Generadores de Generadores de Ciclo Rankine Ciclo Rankine

OrgánicoOrgánico

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WHG125 - Diseño EstructuralWHG125 - Diseño Estructural• Turbo Expansor

– Flujo de entrada radial de etapa simple 30,000 rpm

– Requisitos energéticos: 835 kW– Temp. Mínima: 121°C

• Carácterísticas energéticas – PE modulado en estado sólido

programable según requisitos del cliente. Salida 380-480V línea-a-línea rms 3 fases 4 hilos 50/60 Hz

• Generador– Alternador magnético de alta

velocidad bipolar de tierras raras a 125 kW brutos

• Refrigerante – R245FA2

3

Producción de Electricidad

Turbina de agua (Hidro-turbina)

► El fluido operativo es agua

3

Turbina de vapor

► Ciclo Rankine – Antes de pasar por la turbina, el agua se convierte en vapor

► El fluido operativo es agua (Vapor: agua en fase gaseosa)

4

Ciclo Rankine

4

Agua

Vapor

CALDERA(o Evaporador)

CONDENSADOR

5

Cómo funciona

5

Condensadorde evaporadosEvaporado

r

Fuente de calor190ºC

835 kW

Generados

125 kW

R245fa

Bomba

66

Condensadorde evaporados

Receptor

Economizador

Evaporador

Líquido29ºC

230 psig

Fuente de calor 190ºC835 kW

Generador125 kWe

Líquido29ºC

26 psig

R245fa

Cómo funciona – La bomba aumenta la presión

Bomba

El fluido operativo se encuentra en el receptor en estado líquido a presión y temperatura de condensación. Accede a la bomba donde se incrementa la presión del fluido hasta alcanzar la presión de evaporación.

77

Condensadorde evaporados

Receptor

Economizador

Evaporador

Fuente de calor190ºC835 kW

Generador125 kWe

Líquido29ºC

26 psig

Líquido29ºC

230 psig

Líquido48ºC

220 psig

R245fa

Cómo funciona – Precalentamiento del fluido

Bomba

El fluido operativo pasa a través de un intercambiador de calor (Economizador) para aprovechar el calor del gas que sale del módulo de energía integrado IPM. Esto mejora la eficiencia del sistema. El fluido operativo es ahora un líquido calentado y a alta temperatura.

88

Condensadorde

evaporados

Receptor

Economizer

Evaporador

Líquido29ºC

26 psig

Líquido29ºC

230 psig

Líquido48ºC

220 psig

Líquido48ºC

220 psig

Vapor116ºC

220 psig

Fuente de calor190ºC

835 kW

R245fa

Cómo funciona - Evaporación

Bomba

El fluido operativo accede al Evaporador, donde se ve expuesto al calor residual, que evapora el fluido operativo hasta convertirse en vapor a alta presión.

Generador125 kWe

9

Módulo de energía integrado IPM

9

Condensadorde

evaporados

Receptor

Economizador

Evaporator

Fuente de calor190ºC835 kW

Generador125 kWe

Líquido29ºC

26 psig

Líquido29ºC

230 psig

Líquido48ºC

220 psig

Líquido48ºC

220 psig

Vapor116ºC

220 psig

Vapor63ºC

26 psig

R245fa

Cómo funciona– Producción de electricidad

Bomba

El fluido operativo (ahora vapor) entra en la turbina del IPM. La presión del fluido desciende en la turbina hasta presión de condensación, haciendo girar durante este proceso la turbina (que está conectada al generador). La potencia de giro se debe a la diferencia de presión en turbina.

1010

Condensadorde

evaporados

Receptor

Economizador

Evaporador

Fuente de calor190ºC835 kW

Generador125 kWe

Líquido29ºC

26 psig

Líquido29ºC

230 psig

Líquido48ºC

220 psig

Líquido48ºC

220 psig

Vapor116ºC

220 psig

Vapor63ºC

26 psig

R245fa

Vapor29ºC

26 psig

Cómo funciona - Economizador

Bomba

El fluido operativo aún conserva una enorme cantidad de calor, una parte del cual se transfiere al líquido bombeado al Economizador. Esto coopera en dos sentidos: 1) Este exceso de calor hubiera llegado al condensador y; 2) El evaporador requerirá menos calor, dado que el líquido ya habrá sido precalentado.

1111

Condensadorde

evaporados

Receptor

Economizador

Evaporador

Fuente de calor190ºC

835 kWH

Generador125 kWe

Líquido29ºC

26 psig

Líquido29ºC

230 psig

Líquido48ºC

220 psig

Líquido48ºC

220 psig

Vapor116ºC

220 psig

Vapor63ºC

26 psig

(Atmósfera) Aire 24ºC

Bola Húmeda

R245fa Vapor29ºC

26 psig

Vapor29ºC

26 psig

Cómo funciona - Condensación

Bomba

El fluido operativo (vapor aún) fluye hacia el condensador donde se le extrae el calor, recuperando así su forma líquida por condensación.

1212

Condensadorde

evaporados

Receptor

Economizador

Evaporador

Fuente de calor190ºC835 kW

Generador125 kWe

Líquido29ºC

26 psig

Líquido29ºC

230 psig

Líquido48ºC

220 psig

Líquido48ºC

220 psig

Vapor116ºC

220 psig

Vapor63ºC

26 psig

(Atmósfera) Aire 24ºC

Bola Húmeda

R245fa Vapor29ºC

26 psig

Vapor29ºC

26 psig

Cómo funciona – A punto para repetir

Bomba

El fluido operativo ya líquido a baja presión regresa al receptor y se encuentra a punto para ser bombeado de nuevo a alta presión y volver a acceder al módulo de energía integrado IPM.

Generador de recuperación de Generador de recuperación de calor residual WHG125calor residual WHG125

• Convierte calor residual de baja temperatura (min 121°C) en 125kW de energía eléctrica bruta.

• Emplea Ciclo Rankine Orgánico, similar al ciclo de vapor, sustituyendo el agua por fluido orgánico (menor temperatura de vaporización)

• El calor residual es una enorme fuente de energía: más del 50% de pérdidas residuales en industria son calor y residuos de equipos asociados. (Calderas, conducciones de vapor, motores, hornos, fundiciones)

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Ventajas del WHG125Ventajas del WHG125

• Usando un turboexpansor y un generador de alta velocidad se obtiene mayor eficiencia en la conversión energética.

• El sistema se conecta sincronizadamente a la red energética sin necesidad de añadir otros equipos.

• La instalación estándar del generador WHG125 minimiza los casos de montajes “a la carta” típicamente asociados a las ORC’s (Organic Rankine Cycles)

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Beneficios del WHG125Beneficios del WHG125

• El equipo consume CERO combustible adicional, y produce CERO emisiones.

• El Producto y su tecnología justifican la inversión económica dado que permiten usar calor residual de baja temperatura.

• Se obtienen compensaciones económicas adicionales a través de:– Incentivos referentes a energías renovables– Ahorro de combustibles fósiles

• Aumenta sobretodo la eficiencia de generadores y procesos industriales

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16

SectoresSectores

16ResidencialCombustión de madera

Vertederos

Antorchas de gas

Calefacción

Calderas de biomasa

Red energética

Escuelas

Gas Natural & GLP

Petróleo & Gas

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AplicacionesAplicaciones

• Gases residuales / Refrigerantes

• Calcinación oxidante

• Pilas electroquímicas

• Chimeneas de calderas

• Antorchas

• Hornos de cinta transportadora

• Incineradores comerciales

• Energía solar

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Configuraciones del Evaporador

Evaporador de Calor Residual► Directo: Transferencia directa del calor, desde la fuente de calor al fluido operativo

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Intercambiador de calor de gases residuales

► Indirecto – Se emplea un paso intermedio de transferencia térmica entre la fuente de calor y el fluido operativo (Ej. Aceite térmico, agua caliente, vapor)

Intercambiador de calor de gases residuales

Intercambiador de calor de placa cobresoldada

+

Opciones de CondensadorOpciones de Condensador

• Torre de refrigeración

• Condensador evaporados

• Aguas subterráneas

• Embalses o lagos

• Air Cooled Condenser

1919

Sistema de condensación en lago

Equipos para gas pre-embaladosEquipos para gas pre-embaladosDisponibles en Greenvironment GmbHDisponibles en Greenvironment GmbH

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Proyectos energéticos a partir de residualesProyectos energéticos a partir de residuales

• Microturbina 400kWe– Localización – Alemania– Gas de vertedero, filtrado sulfurosos y siloxanos– 400kWe – Comercializada como energía renovable para red– Parte del calor se usa en la preparación del gas.

El rendimiento mejora claramente con el uso de ORC.

2121

22

Ejemplo

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Horas / Año funcionamiento 8,400

Salida de red eléctrica 107kWe

Producción Anual 8,400 x 107 = 898,800 kWh

Ganancia bruta 898,800 x $0.18 = $161,784

Coste mantenimiento 898,800 x $0.0075 = $6,741

Ganancia neta anual $155,043

Coste del Proyecto $298,000

Amortización simple < 2 años

Digestor Lakeland, FloridaDigestor Lakeland, Florida

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Antorcha de dos llamas

Compresor de gas 16:1

Torre de refrigeraciónUsa agua reciclada y preparada – No potable

WHG125 con quemador montado en lo alto del container

Proyectos en marchaProyectos en marcha

• Planta energética de Biogas – Greenvironment, Alemania – 3 projects– Fuente de calor: Residuales de microturbina

• Planta energética de Biogas – CE– Residuales de alternador de motor

• Caldera Biomasa – NC Services, España– Fuente de calor– Biomasa de madera

• Fundición de aluminio – APS, Israel– Fuente de calor– Hornos

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Fundición de aluminio – AFundición de aluminio – APS IsraelPS Israel

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Biogas – Greenvironment Biogas – Greenvironment Vista IsométricaVista Isométrica

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Quemador atmosférico de maderaQuemador atmosférico de madera

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Quemador atmosférico de maderaQuemador atmosférico de madera

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29

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ResumenResumen• Los Ciclos Rankine Orgánicos (ORC) son tecnologías para mejora

de la eficiencia energética

• Los sistemas ORC son aplicaciones altamente personalizadas. El WHG125 reduce la “customización” y ha sido diseñado para maximizar el uso eficiente de energía residual, ya sea en calor u otros combustibles.

• La elección de tecnologías combinadas en proyectos de tipo “De Residual A Energía”, usando Microturbinas y tecnología ORC, proporciona una opción competitiva a los motores alternadores, con más bajo nivel de emisiones si se compara a soluciones convencionales.

• Desde el punto de vista económico estos proyectos resultan muy interesantes gracias a las leyes sobre energías renovables y ahorro de combustibles fósiles, unido al relativo bajo coste de los biocarburantes 31

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Tecnología de alternadores Tecnología de alternadores de alta velocidadde alta velocidad

• Producción energética más eficiente

• Señal eléctrica de salida más limpia

• No requiere sistemas de engranajes para motores primarios de alta velocidad como turbinas

• Permite la sincronización precisa con la red sin precisar dispositivos adicionales

• Más de una década de experiencia en este sector de producción de energía

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Alternador de alta velocidadAlternador de alta velocidad

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20 ~ 120KRPM

Alternador

Invertidor

Rectificador

Generador Convencional Alternadores de alta velocidad

- La velocidad del motor primario determina la frecuencia de la señal eléctrica de salida 1500 RPM = 50 Hz salida. 1800 RPM = 60 Hz salida.- La conexión con la red se realiza mediante costosos sistemas de sincronización

Motor Primario

380 – 480 VAC, 50/ 60 Hz Seleccionable desde el panel de control

1500 ó 1800RPM

Generador

Motor Primario

Voltaje y Frecuencia determinados por el tipo de generador en el

momento de la producción

- La velocidad del motor primario no determina la frecuencia ni el voltaje de la señal eléctrica de salida - La conexión con la red se realiza mediante muestreo del voltaje y frecuencia de la red, modificando el voltaje y frecuencia de salida del sistema inversor

Electricidad a partir Electricidad a partir de Calor Residualde Calor Residual

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Calor residual Gas residual

• Las pérdidas de energía en forma de calor residual de la industria en EE.UU. alcanzan el 33%.

• Capacidad de generar 100GW en campo: 11% de la capacidad de red en EE.UU.

• Suficiente para suministrar energía a 10 millones de hogares

• Grandes remanentes de metano residual en vertederos, minas de carbón o plantas lecheras.

• Capacidad de generar 75GW* en campo: 9% de la capacidad de red en EE.UU.

• Suficiente para dar energía a 7.5 millones de hogares

• Importantes posibilidades globales de ahorro de energía y capital mediante la captura de recursos residuales

• En EE.UU., el calor y gases residuales bastan para producir el 51% de la actual capacidad de la red