DISEÑO DE SISTEMAS DE COGENERACIÓN M. I. Liborio Huante Pérez Gerencia de Turbomaquinaria Junio, 2016
1. Que es la cogeneración 2. Diferencias respecto al ciclo convencional 3. Equipos que lo integran 4. Esquemas de cogeneración 5. Ejemplo de ciclo en cogeneración 6. Ciclo combinado 7. Diagramas Sankey 8. Selección de tecnologías 9. Conceptos de eficiencia
1. Que es la cogeneración: Cogeneración Cogeneración es la generación simultánea de energía eléctrica o calor en una misma planta de potencia, M.M. El-Wakil, Power Plant Technology. La cogeneración se define como la producción secuencial de energía eléctrica y/o mecánica y de energía térmica aprovechable en los procesos industriales a partir de una misma fuente de energía primaria. de acuerdo a la CONUEE Cogeneración es el término empleado para denominar los sistemas que combinan los procesos térmicos asociados a la producción de energía eléctrica (o mecánica), con otro tipo de procesos térmicos (generación y/o demanda de vapor o calor), utilizando el calor de desperdicio de uno como la entrada de energía del otro, Ingeniería termodinámica, Francis Huang. Ejemplo: Generar 20 MWt de vapor y 40 MWe de electricidad
2. Diferencias respecto al ciclo convencional: Generación de vapor y electricidad por separado: Energía total de entrada para producir vapor y electricidad = 23.5+117.6 = 141.1 MWt
2. Diferencias respecto al ciclo convencional: Con 100 MWt produzco la misma cantidad de electricidad y vapor que dos ciclos convencionales por separado con 141.1 MWt. Una reducción de 41.1 MWt de combustible a precio de 3 USD/GJ, equivale a un ahorro anual de 3.49 millones de dólares.
3. Equipos que lo integran Cogeneración Tipos de turbinas de gas Desde el punto de vista de su aplicación, las turbinas de gas pueden clasificarse en dos tipos: Turbinas de Gas Aeroderivadas Turbinas de Gas Industriales Las partes que componen una turbina de gas son: Casa de filtros Sistemas de enfriamiento del aire de admisión( si es requerido) El compresor La cámara de combustión La turbina de expansión El generador eléctrico (si se requiere) Sistema de lubricación Sistema de control Chimenea
3. Equipos que lo integran Tipos de turbinas de gas Las modificaciones hechas a las turbinas de avión para convertirlas en aeroderivadas avanzadas, se dan en tres de sus componentes: a) El turbosoplador b) El sistema de combustión c) El expansor de baja presión Las modificaciones en las turbinas aeroderivadas convencionales son: a) Substitución del turbosoplador por un compresor de baja presión y b) Adecuar las cámaras de combustión Turbinas de Gas Aeroderivadas para aviación Turbinas de Gas industriales
3. Equipos que lo integran Recuperador de calor domo deaereador chimenea chimenea precalentador economizador Evaporador AP sobrecalentador quemadores By-pass de gases Ducto entrada gases
4. Esquemas de cogeneración Cogeneración UNA PRESIÓN HACIA PROCESO DOBLE PRESIÓN HACIA PROCESO UNA PRESIÓN HACIA PROCESO, CON T.V. Y GEN. UNA PRESIÓN CON T.V. Y CONDENSACIÓN
4. Esquemas de cogeneración Cogeneración DOBLE PRESIÓN HACIA PROCESO, CON T.V. Y GEN. DOBLE PRESIÓN CON T.V. GEN. Y CONDENSACIÓN TRIPLE PRESIÓN, CON T.V. Y GEN. Y CONDENSACIÓN
4. Esquemas de cogeneración Cogeneración TRIPLE PRESIÓN, CON T.V., GEN., RECAL. Y CONDENS. TRIPLE PRESIÓN, CON T.V., GEN. RECAL. Y CONDENS. CUADRUPLE PRESIÓN, CON T.V., GEN., RECAL. Y CONDENS. TRIPLE PRESIÓN CON T.V. GEN. RECAL. Y CONDENS.
6. Ciclo combinado Es un sistema de cogeneración que utiliza el vapor del recuperador de calor para la producción de electricidad mediante una turbina de vapor acoplada a un generador eléctrico. Este ciclo requiere un sistema de condensación de vapor a la salida de la turbina de vapor. Fuente: quimica3nahondkalpe.blogspot.com
8. Selección de tecnologías Cogeneración COMBUSTIBLE CICLO RANKINE TURBINA DE GAS MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA LECHO FLUIDIZADO IGCC Gas Combustóleo Diésel Combustibles emulsionados Residuo de vacío Carbón Coque IGCC = Gasificación integrada a un ciclo combinado
8. Selección de tecnologías Cogeneración Parámetros típicos de las diferentes tecnologías
8. Selección de tecnologías
8. Selección de tecnologías
8. Selección de tecnologías Relación Q/E Este índice indica en un sistema de cogeneración la relación de producción de energías térmica y de electricidad: 1. Energía eléctrica (E) expresada en kilowatts. Es el total de energía eléctrica producida 2. Energía térmica (Q) expresado en kilowatts térmicos. Es el total de energía térmica útil producida. Esta energía puede producirse mediante el suministro a proceso de agua, caliente, aire caliente, vapor o aire comprimido, entre otros. Donde: kw térmicos = es la energía térmica producida y enviada al proceso kw eléctricos = es la energía eléctrica generada
8. Selección de tecnologías Relación Q/E consumidores de energía eléctrica. la relación Q/E es pequeña y menor de la unidad como grandes talleres electromecánicos, comerciales y de servicios consumidores de calor. La relación Q/E es grande y de varias unidades Fábricas de cemento, Fábricas de cal Fábricas de cerámicas empresas o industrias de consumo equilibrado. La relación Q/E tiene un valor unitario o cercano a la unidad Fábricas de papel, Industria química, Petroquímica alimentaria y Textil
9. Conceptos de eficiencia Eficiencia PURPA PURPA significa Public Utilities Regulatory Policy Act, cuya traducción literal al español sería Acto Político Regulatorio de Instalaciones Públicas. Es una ley que obliga a las compañías eléctricas a comprar la electricidad producida a partir de los productores de energía calificados que utilizan recursos de energía renovables o son cogeneradores. Esta relación asigna la mitad del peso de la energía térmica respecto a la eléctrica, de acuerdo al Public Utility Regulatory Policy Act, 1979
9. Conceptos de eficiencia Eficiencia Atribuible a la energía eléctrica Es una relación de la energía eléctrica neta respecto al exceso de combustible que consume donde: Los 140,747 kw de combustible es la energía que se ahorra si se produjera el vapor en una caldera equivalente a una eficiencia fija dada (cadera equivalente)
9. Conceptos de eficiencia Eficiencia Combinada CHP La eficiencia combinada expresada como CHP de sus siglas en inglés Combined Heat and Power que en español es potencia y calor combinados es una relación de la energía eléctrica y térmica aprovechada respecto a la energía suministrada por el combustible, y cuya ecuación se expresa como sigue: donde:
9. Conceptos de eficiencia Resumen de eficiencias: Cual es el orden de eficiencias de menor a mayor? Eficiencia Valor (%) Fórmula Convencional 83.9 PURPA Atribuible a EE Combinada CHP 57.4 89.3 83.9
Que hace el IIE Cogeneración Monitoreo en línea de turbomaquinaria Estudios de vibraciones Diagnósticos mecánicos y eléctricos Estudios de factibilidad técnica y económica de ciclos convencionales, ciclos combinados y de cogeneración Ingeniería básica de ciclos de potencia