Plantas de Cogeneración

Otros procesos sostenibles de
generación de energía:
Plantas de Cogeneración
© Petróleos del Norte, S.A.
José Mª Montserrat
Muskiz 15/07/2011
Índice
• 1.- Descripción de una planta de Cogeneración
• 2.- Contribución de la Cogeneración a la mejora de la
eficiencia energética. Ventajas.
• 3.- Situación presente y futuro de la Cogeneración:
Europa, España y País Vasco. Riesgos.
• 4.- Política energética de Petronor
– Balance energético de una refinería
• 5.- Integración de las plantas de cogeneración en la
refinería de petróleo de Petronor.
• 6.- Resumen y cierre
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1.- Descripción de una planta de Cogeneración
•
La cogeneración es un proceso mediante el cual se obtiene
simultáneamente energía eléctrica y energía térmica útil (vapor o agua
caliente sanitaria).
•
La ventaja de la cogeneración es su mayor eficiencia energética ya que se
aprovecha tanto el calor como la energía mecánica o eléctrica de un único
proceso, en vez de utilizar una central eléctrica convencional y para las
necesidades de calor una caldera convencional.
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1.- Descripción de una planta de Cogeneración
•
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Esquema tradicional
de consumo de
energía vs esquema
usando planta de
cogeneración
1.- Descripción de una planta de Cogeneración
Turbina de gas o motor alternativo
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1.1. Tipos de plantas de cogeneración
•
Los sistemas de cogeneración se clasifican normalmente dependiendo de la máquina
motriz responsable de la generación eléctrica:
•
3.1 Ciclo con turbina de gas
–
–
•
3.2 Ciclo con turbina de vapor
–
•
La energía mecánica se produce por expansión del vapor de alta presión procedente de una
caldera. El sistema genera menos energía eléctrica (mecánica) por unidad de combustible
que su equivalente con turbina de gas. Sin embargo, el rendimiento global de la instalación
es superior.
3.3 Ciclo combinado
–
–
•
Se produce la combustión del gas dentro de una cámara y los gases resultantes de esta
reacción se introducen en la turbina. En la turbina se extrae el máximo de la energía térmica
de estos gases de escape, transformándola en energía mecánica.
Es el ciclo más usual para instalaciones medianas en consumidores con demanda de vapor,
y su regulación suele hacerse mediante un sistema de postcombustión que permite ajustar la
producción de vapor a su demanda.
Consiste en la aplicación conjunta de una turbina de gas y una de vapor, con todas sus
posibles combinaciones en lo referente a tipos de combustibles utilizados, quemadores de
postcombustión, salidas de vapor de turbina a contrapresión o condensación, etc.
El rendimiento global en la producción de energía eléctrica es mayor que las soluciones
anteriores.
3.4 Ciclo con motor alternativo
–
–
Con los motores alternativos se obtienen rendimientos eléctricos más elevados pero, por otra
parte, con una mayor limitación en lo referente al aprovechamiento de la energía térmica.
Esta energía térmica posee un nivel térmico inferior y se encuentra repartida entre diferentes
subsistemas (gases de escape y circuitos de refrigeración de aceite, camisas y aire
comburente del motor).
Los sistemas con motor alternativo presentan una mayor flexibilidad de funcionamiento, lo
que permite responder de manera casi inmediata a las variaciones de potencia, sin que ello
conlleve un gran incremento en el consumo específico del motor.
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1.1. Tipos de plantas de cogeneración
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1.2. Vista general de un Ciclo Combinado
• Con caldera de tubos
horizontales
http://www.youtube.com/watch?v=
b1yQgJ-frbc&feature=related
• Con caldera de tubos
verticales
http://www.youtube.com/watch?v=D4
06Liwm1Jc&feature=related
•
Tren en un eje.
•
TG Sulzer
•
Otras TG
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http://www.youtube.com/watch?v
=gPzC_Ii3_nc&NR=1
http://www.youtube.com/watch?v=1gGUAppZrrY
http://www.youtube.com/watch?v=jkkzxd9w
yVU&feature=related
1.3. Selección del tipo de unidad
•
•
Las plantas de Cogeneración están integradas en los procesos ya que
su rendimiento depende del aprovechamiento del calor residual.
El éxito de una planta de Cogeneración dependerá del diseño de su
balance y para ello es necesario tener en cuenta una serie de criterios:
– Es necesario decidir si interesa cubrir todas las necesidades térmicas o si
se van a mantener sistemas complementarios.
– Sobre las necesidades eléctricas es posible:
• Cubrir exactamente necesidades.
• Generar por debajo del consumo y continuar importando.
• Generar por encima del consumo y exportar a la red.
– Disponibilidad, calidad y precio de combustibles.
– Temperatura a la que se debe suministrar la energía térmica.
– Otros:
• Calidad de la energía eléctrica de la red.
• Nivel de emisiones autorizados
• Estabilidad futura de precios de las energías y combustibles.
– Proporción entre la energía térmica y la energía eléctrica a producir y nivel
de eficiencia buscado.
El diseño de la planta de Cogeneración debe ser un “traje a medida”
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1.3. Selección del tipo de unidad
La relación de la demanda eléctrica (E) a la térmica (Q)
La relación de la demanda eléctrica
(E) a la térmica (Q)
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1.4. Balance energético de una planta de cogeneración
Sistema convencional de obtención
de energía eléctrica y térmica
Uso de cogeneración para
obtención de energía
eléctrica y térmica
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1.4. Balance energético de una planta de cogeneración
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2.- Contribución de la Cogeneración a la mejora de la
eficiencia energética. Ventajas
•
La cogeneración es una tecnología
energética de alta eficiencia.
– 30% más eficiente que la generación
convencional por su mayor rendimiento en la
generación de energía y por las ventajas de
la generación distribuida.
•
La cogeneración es un instrumento clave
para la reducción de emisiones de GEI en
España, con ahorros económicos
significativos
– Permite reducir el 2% las importaciones
energéticas en España y el 3,2% las
emisiones de GEI
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2.- Contribución de la Cogeneración a la mejora de la
eficiencia energética. Ventajas
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2.- Contribución de la Cogeneración a la mejora de la
eficiencia energética. Ventajas
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•
La cogeneración permite
reducir los costes energéticos
de la industria, actuando como
barrera preventiva contra la
deslocalización.
•
En España, más de 1,4
millones de empleos y el 40%
del PIB industrial (exconstrucción) están sectores
donde la Cogeneración es
clave para su competitividad.
2.- Contribución de la Cogeneración a la mejora de la
eficiencia energética. Ventajas
•
1. El escenario PANER ( PLAN DE ACCIÓN NACIONAL DE ENERGÍAS
RENOVABLES DE ESPAÑA (PANER) 2011 - 2020 ) asume la instalación de
3.500 MW adicionales de cogeneración en 2010-2020 y a renovación de 2.000
MW de cogeneración.
La cogeneración contribuye a I+D+i:
• Empresas punteras en el mundo
poseen parte de las tecnologías,
especialmente las asociadas a los
motores y turbinas de gas.
• Importantes empresas en España
son usuarias.
• Hay suministradores en España de
servicios de Cogeneración.
• Hay suministradores en España
para las calderas y para los servicios
de ingeniería.
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2.- Contribución de la Cogeneración a la mejora de la
eficiencia energética. Ventajas
– La cogeneración es fundamental para la seguridad de
suministro y la reducción de la dependencia energética.
Importancia como fuente de suministro cercano al punto de
consumo y con capacidad de generación previsible y
garantizada.
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2.- Contribución de la Cogeneración a la mejora de la
eficiencia energética. Ventajas
• Seguridad del suministro y utilización óptima de la red:
– Por tratarse de generación distribuida, la cogeneración
produce la electricidad en el punto de consumo o en su
entorno cercano, por lo que el suministro no depende de
posibles fallos en las líneas eléctricas de transporte y
distribución.
– También elimina las pérdidas en la red eléctrica y el costoso
despliegue y mantenimiento de las redes de transporte y
distribución eléctrica.
– Además cerca del 90% de la cogeneración posee equipos para
controlar la energía reactiva, que permiten optimizar la
capacidad de transporte de energía de la red eléctrica
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2.- Contribución de la Cogeneración a la mejora de la
eficiencia energética. Ventajas
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2.- Contribución de la Cogeneración a la mejora de la
eficiencia energética. Ventajas
•
Capacidad de generación garantizada:
– La producción eléctrica de la cogeneración es predecible y
garantizada. No depende de agentes externos como el viento o la
radiación solar y tiene una disponibilidad casi total.
– Existen cerca de 1.000 instalaciones de cogeneración, por lo que
una parada imprevista de una de ellas es fácilmente cubierto sin
disponer de una gran potencia de back-up a diferencia de
tecnologías no predecibles o concentradas.
– Algunas plantas de cogeneración pueden aprovechar sus
excedentes de capacidad para cobertura de picos de demanda.
Imprescindible en un sistema con una penetración creciente de
energías renovables no predecibles.
– Capacidad de arranque muy rápido desde la posición de paro de la
instalación para responder a demandas puntuales.
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2.- Contribución de la Cogeneración a la mejora de la
eficiencia energética. Ventajas
•
La cogeneración aporta además beneficios al sistema gasístico. Contribuyendo
a la gasificación de España y a la estabilidad del consumo a largo plazo.
–
–
La cogeneración ha contribuido a la gasificación en España a través del reemplazo de
otros combustibles, tales como carbón, fuel-oil o gasoil.
La cogeneración ha facilitado la extensión de la red de gas. Garantiza un consumo
elevado y estable de gas natural, lo cuál asegura la rentabilización de la inversión en
infraestructura.
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2.- Contribución de la Cogeneración a la mejora de la
eficiencia energética. Ventajas
•
Adicionalmente, la cogeneración tiene un impacto económico directo muy
positivo para el país, con unos beneficios derivados de sus ventajas
energéticas superiores a los 1.300 M€ anuales
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2.- Contribución de la Cogeneración a la mejora de la
eficiencia energética. Ventajas
Ahorro energético
Por eficiencia energética
Ahorro en coste de
CO2
Menores perdidas
en la red
Ahorros aportados por
las nuevas cogeneraciones
que se instalan.
Mayor fiabilidad
del suministro.
Disminución necesidad
de inversiones en la red
eléctrica de distribución
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Disminución necesidad
de inversiones en la red
eléctrica de transporte.
3.- Situación presente y futuro de la Cogeneración:
Europa, España y País Vasco. Riesgos.
• 3.1. Situación Cogeneración Europa y en el mundo
• 3.2 Situación Cogeneración en España
• 3.3 Situación Cogeneración en el País Vasco.
• 3.4 Futuro de la Cogeneración en España
– 3.4.1. Barreras para el desarrollo de la Cogeneración en España
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3.1 Situación Cogeneración en Europa y en el mundo
• Media Europa 11%.
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3.1 Situación Cogeneración en Europa y en el mundo
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3.1 Situación Cogeneración en Europa y en el mundo
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3.2 Situación Cogeneración en España
• Cerda de 1.000 instalaciones y 6.000 Mw.
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3.2 Situación Cogeneración en España
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3.2 Situación Cogeneración en España
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3.2 Situación Cogeneración en España
• El gran desarrollo viene de la industria
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3.2 Situación Cogeneración en España
• Hay un potencial importante
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3.2 Situación Cogeneración en España
• No crece el potencial en los últimos años
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3.3 Situación Cogeneración en el País Vasco.
Vizcaya
Guipúzcoa
Álava
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3.3 Situación Cogeneración en el País Vasco.
•
La cogeneración produjo 2.500 GWh en País Vasco en
2009. Supone 12,4% del consumo eléctrico total de la
comunidad.
•
En País Vasco, existen 54.000 empleos industriales en
sectores con alto potencial de penetración de la
cogeneración
– De ellos depende el 20% del PIB industrial del País Vasco (exconstrucción)
•
En País Vasco la inversión acumulada en cogeneración
ha sido de 380 M€.
•
Sólo en operación y mantenimiento la cogeneración
genera alrededor de 350 empleos directos.
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3.4 Futuro de la Cogeneración en España
•
..pero, a pesar de sus ventajas no crece el parque de
cogeneraciones…
•
Crecimiento inferior a la media de la UE +9% España vs. +21%
media UE en 2002-2008
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3.4 Futuro de la Cogeneración en España
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3.4 Futuro de la Cogeneración en España
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3.4.1. Barreras para el desarrollo de la Cogeneración en
España
•
La rentabilidad de la cogeneración va unidad a la existencia de un
proceso que consuma la energía. Especialmente crítico en industrias
cíclicas.
•
La cogeneración marginal ofrece habitualmente un atractivo
económico inferior. Frente a los parámetros históricos de rentabilidad
típicos asumidos por las primas. El tamaño de las nuevas instalaciones
suele ser menor.
•
El tope de los incentivos en 50 MW frena el desarrollo de un potencial
de cogeneración de alta eficiencia.
– El RD 661/2007 limita las primas a la cogeneración a instalaciones de hasta
50 MW. La existencia de este tope y de escalones discontinuos de retribución
por potencia genera distorsiones en el dimensionamiento de las plantas, que las
aleja del aprovechamiento total del potencial de eficiencia energética.
•
La crisis financiera ha encarecido el coste de capital de nuevos
proyectos del régimen especial.
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3.4.1. Barreras para el desarrollo de la Cogeneración en
España
• Es necesario reducir las barreras asociadas a la
complejidad administrativa e incertidumbre
regulatoria.
• Incertidumbre sobre cambio regulatorios de precios.
• Incertidumbre sobre posibles limitaciones futuras de
emisiones de CO2.
• Dificultad técnico/administrativa del punto de acceso
a la red.
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3.4.1. Barreras para el desarrollo de la Cogeneración en
España
•
Es necesario promover la
renovación del parque de
cogeneración.
•
Tras 15 años de operación los
equipos principales de
generación eléctrica requieren su
sustitución completa o
inversiones de mantenimiento
significativas.
Esta renovación no se está
produciendo aún. De no llevarse a
cabo estas inversiones la
cogeneración dejaría de ser
operativa.
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3.4.1. Barreras para el desarrollo de la Cogeneración en
España
Comisión Europea:
• La Comisión Europea presentó el 29 de julio del 2002 una propuesta de directiva
sobre el fomento de la cogeneración sobre la base de la demanda de calor útil en el
mercado interior de la energía.
• El 21.02.2004 se publica finalmente el texto en el Diario Oficial de la Unión Europea
como "Directiva 2004/8/CE del Parlamento Europeo y del Consejo de 11 de Febrero
de 2004"
• La directiva tiene como objetivo la creación de un marco para el fomento y desarrollo
de la cogeneración de alta eficiencia de calor y electricidad basado en la demanda
de calor útil y en el ahorro de la energía primaria.
PLAN DE ACCIÓN NACIONAL DE ENERGÍAS RENOVABLES DE ESPAÑA (PANER)
2011 – 2020:
•
Obligada por la Directiva de 2009/28/CE del Parlamento Europeo y por el Real
Decreto 661/2007, de 25 de mayo, por el que se regula la actividad de producción de
energía eléctrica en régimen especial y dice:
En el sector trasformación de la energía, las medidas consideradas en el horizonte del
Plan de Acción Nacional de Energías Renovables consisten en la continuación e
intensificación de las medidas ya incorporadas en el Plan de Acción 2008-2012 de
Ahorro y Eficiencia Energética, conducentes al desarrollo del potencial de
cogeneración de alta eficiencia y a la mejora de la eficiencia energética de las
cogeneraciones existentes con más de 16 años de antigüedad.
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4.- Política energética de Petronor
• El coste de la energía para una refinería
Coste energía en
Petronor 23 M€
mensuales
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4.- Política energética de Petronor
Emisiones de CO2.
Los próximos años nos enfrentamos a un escenario en el
que deberemos pagar una parte de nuestras emisiones
de CO2 a los precios establecidos en el mercado de
derechos. Las previsiones para el año 2020 establecen
que el precio por tonelada de CO2 rondará los 30-35
euros. Así, tenemos un “coste” directo o indirecto de 75
M€ en CO2.
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4.- Política energética de Petronor
ACCIONES
• Estudios de ahorro
energético
• Mejora de eficiencia en
generación
• Uso de gas natural
09-07-2011
“Si lo verde se toma como un
gasto, será un fracaso. Si se ve
como una inversión más, será un
fracaso. Si se ve como una gran
oportunidad, como una inversión
extraordinaria que significará
una transformación radical y que
reportará unos beneficios
colosales, será un éxito.”
Thomas Friedman en “Green,
Flat
and
Crowded”
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del Norte,
S.A.
OBJETIVOS
• Protección Medio ambiente.
• Ahorro en emisiones de CO2.
• Disminución de la factura
eléctrica y mejorar resultados.
5.- Integración de las plantas de cogeneración en la
refinería de petróleo de Petronor.
Cogeneración1:
•
•
El sistema de cogeneración es un ciclo simple, consistente en una turbina
de gas-generador eléctrico con una potencia nominal de 38 MW, y una
caldera de recuperación que en condiciones normales de operación, 15 ºC
de temperatura ambiente y la turbina en carga base, es capaz de producir
86,4 t/h de vapor a 21b y 260ºC. Si la caldera trabaja en estas mismas
condiciones pero con post-combustión, el vapor generado es de 141,7 t/h .
Combustibles posibles: Gas Natural (habitual), Fuel Gas de refinería y
propano.
Cogeneración 2:
•
•
El sistema de cogeneración es un ciclo simple, consistente en una turbina
de gas-generador eléctrico con una potencia nominal de 43 MW, y una
caldera de recuperación que en condiciones normales de operación, 15 ºC
de temperatura ambiente y la turbina en carga base, es capaz de producir
con postcombustión 115 t/h de vapor a 43b y 371ºC y 5 t/ha a 21b y 260ºC .
Combustibles posibles: Gas Natural (habitual), Fuel Gas de refinería y Gas
de Coker
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5.- Integración de las plantas de cogeneración en la
refinería de petróleo de Petronor.
• Datos de la refinería de Petronor:
– Potencia eléctrica 81 MW. Actualmente se exporta el 50%. En el
futuro, con URF en marcha se exportará el 30%.
• Inversión en las plantas:
– Valor medio actualizado 90 M€. Turbina de gas 20 M€.
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5.- Integración de las plantas de cogeneración en la
refinería de petróleo de Petronor.
• Vapor de cogeneración a las redes de vapor
CG6
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F3BL1
CG1
CG1
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CG6
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5.- Integración de las plantas de cogeneración en la
refinería de petróleo de Petronor.
• Red eléctrica
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6.- Resumen
•
La Cogeneración es una tecnología de generación de energía altamente eficiente.
•
La Cogeneración permite ahorros energéticos y reduce la generación de CO2 por lo que
es una tecnología reconocida por la legislación, por su bajo impacto ambiental.
•
El desarrollo de la Cogeneración puede ayudar a mejorar la competividad de la industria
española y generar puestos de trabajo.
•
Sin embargo existen incertidumbres económicas, legislativas y regulatorias que hacen
que el sector esté desarrollándose muy por debajo de sus posibilidades.
•
La refinería de Petronor, por su propia naturaleza, tiene unos costes altamente ligados a
los precios de la energía. Se prevé que estos costes aumente el futuro.
•
Petronor ha apostado por esta tecnología y ha puesto en marcha en el año 2011 su
segunda unidad de Cogeneración.
•
Petronor integra las unidades de Cogeneración en sus procesos productivos
aprovechando el calor para generar vapor y la energía eléctrica para sus consumos,
vendiendo un excedente a la red.
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Agradecimientos y bibliografía
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Muchas Gracias
Eskerrik asko
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