7. GENERADORES DE ENERGÍA

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1 7. GENERADORES DE ENERGÍA En este proyecto vamos a realizar un análisis de la planta de cogeneración para dos tipos de generadores de energía, motores de combustión interna alternativos (MCIA) y turbinas de gas (TG). - MCIA: - Klasik MGW Klasik APG TG (grupo I): - Vericor Allied. - Solar Saturn 20T Kawasaki. - TG (grupo II): - Capstone C Capstone C1000. Las características de los generadores de energía que son de interés para el análisis de la planta de cogeneración son las siguientes: - Potencia eléctrica producida. - Consumo de combustible (GN). - Flujo másico de gases de escape. - Temperatura de los gases de escape. - Calor procedente de los gases de escape. - Calor procedente del agua y el aceite del motor (sólo para MCIA). Dichas características dependen únicamente de dos parámetros: - La temperatura ambiente. - El grado de carga. La única excepción es el calor procedente del agua y aceite del motor, que apenas presenta dependencia respecto a la temperatura ambiente. 21

2 En la siguiente tabla vienen reflejadas las características de los generadores de energía en condiciones estándar, es decir, para una temperatura ambiente de 15ºC y funcionando a plena carga: Generador Klasik MGW 520 MCIA TG (grupo I) TG (grupo II) Solar Klasik APG Vericor Capstone Saturn Kawasaki 1000 Allied C600 20T1600 Capstone C ,8 1103, η generador (%) 36,0 41,2 20,0 24,0 29,8 33,0 33,0 m f 0,0362 0,0609 0,0586 0,1151 0,4281 0,0455 0,0759 0,7917 1,4567 3,562 6,573 21,6 4 6,7 T esc (ºC) ,2 516,1 546, Q gases 262,4 432,7 1467,6 2835, ,6 642,3 1075,9 Q agua y aceite Tabla 1. Características de los generadores de energía en condiciones estándar. Los fabricantes de los generadores de energía proporcionan en sus catálogos valores de las cinco primeras características anteriores para determinadas temperaturas o determinados grados de carga. Dado que estamos interesados en conocer las características de los generadores de energía para cualquier valor de la temperatura ambiente y del grado de carga, realizamos una interpolación de dichos valores. Para ello hacemos uso de la función de Matlab polyfit, cuyo propósito es la obtención de los polinomios interpoladores que aproximen, en la medida de lo posible, las leyes correspondientes a las características de los generadores en función de la temperatura ambiente y el grado de carga. A continuación, mostramos en las siguientes tablas y gráficas los valores de los catálogos, así como los resultados de las interpolaciones explicadas en el párrafo anterior, especificando en cada característica el orden del polinomio interpolador usado. El consumo de combustible de los generadores de energía lo representamos en dos gráficas diferentes: una que expresa el flujo másico, y la otra el consumo energético. Ambas magnitudes se encuentran relacionadas por la siguiente ecuación:, donde: = Ecuación Q f generadores = consumo de GN de los generadores de energía en kw. - m f generadores = consumo de GN de los generadores de energía en kg/s. - H p gn = Poder calorífico del GN, En las gráficas correspondientes a las características de los MCIA en función del grado de carga (apartado 7.2), la gráfica que expresa el consumo energético de combustible es sustituida por la gráfica que expresa el calor procedente del agua y aceite del motor. 22

3 7.1. Características de los generadores de energía en función de la temperatura ambiente Motores de combustión interna alternativos Klasik MGW ,3 548, ,4 471,4 447,8 424,4 401 m f 0,0389 0,0381 0,0371 0,0362 0,0351 0,0341 0,0331 0,0322 0,0314 0,8317 0,8181 0,8048 0,7917 0,7683 0,7459 0,7239 0,7025 0,6814 T esc (ºC) 424,5 425,7 426, ,3 437,7 442,1 446,7 451,7 Tabla 2. Datos de catálogo del MCIA Klasik MGW 520 en función de la temperatura ambiente (a plena carga). Figura 10. Características del MCIA Klasik MGW 520 en función de la temperatura ambiente (a plena carga) Klasik APG ,6 1041, ,8 909,3 866, ,7 m f 0,651 0,0637 0,0623 0,0609 0,0593 0,0578 0,0564 0,0550 0,0533 1,524 1,5012 1,4788 1,4567 1,4261 1,3959 1,366 1,3363 1,3064 T esc (ºC) ,9 396, ,9 407,7 410,6 411,6 Tabla 3. Datos de catálogo del MCIA Klasik APG 1000 en función de la temperatura ambiente (a plena carga). Figura 11. Características del MCIA Klasik APG 1000 en función de la temperatura ambiente (a plena carga). 23

4 Turbinas de gas (grupo I) Vericor Allied 527,8 511, ,8 444,7 423, m f 0,0631 0,0617 0,0601 0,0586 0,0569 0,0553 0,0537 0,0522 0,0508 3,742 3,681 3,621 3,562 3,457 3,356 3,257 3,161 3,066 T esc (ºC) ,4 496,4 499,2 504,2 509,3 514,5 519,8 525,4 Tabla 4. Datos de catálogo de la TG Vericor Allied en función de la temperatura ambiente (a plena carga). Figura 12. Características de la TG Vericor Allied en función de la temperatura ambiente (a plena carga) Solar Saturn 20T ,5 1148,9 1103,4 1052,4 1003, ,3 858,1 m f 0,1231 0,1204 0,1177 0,1151 0,1121 0,1093 0,1065 0,1039 0,1007 6,877 6,774 6,673 6,573 6,435 6,299 6,164 6,03 5,895 T esc (ºC) 508,3 510,8 513,3 516, ,7 527,4 531,1 532,4 Tabla 5. Datos de catálogo de la TG Solar Saturn 20T1600 en función de la temperatura ambiente (a plena carga). Figura 13. Características de la TG Solar Saturn 20T1600 en función de la temperatura ambiente (a plena carga). 24

5 Kawasaki m f 0,4568 0,4476 0,4377 0,4281 0,4115 0,3956 0,3798 0,3639 0, ,64 22,32 21,95 21,6 20,79 19,99 19,15 18,29 17,41 T esc (ºC) ,7 543,6 546,6 553,3 560,6 569,3 578,4 589,5 Tabla 6. Datos de catálogo de la TG Kawasaki en función de la temperatura ambiente (a plena carga). Figura 14. Características de la TG Kawasaki en función de la temperatura ambiente (a plena carga). 25

6 Turbinas de gas (grupo II) Capstone C , , , ,7 489,7 462,7 m f 0,0490 0,0479 0,0467 0,0455 0,0442 0,0430 0,0417 0,0406 0,0395 4,2021 4,1336 4, ,8821 3,7687 3,6575 3,5497 3,4430 T esc (ºC) 277,1 277,9 278, ,8 285,7 288,6 291,6 294,7 Tabla 7. Datos de catálogo de la TG Capstone C600 en función de la temperatura ambiente (a plena carga). Figura 15. Características de la TG Capstone C600 en función de la temperatura ambiente (a plena carga) Capstone C ,6 1041, ,8 909,3 866, ,7 m f 0,0812 0,0794 0,0776 0,0759 0,0739 0,0721 0,0702 0,0685 0,0664 7,01 6,905 6,802 6,7 6,559 6,421 6,283 6,147 6,009 T esc (ºC) 275,8 277,1 278, ,1 284,1 286,1 288,1 288,8 Tabla 8. Datos de catálogo de la TG Capstone C1000 en función de la temperatura ambiente (a plena carga). Figura 16. Características de la TG Capstone C1000 en función de la temperatura ambiente (a plena carga). 26

7 7.2. Características de los generadores en función del grado de carga Dado que el rendimiento de los generadores de energía disminuye cuando su funcionamiento se produce a bajos grados de carga, vamos a considerar que sólo podrán estar en funcionamiento para grados de carga superiores al 50%. En caso contrario, los generadores de energía permanecerán apagados Motores de combustión interna alternativos Klasik MGW 520 grado de carga (%) m f , ,7917 T esc (ºC) Q agua y aceite Tabla 9. Datos de catálogo del MCIA Klasik MGW 520 en función del grado de carga (Ta = 15ºC). Figura 17. Características del MCIA Klasik MGW 520 en función del grado de carga (Ta = 15ºC) Klasik APG 1000 grado de carga (%) m f 0,0353 0,0473 0,0609 0,8533 1,1542 1,4567 T esc (ºC) Q agua y aceite Tabla 10. Datos de catálogo del MCIA Klasik APG 1000 en función del grado de carga (Ta = 15ºC). Figura 18. Características del MCIA Klasik APG 1000 en función del grado de carga (Ta = 15ºC). 27

8 Turbinas de gas (grupo I) Vericor Allied grado de carga (%) 49,97 59,66 69,77 79,67 89, ,3 278,5 325, ,1 466,8 m f 0,0416 0,0449 0,0483 0,0517 0,0552 0,0586 3,545 3,548 3,551 3,555 3,558 3,562 T esc (ºC) 391,6 412,8 434,8 456, ,2 Tabla 11. Datos de catálogo de la TG Vericor Allied en función del grado de carga (Ta = 15ºC). Figura 19. Características de la TG Vericor Allied en función del grado de carga (Ta = 15ºC) Solar Saturn 20T1600 grado de carga (%) 49,97 59,66 69,77 79,67 89, ,9 647,1 761,1 875,3 989,4 1103,4 m f 0,0744 0,0826 0,0907 0,0989 0,107 0,1151 6,533 6,541 6,549 6,557 6,565 6,573 T esc (ºC) 368,9 399,2 429,1 458,6 487,6 516,1 Tabla 12. Datos de catálogo de la TG Solar Saturn 20T1600 en función del grado de carga (Ta = 15ºC). Figura 20. Características de la TG Solar Saturn 20T1600 en función del grado de carga (Ta = 15ºC) Kawasaki 28

9 grado de carga (%) 49,97 59,66 69,77 79,67 89, , m f 0,2707 0,3 0,3313 0,3631 0,3953 0, ,44 21,47 21,5 21,53 21,56 21,6 T esc (ºC) 388,7 417,5 449,4 481,5 513,9 546,6 Tabla 13. Datos de catálogo de la TG Kawasaki en función del grado de carga (Ta = 15ºC). Figura 21. Características de la TG Kawasaki en función del grado de carga (Ta = 15ºC). 29

10 Turbinas de gas (grupo II) Capstone C600 grado de carga (%) ,66 66,77 83, m f 0,0441 0,0452 0,0455 0,0413 0,0441 0,0455 3,8626 3, ,6212 3, T esc (ºC) 271,8 278, ,9 271,8 280 Tabla 14. Características de la TG C600 en función del grado de carga (Ta = 15ºC). Figura 22. Características de la TG Capstone C600 en función del grado de carga (Ta = 15ºC) Capstone C1000 grado de carga (%) , , , , m f 0,0746 0,0755 0,0759 0,0734 0,0753 0,0759 0,0734 0,0753 0,0759 6,581 6,662 6,7 6,48 6,642 6,7 6,48 6,642 6,7 T esc (ºC) 275,8 279, ,6 278, ,6 278,4 280 Tabla 15. Datos de catálogo de la TG Capstone C1000 en función del grado de carga (Ta = 15ºC). Figura 23. Características de la TG Capstone C1000 en función del grado de carga (Ta = 15ºC). 30