FACTIBILIDAD EN LOS PROYECTOS DE COGENERACION

ZACAPU, MICHOACAN 25 DE AGOSTO DE 2005

INDICE1.- QUE ES COGENERACION?2.- ANALISIS DEL PROYECTO.3.- ANALISIS ECONOMICO4.- TIPOS DE COMBUSTIBLES DISPONIBLES.5.- ESTUDIO DEL TIPO DE MAQUINA A USARSE.6.- ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO ELECTRICO.7.- CONFORMACION DE LA PLANTA DE

COGENERACION.8.- DISPOSICION DEL EQUIPO. (LAYOUT)

1.- QUE ES COGENERACION?

LA COGENERACION SE DEFINE COMO LA PRODUCCION DE ENERGIA ELECTRICA Y/O MECANICA, APROVECHANDO LA ENERGIA TERMICA, PRINCIPALMENTE DE LOSGASES DEL ESCAPE Y DE LA REFRIGERACION DE LA MAQUINA, PARA APROVECHARLA EN LOS PROCESOS INDUSTRIALES A PARTIR DE UNA MISMA FUENTE DE ENERGIA PRIMARIA, ACTUALMENTE ES UNA ALTERNATIVA DE CONSERVACION DE ENERGIA EN LA INDUSTRIA, REALMENTE CON UN SISTEMA DE COGENERACION SE OBTIENE UNA MEJOR EFICIENCIA TERMICA DEL SISTEMA.

EN UNA PLANTA DE GENERACION TERMOELECTRICA SE UTILIZA NORMALMENTE UN COMBUSTIBLE FOSIL PARA PRODUCIR VAPOR, EL CUAL SE HACE PASAR A TRAVEZ DE UN TURBOGENERADOR PARA GENERAR ENERGIA ELECTRICA, EN ESTE PROCESO, AUN EN LAS PLANTAS MAS EFICIENTES, SE LOGRA UNA CONVERSION A ELECTRICIDAD DE MENOS DE 40 % DE EFICIENCIA TERMICA, EL RESTO SE DESCARGA A LA ATMOSFERA EN LOS GASES DEL ESCAPE QUE SALEN POR LA CHIMENEA Y EN LOS SISTEMAS DE CONDENSACION Y ENFRIAMIENTO DEL CICLO TERMODINAMICO.

EN LA INDUSTRIA EN DONDE SE REQUIERE DE VAPOR O AGUA CALIENTE DE MAS BAJA TEMPERATURA. ASI SE PUEDE COMBINAR LA PRODUCCION DE ENERGIAELECTRICA Y TERMICA, APROVECHANDO LA ENERGIA QUE DE OTRA FORMA SE DESECHARIA, COMO OCURRE EN LAS CENTRALES TERMOELECTRICAS CONVENCIONALES, A ESTA FORMA DE APROVECHAR EL CALOR DE DESECHO SE LE CONOCE COMO COGENERACION.

INTERCOOLER RADIATOR 48 kW104 F

541 GPM @ 174 / 194 °F

2 MOTORES DEUTZTBG 632V16FMOTOGENERADORES A GAS

JACKET WATER RADIATOR 1125 kW

165

GPM

@ 1

94 F

174 - 194 °F

VALVULA DE 3 VIAS

SILENCIADOR DEL ESCAPE

VALVULA MODULACION BYPASS

UN

IDA

D D

E R

ECU

PER

AC

IÓN

D

E C

ALO

R D

EL

ESC

APE

TANQUE DE CONDENSADO DEAIREADOR

NIVEL & TEMP

UNION FLEXIBLE

75 Dba a 1 m

62 800 LBS / HR 928 °F

190 F

0% E

.G.,

120

F 73

6 G

PM

190 °F946 GPM A

RETORNO CONDENSADO Y AGUA DE REPUESTO DEL TANQUE DE CONDENSADO

BOMBA ALIMENTACION DE AGUA

BOMBA ALI-MENTACION

ECONOMIZADOR

5,089 KW Netos60 Hz, 4.16 KV

ENFRIADORESDE ABSORCIONCON CAPACIDADDE 450 TR

AGUA HELADAA PROCESO

11 000 LBS / HR VAPOR

DIAGRAMA DE FLUJO TERMICO

Ejemplo típico de Sistema de Cogeneración

4% Radiación

5% Aceite

33% Energía Eléctrica

33% Escape

25% Agua

BALANCE TERMICO

2.- ANALISIS DEL PROYECTO

A) CUANDO SE REQUIERE DE ENERGIA ELECTRICA CONSTANTE, ES DECIR LAS 24 HORAS AL DIA, Y EN SU PROCESO SE REQUIERE AGUA CALIENTE, VAPOR O AGUA HELADA, SE JUSTIFICA INSTALAR UNA PLANTA DE COGENERACION.

B) SI LA DEMANDA ELECTRICA ES CONSTANTE O CASI CONSTANTE, SE TIENE TAMBIEN UNA CARGA TERMICA CONSTANTE, SE JUSTIFICA INSTALAR UNA PLANTA DE COGENERACION.

C) EN OCASIONES LA DEMANDA ELECTRICA ES VARIABLE Y LA DEMANDA DE ENERGIA TERMICA SE REQUIERE CONSTANTE, SE PUEDE INSTALAR UNA FUENTE DE ENERGIA TERMICA PARA PROPORCIONAR EL DIFERENCIAL DE ESTA ENERGIA.

3.- ANALISIS ECONOMICOPARA EVALUAR LA JUSTIFICACION DE LA INSTALACION DE UNA

PLANTA DE COGENERACION SE REQUIERE QUE SE PREPARE UN ANALISIS DE COSTO BENEFICIO.

CUANDO LA INDUSTRIA TIENE CORTES DE ENERGIA ELECTRICA DE LA RED DE SUMINISTRO ELECTRICO O ALGUNAS VECES CAMBIOS DE VOLTAJE, DETIENE SU PROCESO PRODUCTIVO CON UN CORTE DE HASTA CUATRO SEGUNDOS Y PARA OTRA VEZ VOLVER A TOMAR EL MISMO RITMO, LE LLEVA 3, 4 O HASTA 5 HORAS, EN ESTE CASO SE JUSTIFICA AUTOGENERAR Y GENERALMENTE BAJO EL ESQUEMA DE COGENERACION.

TAMBIEN EXISTEN CASOS EN EL QUE UNA DE LAS MATERIAS PRIMAS ES LA ENERGIA ELECTRICA Y EL INDUSTRIAL TIENE QUE PAGAR VARIOS MILLONES DE PESOS MENSUALES, GENERALMENTE TAMBIEN SE LE JUSTIFICA COGENERAR, YA QUE EN ESTOS CASOS ECONOMICAMENTE SI SE INSTALA UNA PLANTA DE COGENERACION OBTIENE AHORROS, ADEMAS DE TENER UNA ENERGIA ELECTRICA CONFIABLE Y DE BUENA CALIDAD.

PROYECTO MANGANESO EN COMBUSTÓLEO y CICLO COMBINADO18 V48/60 DE 18,400 KW

DescripciónMotor a

CombustóleoSituación Futura

(2005)Situación Futura

(2006)Situación Futura

(2007) Unidades

Consumo de Vapor 63,824.33 63,824.33 63,824.33 63,824.33 Lb/HrEntalpía del Vapor 1,240.00 1,240.00 1,240.00 1,240.00 BTU/LbEntalpía del Agua de Condensado 963.00 963.00 963.00 963.00 BTU/LbEficiencia de la Turbina 74.00 - - %Requerimiento Térmico 23,572,453.33 23,572,453.33 23,572,453.33 BTU/HrConsumo de Combustible 198,008.61 198,008.61 198,008.61 MMBTU/AñoHoras de Trabajo 8,400.00 8,400.00 8,400.00 8,400.00 Hr/AñoCosto del Combustóleo - - - US$/MMBTUGeneración Total de Vapor - - - Tn/AñoRequerimiento Anual de Combustible - - - - US$/AñoGeneración de Electricidad Turbina 7,000.00 - - - KWGeneración Electricidad Motor 92,000.00 - US$/TnRequerimiento Total de Electricidad 85,000.00 94,500.00 94,500.00 94,500.00 kWHoras de Trabajo 8,400.00 8,400.00 8,400.00 8,400.00 Hr/AñoConsumo Anual de Electricidad 714,000,000.00 793,800,000.00 793,800,000.00 793,800,000.00 KWH/AñoEficiencia del Motor 7,210.50 - - - BTU/KWHCosto del Combustible 4.68 - - - US/MMBTUConsumo de Combustible del Motor 24,094,029.96 - - - US$/AñoTarifa Eléctrica - 0.0650 0.0748 0.0860 US$/kW-hrCosto Anual de Electricidad - 51,597,000.00 59,336,550.00 68,237,032.50 US$/AñoCosto de Operación y Mantenimiento 12,852,000.00 - - - US$/AñoCosto de Energía de Respaldo 952,000.00 - - - US$/AñoCostos por Falla de la Red - - - - US$/AñoCosto del Kilowatt Generado 0.0531 0.0650 0.0748 0.0860 US$/KWHCosto de Inversión Llave en Mano 72,706,000.00 - - - US$Capital de Trabajo - - - - %Inversión Total - - - - AñosEquity del Proyecto - - - - US$/AñoMonto a Financiar - Intereses Anuales del Financiamiento 11,530,000.00 - - - US$/AñoGastos Totales 49,428,029.96 51,597,000.00 59,336,550.00 68,237,032.50 US$/Año

Ahorro por Cogeneración - 2,168,970.04 9,908,520.04 18,809,002.54 US$/Año

Porcentaje de Ahorro - 4.20% 16.70% 27.56% %

Amortización de la Planta - 33.52 7.34 3.87 Años

LINEA DE TENDENCIA EN EL INCREMENTO DE COSTO DE LOS ENERGETICOS

Gas $/Gcal EE $/kW

INPC/Precio de Energía (1/98-4/03)

$0

$100

$200

$300

$400

$500

$600

$700

$800

$900

03/01/1998

03/04/1998

03/07/1998

03/10/1998

03/01/1999

03/04/1999

03/07/1999

03/10/1999

03/01/2000

03/04/2000

03/07/2000

03/10/2000

03/01/2001

03/04/2001

03/07/2001

03/10/2001

03/01/2002

03/04/2002

03/07/2002

03/10/2002

03/01/2003

03/04/2003

03/07/2003

03/10/2003

H-M Elec. Rate Peso/MWh

Nat. Gas Peso / MWh LHV

Combustoleo Peso / MWh LHV

INPC

4.- TIPOS DE COMBUSTIBLES DISPONIBLES.

PARA ESTAS PLANTAS DE COGENERACION, PRINCIPALMENTE SE UTILIZAN COMO COMBUSTIBLE GAS NATURAL PARA TURBINAS O MOTORES RECIPROCANTES Y COMBUSTOLEO EN MOTORES RECIPROCANTES.

DESAFORTUNADAMENTE NO EXISTE UNA RED DE GAS NATURAL EN TODA LA REPUBLICA Y NO SE PUEDE UTILIZAR COMBUSTOLEO EN EL VALLE DE MEXICO, MONTERREY Y GUADALAJARA, AUNQUE ESTA NORMALIZACION TIENE QUE CAMBIAR PORQUE HAY SISTEMAS PARA ATRAPAR EL POCO HOLLIN QUE SALE A TRAVEZ DEL ESCAPE Y SE PUEDEN UTILIZAR CONVERTIDORES CATALITICOS, COMO EXISTE EN EUROPA CON NORMAS MAS ESTRICTAS EN MATERIA AMBIENTAL.

LAS TURBINAS DE GAS EN ALGUNAS OCASIONES PUEDEN UTILIZAR DIESEL, PERO EL ALTO COSTO DE ESTE COMBUSTIBLE LO VUELVE INCOSTEABLE.

5.- ESTUDIO DEL TIPO DE MAQUINA A USARSE.

DEPENDIENDO LA POTENCIA REQUERIDA, SE PUEDEN UTILIZAR MOTORES RECIPROCANTES DESDE 5 KW HASTA 8,000 KW, ARRIBA DE ESTA CAPACIDAD SE PUEDEN UTILIZAR TANTO MOTORES RECIPROCANTES O TURBINAS, O VARIOS MOTORES RECIPROCANTES HASTA 100 MW, ARRIBA DE ESTA CAPACIDAD EN UN SISTEMA DE COGENERACION LO MAS INDICADO ES UTILIZAR TURBINAS DE GAS, A MENOS QUE EN EL BALANCE TERMICO SE REQUIERA DE MENOR CANTIDAD QUE EL OBTENIDO POR UNA TURBINA, SE UTILIZA EN ESTE CASO MOTORES RECIPROCANTES, PORQUE EL MOTOR RECIPROCANTE ES MAS EFICIENTE DESECHA MENOS ENERGIA TERMICA POR EL ESCAPE EN COMPARACION DE UNA TURBINA DE GAS, AHORA BIEN SI NO HAY SUMINISTRO DE GAS NATURAL, SE TIENE QUE RECURRIR A UTILIZAR MOTORES A COMBUSTOLEO, Y SI LA PLANTA REQUERIDA ES DEL ORDEN DE 100 MW, Y NO REQUIEREN DE COGENERACION, SE PUEDE INSTALAR UN SISTEMA DE CICLO COMBINADO PARA EFICIENTAR LA PLANTA, AUNQUE EN ESTE CASO SOLAMENTE SE INCREMANTA UN 5 Ó 6 %.

G

CONDENSADOR

RECEPCION DE

COMBUSTOLEO

TANQUE COMBUSTOLEO

PLANTADE

TRATAMIENTOCOMBUSTOLEO

TANQUE DE DIA

COMBUSTOLEO

TANQUEDIESEL

RECPERADOR DE

CALORTURBINADE VAPOR

TANQUE PARALODOS

TANQUE PARAAGUA ACEITOSA

TANQUE BUFFER

CUARTO DE CONTROLY SINCRONIZACION

5 MOTOGENERADORES

RADIADORES

CENTRIFUGADOCOMBUSTOLEO

CALDERAAUXILIAR

BA

ÑO

CO

CIN

ET

A

OFICINA

6.- ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO ELECTRICO.

PARA DETERMINAR LA CARGA ELECTRICA Y VER SU COMPORTAMIENTO SE REQUIERE QUE SE HAGAN LAS MEDICIONES DE DEMANDA MAXIMA Y DE VARIACION DE CARGA, PORQUE SI TENEMOS UNA VARIACION CON UN RANGO MUY GRANDE, TENDREMOS PROBLEMAS CUANDO LA PLANTA OPERE EN ISLA, SI TENEMOS VARIACIONES DE CARGA DEL 20 % O MAS DELA CAPACIDAD INSTALADA, TENDREMOS PROBLEMAS CON EL CONTROL DE VELOCIDAD DE LAS MAQUINAS, YA QUE EN OCASIONES LA VARIACION ALTA DE CARGA LLEGA A SER DE 12 Ó 16 VECES POR MINUTO, EN ESTE CASO AUNQUE SE TENGA UN CONTROL DE VELOCIDAD ELECTRONICO, LA MAQUINA SE DISPARA POR ALTA VELOCIDAD GENERALMENTE, POR ESO ES NECESARIO LLEVAR A CABO ESTE ESTUDIO DE CARGAS.

ESTE ESTUDIO SE REALIZA CON UN ANALIZADOR DE REDES QUE ALMACENA EL COMPORTAMIENTO DURANTE 15 DIAS, PARA DESPUES INTERPRETARLO, QUE TAMBIEN SE LLAVA UN TIEMPO DE OTROS 15 DIAS.

7.- CONFORMACION DE LA PLANTA DE COGENERACION.

YA CON TODOS LOS DATOS, SI SE REQUIERE COGENERAR, ANALIZAR SI ES VIABLE ECONOMICAMENTE, SI EXISTEN LOS COMBUSTIBLES QUE REQUERIMOS, SI EXISTE EL TIPO DE MAQUINA QUE MAS SE ADAPTE AL PROYECTO, Y SI ELECTRICAMENTE NO TENEMOS LIMITANTE, ENTONCES PROCEDEMOS A CONFORMAR LA PLANTA DE COGENERACION, PRIMERO CON UNA INGENIERIA BASICA PARA FINES DE PODER COTIZARLA, Y POSTERIORMENTE HACER LA INGENIERIA DE DETALLE, PARA ESTAR SEGUROS DE QUE LO QUE TEORICAMENTE ANALIZAMOS SE REALICE PRACTICAMENTE CON ÉXITO.

PLANTA DE COGENERACION DE 2.5 Mwe Y 5,500 LBS/h DE VAPOR A 4.0 KG/CM2

SISTEMA DE ESCAPE CON VALVULA DE TRES VIAS

RECUPERADOR DE CALOR PARA LA PRODUCCION DE VAPOR

Chiller de absorción con capacidad para 250 T.R.

8.- DISPOSICION DEL EQUIPO. (LAYOUT)

Gracias por su atención !

ING. JULIO PUEBLITA B. jpueblita@igsa.com.mx