COGENERACION

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COGENERACION UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE Prof. Ubaldo Zúñiga Q 1 COGENERACION.- 1.- Concepto de Cogeneración.- Se entiende por cogeneración, la producción combinada de energía eléctrica o mecánica y energía térmica (calor) útil, a partir de la misma fuente primaria de energía. Es una de las alternativas más viables para lograr el aprovechamiento óptimo de un recurso energético, por cuanto permite utilizar el salto térmico que se produce entre una temperatura de llama y la temperatura requerida en un proceso industrial. En efecto, cuando se quema un combustible se obtiene una energía térmica con alto nivel de temperatura; esta energía se usa para procesos industriales (o térmicos en general) que requieren distintos niveles calóricos, desde temperaturas altas, cercanas a los 1000 ºC, hasta temperaturas moderadas (del orden de 500 ºC) o bajas (menores de unos 300 ºC). Utilizar un combustible en aplicaciones térmicas de alta temperatura representa un uso adecuado del mismo, No ocurre lo mismo cuando se quiere obtener energía térmica con medio o bajo nivel de temperatura (aún cuando el rendimiento térmico pueda ser de 90 %), Lo anterior, debido a que no se aprovecha todo el diferencial de energía existente entre los dos niveles térmicos. Una forma de aprovecharlo es, por ejemplo, generar energía eléctrica con ese diferencial. El aprovechamiento de ese salto térmico para generar energía eléctrica, sumado al uso de la energía térmica residual, es lo que constituye un sistema de CO-GENERACION, el cual permite lograr una mejor eficiencia del sistema. Como consecuencia de lo anterior, el centro de consumo donde se produce esta cogeneración, podrá disponer no sólo de la energía térmica sino también de energía eléctrica para reducirla de su consumo habitual de la red de servicio público. EJEMPLO: SISTEMA CONVENCIONAL.- SISTEMA CON COGENERACION.-

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COGENERACION UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE Prof. Ubaldo Zúñiga Q

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COGENERACION.-

1.- Concepto de Cogeneración.-

Se entiende por cogeneración, la producción combinada de energía eléctrica o mecánica y energía térmica (calor) útil, a partir de la misma fuente primaria de energía.

Es una de las alternativas más viables para lograr el aprovechamiento óptimo de un recurso energético, por cuanto permite utilizar el salto térmico que se produce entre una temperatura de llama y la temperatura requerida en un proceso industrial.

En efecto, cuando se quema un combustible se obtiene una energía térmica con alto nivel de temperatura; esta energía se usa para procesos industriales (o térmicos en general) que requieren distintos niveles calóricos, desde temperaturas altas, cercanas a los 1000 ºC, hasta temperaturas moderadas (del orden de 500 ºC) o bajas (menores de unos 300 ºC).

Utilizar un combustible en aplicaciones térmicas de alta temperatura representa un uso adecuado del mismo,

No ocurre lo mismo cuando se quiere obtener energía térmica con medio o bajo nivel de temperatura (aún cuando el rendimiento térmico pueda ser de 90 %),

Lo anterior, debido a que no se aprovecha todo el diferencial de energía existente entre los dos niveles térmicos.

Una forma de aprovecharlo es, por ejemplo, generar energía eléctrica con ese diferencial.

El aprovechamiento de ese salto térmico para generar energía eléctrica, sumado al uso de la energía térmica residual, es lo que constituye un sistema de CO-GENERACION, el cual permite lograr una mejor eficiencia del sistema.

Como consecuencia de lo anterior, el centro de consumo donde se produce esta cogeneración, podrá disponer no sólo de la energía térmica sino también de energía eléctrica para reducirla de su consumo habitual de la red de servicio público.

EJEMPLO:

SISTEMA CONVENCIONAL.- SISTEMA CON COGENERACION.-

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La energía eléctrica cogenerada puede ser igual o superior a la requerida por el centro de consumo, en cuyo último caso habría un excedente que, dadas las condiciones, podría venderse a la red.

Es importante sin embargo, tener presente que la energía térmica útil que se genere, debe estar limitada por el requerimiento del centro de consumo, no siendo mayor que eso, a menos que se tenga la posibilidad concreta de abastecer a otro centro consumidor.

A fin de lograr optimizar adecuadamente la cogeneración, el centro de consumo podría ver aumentar su gasto en combustible respecto al que utilizaba con el sistema convencional, de manera que el costo de la energía eléctrica comprada a la red es muy importante al efectuar la evaluación económica del sistema.

A nivel país, sin embargo, el consumo de energía primaria se verá reducido por cuanto se evita generar esa energía eléctrica cogenerada y con ello todas las pérdidas de generación y transmisión involucradas.

Debido al uso eficaz de la energía primaria de las plantas de COGENERACIÓN, sus rendimientos energéticos y económicos son muy elevados, constituyendo en muchos casos inversiones de alta rentabilidad.

La Evolución de la Cogeneración.-

La cogeneración es la producción combinada de energía eléctrica y calor.

Es una tecnología que se conoce y se usa desde hace ya muchos años, tanto en Europa como en los Estados Unidos.

En América Latina también se introduce la cogeneración a tan sólo unos años de iniciado el siglo antes-pasado, principalmente en complejos azucareros y en fábricas de celulosa y papel.

Sin embargo, los bajos precios de la energía, la ausencia de reglamentaciones ambientales, el incremento en la seguridad del suministro eléctrico, las ampliaciones de las redes de distribución, así como políticas de subsidios y otros factores, hicieron que el uso de esta tecnología perdiera su interés.

En los Estados Unidos por ejemplo, la cogeneración se redujo de un 15 % en 1950 a un 4 % en 1970 .

El fuerte aumento en los precios del petróleo, ocurrido en 1973 y más tarde en 1979 obligan al mundo industrializado a optimizar sus consumos de energía térmica, por vía de mejorar eficiencias, optimizar procesos, usar recursos energéticos no-convencionales y mejorar tecnologías.

Paralelamente se presta mayor atención a los problemas ambientales dictándose reglamentaciones que limitan las emisiones de contaminantes.

Toda esta situación se extiende más tarde a los países en desarrollo.

Dentro de ese contexto aparece nuevamente la alternativa de cogeneración, aunque en muchos casos resulta impráctica por ser económicamente no atractiva mirado desde el punto de vista puramente de mejorar eficiencias. Se suma a ello una serie de dificultades para su desarrollo, principalmente de orden legal; tarifas no adecuadas y ausencia de mecanismos de financiamiento.

Las múltiples ventajas que presenta la aplicación de la tecnología de cogeneración, sin embargo, son tan evidentes, que en el escenario actual en que se mueven las economías de los distintos países del mundo, que deben adaptarse a las nuevas necesidades de competitividad, ésta tecnología no puede ser ignorada.

Es así como entre 1992 y el 2000, varios países de América Latina, en particular México y Chile, impulsaron programas para motivar la aplicación de la Cogeneración.

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España remonta su accionar en este nuevo impulso a la cogeneración, a 1986, bastante más tarde que Estados Unidos y otros países de Europa.

En Chile la cogeneración alcanzaba alrededor de 270 MW en 1997, de los cuales más del 50 % se producía en el sector de la celulosa y el papel, un 18 % en la industria del salitre, un 8 % en la industria azucarera, 7 % en la minería, 5 % en el sector petroquímico y el resto en el sector pesquero.

Una central de cogeneración de electricidad-calor funciona con turbinas o motores de gas. El gas natural es la energía primaria más utilizada corrientemente para hacer funcionar las centrales de cogeneración. Pero también pueden utilizarse fuentes de energía renovables y residuos.

Rendimiento de Cogeneración.-

Recordemos que el rendimiento térmico de una máquina térmica está dado por:

ηηηη = Energía útil/Energía Aportada

siendo generalmente la Energía útil el trabajo neto W

Los conceptos y aplicación de la termodinámica permiten determinar las formas en que este rendimiento sea el máximo.

En las plantas de cogeneración el objetivo, es la producción simultánea de trabajo y calor, energías ambas que pueden ser utilizadas directamente por la empresa, o bien venderse a un tercero.

En este caso, no solamente el rendimiento térmico resulta importante para el diseño de la planta, sino también el rendimiento global del sistema de cogeneración.

El producto de este rendimiento global por el rendimiento mecánico y por el del generador eléctrico, da el rendimiento eléctrico del sistema cogenerador.

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Un criterio de eficiencia también posible de utilizar en las plantas de cogeneración, lo constituye el llamado Factor de Utilización de Energía, FUE (1), el cual se define como:

Un criterio de eficiencia alternativo es el rendimiento eléctrico ‘aparente’,

Dado que el rendimiento eléctrico es

ηηηηe ap = EEc/A

siendo A = Mc*PCI)cog - Mc*PCI)conv = Mc*PCI)cog

(A representa el consumo atribuible a la electricidad producida)

ηηηηc : Rendimiento caldera convencional

El inverso de este rendimiento representa el consumo específico de combustible, CEC, en lcogeneración; en otras palabras, sería el consumo atribuible a la generación de 1 kW de EEc.

Ahorro de Combustible.-

Además de los criterios de rendimiento, es útil usar un criterio técnico referido al ahorro de combustible que se produce respecto al requerido para satisfacer la demanda de calor y electricidad del centro de consumo, si esas energías fueran producidas en forma convencional en una caldera y en una central térmicrespectivamente.

Este ahorro de combustible, expresado en unidades de energía es:

AC = EEc/ηηηηte - A

siendo,

ηηηηte : Rendimiento eléctrico de la central de potencia (EE/(Mc*PCI) = 0.4 aprox.

A definido antes

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Un criterio de eficiencia también posible de utilizar en las plantas de cogeneración, lo constituye el ción de Energía, FUE (1), el cual se define como:

Un criterio de eficiencia alternativo es el rendimiento eléctrico ‘aparente’, ηηηηe ap.

Dado que el rendimiento eléctrico es ηηηηe = EEc/Mc*PCI, este rendimiento aparente se define como:

Mc*PCI)conv = Mc*PCI)cog - Qu/ηηηηc

(A representa el consumo atribuible a la electricidad producida)

c : Rendimiento caldera convencional

El inverso de este rendimiento representa el consumo específico de combustible, CEC, en lcogeneración; en otras palabras, sería el consumo atribuible a la generación de 1 kW de EEc.

Además de los criterios de rendimiento, es útil usar un criterio técnico referido al ahorro de combustible que se produce al comparar el consumo de combustible de la planta cogeneradora, respecto al requerido para satisfacer la demanda de calor y electricidad del centro de consumo, si esas energías fueran producidas en forma convencional en una caldera y en una central térmic

Este ahorro de combustible, expresado en unidades de energía es:

te : Rendimiento eléctrico de la central de potencia (EE/(Mc*PCI) = 0.4 aprox.

Prof. Ubaldo Zúñiga Q Un criterio de eficiencia también posible de utilizar en las plantas de cogeneración, lo constituye el

e = EEc/Mc*PCI, este rendimiento aparente se define como:

El inverso de este rendimiento representa el consumo específico de combustible, CEC, en la planta de cogeneración; en otras palabras, sería el consumo atribuible a la generación de 1 kW de EEc.

Además de los criterios de rendimiento, es útil usar un criterio técnico referido al al comparar el consumo de combustible de la planta cogeneradora,

respecto al requerido para satisfacer la demanda de calor y electricidad del centro de consumo, si esas energías fueran producidas en forma convencional en una caldera y en una central térmica,

te : Rendimiento eléctrico de la central de potencia (EE/(Mc*PCI) = 0.4 aprox.

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Llamando Esc a la energía requerida por el sistema convencional (EE/ Ahorro de Energía, Iae, como:

AC

Iae = ------------

Esc

Relación Calor/Electricidad (RCE).-

Este es un parámetro particularmente importante en los sistemas de cogeneración porque, entre otras cosas, permite darse cuenta de la proporción en que estas energías están presentes en el centro de consumo y elegir, de esta forma, el tipo de tecnología que se pueda utilizar.

Los sistemas basados en motores diesel, por ejemplo, tienen RCE más bien bajas, comprendidas entre 0.6 1.3. Los motores a gas, entre 1.5 - 2, turbinas de gas entre 2

Introduciendo este parámetro en el Iae, se puede escribir :

ηte/η

Iae = 1 - -------------------------------

1 + (RCE

Sistema convencional de energía

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Llamando Esc a la energía requerida por el sistema convencional (EE/ ηηηηte + Qu/ηηηηc ), se define el Indice de

Este es un parámetro particularmente importante en los sistemas de cogeneración porque, entre otras darse cuenta de la proporción en que estas energías están presentes en el centro de

de esta forma, el tipo de tecnología que se pueda utilizar.

Los sistemas basados en motores diesel, por ejemplo, tienen RCE más bien bajas, comprendidas entre 0.6 2, turbinas de gas entre 2-4 y turbinas a vapor entre

Introduciendo este parámetro en el Iae, se puede escribir :

ηe

-------------------------------

1 + (RCE ηte/ηc)

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c ), se define el Indice de

Este es un parámetro particularmente importante en los sistemas de cogeneración porque, entre otras darse cuenta de la proporción en que estas energías están presentes en el centro de

Los sistemas basados en motores diesel, por ejemplo, tienen RCE más bien bajas, comprendidas entre 0.6 - 4 y turbinas a vapor entre 2-5.

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SISTEMAS DE COGENERACIÓN

Plantas de Cogeneración

Proyectos con diversas opciones de equipamiento.

Incluye el diseño modular que facilita ampliaciones.

Clasificación de los Sistemas de Cogeneración.

Los sistemas de cogeneración se clasifican en:

A.- Sistemas (o ciclos) de cabeza (topping cycle)

B.- Sistemas (o ciclos) de cola (bottoming cycle)

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Proyectos con diversas opciones de equipamiento.

Incluye el diseño modular que facilita ampliaciones.

Clasificación de los Sistemas de Cogeneración.-

Los sistemas de cogeneración se clasifican en:

Sistemas (o ciclos) de cabeza (topping cycle)

Sistemas (o ciclos) de cola (bottoming cycle)

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A.- Ciclos de Cabeza.-

Corresponde a la situación de requerir energía térmica con medio o bajo nivel de temperatura, de esta manera se puede usar la diferencia entre el alto nivel térmico que genera la energía del combustible y el medio o bajo nivel requerido por el proceso para generar energía mecánica que luego es convertida a energía eléctrica usando un motor-generador o un turbo-generador. La energía térmica residual, es luego usada como calor útil en el proceso .

Representa el caso con mayor posibilidad de aplicación debido a que la mayoría de los procesos industriales requieren justamente energía térmica de media o baja temperatura.

B.- Ciclos de Cola.-

En ellos la energía de alto nivel térmico que genera el combustible, es usada para satisfacer las necesidades del proceso (que requiere de alta temperatura) y la energía térmica residual es usada para la generación de energía eléctrica .

TECNOLOGIAS DISPONIBLES PARA LA COGENERACION.-

Descripción.-

La cogeneración cubre una gran variedad de tecnologías y aplicaciones. Las tecnologías de cogeneración disponibles en el mercado y con mayor mercado potencial son:

1.- Motores de Combustión Interna

- Motores a gas

- Motores diesel

2.- Turbinas a Gas

3.- Turbinas de Vapor

- De Contrapresión

- De Extracción/Condensación

4.- Ciclos combinados

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Beneficios de la Cogeneración

1. Permite enfocar toda su inversión y atención a su área productiva, debido a la alta confiabilidad del abastecimiento de la Energía Eléctrica y Térmica.

2. Aseguramiento de Energía Eléctrica.

3. Sistema de Cogeneración Modular, asegurando el abastecimiento para futuros proyectos de crecimiento de la Planta Productora.

4. Ahorro: Por bajo costo de la Energía.

Generación distribuida

Debido a que la cogeneración suele estar más cerca del punto de consumo, resulta una generación más distribuida con menores pérdidas en la red eléctrica. La producción y uso de energía eléctrica y vapor se realizan en cada lugar donde se necesita.

Se evitan pérdidas en las etapas de transformación y transporte utilizando módulos de autogeneración/cogeneración debidamente distribuidas de mediana o baja potencia reemplazando a grandes centrales de energía.

Se evitan las interrupciones y la falta de calidad del suministro de energía eléctrica.

Un sistema de cogeneración de energía puede ser la respuesta para generar ganancias a largo plazo, mejorar la operación, reducir costos de mantenimiento, obtener un desempeño confiable y controlar el uso de la energía disponible.

Rentabilidad económica

Como bien de capital, las plantas de cogeneración deben superar un análisis de rentabilidad en base a las demandas de energía, condiciones de compra de la misma, así como de las necesidades de calor. Una vez analizados esos puntos, surgen diversas posibilidades, que deben ser evaluadas desde el punto de vista del análisis de inversión.

Cada sistema de autogeneración es único y debe ser analizado en base a un cuidadoso estudio del requerimiento específico, debiendo abarcar:

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Características de la carga

Condiciones de servicio (rendimiento, ciclos, uso de la energía térmica)

Condiciones tarifarias de la energía eléctrica

Condiciones tarifarias del gas natural

Recuperación de la inversión

Motores a Gas.-

Operan basados termodinámicamente en un ciclo Otto, al igual que los motores a gasolina. Como consecuencia práctica, usan carburador y encendido por chispa eléctrica (bujías). La relación de compresión máxima alcanza a 12.5:1. Como combustible pueden usar prácticamente cualquier tipo de gas, aunque el caso más común es el del gas natural.

Requieren de un overhaul a las 30.000 hrs. y su vida útil se estima en 60.000 hrs. (10 años para un sistema que opere hasta 7500 hrs/año). En general un sistema de cogeneración basado en un motor a gas, es considerado de funcionamiento seguro, pues difícilmente presenta fallas si su mantención es adecuada.

Los motores a gas se encuentran disponibles en el mercado con capacidades entre 15 kWe a 1.3 MWe, a 1500 RPM. A 1000 RPM llegan hasta 2 Mwe.

El rendimiento eléctrico alcanza a un 32 %, pudiendo llegar hasta 35 % sobretodo en motores de mayor potencia. Para potencias bajas (del orden de 100 kWe) los rendimientos eléctricos disminuyen llegando a 25 o 27 %.

El aprovechamiento térmico puede lograrse de los diferentes circuitos, esto es : gases de escape (400 - 700 ºC) del orden de 17-32 %; agua de refrigeración e interenfriador (motores turboalimentados) 16 %; otros (aceite, aire) 7 %.

La mayor parte del calor puede ser recuperado para producir agua caliente de 100 - 120 ºC; pero vapor también es posible de producir aprovechando la alta temperatura de los gases.

En la caldera de recuperación la temperatura de los gases a la salida puede llegar hasta 120 ºC (pueden recuperar también calor de condensación, con lo que la temperatura de los gases llegaría a 80 ºC, aumentando aún más la eficiencia, pero la inversión es alta).

Las instalaciones no deben ser operadas con cargas menores del 50 % de la capacidad eléctrica nominal porque la eficiencia eléctrica baja mucho. Asimismo debe evitarse la operación intermitente que reduce la vida útil.

Las emisiones de gases son de relativamente alto NOx y cantidades menores de CO y HC (por cierto CO2), pero éstas pueden ser eliminadas casi en su totalidad si el motor usa un convertidor catalítico de tres vías.

En cuanto al rendimiento térmico, éste oscila en promedio entre 50 - 60 %, siendo mayor para los motores de menor capacidad. El rendimiento global del sistema de cogeneración es del orden de 80 - 90 %, cualquiera sea el tamaño del motor.

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Motores Diesel.-

A diferencia de los motores a gas, éstos motores son de encendido por compresión (termodinámicamente están basados en el ciclo diesel), por lo que requieren mayor relación de compresión, del orden de 22:1 en motores grandes.

Permiten una mayor expansión de los gases por lo que la presión en el interior del cilindro es más baja al momento de abrirse la válvula de escape. Estos dos factores (mayor relación de compresión y mayor expansión) hacen que la eficiencia mecánica sea mayor que la de los motores a gas.

El rango de potencia de los motores estacionarios está comprendido entre 0.1 MWe y 30 MWe. El rendimiento eléctrico está entre 35% - 45%; mientras que el rendimiento térmico, entre 40% y 50 %. El rendimiento global está entre 75 - 80 %

Pueden usar una variada gama de combustibles, que van desde el gas natural y diesel liviano (# 2) hasta petróleos pesados (hasta 700 cSt/50 ºC). Los períodos de mantención total (overhaul) pueden llegar hasta las 12.000 horas en los motores estacionarios.

La recuperación de calor de los gases (26 - 32 %), del agua de refrigeración (16 - 25 %) y del aceite de lubricación (4 - 5 %), permite generar agua caliente de hasta unos 150 ºC.

Vapor con flujos comprendidos entre 300 y 9.000 kg/h dependiendo del motor, se puede también generar recuperando el calor de los gases y usando el agua de refrigeración para precalentar el agua de alimentación. La presión del vapor generado puede estar entre 3 y 17 bar.

La relación calor/electricidad llega como máximo a 1.3, menor que en un motor a gas (máximo 2) ya que estos últimos generan menor energía eléctrica que un motor diesel.

Turbinas a gas.-

Termodinámicamente son muy distintos a los motores alternativos, pues operan en flujo contínuo (volumen de control) inyectando combustible y aire precalentado por el aumento de presión del compresor a la cámara de combustión, que es un elemento físicamente independiente de los demás componentes.

Los gases calientes (temperaturas del orden de 1000 ºC) pasan a la turbina donde se expanden hasta la presión atmosférica con temperaturas comprendidas entre 400 - 600 ºC.

Esta alta temperatura permite que estos gases de escape puedan ser usados para otros fines como generar vapor o agua caliente y para procesos de secado u otros, lo que aumenta el rendimiento del sistema llegando a valores del orden de 70 - 80 %.

El rendimiento eléctrico es bajo (15 - 25 % para turbinas de capacidades hasta unos 3 MWe y 25 -35 % para turbinas de mayor capacidad), debido a que un alto procentaje del trabajo mecánico que genera la turbina debe usarse para mover el compresor. Por ello es que el compresor y turbina de expansión van unidos por un eje. El rendimiento térmico está entre 40 - 50 % (12).

La capacidad de estas turbinas está comprendida entre 0.2 - 200 MWe, aunque para aplicaciones corrientemente empleadas en cogeneración, la capacidad de las turbinas no pasa de 50 MWe, aproximadamente.

Pueden usar combustibles gaseosos y líquidos ligeros (aunque también se uasn con mezclas de aceites residuales), así como mezclas de éstos. La vida útil de una turbina a gas llega a 15 y hasta 20 años,

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dependiendo de su uso (operación contínua, condición de carga, frecuencia de partida, etc.),calidad del combustible usado y del aire aspirado, entre otros.

Las características del aire de aspiración son de gran importancia para estas turbinas. Debe ser muy limpio, por lo que se requiere del uso de filtros; la presión y temperatura ambiente también les afecta, pues la potencia eléctrica generada disminuye si la presión ambiental disminuye y si la temperatura ambiente aumenta, la potencia eléctrica disminuye y el consumo de combustible aumenta (por cada grado de aumento

de la temperatura ambiente, la potencia eléctrica disminuye cerca de 0.7 %, el consumo específico de combustible aumenta cerca de 0.2 %, la temperatura de los gases de escape aumenta cerca de 0.2 % y la producción de vapor disminuye cerca de 0.1%).

La relación calor/electricidad es de 3-5 en turbinas de tamaño menor de 1 MWe; con capacidades mayores esta relación puede disminuir hasta valores de 1.5. Sin embargo, en sistemas con quemadores de postcombustión se puede aumentar hasta 10.

Las turbinas a gas se fabrican para trabajo pesado (heavy duty) o para aviación (aero derivative); las primeras son más durables y más pesadas. Las aero-derivativas son más compactas, de menor peso y menor consumo de combustible. Actualmente, sin embargo, muchos fabricantes ofrecen las heavy-duty con características de las aero-derivativas por transformación de las últimas en las primeras.

En cuanto a las emisiones, éstas son en genera bajas debido a que trabajan con grandes excesos de aire (relaciones aire-combustible de por lo menos 50:1.

Respecto a las aplicaciones que pueden lograrse, los cuatro casos más comúnmente usados son:

- Turbina a gas con caldera de recuperacióm

- Ciclo combinado (turbina de gas + turbina de vapor)

- Turbina a gas con inyección de vapor

- Turbina a gas con uso directo de gases

Turbinas de Vapor.-

Son máquinas de combustión externa debido a que operan con vapor que es el fluido térmico que se expande en la turbina, debiendo éste vapor ser producido en otro equipo conversor (generador de vapor sobrecalentado, caldera de vapor saturado, caldera recuperadora u otro).

La eficiencia térmica y eléctrica de las turbinas de vapor depende de la condición del vapor de entrada y de salida de éstas, debiendo ser estas condiciones necesariamente analizadas en su conjunto.

La vida útil de estas turbinas es bastante grande, pudiendo llegar a 30 años. Ello, entre otras cosas porque trabajan preferentemente en operación contínua ya que el tiempo que toman en su puesta en marcha es también largo.

La cogeneración con turbinas a vapor puede ser dividida en dos categorías:

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- Turbinas de contrapresión

- Turbinas de extracción/condensación

Turbinas de contrapresión.-

En ellas el vapor se expande hasta un nivel de presión que depende del requerimiento de vapor del proceso industrial. La expansión en la turbina es aprovechada para generar energía eléctrica (puede ser también usada para bombear agua) y el vapor remanente para uso en el proceso.

El nivel de presión del vapor de salida es un parámetro importante para el diseño del sistema de cogeneración, ya que afecta directamente a la caída de entalpía disponible para la generación de energía eléctrica.

El rendimiento térmico de estas turbinas está entre 40-60 %, en tanto el rendimiento eléctrico está entre 10-30 %. El rendimiento global del sistema es del 75-85 %.

Turbinas de Extracción/Condensación.-

En ellas, una parte del vapor que se expande en la turbina, es extraído en algún punto intermedio de ésta,para ser usado en otro tipo de aplicación. La masa de vapor no-extraído, continúa su expansión generando trabajo mecánico, hasta el valor más bajo posible de presión (menor que la atmosférica), para llegar a un condensador que provoca el cambio de fase del vapor húmedo a líquido condensado.

Debido a la necesidad de usar un condensador, que a su vez requiere de una torre de enfriamiento, éstas turbinas tienen costos de inversión bastante más altos. Pero al mismo tiempo, permiten alcanzar mayores potencias de cogeneración. En efecto, las unidades se fabrican para potencias comprendidas entre 10-100 MWe (con turbinas de contrapresión se logran hasta unos 60 MWe).

La relación Calor/Electricidad en estas unidades está entre 0-10 y la eficiencia global entre 70-80%.El rendimiento eléctrico alcanza a 20-40 % y el térmico a 40-60 %. Su vida útil es larga pudiendo llegar a 30 años. Sin embargo, necesitan grandes espacios para su instalación, importante obra civil y largos tiempos para puesta en marcha.

La mayor ventaja de las turbinas de Extracción/Condensación, frente a las de contrapresión, es la mejor posibilidad de producción conjunta de calor-electricidad (PPC). Las de contrapresión dependen del requerimiento de calor para producir electricidad (relación lineal). Las de Extracción/Condensación, en cambio, si el requerimiento de calor baja, habrá más vapor para la expansion en la zona de baja presión y por lo tanto aumenta la producción de electricidad.

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