01 Tecnologias Disponibles de Cogeneracion PDF

7/17/2019 01 Tecnologias Disponibles de Cogeneracion PDF

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Tabla de Contenido

Que es CogeneraciónDefinición de CogeneraciónBeneficios de la CogeneraciónEsquemas de Generación

Criterios de DiseñoModos de OperaciónModo IslaModo de Sincronía

Modo en Paralelo con la redCogeneraciónTecnologías para Cogeneración



Cogeneración (CHP)



¿Qué es Cogeneración?

Un sistema de Cogeneración es una formaespecifica de generación distribuida, el cual refiere a unaubicación estratégica del sistema de generación de energíaeléctrica cerca de la planta productiva; para cubrir lasnecesidades de energía.

La cogeneración incrementa las ventajas de la generacióndistribuida por la generación simultanea de energía térmicay eléctrica incrementando la eficiencia total del sistema.




La Cogeneración se define como la producciónsecuencial de energía eléctrica y/o mecánica y de energíatérmica aprovechable en los procesos industriales ycomerciales a partir de una misma fuente de energíaprimaria.




Para la Ley del Servicio Publico de Energía Eléctrica(LSPEE) de México, se considera cogeneración a cualquierade los siguientes casos:1) La generación de energía eléctrica producida

conjuntamente con vapor u otro tipo de energíatérmica secundaria, o ambos.2) Cuando la energía térmica no aprovechada en los

procesos se utilice para la producción directa de energíaeléctrica.

3) Cuando se utilicen combustibles producidos en susprocesos para la generación directa o indirecta deenergía eléctrica.



Beneficios de la Cogeneración

Existen beneficios tangibles para las empresas queoperen con un sistema de cogeneración, tales como:

• Mayor eficiencia y confiabilidad de la energía utilizada ensus procesos.

• Disminución de la factura energética (electricidad ycombustible)

• Mayor calidad de la energía utilizada.•

Incremento de competitividad por reducción de costos deproducción.



Conversión de la Energía

Fuel-Coal,Gas, other

Process

KWH for Customer

LOADWORKHEAT

Fuel-Gas

Diesel,other CHP System



Esquema Actual de la GeneraciónDistribuida



Generación Distribuida conCogeneración



SHP VS CHP



Balance de Térmico

E L E

C T R I C A L

O U T P U T

3 9 . 3 3 %

E X A U S T H E

A T

3 5 . 8 2

%

TOTAL HEAT INPUT

JACKET WATER HEAT8.03%I STAGE A/C HEAT

7.24%

LUBE OIL HEAT3.15%II STAGE A/C HEAT

2.96%

GENERATOR HEAT0.96%

RADIATED HEAT2.51%



Criterios de Diseño



Criterios de Diseño

En el diseño eléctrico, se configura el sistema parasatisfacer los requerimientos eléctricos.

En el diseño térmico, sistema se configura parasatisfacer los requerimientos térmicos. Al configurar elsistema para cubrir la totalidad de la demanda térmica,normalmente se obtendrán excedentes eléctricos, los cualespodrán entregarse a establecimientos asociados al permisode cogeneración o al SEN.



Modos de Operación



Modo Isla

Breaker Bus bar

Engine

Load

Control:• Frequency [Hz]• Voltage [V]

ControlPanel



Motogeneradores en Sincronía

Synchronisation

CAN3:Link Bus

Control:• Frequency [Hz]• Load Sharing [kW]• Voltage [V]• Power Factor [< o]

And:• Load Shedding [kW]• Load Shedding [Hz]• Load Sense / Load Demand• Auto Sequence

CAN3:

Link Bus



Paralelo con la RED (SEN)

Bus bar

Utility

Control:• Engine Load [kW]• Power Factor [< o]



CogeneraciónControl:• Central Heating• Jacket Water Temp• After Cooler Temp• Exhaust Heat Recovery

CentralHeating

HeatExchanger

Dry Cooler

Control Valve

CoolingCircuit



Tecnologías de Cogeneración



Tecnología Ventajas Desventajas Capacidad

Turbina de Gas Alta confiabilidadBajas emisionesGran cantidad de calor disponibleSistema de enfriamiento no requerido

Requiere alta presión de gas ocompresor de gasBaja eficiencia a baja cargaPerdida de potencia por condicionesambientales

500 kW a 250MW

Micro turbina Pequeño numero de partes en movimientoTamaño compacto y ligeroBajas emisiones

Sistema de enfriamiento no requerido

Alto costo de inversiónRelativa baja eficiencia mecánicaLimitado a aplicaciones de cogeneración

de baja temperatura

30 kW a 1MW

MotorReciprocante

(SI / CI)

Alta eficiencia eléctrica con flexibilidad paracargas parcialesArranque rápidoRelativo bajo costo de inversiónOperación en modo islaMantenimiento mayor localOperación a baja presión de gas

Elevados costos de mantenimientoLimitado a aplicaciones de cogeneraciónde baja temperaturaSistema de enfriamiento es requeridoAltos niveles de ruido

400 kW a 10MW

Turbina devapor

Alta eficiencia en promedioCualquier tipo de combustible puede serusadoCapaz de cumplir con la demanda térmicade mas de un sitioLargo tiempo de vida y confiabilidadRelación de potencia eléctrica/calor variable

Arranque lentoBaja relación de potencia eléctrica/calor

50 kW a 250MW

Célula de

Combustible

Bajo nivel de emisiones y ruido

Alta eficiencia en cualquier factor de cargaDiseño modular

Alto costo de inversión

Baja durabilidad y densidad de potenciaCombustible requiere ser procesado

5 kW a 2 MW

Resumen de Tecnologías CHP



Resumen de TecnologíasTecnología Turbina de

Vapor

Motor

Reciprocante

Turbina de

Gas

Micro

turbina

Célula de

CombustibleEficiencia Eléctrica (HHV) 15 - 38% 36 - 48% 22 - 36% 18 - 27% 30 - 63%

Eficiencia Global (HHV) 80% 70 - 80% 70 - 75% 65 - 75% 55 - 80%

Eficiencia Efectiva 75% 70 - 80% 50 - 70% 50 - 70% 55 - 80%

Capacidad típica (MWe) 0.5 – 250 0.4 - 10 0.5 – 250 0.03 – 1 0.005 - 2

Típica relación potencia eléctrica/calor 0.1 - 0.3 0.5 – 1 0.5 - 2 0.4 - 0.7 1 – 2

Operación con Carga parcial Muy buena Muy Buena Pobre Muy Buena Buena

Costo de Instalación CHP ($usd/kWhe) 430 - 1100 1100 - 2200970 - 1300

(5 - 40 MW)2400 – 3000 5000 – 6500

Costo O & M ($USD/kWhe) <0.005 0.009 - 0.022 0.004 - 0.011 0.012 - 0.025 0.032 - 0.038

Disponibilidad Cerca 100% 92-97% 90-98% 90-98% >95%

Horas para Overhaul >50000 50000 - 60000 25000 - 50000 20000 - 40000 32000 - 64000

Tiempo de arranque 1 h –

1dia 10 s 10 min –

1 h 60 s 3 h –

2 díasPresión de combustible (psig) n/a 50 – 70 100 – 500 50 – 80 0.5 – 4.5

Combustibles TodosNG, Biogas,

PropanoNG, Biogas,

PropanoNG, Biogas,

PropanoHidrogeno, NG,

Propano

Ruido Alto Alto Moderado Moderado Bajo

Usos potencia térmicaVapor BP .

APAgua caliente y

vapor BPAgua caliente yvapor BP y AP

Densidad de potencia (kW/m2)

NOx lb MMBTU



CHP con Motores reciprocantes



CHP con turbinas a Gas



CHP con Micro Turbinas



PrecioPoder

Calorífico (d) Precio Actual

Costo

de Generación(a)

$ Unidad GJ/m3 $/GJ $/kWh $/kWh

DIESEL 11.89 $/lt 36.2158 286.62 1.03 2.39

GAS L.P. 5.78 $/lt 25.7907 224.29 0.81 1.87

COMBUSTÓLEO (b) 7.04 $/lt 39.3999 178.76 0.64 1.49

GAS NATURALDoméstico (C)

131.79 $/GJ 0.03542 131.79 0.47 1.1

GAS NATURALIndustrial (C)

74.66 $/GJ 0.03542 74.66 0.27 0.62

Precios de agosto de 2013• Se considera una eficiencia el éctrica de 43.1% el éctrica.• Se considera el precio de agosto 2013.• Se considera el precio de agosto 2013 y el precio de la mol écula de gas naturalpara la Zona Centro y un consumo de 200 m3/h.•

Se consideran los Poderes Calor í ficos Inferiores publicados en la CONUEE.

Costo de Generación con MCI



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