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RETScreen ® Proyectos de Cogeneración Crédito Fotográfico: Warren Gretz, DOE/NREL PIX Central de Generación Eléctrica.

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1 RETScreen ® Proyectos de Cogeneración Crédito Fotográfico: Warren Gretz, DOE/NREL PIX Central de Generación Eléctrica

2 Objetivos Revisar los fundamentos de los Sistemas de Cogeneración Aclarar las consideraciones más importantes para el análisis de proyectos de cogeneración Introducción al Modelo de Proyectos de Cogeneración RETScreen ®

3 Electricidad Calor Edificios Servicios Comunales Procesos industriales …pero también… Eficiencia energética incrementada Desperdicios y emisiones reducidas Pérdidas en Transmisión y Distribución Reducidas Una oportunidad para usar el sistema distrital de energía Enfriamiento ¿Que suministran los sistemas de Cogeneración? Crédito Fotográfico: Andrew Carlin, Tracy Operators/NREL PIX Planta de Generación Eléctrica a Combustible de Biomasa, USA

4 El sistema eléctrico centralizado tradicional es ineficiente De una mitad a dos tercios de la energía es desperdiciada en forma de calor Este calor, que de otra forma se pierde, puede ser usado en procesos industriales, calentamiento de ambientes y agua, enfriamiento, etc. La electricidad típicamente tiene mas valor que el calor Motivación para el uso de un Sistema de Cogeneración Adaptado de World Alliance for Decentralized Energy; Units in TWh Biomasa Renovable Geotérmico 1.24 Carbón Petróleo Gas Nuclear Pérdidas de conversión de producción térmica Planta de Generación eléctrica propia 963 Industria Producción Neta de electricidad Entrada total de energía primaria para producción de electricidad Industria Electricidad Entregada a Clientes Producción bruta de electricidad Pérdidas de transmisión y distribución Hidro 2.705

5 El Concepto de la Cogeneración Producción simultánea de dos o mas tipos de energía utilizable de una sola fuente de energía Uso de calor de desperdicio de equipos de generación de electricidad Eficiencia de recuperación de calor (55/70) = 78,6% Eficiencia total ((30+55)/100) = 86,0% Sistema Eléctrico de Potencia Generador Carga Eléctrica Carga De Calor Electricidad 30 Unidades Calor 55 Unidades Combustible 100 Unidades Calor + Escape 70 Unidades Generador de Vapor por Recuperación de Calor

6 Descripción de la Cogeneración Equipamiento y Tecnologías Equipamiento de calefacción Recuperación de calor de desperdicio Caldero / Horno / Calentador Bomba de calor, etc. Equipamiento de Enfriamiento Compresor Enfriador de Absorción Bomba de calor, etc. Equipamiento de Generación de Electricidad Turbina a gas Turbina a vapor Turbina a gas – ciclo combinado Motor reciprocante Celda electroquímica, etc. Crédito Fotográfico: Rolls-Royce plc Turbina a Gas Crédito Fotográfico: Urban Ziegler, NRCan Equipo de Enfriamiento

7 Descripción de la Cogeneración (cont.) Tipos de Combustible Combustibles fósiles Gas natural Petróleo Diesel (#2) Carbón, etc. Combustibles renovables Residuos de madera Biogas Derivados Agrícolas Cultivos con Propósito Específico, etc. Bagazo Gas de Relleno Sanitario Energía geotérmica Hidrógeno, etc. Crédito Fotográfico: Joel Renner, DOE/ NREL PIX Géyser Geotérmico Crédito Fotográfico: Warren Gretz, DOE/NREL Biomasa para Cogeneración

8 CHP Description (cont.) Applications Edificios simples Comercial e industrial Edificios múltiples Sistemas de energía distritales (ej. comunidades) Procesos industriales Crédito Fotográfico: Urban Ziegler, NRCan Micro turbina en invernadero Crédito Fotográfico: Urban Ziegler, NRCan Cogeneración con gas de relleno sanitario para sistema de calefacción distrital, Suecia Crédito Fotográfico: Urban Ziegler, NRCan Cogeneración en Municipio de la Ciudad de Kitchener

9 El calor de una planta de cogeneración puede ser distribuida a edificios múltiples cercanos para calefacción y enfriamiento Los tubos de acero aislados son enterrados a 0,6 a 0,8 m bajo el suelo Ventajas comparadas con que cada edificio cuente con su propia planta: Más alta eficiencia Control de emisiones en una sola planta Seguridad Confort Facilidad operativa Típicamente costos iniciales más altos Sistemas de Energía Distritales Crédito Fotográfico: SweHeat Planta de Energía del Distrito Crédito Fotográfico: SweHeat Tubos de Agua Caliente de Calentamiento Distrital

10 Costos del Sistema de Cogeneración Costos altamente variables Costos iniciales Equipos de generación de electricidad Equipos de calefacción Equipos de enfriamiento Interconexión eléctrica Caminos de Acceso roads Tendido de tuberías de energía del Distrito Costos recurrentes Combustible Operación y mantenimiento Reemplazo y reparación de equipos Tipo de equipo de generación eléctrica RETScreen Costo Instalado Típico ($/kW) Motor reciprocante700 a Turbina a gas550 a Turbina a gas - ciclo combinado700 a Turbina a vapor500 a Sistema geotérmico1.800 a Celda electroquímica4.000 a Turbina eólica1.000 a Turbina hidráulica550 a Módulo fotovoltaico8.000 a Nota: Los valores de costos típicos instalados en $ Canadienses al 1º de Enero, Tipo de cambio aproximado a esa fecha fue 1 CAD = 0,81 USD y 1 CAD = 0,64 EUR

11 Consideraciones en Proyectos de Cogeneración Suministro de combustible de largo plazo, confiable Los costos de capital deben mantenerse bajo control Necesita clientes tanto para el calor como para la electricidad producida Debe negociarse la venta de electricidad en la red pública si es que no se consume todo en el sitio Típicamente la planta es dimensionada para la carga de calentamiento de base (es decir mínima carga de calefacción bajo condiciones de operación normal) Calor producido, típicamente está entre el 100 y el 200% de la electricidad producida El calor puede ser utilizado para enfriamiento a través de los enfriadores de absorción El riesgo asociado a la incertidumbre de la dispersión futura del precio de la electricidad / gas natural

12 Ejemplo: Canadá Edificios Edificios que requieren calefacción, enfriamiento y un suministro confiable de electricidad Hospitales, escuelas, edificios comerciales, edificios agrícolas, etc. Motor Reciprocante Crédito Fotográfico: GE Jenbacher Caldero de Recuperación de Calor Credito Fotográfico: GE Jenbacher Crédito Fotográfico: GE Jenbacher Hospital, Ontario, Canadá

13 Ejemplos: Suecia y Estados Unidos Edificios Múltiples Grupos de edificios servidos por una planta de generación de electricidad calefacción/enfriamiento central Universidades, complejos comerciales, comunidades, hospitales, complejos industriales, etc. Sistema de energía distrital Turbina utilizada en el MIT, Cambridge, Mass. EEUU Crédito Fotográfico: SweHeat Planta de Energía Distrital Turbina a Gas GT10 25 MW

14 Ejemplo: Brasil Procesos Industriales Industrias con alta y constante demanda de calentamiento o enfriamiento son buenos candidatos para la Cogeneración También aplicable a industrias que producen material de desperdicio que puedan ser usados para generar calor y electricidad Crédito Fotográfico: Ralph Overend/ NREL Pix Bagazo para Proceso de Calor en Acería, Brasil Combustible Combustor Turbina a gas Generador Aire Combustible – encendido en ducto Turbina a vapor Generador Puerto de extracción Puerto de Presión Reversa Carga de Calefacción Carga de Calefacción Condensador Agua de alimentación Gas de escape Vapor Generador de Vapor por Recuperación de Calor Generador de Vapor por Recuperación de Calor Carga eléctrica Compresor Combustor Turbina a gas Generador Aire Combustible – encendido en ducto Turbina a vapor Generador Puerto de extracción Puerto de Presión Reversa Carga de Calefacción Carga de Calefacción Condensador Agua de alimentación Gas de escape Vapor Generador de Vapor por Recuperación de Calor Generador de Vapor por Recuperación de Calor Carga eléctrica Compresor

15 Ejemplos: Canadá y Suecia Gas de Relleno Sanitario Los rellenos sanitarios producen metano cuando la basura se descompone Esto puede ser utilizado como combustible para proyectos de enfriamiento, calefacción o generación de electricidad Crédito Fotográfico: Urban Ziegler, NRCan Cogeneración con gas de relleno sanitario para sistema de calefacción distrital, Suecia Crédito Fotográfico: Gaz Metropolitan Ciclo de Colección de Gas de Relleno Sanitario Sistema de tuberías de captación de gas de relleno sanitario Filtro Compresor Enfriador/ Secador Producción de vapor Proceso Flama Producción de electricidad

16 Modelo de Proyectos de Cogeneración RETScreen ® Análisis Universal de producción de energía, costos de ciclos de vida y reducciones de emisiones de gas de efecto invernadero Enfriamiento, calefacción, electricidad, y todas las combinaciones de Turbinas de gas o vapor, motores reciprocantes, celdas electroquímicas, calderos, compresores, etc. Vasto rango de combustibles, que van desde combustibles fósiles a biomasa y geotérmicos Variedad de estrategias operacionales Herramienta de gas de Relleno Sanitario Sistemas de Energía Distritales También incluye: Idiomas y monedas múltiples, cambio de unidades, y herramientas de usuario

17 Modelo de Proyectos RETScreen ® (cont.) Capacidades para diversos tipos de proyectos Solo calefacción Solo electricidad Solo enfriamiento Calor y Electricidad Combinados Enfriamiento y electricidad combinados Calentamiento y enfriamiento combinados Enfriamiento, calefacción y electricidad combinados Carga de calefacción Carga de enfria- miento Carga eléctrica Sistema Eléctrico de potencia Sistema de enfria- miento Sistema de calenta- miento Electricidad Calor Calor Recuperado Calor Frío Electricidad Combustible

18 Sistemas de Calefacción del Modelo de Proyectos de Cogeneración RETScreen ® Carga (kW) Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic Mes Enfriamiento Electricidad Calefacción Calefacción carga de punta Calefacción carga de media Calefacción carga de base

19 Sistemas de Enfriamiento del Modelo de Proyectos de Cogeneración RETScreen ® Carga (kW) Mes Enfriamiento carga de base Enfriamiento ElectricidadCalefacción Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic Enfriamiento carga de punta

20 RETScreen ® CHP Project Model Power Systems Enfriamiento Electricidad Calefacción Mes Carga (kW) Electricidad carga de punta Electricidad carga de media Electricidad carga de base Ene Feb Mar Abr Ma Jun Jul Ago Set Oct Nov Dic

21 Cálculo de Energía de Cogeneración RETScreen ® Ver e-Libro Análisis de Proyectos de Energía Limpia: Ingeniería y Casos RETScreen® Capítulo Análisis de Proyectos de Cogeneración Diagrama de Flujo Simplificado del Modelo de Energía de Cogeneración

22 Ejemplo de Validación del Modelo de Proyectos de Cogeneración RETScreen ® Validación total realizada por consultor independiente (FVB Energy Inc.) y por numerosos examinadores beta de la industria, empresas de servicio público, gobierno y académicos Comparado con muchos otros modelos y/o datos medidos, con excelentes resultados (por ejemplo cálculos de desempeño de turbinas a vapor comparado con el software de simulación de proceso energético GE denominado GateCycle) Kpph = 1000 lbs/hr Cálculo de Comparación de Desempeño de Turbinas a Vapor

23 Conclusiones Sistemas de cogeneración hacen el uso más eficiente del calor que de otra manera estaría desperdiciada. RETScreen calcula las curvas de duración de demanda y carga, energía entregada, y consumo de combustible para diversas combinaciones de calefacción, enfriamiento y/o sistemas eléctricos de potencia utilizando datos de entrada mínimos RETScreen provee significantes ahorros de costos de estudios de factibilidad preliminares

24 ¿Preguntas? Para mayor información por favor visite el sitio Web RETScreen en Módulo de Análisis de Proyectos de Cogeneración Curso de Análisis de Proyectos de Energía Limpia RETScreen ® International


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