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Aug 2017
Congreso Regional de Energía ASI El Salvador Soluciones de Generación para la Industria
Omar Laredo
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Contenido
1. Introducción
• Cogeneración y sus ventajas
2. Tecnologías Aplicables
• Turbinas de Vapor
• Turbinas de Gas
3. Esquemas de Cogeneración
• Con turbinas de vapor
• Con turbinas de gas
• Ciclo Combinado
4. Estudio de Factibilidad
• Estudio Técnico
• Estudio Económico
5. Flexibilidad de Combustibles
6.- Referencias
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Cogeneración
La cogeneracion es la producción secuencial de energía térmica útil y energía eléctrica y/o mecánica, a partir de una sola fuente energética.
BENEFICIOS
• Alta eficiencia global
• Localizado cerca de los centros de consumo
• Ahorros económicos en facturación energética para el usuario
• Ahorros y optimización de combustibles primarios
• Reducción de emisiones contaminantes
• Alta confiabilidad en la disponibilidad de energía eléctrica
• Reducción de las pérdidas de distribución
• Optimización del proceso industrial
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Industrias con Potencial de Cogeneración
Pulpa y Papel
Todas aquellas que necesiten energía térmica y eléctrica para su proceso:
Azúcar y Alcohol Química Petroquímica Metalurgia Alimenticia Maderera Minería Textiles
Gas y Petroquímica
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Tecnologías Aplicables (1)
Turbinas de Vapor
• La turbina de vapor es parte del Ciclo Termodinámico conocido
como Rankine. (Etapa de expansión/Generación del trabajo útil).
• Por el tipo de exhausto, se clasifican en:
-Turbinas a Condensación
-Turbinas a Contrapresión
• Ambos tipos pueden tener extracciones o “sangrados” de vapor
en las etapas intermedias, de los cuales se obtiene el vapor
necesario en el proceso.
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Sistema de Cogeneración Transformación de la Energía
Turbina
de Vapor Accionamiento Mecánico
Energía Térmica
Caldera
Energía Térmica • Alta presión • Alta temperatura
• Alta entalpía
• Bajo volumen específico
Combustibles
- Solidos
- Líquidos
- Biomasa
- Gaseosos
Energía
Mecánica
Energía Eléctrica
• Generadores
• Bombas • Compresores
• Ventiladores
• Otros • Baja presión • Baja temperatura
• Baja entalpía
• Alto volumen específico
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Eficiencia (Sistema de Cogeneración)
Flujo de energía en una planta de Extracción-Condensación
Pérdidas
Com
bust
ible
Ener
gía
térm
ica
Ener
gía
Mec
ánic
a
Ener
gía
eléc
tric
a
Consumo
interno
Ener
gía
térm
ica
Caldera Turbina Generador
Pérdidas por
distribución Energía térmica disponible + Energía eléctrica disponible
Energía química disponible del combustible η =
ηB = 50-90% η t = 70-85% η = 97% η = 90%
Ener
gía
Eléc
tric
a
Dis
poni
ble
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El rendimiento de las turbinas de gas depende directamente de: • La temperatura ambiente
• La elevación
• Las pérdidas
• La humedad relativa
• Combustible
100 % Fuel
40 %
60 %
Tecnologías Aplicables (2)
Turbinas de Gas
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Cogeneración con turbina de gas
Se utiliza la energía del escape de la turbina de gas para fines témicos
• Heat Recovery Steam Generator (HRSG)
• Waste Heat Recovery Unit (WHRU)
52% Heat
100% Fuel
38 % Electric Power
HRSG / WHRU
10% Losses
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Ciclo Combinado Planta de Condensación
Steam Turbine
12%
HRSG
Gas Turbine
100% Fuel
32%
18%
15 C
38 %
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Tamaños de turbinas de acuerdo a las necesidades Performance at ISO Condition
Heavy-duty gas turbines
Industrial gas turbines
Aeroderivative gas turbines
50H
z 50
Hz
or 6
0Hz
60H
z 400 MW
307 MW
187 MW
296 MW
242 MW
117 MW
53 to 66/54 to 62 MW
27 to 32/28 to 34 MW
4 to 6 MW
48 to 54 MW
38/39 MW
33/34 MW
24/25 MW
19/19 MW
13 to 14/13 to 15 MW
8/8 MW to 9 MW
7/8 MW
5/6 MW
Power Generation / Mechanical Drive
SGT5-8000H SGT5-4000F
SGT5-2000E SGT6-8000H
SGT6-5000F SGT6-2000E
Industrial Trent 60 SGT-800
SGT-750 SGT-700
Industrial RB211 SGT-600
SGT-500 SGT-400
SGT-300 SGT-200
SGT-100 Industrial 501-K
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Estudio de Factibilidad
Estudio Técnico: Su objetivo es el encontrar el mejor esquema aplicable al proceso en cuestion. Se debe tener en cuenta que el sistema de cogeneración se debe adaptar al proceso y no viceversa.
Estudio Económico:
Estudio mediante el cual se determinan los costos de energía que se obtendrán con el sistema de cogeneración y así cuantificar los beneficios en términos economicos.
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Requerimientos básicos para el estudio de factibilidad (1/2)
Datos del proceso industrial
Agua de enfriamiento
Temperatura del agua
Fuentes disponiles
Flujo disponible
Consumo eléctrico
Voltaje de acometida
Punto de Interconexión
Electricidad
Demanda de vapor
Niveles de presión del vapor
Temperatura del vapor
Vapor
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Requerimientos básicos para el estudio de factibilidad (2/2)
Datos de planta
§ Calderas § Auto generación § Horas de operacion anuales § Tratamiento de agua § Disponibilidad de combustible
Costos
§ Energía comprada a la red § Exceso a vender a la red § Combustible § Agua tratada § Vapor § Tasa de interés § Inflación § Costo de oportunidad § Aranceles § Impuestos
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Fuel Flexibility continuously improved
Single burner high pressure rig testing with increasing H2 content in Natural Gas
0% H2 12% H2
20% H2 32% H2
• Wide gas fuel specification for DLE
Gas Fuel Constituents Max Comment
Methane, CH4 mole % 100
Ethane, C2H6 mole % 100* *Certain conditions required above 30% Ethane level
Propane, C3H8 mole % 100* *Certain conditions required above 30% Propane level
Butanes and heavier alkanes, C4+ mole % 15
Hydrogen and carbon monoxide, H2 + CO mole % 30*
*Certain conditions required above 10% Hydrogen level
Inerts, N2/CO2 mole % 50/40
• Robust and Fuel Flexible Dual Fuel DLE system with on-line fuel changeover
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Turbina de Gas Ciclo Simple
Planta con turbina de Gas, 17 MW
Para Barbados Light & Power,
Barbados
Referencias de Plantas
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MNI Malaysia
Combustoleo, 52MW, 240t/hr
Planta con Turbina de Vapor
Referencias de Plantas
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Cogeneración con Turbina de Gas
GT10 , 25 MW, planta de
Cogeneración en la Cd. de
Farmington, New Mexico, US.
Referencias de Plantas
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Ciclo Combinado / Cogeneración
Planta de ciclo combinado / Cogeneración
con PNEM en la cerveceria Heineken
en s’Hertogenbosch, Holanda
Eficiencia = 33% + 11% + 40% = 84%
Referencias de Plantas
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Planta de Cogeneración en Fábrica de Automóviles con Calefacción Municipal - Turbogeneradores de Extr-Cond 2 x 44MWe, 2 x 70MWth. (Wolksburg, Alemania)
Calentamiento de agua de fábrica y distrito vapor condensado agua de enfriamiento
Caldera de lecho fluidizado
140 t/h 125 bar/535 °C
carbón
gas natural
Generador agua caliente
58 MW gas - fuel oil
Caldera respaldo/pico
60 t/h
gas natural
fuel oil
existente
bomba
G G
Estación reductora
Torre de enfriamiento
bomba
Planta condens.
158 °C
deaereador
Generador de agua caliente
Condensadores calentamiento de agua
Calor para fábrica
Calefacción municipal
Turbo- generador extracción condensación
Planta con Turbina de Vapor
Referencias de Plantas
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Gracias!
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Disclaimer
This document contains forward-looking statements and information – that is, statements related to future, not past, events. These statements may be identified either orally or in writing by words as “expects”, “anticipates”, “intends”, “plans”, “believes”, “seeks”, “estimates”, “will” or words of similar meaning. Such statements are based on our current expectations and certain assumptions, and are, therefore, subject to certain risks and uncertainties. A variety of factors, many of which are beyond Siemens’ control, affect its operations, performance, business strategy and results and could cause the actual results, performance or achievements of Siemens worldwide to be materially different from any future results, performance or achievements that may be expressed or implied by such forward-looking statements. For us, particular uncertainties arise, among others, from changes in general economic and business conditions, changes in currency exchange rates and interest rates, introduction of competing products or technologies by other companies, lack of acceptance of new products or services by customers targeted by Siemens worldwide, changes in business strategy and various other factors. More detailed information about certain of these factors is contained in Siemens’ filings with the SEC, which are available on the Siemens website, www.siemens.com and on the SEC’s website, www.sec.gov. Should one or more of these risks or uncertainties materialize, or should underlying assumptions prove incorrect, actual results may vary materially from those described in the relevant forward-looking statement as anticipated, believed, estimated, expected, intended, planned or projected. Siemens does not intend or assume any obligation to update or revise these forward-looking statements in light of developments which differ from those anticipated.
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