Centrales Cogeneración V1

CENTRALES ELÉCTRICAS DE COGENERACIÓNWendy Navarro Melany Rodelo Yackeline Ternera, Luis Fernando Hernández

INTRODUCCIÓN

• Procesos industriales y del sector público requieren el uso de energía térmica y eléctrica para el desarrollo de actividades.

• Convencionalmente, la energía eléctrica es comprada a una compañía distribuidora y se quema combustible de otro distribuidor para generar energía térmica. Mayores costos de generación.

• La Cogeneración propone obtener ambas energías utilizando un único combustible.

• Reduce el consumo energético y los costos de producción sin afectar el proceso productivo.

TEMAS

• DEFINICIÓN DE COGENERACIÓN• ESTRUCTURA DE LOS SISTEMAS DE COGENERACIÓN• CLASIFICACIÓN

Sistemas Superiores Sistemas Inferiores

• DESCRIPCIÓN TÉCNICA DE LAS PRINCIPALES TECNOLOGÍAS Turbina de gas Ciclo combinado

• VENTAJAS Y DESVENTAJAS• AHORRO ENERGÉTICO Y MEDIO AMBIENTE• COGENERACIÓN EN COLOMBIA• APLICACIONES

COGENERACIÓN

Definición usual: Procesos mediante los cuales se obtiene una cosa al mismo tiempo que otra.

Definición técnica: “Producción asociada de energía eléctrica y calor en una planta termoeléctrica, para su utilización industrial”. RAE

Proceso técnico de generación que permite obtener simultáneamente potencia (energía eléctrica y/o mecánica) y calor directamente aprovechable (energía térmica), a partir de una fuente común de energía.

Potencia: Es el trabajo por unidad de tiempo. La potencia puede ser de tipo eléctrico o de tipo mecánico, como en el caso de turbinas que impulsan compresores o bombas.

COGENERACIÓN

Calor directamente aprovechable: Se refiere a la energía térmica que suministra a otro proceso cuyo propósito no sea la producción de potencia. Ejemplos : Equipos que necesiten vapor o gases para calentar un producto.

Una fuente común de energía: Corresponde a la unidad que aporta la energía para obtener la potencia y el calor. Por ejemplo, gas natural, un litro de diesel, biomasa, entre otros.

La cogeneración no es ideal pues siempre hay pérdidas de calor liberadas al medio. Sin embargo, gran parte del calor obtenido del combustible debe ser consumido en procesos térmicos, no rechazado a la atmósfera.

ESTRUCTURA Y COMPONENTES

Las centrales de cogeneración se componen de cuatro principales grupos de equipos. Estos se explicarán en detalle a continuación:

Fuente de energía primaria Elemento motor o primotor Sistema de recuperación de calor Periféricos

FUENTE DE ENERGÍA PRIMARIA

• El 90% del mercado de cogeneración es suplido por combustóleo y gas natural.

• El gas natural es un energético caracterizado por su limpieza, disponibilidad, costo y fácil adaptación para el uso en turbinas de gas y motores. • Carbón• Calor residual• Propano• Biomasa

• Combustóleo (fuel oil No. 6, combustible hecho a partir de productos residuales obtenidos de la refinación del petróleo)

ELEMENTO MOTOR O PRIMOTOR

Máquina principal lleva la energía obtenida del combustible a través de transmisión mecánica o flecha

Turbina de gas: Es un motor térmico que realiza trabajo al expandir un gas caliente.

Turbina de vapor: Transforma un flujo de vapor de agua, generado desde una caldera a alta temperatura y presión, en energía mecánica creando un chorro de vapor a alta velocidad.

Motor alternativo de combustión interna: Produce movimiento giratorio a partir del calor generado por combustión interna. Basado en un mecanismo de pistón.

SISTEMA DE RECUPERACIÓN DE CALOR

Caldera: Su función principal es generar vapor a altas presiones (superiores a 1 atmósfera), haciendo funcionar la turbina.

Economizador o Regenerador: Es un intercambiador de calor donde los gases de combustión interna aumentan la temperatura del agua que va a la caldera, mejorando la eficiencia del generador no entregando calor a la atmósfera.

PERIFÉRICOS

Tuberías: Son elementos cilíndricos, huecos y sencillos que permiten la conducción de fluidos.

Tableros de control: Elementos de soporte de sistemas de protección, control, alarmas, necesarios para la operación segura del sistema.

Sistemas eléctricos: Están constituidos por la instalación eléctrica, las protecciones de los equipos, cableados, acoplamientos, etc

CLASIFICACIÓN

De acuerdo con el orden de generación de energía eléctrica o térmica.

CLASIFICACIÓN

Sistemas superiores “Topping cycles”

La energía primaria se utiliza para producir un fluido a alta temperatura y presión que genera energía eléctrica o mecánica. Parte de la energía térmica restante, es decir, el calor residual, se utiliza procesos industriales.

• Elementos motores usados:• Turbina de vapor• Turbina de gas• Motor de combustión interna• Turbina de gas y turbina de vapor combinadas (ciclo combinado).

CLASIFICACIÓN

Sistemas superiores “Bottoming cycles”• Se genera energía eléctrica a partir de calor

recuperado de un proceso térmico. Ejemplos, industrias del cemento, acero, vidrio, química, minera.

• El rango de temperaturas del calor residual es mucho más amplio (250°C a 1200°C).

Descripción técnica de principales tecnologías de cogeneración según el elemento motor

Según el orden en que se realiza la generación de energía calorífica y de la energía eléctrica se distinguen los siguientes sistemas:

«Topping cycles» o sistemas superiores o de cabeza.

A) Con turbina de gas B) Con turbina de vapor C) Con turbina de gas y turbina de

vapor D) Con motores alternativos

«Bottoming cycles» o sistemas inferiores o de cola.

En ellos la energía primaria se utiliza en el proceso industrial y la energía calorífica no aprovechada en el mismo se utiliza para generar energía mecánica. Tendrán sentido cuando se disponga de un calor residual procedente de un proceso industrial.

Descripción técnica de principales tecnologías

de cogeneración según el elemento motor.

Turbina de gas:Ha mejorado su eficiencia en distintos procesos productivos

en la industria.

es una de las razones por las cuales la capacidad instalada a nivel mundial con turbinas de gas supera los 30GW.

Motor de turbina de gas-Ciclo Abierto Motor de turbina de gas-Ciclo Cerrado



Clasificación de las turbinas de gas

Por la forma de combustión: Externa Interna

Por el tipo de combustible: Sólido: Madera, carbón, coque (formado por destilación de carbón) Líquido: Petróleo, gasolina, aceite residual, diesel. Gaseoso: Gas natural, Gas propano.

De acuerdo al ciclo Básico Simple de doble eje Regenerativo Regenerativo evaporatorio Con refrigeración inmediata Con recalentamiento intermedio



Ciclo Combinado Ventajas• Alta producción de electricidad:

Hasta el triple para un mismo proceso.

• Elevada eficiencia térmica• Operación flexible. Desventajas• Limitantes en cuanto al uso de

combustibles. • Alto costo de inversión

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Grandes beneficios tanto para usuarios finales como para sus empresas

El objetivo es aprovechar la energía térmica producida durante la generación de energía eléctrica

Producción de manera simultáneaAhorro no solo económico sino también

energéticos

Amable con el medio ambiente


Uso adecuado de vapores y gases contaminantes

Se tiene diferentes normativas que regulan las emisiones de gases

La cogeneración una de las formas de utilizar de forma razonable la energía


Ventajas a Nivel Nacional: * Ahorro energético * Disminución del consumo de combustible.

Hasta en un 50% * Mitigación de emisiones de CO2 * Reduce el monto de inversión en el sector

eléctricoDesventajas a Nivel Nacional: * Normatividad y regulaciones muy

estrictas


Ventajas a Nivel Industrial: * Disminución del costo de la compra de

energía * Reducción de facturación hasta en un

50% * Mayor confiabilidad al tener su propio

sistema de generaciónDesventajas a Nivel Industrial: * Una inversión económica adicional

AHORRO ENEGÉTICO

Uso eficiente de combustibles fósiles

Genera ahorros de consumos y gastos en diferentes áreas:

Extracción

Transporte Hidrocarburos

Almacenamiento

En sistemas de cogeneración se usa hasta un 85% para la generación de energía eléctrica y térmica para los procesos industriales internos.

BENEFICIOS AMBIENTALES

Se piensa en problemas como: Emisión de gases, efecto de invernadero, problemas de la biosfera….

La generación de electricidad y energía térmica, permite una mayor eficiencia con respecto a la energía primaria, y brinda una reducción de emisiones de hasta un 50%

BENEFICIOS AMBIENTALES

80% de las emisiones contaminantes CO2 al medio ambiente provienen del uso de combustibles fósiles.

La cogeneración permite disminuir este tipo de emisiones

Uso más eficiente de la energía primaria para producir el mismo nivel de energía eléctrica

Los combustibles utilizados son menos contaminantes: Gas Natural

COGENERACIÓN EN COLOMBIA

El gobierno colombiano apoya la cogeneración de energía por medio de incentivos tributarios.

Exclusión del IVA. Deducción de la renta líquida. Ejemplo industrial de Pastas Doria. Cummins Power Generation (Grupo Electrógeno). 40% pastas consumen en el país. Consumo de electricidad en un 60%. Combustibles fósiles en un 70%.


Cogeneración en el Sector azucarero colombiano.

Bagazo (residuo de la materia prima, después de haber

extraído su jugo). 85% combustible en las calderas. 15% materia prima para la industria. 65MW consumo propio. 15MW comercializan.

http://www.youtube.com/watch?v=5f6jbAoF0dk


Incauca S.A

Capacidad instalada de 33MW. 23MW consumidos por incacuca. 10MW entregados al SIN. Reducción 35.140 toneladas emisión C02. Ingenio Azucarero mas grande de Colombia.

COGENERACIÓN EN COLOMBIA Ley 1215 de 2008 (Artículo 1) ‘ Por la

cual se adoptan medidas en materia de generación de energía eléctrica’

Se Podrá vender excedentes a empresas comercializadoras de energía.

Requisitos y condiciones técnicas que se deben cumplir para ser considerado un proceso de cogeneración.

Otros aspectos necesarios.


Creg 085- 1996 ‘Reglamentan las actividades del cogenerador contado al SIN’

Define proceso de cogeneración y cogenerador. Define condiciones para la venta. Ley 697 del 2001 ‘Con el fin, de fomentar

uso racional y eficiente de la energía’ Ampliar uso y cobertura de la energía. Desarrollar estímulos e incentivos. Diseñar programas de capacitación.


Futuro de la cogeneración en Colombia.

Crear conciencia, promover utilización. Divulgación en las universidades. Beneficios a industrias. Crear metas de crecimiento. Reglamentar para desarrollar plantas en

parques industriales e industrias vecinas.

COGENERACIÓN- APLICACIONES.

Industria de la climatización y el uso racional de energía.

procesos de generación de potencia.

Aplicación de la cogeneración en refrigeración.

central de cogeneración en Colombia.

INDUSTRIA DE LA CLIMATIZACIÓN Y EL USO RACIONAL DE ENERGÍA.

Cogeneración: utiliza la energía térmica que resulta de un proceso de generación (energía eléctrica).

Aumenta la eficiencia de proceso industriales.

Beneficia al medio ambiente.

PROCESOS DE GENERACIÓN DE POTENCIA.

Generación Distribuida. Alivia la red de transmisión. Se disminuye de gran forma el racionamiento. Alternativa para los inversionistas privados.

Sistemas Tradicionales de Potencia

100Und

Caldera(eficiencia : 83%)

Presión de gas caliente

Turbina de vapor Generador Sistema deDistribución

Condensador

83 Und

Eficiencia=42%

35Und

33Und

30 Und

CalderaEficiencia = 80 %)

50Und

Calor a Proceso 40Und

1. Potencia comprada a los sevicios públicos (30% eficiencia)

2. Vapor Generado en Sitio (80% Eficiencia)

70 Und SalidaEficiencia Total = ----------------- = 47% 150 Und Entrada

Sistema de Cogeneración con Motor y Generador

VaporCaldera de

calor residual

Chimeneade gas

CombustibleMotorDiesel

Generador

Electricidad

Agua caliente de la camisa

40 Und

100Und

33 Und

30 Und

70 Und salida Eficiencia Total = ----------------- = 70% 100 Und entrda

Sistema de Cogeneración con Motor y Generador

VaporCaldera de

calor residual

Chimeneade gas

CombustibleMotorDiesel

Generador

Electricidad

Agua caliente de la camisa

40 Und

100Und

33 Und

30 Und

70 Und salida Eficiencia Total = ----------------- = 70% 100 Und entrda

Con cogeneración(Producción simultánea)

Pérdidas totales5-10%

Energía Térmica

60-65%

Energía eléctrica30-35%

Combustible

APLICACIONES EN REFRIGERACIÓN

FILTRO DE AIREEXTERIOR

GENERADOR DE VAPORCON RECUPERACIONDE CALOR

GENERADOR

TURBINADE GAS

QUEMADORSUPLEMENTARIO

SILENCIADOR

VAPOR A ALTA PRESION

VAPOR A BAJA PRESION 15 psig

Cogeneración con VaporCogeneración con Vapor

Cogeneración con enfriadores por Absorción

Cogeneración con enfriadores por Absorción

AIRE A LAENTRADA

PROCESOS TERMICOSINDUSTRIALES

Usando motor de combustión interna.

Caldera

Motor de Combustión Gas Natural

Generador

Agua Helada550 °F

300 °F

Unidad de Absorción

L1

L2

L3

YORK

Tanque deCondensados

ENFRIAMIENTO DEL AIRE A LA ENTRADA DE UNA TURBINA

RECUPERACION DE CALOR CON GENERADOR A VAPOR (HRSG)

TURBINA DE GASGENERADOR

AIRE EXTERIOR ( ALTATEMPERATURA)

Exhosto

VAPOR

REFRIGERACION POR ABSORCION

AIRE ENFRIADO PARA TURBINA DE COMBUSTION INTERNA

(CTIAC)

AGUA FRIA

CARGA DE ENFRIAMIENTO

PLANTAS COGENERADORAS EN COLOMBIA

Proyecto Valle del cauca.

Capacidad 40 Mw.Bagazo de caña de azúcar.2008, 102Mw,9Mw

consumo de fabricas,8comercializados por 6 ingenios atreves de la red de distribución nacional.

Sector Azucarero.

333Mw al llegar al año 2015.

Hoy en día 190 Mw.

En 2015 se venderían a la red 145Mw(Asocaña).

Mayor potencial para generar energía en colombiano(disponibilidad-biomasa).

FUENTES DE INFORMACIÓN

Presentaciones en Power Point de las firmas:

TRANE DE COLOMBIA YORK DE COLOMBIA Electrosector Expok Acciona Incauca SA Ebergium(energia y eficiencia energetica 17nov

2009)

BIBLIOGRAFÍA

[1].Diccionario de la Real Academia Española. http://www.rae.es/. Consultado el 06 Febrero, 2014.[2] Miranda, Javier. Potencial de Cogeneración en México y su posible desarrollo. Tesis de Grado de

Ingeniería Electrónica y Eléctrica. Universidad Nacional Autónoma de México, 2010. México D.F.[3] Aguilar, Oscar. ¿Qué es Cogeneración? Primera Parte – Febrero de 2008. Disponible en

www.energia.org.mx. Consultado el 01 de Febrero, 2014.[4] Cogeneración. Proyecto COLCIENCIAS, Colombia. Universidad del Atlántico y Universidad Autónoma de

Occidente. 2004.[5] Grupo de Representantes de la Subcomisión para Promover Proyectos de Cogeneración. Revisión 14

de septiembre del 2004 Disponible en http://www.sinergiasoluciones.com.mx/. Consultado el 01 de Febrero, 2014.

[6] Combustóleo. ECOPETROL Energía para el futuro. Disponible en http://www.ecopetrol.com.co. Consultado el 07 de Febrero, 2014.

[7] Documento Técnico: Esquemas de cogeneración. IGT- Ingeniería Total, Barranquilla. Consultado el 01 de Febrero del 2014.

[8]CIDET, «CIDET,» 10 Abril 2013. [En línea]. Available: http://www.cidet.org.co/uiet/el-gobierno-colombiano-apoya-la-cogeneracion-de-energia-por-medio-de-incentivos-tributarios. [Último acceso: 5 Febrero 2014].

[8] C. P. Generation, Cummins Power, 2007. [En línea]. Disponible: http://www.cumminspower.com/www/literature/casehistories/F-1892-Pastas-es.pdf. [Último acceso: 05 Febrero 2014].

[9] ASOCAÑA, Disponible en: http://www.eldulcesabordelprogreso.com. [Último acceso: 05 Febrero 2014].[10] SBGINGENIERIA,. SBGINGENIERIA . Disponible en: www.cbgingenieria.com [Último acceso: 05

Febrero 2014].

http://www.energia.org.mx/

PREGUNTASWendy Navarro – Yackeline Ternera- Melany Rodelo-Luis Hernández.

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