Download diseño de sistemas de cogeneración

DISEÑO DE SISTEMAS DE COGENERACIÓN
M. I. Liborio Huante Pérez
Gerencia de Turbomaquinaria
Junio , 2016
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Que es la cogeneración
Diferencias respecto al ciclo convencional
Equipos que lo integran
Esquemas de cogeneración
Ejemplo de ciclo en cogeneración
Ciclo combinado
Diagramas Sankey
Selección de tecnologías
Conceptos de eficiencia
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Cogeneración
1. Que es la 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
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Cogeneración
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
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Cogeneración
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.
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Cogeneración
3. Equipos que lo integran
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
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Cogeneración
3. Equipos que lo integran
Tipos de turbinas de gas
Turbinas de Gas Aeroderivadas para aviación
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
Turbinas de Gas industriales
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
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Cogeneración
3. Equipos que lo integran
Recuperador de calor
deaereador
domo
chimenea
chimenea
precalentador
economizador
quemadores
Evaporador AP
sobrecalentador
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By-pass de gases
Ducto entrada gases
Cogeneración
4. Esquemas de cogeneración
UNA PRESIÓN HACIA PROCESO
UNA PRESIÓN HACIA PROCESO, CON T.V. Y GEN.
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DOBLE PRESIÓN HACIA PROCESO
UNA PRESIÓN CON T.V. Y CONDENSACIÓN
Cogeneración
4. Esquemas de cogeneración
DOBLE PRESIÓN HACIA PROCESO, CON T.V. Y GEN.
TRIPLE PRESIÓN, CON T.V. Y GEN. Y CONDENSACIÓN
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DOBLE PRESIÓN CON T.V. GEN. Y CONDENSACIÓN
Cogeneración
4. Esquemas de 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.
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Cogeneración
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
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Cogeneración
8. Selección de tecnologías
COMBUSTIBLE
Gas
Combustóleo
Diésel
Combustibles
emulsionados
Residuo de vacío
Carbón
Coque
CICLO
RANKINE
TURBINA
DE GAS
MOTOR DE
COMBUSTIÓN
INTERNA
LECHO
FLUIDIZADO
IGCC
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IGCC = Gasificación integrada a un ciclo combinado
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Cogeneración
8. Selección de tecnologías
Parámetros típicos de las diferentes tecnologías
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Cogeneración
8. Selección de tecnologías
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Cogeneración
8. Selección de tecnologías
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Cogeneración
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
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Cogeneración
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
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Cogeneración
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
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Cogeneración
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)
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Cogeneración
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:
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Cogeneración
9. Conceptos de eficiencia
Resumen de eficiencias:
Cual es el orden de eficiencias de menor a mayor ?
Eficiencia
Convencional
PURPA
Atribuible a EE
Combinada CHP
Valor (%)
83.9
57.4
89.3
83.9
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Fórmula
Cogeneración
Que hace el IIE
•
•
•
•
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
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