Comisión de Infraestructura, UIA Buenos Aires, 11 de Noviembre de 2010 Reseña de las posibilidades de eficiencia energética a través de la Cogeneración. Tecnologías aplicables. Ing. Alberto Fushimi, TYCSA / UNLP Integrante de la Comisión de Infraestructura, UIA Miembro titular, Academia de la Ingeniería de la PBA.

Que es un sistema térmico eficiente Es aquel que, para el mismo consumo de recursos, nos permite obtener la mayor cantidad de energía útil, preferiblemente de electricidad cuyo valor es, en general, mayor que el del calor útil. El “Fuel efficiency” es un indicador cualitativo “incompleto”, es: W = Trabajo útil; Q = Calor útil; C = combustible insumido. Pero el número de pares de valores de W y Q que conducen al mismo resultado es infinito, por lo que es necesario establecer la relación W / Q, para que con el fuel efficiency definan la calidad. Por ejemplo: si Q = 0, un fuel efficiency del 60% (ciclo combinado), es bueno. Pero si W = 0 (caldera por ejemplo) un fuel efficiency del 60% es malo. Actualmente, un sistema con fuel effciency del 90% y con W/Q de aprox. 1 o mayor puede ser considerado bueno. No es fácil lograrlo, solo es posible por integración de procesos, en los que la cogeneración está involucrada.

Un caso informado en la bibliografía COSPP Cogeneration and On Site Power Production. e-update from COSPP magazine May May Siemens Energy has received an order from Bulgaria for erection of a combined cycle cogeneration district heating power plant (CC, CHP, DH) The power plant, to be built in the city of Plovdiv, is scheduled to start supplying approximately 50 MW of electricity and as much as 55 MW of district heat in late Siemens will supply an SGT-700 gas turbine, an SST-300 steam turbine, a heat recovery steam generator with supplementary firing, and other auxiliary systems. With the plant operating in combined cycle duty the turbines will cogenerate both power and district heat. The order also includes a long term service agreement. In the future our power plant will supply power and heat to Plovdiv. At the same time the up to 90% efficiency attained by the cogeneration plant will also make a significant contribution toward operating economy and environmental protection. PennWell Corporation 1421 South Sheridan Road Tulsa, OK USA 50 MW eléctricos, 55 MW térmicos, 90% Fuel Efficiency

Rangos termométricos de los procesos de conversión. Calidad de la energía térmica, (Usefulness)

Reglas a aplicar en la búsqueda de eficiencia energética Comenzar las transformaciones en el sistema de conversión a la mayor temperatura posible. Deben prolongarse hasta la mínima temperatura posible, ordenando la secuencia de procesos adecuadamente. Eliminar o reducir en lo posible las irreversibilidades, que si bien no provocan pérdidas directas de energía, lo hacen indirectamente reduciendo la usabilidad de la energía en el proceso. Lo que no se usó debe ser eliminado (pérdidas) Como se mide la eficiencia energética: Por comparación del consumo de energía primaria con sistemas de referencia de producciones equivalentes. Es el ahorro de recursos, en MW, o % de reducción respecto al o a los sistemas que reemplazan. (que producen lo mismo).

Ahorro de recursos esperables en sistemas de cogeneración

Ahorros de combustible de los sistemas analizados. Incidencia de los rendimientos de referencia

Reseña rápida de las tecnologías de cogeneración (1) Turbina de vapor de contrapresión o condensación con extracción Vapor de admisión de baja exergía por la degradación producida por el generador convencional de vapor. Limita la producción de trabajo mecánico, que resulta muy reducida. Eficiencia marginal de W muy elevada en turbinas de contrapresión, pero la flexibilidad es mala. En TV de condensación con extracción es mejor, pero la eficiencia es menor. Turbina de gas con HRSG, para vapor para usos calóricos. Para la misma carga calórica, la producción eléctrica es mucho mayor que en el caso anterior debido a la eliminación de la caldera convencional degradadora. Mejora mucho la rentabilidad. Requiere flexibilización, cuya implementación reduce la eficiencia. La eficiencia marginal de W es menor, para mejorarlo se debe trabajar sobre el sistema, y además con la demanda térmica del usuario.

Reseña rápida de las tecnologías de cogeneración (2) Combinación ciclo combinado - cogeneración Es la opción que combina eficiencia y flexibilidad con mínimas pérdidas. Consiste en un sistema TG + HRSG con fuego suplementario, para vapor de parámetros altos para maximizar la producción eléctrica de la TV, que es de condensación con extracción /es para suministrar como vector calórico. Su condensador puede ser mucho mas chico que lo convencional Se debe trabajar sobre el sistema, y además con la demanda térmica del usuario, para obtener un sistema óptimo. El fuego suplementario aumenta el rendimiento, pero reduce la relación W/Q. Se consiguen fuel efficiency´s del orden del 90% con W/Q próximos a 1, pero no es fácil. De existir un sistema de cogeneración a vapor, (Celulosa Argentina, de Zárate, PBA. por ejemplo), es relativamente fácil y económico repotenciarlo a este tipo de esquema conceptual..

Demandas de energía A ser resueltos por diferentes opciones aplicables Demandas de vapor, caso Normal Restringido Vapor saturado de 13 bar: 73 Ton/h 47 Ton/h Vapor saturado de 6 bar: 225 Ton/h 143 Ton/h Vapor saturado (6 + 13): 298 Ton/h 190 Ton/h Retorno de condensado: 45% a 20 o C Demanda eléctrica: sin restricciones. La paridad eléctrica se logra por intercambio de energía con la red.

Cogeneración con turbinas de vapor

TG + HRSG, vapor para usos calóricos

TG + HRSG + TV Condens y Extracc. 190 Ton/h vapor

TG + FS + HRSG + TV Condens y Extracc. 300 Ton/h vapor

Ahorros de los sistemas analizados

Denmark’s economy has grown by around 75% since 1980 to 2006 with nearly stable energy consumption. CE = 1.1 PBI = 1.75 Elasticidad = 1.1 / 1.75 = The Danish Example: Towards an Energy Efficient and Climate Friendly Economy. Expuesto en el “Energy Technology for a climate friendly future” Seminar, Buenos Aires, 2008

Actualmente, en Dinamarca… Sustentable ?

Tom Kerr: “Cogeneration: A key part of a sustainable energy future” presentación en The International CHP / DHC Collaborative: Advancing near term low carbon technologies. Helsinky, Finland, 5 March, 2009 Tom Kerr: “Cogeneration: A key part of a sustainable energy future” presentación en The International CHP / DHC Collaborative: Advancing near term low carbon technologies. Helsinky, Finland, 5 March, 2009

Tom Kerr: “Cogeneration: A key part of a sustainable energy future” presentación en The International CHP / DHC Collaborative: Advancing near term low carbon technologies. Helsinky, Finland, 5 March, 2009

Datos del GTW Handbook 2009 sobre CCs grandes

HRSG de 13 paquetes de un CC de tres presiones con recalentamiento. 1 TG PG 9331FA de 226.5MW Potencia neta MW, Rendimiento neto 55.7%

Un análisis económico financiero Un análisis económico financiero muy preliminar. Precisión “a dedo gordo”

Análisis económico financiero muy preliminar de un proyecto de cogeneración moderno. Diagrama.

Estimación muy preliminar de la inversión Se intenta manejar valores conservadores

Costos específicos OEM, U$S/kW de ciclos combinados

Resultados para el proyecto Resultados para el capital propio de los inversores

Resultados 1 MM BTU = MWh 7 U$S/MM.BTU = 7/0.293 = U$S/MWh

Sensibilidad de la TIR a la inversión. Precio del gas: 7 U$S/MM.BTU, del destilado medio a 17 U$S/MM.BTU Precios de venta, respecto al combustible: Electricidad = x 2,5, Vapor = x 1,5

Muchas gracias por su atención !