COGENERACIÓN

Ricardo PosadaTermodinámica II

Facultad de Ingeniería Mecánica

Universidad Pontificia Bolivariana

IV Jornada Exposiciones Temas Varios

6 de Noviembre, 2007

ACTUALIDAD MUNDIAL

http://indarki.blogia.com/2007/febrero.php

CONTENIDO DE LA PRESENTACIÓN

Introducción. Eficiencia. Ventajas. Clasificación. Cogeneración en Colombia. Ejemplos Industriales.

COGENERACIÓN

Producción conjunta, en un proceso secuencial, de energía mecánica o eléctrica y de energía térmica útil, a partir de la misma fuente de energía primaria.

COMPARACIÓN DE ABASTECIMIENTO DE ENERGÍA ELÉCTRICA

El consumidor deja de ser un actor pasivo y pasa a ser un actor generador

EFICIENCIA

Absorbe una cantidad de calor Q1 de la fuente de alta temperatura

y cede un calor Q2 a la de baja temperatura produciendo un trabajo sobre el exterior.

EFICIENCIA DE CARNOT

¿ QUE PASA SI MI SUMIDERO TIENE

UNA ALTA TEMPERATURA?

VENTAJAS Ahorra energía y mejora la seguridad del

abastecimiento. Alta eficacia, lo que significa menor consumo de

combustible y menores emisiones de CO2. En los sistemas de cogeneración, se aprovecha

hasta el 84% de la energía contenida en el combustible.

Disminuye las pérdidas de la red eléctrica Se adapta bien a las zonas aisladas o

ultraperiféricas

SELECCIÓN DE UN PROCESO

¿Qué necesito?A) Falta térmicoB) Excedentes

térmicosC) Excedentes

eléctricaD) Falta eléctrica

Relación de energía térmica/eléctrica

http://www.conae.gob.mx/wb/CONAE/CONA_764_historia_de_la_cogen

CLASIFICACIÓN

Sistemas superiores (Topping Cycles)

Sistemas inferiores (Bottoming Cycles)

En base a la producción de electricidad y calor

SISTEMAS SUPERIORES

Prima la producción de energía eléctrica

Software e-URE, Colciencias Colombia 2007.

Planta de cogeneración de Stora Enso.

SISTEMAS INFERIORES

Prima la producción de energía térmica

Software e-URE, Colciencias Colombia 2007.

The Cokenergy plant along Lake Michigan

CLASIFICACIÓNEn base al primotor

Turbina de vapor Turbina de gas Ciclo combinado Motor alternativo

TURBINA DE VAPOR

Eléctrica (%) Térmica (%)

Turbina de vapor 33 52

EficienciaTecnología de cogeneraciónEl vapor, cuando sale de la turbina,

se envía directamente al proceso.

Software e-URE, Colciencias Colombia 2007.

TURBINA DE GAS

Eléctrica (%) Térmica (%)

Turbina de gas sin post-combustión.

38 47

Turbina de gas con post-combustión.

38 42

EficienciaTecnología de cogeneración

Software e-URE, Colciencias Colombia 2007.

Se alimenta aire a alta presión a una cámara de combustión con combustible, que al quemarse generará gases a alta temperatura y presión

CICLO COMBINADO

Eléctrica (%) Térmica (%)

Ciclo combinado 57 33

EficienciaTecnología de cogeneración

Software e-URE, Colciencias Colombia 2007.

Emplea una turbina de gasy una turbina de vapor.

MOTOR ALTERNATIVO

Eléctrica (%) Térmica (%)

Motor reciprocante (aprovechando calor de gases de combustión y calor del sistema de enfriamiento)

40 30

Motor reciprocante (aprovechando calor de gases de combustión y calor del sistema de enfriamiento)

40 20

EficienciaTecnología de cogeneración

Software e-URE, Colciencias Colombia 2007.

El motor alternativo genera la mayor cantidad de energía eléctrica por unidad de combustible

TABLA RESUMEN

TABLA RESUMEN

Energía Ahorros

Producida %

kWh η H f η H f

(%) (kWh) (%) (kWh)P ele 26.5 33 80.3

Turbina  a Gas Q P 54.4 93 58.5Total 80.9 81 100 138.8 28

Turbina a Gas Con Pos-Combustión

P ele 17 33 51.5

Q P 69.7 93 74.9Total 86.7 87 100 126.4 21P ele 15 33 45.5Q P 75 93 80.6

Turbina a Vapor Total 90 90 100 126.1 21P ele 36 33 109Q P 34 93 36.6

Motor Alternativo Total 70 70 100 145.6 31

Sistema Cogeneración Convencional

Software e-URE, Colciencias Colombia 2007.

Estimación de los Ahorros de Energía Primaria por Usar Sistemas de Cogeneración

COGENERACION EN COLOMBIANO

ISO 14000 (protocolo de Kyoto) la Ley 697 que promueva el uso

racional de la energía La UPME (unidad de planeación

minero-energética) Potencia actual 6 MW Proyecta 423 MW

www.cbgingenieria.com/resource/download/res=80&_id=58&n=0

EJEMPLO INDUSTRIAL #1

http://www.cumminspower.com/www/literature/casehistories/F-1810_PastasDoria-es.pdf

EJEMPLO INDUSTRIAL #1 Produce más de 50.000 toneladas

métricas al año (40 por ciento de toda la pasta que se consume en el país)

Ha reducido su consumo de electricidad en un 60 por ciento y su compra de

combustibles fósiles en un 70 por ciento . teniendo como resultado un ahorro de

aproximadamente $50.000 dólares mensuales en sus facturas de energía.

http://www.cumminspower.com/www/literature/casehistories/F-1810_PastasDoria-es.pdf

EJEMPLO INDUSTRIAL #1

Electrógeno de gas natural de mezcla limpia de 1750 kW de Cummins Power Generation.

El alto calor específico del escape del grupo electrógeno se utiliza para surtir 3,4 millones de Btu/hr de energía térmica a las calderas de la fábrica, a las operaciones de secado de la pasta y a la calefacción de locales.

http://www.cumminspower.com/www/literature/casehistories/F-1810_PastasDoria-es.pdf

EJEMPLO INDUSTRIAL #2

Central de cogeneración en ciclo combinado en una industria papelera:

http://www1.ceit.es/asignaturas/tecener1/Tema2.pdf

EJEMPLO INDUSTRIAL #2

La central de cogeneración se basa en:-Un turbogenerador de gas natural de 40 MW.-Un turbogenerador de vapor de 4.6 MW -Un turbogenerador de vapor de condensación de 3.6MW

http://www1.ceit.es/asignaturas/tecener1/Tema2.pdf

EJEMPLO INDUSTRIAL #2

El generador de vapor de recuperación aprovecha los gases del turbogenerador de gas para generar vapor sobrecalentado a alta presión y vapor saturado a baja presión.

http://www1.ceit.es/asignaturas/tecener1/Tema2.pdf

EJEMPLO INDUSTRIAL #2

Esquema de la planta de cogeneración en ciclo combinado

http://www1.ceit.es/asignaturas/tecener1/Tema2.pdf

EJEMPLO INDUSTRIAL #2Características principales de la central eléctrica

http://www1.ceit.es/asignaturas/tecener1/Tema2.pdf

Potencia eléctrica: 40MWConsumo de gas natural 100 MWCaudal de gases 120 Kg/sTemperatura de los gases 482ºC

Potencia eléctrica 3,4MWPresión de entrada 3,5 barPresión de condensación 0,15 barCaudal de vapor 34 t/h

Tipo: aquotubularPresión de vapor 54 barProducción de vapor de alta presión 44 t/hProducción de vapor de baja presión 13,7 t/hTemperatura del vapor sobrecalentado 435ºC

Potencia: 500 KwPresión de entrada 20 barPresión del gas de salida: 47 bar

Turbogenerador de gas:

Turbogenerador de vapor de condensación:

Generador de vapor de recuperación:

Compresor de gas:

EJEMPLO INDUSTRIAL #2Características principales de la central eléctrica

http://www1.ceit.es/asignaturas/tecener1/Tema2.pdf

BIBLIOGRAFÍA Colciencias Colombia, UPME. Software e-URE, Colombia A. Olivas la llana, Cogeneración. Ingeniería Química N-366. Ejemplos Cogeneración. [En línea]. [citado en Noviembre 5 del

2007]. <http://www1.ceit.es/asignaturas/tecener1/Tema2.pdf> Todo sobre cogeneración. [En línea]. [Citado en Noviembre del

2007]. http://www.conae.gob.mx/wb/CONAE/CONA_764_historia_de_la_cogen

Ejemplo pastas doria. [En línea]. [citado en Noviembre 5 del 2007]. <http://www.cumminspower.com/www/literature/casehistories/F-1810_PastasDoria-es.pdf>