH

4 Especificaciones técnicas - 2G Energy AG Unidad 2G KWK 140 EG Energía Energía Eficiencia Eficiencia Rendimiento eléctrica térmica eléctrica térmica global 140 kw 207 kw (100 C) Combustible 36,5 % 53,9 % 90,5% Gas natural agenitor kw 268 kw (120 C) 42,5 % 45,5 % 88,1% Gas natural avus 2000c 2000 kw 1990 kw (120 C) 43,6 % 43,4 % 87% Gas natural Estado del Arte: disponible comercialmente lanzamiento al mercado en Especificaciones técnicas - Zeppelin Power Systems Unidad Energía eléctrica Energía térmica Eficiencia eléctrica Eficiencia térmica Rendimiento global Combustible G3512 A 777 kw 966 kw (100 C) 37,7 % 46,8 % 84,5% Gas natural G3516 B 1177 kw 1398 kw (120 C) 39,6 % 47,0 % 86,6% Gas natural G3520 C 2020 kw 2182 kw (120 C) 41,0 % 44,2 % 85,2% Gas natural

5 Rendimiento a plena carga LTT RWTH Aachen La eficiencia eléctrica disminuye con el menor consumo de energía eléctrica El rendimiento global casi al mismo nivel 9 Rendimiento a carga parcial Clase de potencia: potencia eléctrica de kw La eficiencia eléctrica disminuye en condiciones de operación a carga parcial La eficiencia global es casi constante LTT RWTH Aachen

6 Microturbinas de Gas Capstone C800 E-quad Power Systems GmbH Posibilidades para conectar una microturbina de gas El uso directo de los gases de escape (por ejemplo, plantas de secado, no para alimentos) Producción de agua caliente a partir del calor de los gases de escape mediante un intercambiador de calor (ej. calefacción urbana centralizada, hospitales, cuartos de baño) Producción de refrigeración a través de una máquina de absorción (ej. industria, complejo de oficinas) Producción de vapor (ej. lavanderías) Circuitos de aceite térmico (ej. aplicaciones de alta temperatura)

7 Comportamiento a carga parcial Efinciencia global Rendimiento térmico Rendimiento eléctrico ASUE-Fachtagung 2009: Hocheffiziente Kraft-Wärme-Kopplung mit Gasturbinen; E-quad Power Systems GmbH Potencia eléctrica kw 13 Comportamiento a carga parcial - capacidad de modulación Eficiencia modulación de carga Eficiencia típica ASUE-Fachtagung 2009: Hocheffiziente Kraft-Wärme-Kopplung mit Gasturbinen; E-quad Power Systems GmbH

8 Análysis Pinch Se utiliza para el análisis y la optimización de los sistemas procesales complejos con la ayuda de pocos datos de entrada Implementación especialmente en la recuperación de calor y agua Los resultados del análisis Pinch: Identificación de la demanda mínima de calor del sistema Identificación de la demanda de refrigeración mínima del sistema Identificación del máximo potencial de recuperación de calor Nivel de temperatura requerido para la transmisión de calor Número de intercambiadores de calor requeridos Planificación probable del sistema intercambiador de calor 15 Generación de Vapor Temperatur [ C] flue gas Heating Evaporation Overheating T Pinch H_Point [kw]

9 Generación de Vapor 300 flue gas 250 Heating Temperatur [ C] Evaporación Evaporation Overheating T Pinch H_Point [kw] 17 Generación de Vapor flue gas Heating Temperatur [ C] Evaporation 200 Overheating 150 T Pinch 100 Evaporación 50 Calentamiento H_Point [kw]

10 Generación de Vapor flue gas Heating Temperatur [ C] Evaporation 200 Overheating 150 T Pinch 100 Evaporación 50 Calentamiento Disponible baja 0 temperatura H_Point [kw] 19 Ejemplo Selección de la tecnología y demanda de energía Gran hospital en la ciudad de Temuco Demanda de calefacción (hasta 90 C Temperatura) Demanda de electricidad Moderad Precios de compra de energía de altos, los precios de venta de energía bajos Altos costos del combustible (Petróleo) Acceso a la red de gas natural

11 Selección de la tecnología y demanda de energía Perfil de carga térmica Thermal load profil Hospital Therma load [kw] Hours per year 21 Selección de la tecnología y demanda de energía Perfil de carga eléctrica Thermal load profil Hospital Electrical load [kw] Hours per year

12 Selección de la tecnología y demanda de energía Perfil de carga térmica Peak load 700 Thermal load profile Hospital Thermal Load [kw] Base load Hours per Year 23 Selección de la tecnología y demanda de energía Perfil de carga eléctrica Peak load Thermal load profile Hospital Thermal Load [kw] Base load Hours per Year

13 Selección de la tecnología y demanda de energía Parámetros de diseño técnico Aplicación térmica: Calefacción Carga base térmica: 200 kw Nivel de temperatura: hasta 85 C Carga base eléctrica: 50 kw Carga electrica máxima 300 kw 25 La selección de aspectos relacionados con la tecnología y el combustible Temuco es una "zona saturada" El gas natural está disponible A cuánto ascienden los precios de gas natural? A cuánto ascienden los precios del petróleo? Combustible más probable: Gas Natural

14 La selección de parámetros técnicos y económicos Precios de compra de energía altos y precios de venta baratos Precio actales altos para el combustible de calefacción Enfoque en consumo propio de energía generada 27 Selección de la tecnología Unidad cogeneración: grupo electrógeno con motor de combustión de gas Máxima Potencia eléctrica: 50 kw unidad seleccionada (ejemplo): Buderus Loganova EN 50 Potencia calorífica máxima: 80 kw Unidad Potencia Potencia Rendimiento Rendimiento Eficiencia Temperatura Eléctrica térmica eléctrico Térmico global utilizable EN kw 31 kw 35.2 % 57.4 % 92.6 % 80 C EN kw 80 kw 33.8 % 54.1 % 87.8 % 90 C

15 Cómo elegir una tecnología de cogeneración? Preselección Comparación de los parámetros relevantes... Costos específicos COP, eficiencia emisiones requisito de espacio Imponer tecnologías inapropiadas Disponibilidad presupuesto financiero Caracterización técnica de las opciones de suministro Influencias técnicas (comportamiento de carga parcial, las influencias climáticas,...) Cálculo de diseño y cálculo financiero en detalle 29 Demanda y recuperación de calor Recuperación de calor Hechos Without heat recovery 50 C 20 C Heat losses 80 C La recuperación de calor: Recolección y Uso de energía térmica residual de Procesos. Recuperación de calor residual Reducción de costos energéticos de hasta un 30% (dependiendo del rubro) Process Process Process ❶ ❷ ❸ Heat supply With heat recovery Mayoría de establecimientos industriales no explotan completamente su potencial de recuperación de calor. Heat losses 20 C 80 C Process Process Process ❶ ❷ ❸ 50 C Heat supply

16 Demanda y recuperación de calor Repaso de las fuentes térmicas Fuentes de calor residual comunes en la industria Caldera de agua caliente temp. gases de escape 150 C a 230 C Caldera de vapor temp. gases de escape 200 C a 300 C Post-combustión térmica temp. gases de escape 250 C a 350 C Post-combustión regenerativa temp. gases de escape 150 C a 180 C Post-combustión catalítica temp. gases de escape 150 C a 180 C Horno de Moldeo eléctrico en la vulcanización temp. salida del aire 160 C a 180 C 31 Demanda y recuperación de calor Resumen disipadores de calor Los siguientes puntos ofrecen en la práctica la posibilidad de funcionar como disipador de calor. Red de energía térmica 50 C a 90 C Ventilación y aire acondicionado calefacción 30 C a 70 C Agua caliente sanitaria 10 C a 65 C Agua de alimentación y ósmosis y precalentamiento del aire (con vapor) 10 C a 150 C Calor de proceso y otros 30 C a 150 C