Cogeneración en Edificaciones Energéticamente Eficientes

Cogeneración en Edificaciones
Energéticamente Eficientes
Javier Duarte
SEMINARIO INTERNACIONAL EFICIENCIA ENERGÉTICA EN
EDIFICACIONES
AVANCES Y RETOS EN COLOMBIA
Noviembre 3 de 2011
Qué es la Cogeneración?
La Cogeneración
g
Procedimiento mediante el cual se obtiene simultáneamente energía
eléctrica y energía térmica útil (vapor, agua caliente sanitaria, agua fría, por
ejemplo) a partir de la combustión de un combustible (líquido o gaseoso).
gaseoso)
Este tipo de ciclos es también conocido internacionalmente como CHP
(Combined Heat & Power) que identifica la Cogeneración y CCHP
(Combined Cooling, Heat & Power) que identifica el proceso de
Trigeneración.
ge e ac ó .
2
La Cogeneración
g
3
Cogeneración en Colombia
Potencial en Colombia
UPME 2008
5
Cogeneración
g
en Industria
Ingenios
g
Azucareros (298 MW)*
• Manuelita
39 MW
• Riopaila
40 MW
• Mayaguez S.A. 37 MW
Pastas Doria**
1,75 MW
Industria Papelera***
47,9MW
*Cenicaña 2009
** Cummins Power Generation
*** http://www1.ceit.es/asignaturas/tecener1/Tema2.pdf
6
Tecnologías
g
Utilizadas
• Motores a Pistón (MACI)
• Turbinas de Vapor
• Turbinas a Gas
7
Por qué no se aplica la
Cogeneración en Edificaciones?
Incompatibilidad
p
para
p
Edificaciones
• Baja eficiencia en rango de potencias requeridas.
• Ocupación de grandes áreas.
• Alta inversión en Obras civiles:
• Refuerzo estructural para vibraciones.
• Cárcamos para vertimientos.
vertimientos
• Tanques para disposición de Aceites y Aguas.
• Niveles de ruido (Mayor volumen por insonorización)
• Elevados costos especializados de operación y mantenimiento
9
Microturbinas:
Mi
t bi
Solución a la incompatibilidad
de la Cogeneración en Edificaciones
Solución en bajas
potencias
j
p
C30
C65
C200
Potencia
30 kw
65 kw
200 kw
Eficiencia a
Plena Carga
26%
28%
33%
Consumo
C l ifi
Calorifico
13.8 MJ/kWh
(13,100
(13
100 BTU/kWh)
12.4 MJ/kWh
(11,000
(11
000 Btu/kWh )
10.9MJ/kWh
(10,300
(10
300 Btu/kWh)
Combustible
Liquido
D2, 1-K, Jet A, JP8, JP-5
Diesel & Biodiesel
Diesel & Biodiesel
Gases
(HHV)
13.0 - 99.1 MJ/m3
(325-2550 Btu/pie3)
13.0 - 99.1 MJ/m3
(325-2550 Btu/pie3)
13.0 - 99.1 MJ/m3
(325-2550 Btu/pie3)
Corriente de
Salida
46 Amps RMS
100 Amps RMS
310 Amps RMS
Voltaje
Nominal
400 to 480 VAC
400 to 480 VAC
400 to 480 VAC
Temp
Gases
Escape
530 F (275 C)
588 F (309 C)
535 F (280 C)
NOx
Emisiones
Gas : <9 ppm
Liquid : <35 ppm
Gas: <9 ppm
<5 ppm CARB
Gas: <9 ppm
<5 ppm CARB
Acustica
65 dBA
65 dBA
65 dBA
Modularidad p
para mayores
y
Potencias
C600
C800
C1000
Potencia
600 kw
800 kw
1000 kw
Eficiencia
Plena Carga
33%
33%
33%
Consumo
Calorifico
10 9MJ/kWh
10.9MJ/kWh
(10,300 Btu/kWh)
10 9MJ/kWh
10.9MJ/kWh
(10,300 Btu/kWh)
10 9MJ/kWh
10.9MJ/kWh
(10,300 Btu/kWh)
Corriente de
Salida
930 Amps RMS
1240 Amps RMS
1550 Amps RMS
Voltaje
Nominal
400 to 480 VAC
400 to 480 VAC
400 to 480 VAC
Temp
Gases de
Escape
535 F (280 C)
535 F (280 C)
535 F (280 C)
Energia de
Escape
4,050,000 BTU/hr
5,400,000 BTU/hr
6,750,000 BTU/hr
•
•
•
•
•
(3), (4), o (5) C200
Huella Apilable
Contenedor con Huella ISO
Combustion estable de ralenti al 100%
Maintenimiento en 1 con las demas
di
disponibles
ibl
Dentro de la Microturbina Capstone
•Cooling fins
•Exhaust output
•Recuperator
• No hay cajas de engranajes, ni bombas ni otros componentes mecánicos.
•Fuel injector
•Air intake
•Combustion
•chamber
• Intercambiador de Calor
• Alternador de imán permanente
• Fabricado en USA
bi d
•Generator
•Compressor
•Air bearings
•Turbine
Simple:
una sola pieza
que
se mueve
p
p
q
Eje del Turbogenerador
•Spring
•
Cojinetes neumáticos
•
•
Sin agua ni refrigerentes
Confiabilidad
•
•
•Foil
Enfriamiento por aire
•
•
Sin aceite ni lubricantes
>21
21 millones
ill
d
de h
horas d
de operación
ió
Velocidad variable desde 30.000 a 96.000
RPM
•Shaft
La Electrónica de Potencia
Modos de Operación:
•Stand
Stand Alone (Aislado de la red)
•Grid connect (Paralelo a la red)
•Dual Mode ((Grid connect o Stand Alone))
Casos de Éxito de
Microturbinas en Edificaciones
Edificio Cámara Colombiana de la Infraestructura
• Ubicación:
Ciudadela
Sarmiento
Angulo, Ciudad Salitre, Bogotá
• Alcance:
Generación de energía
continua y Aire Acondicionado
• Energía Eléctrica: 1.6 MW (Media y Baja
tensión)
• Capacidad Aire Acondicionado :
• Lado Agua - 390 TR
• Lado Aire - 590 TR
• Fecha Ejecución: 2009-2010
• Confiabilidad Sistema: 99,997%
Edificio Cámara Colombiana de la Infraestructura
Edificio Cámara Colombiana de la Infraestructura
Edificio Cámara Colombiana de la Infraestructura
280 TR / 190 kW
Sistema
Entorno
Temperatura
ambiente
Tarifa Combustible
Altura sobre el
Nivel del Mar
Tarifa Eléctrica
280 TR / 10 kW
Nivel de Consumo
Otros Casos de Éxito
en el mundo
HOTEL RITZ CARLTON, San Francisco (USA)
• Cuat
Cuatro
o ((4)) C60.
• Electricidad del hotel completo.
• 161 TR por Absorción.
22
EDIFICIO PIERCE COLLEGE, Los Angeles, CA (USA)
• Seis (6) C65.
• 120 TR por Absorción.
23
Otros Casos de éxito
Otros Casos de éxito
Comparación entre Tecnologías
Costo Inicial de MT´s vs MACI
Capstone C1000 LPNG DM
• Costo total Equipo e
Instalación: US$1.665 a
$2 Millones
Recip 1MW
• Costo total Equipo e
Instalación : US$1.35 a
$1.82 Millones
27
Características MT´s Vs MACI
Microturbinas Capstone
Generadores Reciprocantes
Muy bajas emisiones.
Requiere elementos filtrantes para cumplir normas.
Mantenimiento Típico – 10 veces en 5 años
Mantenimiento Típico – 160 veces en 5 años
Electrónica Digital Incluida
Controles Externos sin electrónica de potencia
Protecciones a la red y sincronización integrada
Requiere relevos externos y equipos de control
Liviano y menor área requerida
Más de dos veces el peso y área requerida
Características MT´s Vs MACI
Microturbinas Capstone
Generadores Reciprocantes
Solo una (1) parte móvil
Cientos de partes móviles
Cojinete de aire (No aceite)
Requiere aceite, cambios de aceite (Disposición Final?)
Enfriado por aire (No Agua u otros líquidos)
Enfriado por agua, puede fallar por sobre presión
Overhaul en pocas horas (Cambio de turbina)
Overhaul toma 2-3 semanas (Cambio de motor)
Eficiencia MT´s Vs MACI
35
Eficie
encia (%))
30
25
20
15
Max Efficiency Mode
10
Recip
5
0
0
200
400
600
Potencia (kW)
800
1000
Comparativo
Co
pa at o Actividades
ct dades Mantenimiento
a te
e to
Programa de
Mantenimiento
•Mantenimiento de Microturbinas
8,000 Hours
20,000 Hours
40,000 Hours
Air Filters
Clean/Replace
Fuel Filter
Replace
Igniter
Replace
Injectors
Replace
Battery Pack
Replace
Thermocouple
Engine &
Generator
•Matenimiento de plantas generadoras
(GE Jenbacher)
Air Filters
Replace
Oil Filter
Replace
Crankcase Oil
Replace
Spark Plugs
Replace
1,500 Hours
Top End
Inspection
Replace
20,000 Hours
Top End
Overhaul
Exchange
40,000 Hours
Bottom End
Overhaul
• 6 actividades
durante 5 años
500 Hours
• 60 -118 actividades
durante 5 años
Costo de mantenimiento del 25 % respecto a otros generadores
Todo el Mantenimiento de una MicroTurbina
8,000 horas
20,000 Horas
40,000 Horas
Filtro de Aire
Reemplazar
Filtro de
Combustible
Reemplazar
Bobina Arranque
Reemplazar
Inyectores
Reemplazar
Baterias
Reemplazar
Termocupla
Reemplazar
Engine y Generador
RE-cambio
•
Costo de mantenimiento Total US$0.016
kWh
•
6 Horas de mantenimiento planeado por
año
•
Capstone podria garantizar el costo del
mantenimiento planeado y no planeado a
traves del Factory Protection Plan (FPP)
• Servicio inyectores a 20,000 horas
• En una plataforma offshore
Costos Operativos
p
MT´s Vs MCI
$3.500.000
$3.000.000
1MW Recip Engine
$2.500.000
$2.000.000
•
C1000
$1 00 000
$1.500.000
$1.000.000
$500.000
1
2
3
4
5
6
7
8
• Ahorros de US$ 417.000 a los 10 años.
• Recuperación de mayor costo a los 4 años.
9
10
Costo Inicial de MT vs Turbina a Gas
Capstone C1000
• Costo total Equipo e
Instalación: US$1.665 a
US$2.0 Millones
Solar Turbine 1
1,210kW
210kW
• Costo total Equipo e
Instalación: US$3.5
Millones (Dato CA SGIP 2008 y EPA)
34
Microturbinas Vs Turbina a Gas
Ventajas C1000
Ventajas Turbina Solar
•
•
Efi i
Eficiencia
i Eléctrica
Elé t i
–
–
•
–
Solar: Aprox 8,900lbs/hr @ 90psi
Capstone: Aprox 2,000lbs/hr @ 90psi
Capstone: Consistente en 31% carga superior
a 150kW
Solar: Desciende de 24% con riesgo de
apagado
Emisiones
–
–
•
–
–
Eficiencia a Cargas Parciales
–
•
Capstone: 33%
Solar Turbine: 24%
Prod cción de Vapor
Producción
Capstone: NOx (lb/MW-hr): 0.4
Solar: NOx (lb/MW-hr): 2.4 (EPA website)
Pérdida por Temp Ambiente
–
–
Capstone: derateo kW inicia a 23°C
Solar: derateo kW inicia a 16°C
35
Eficiencia MT Vs Turbina a Gas
Eficiencia a Cargas Parciales
C1000 vs. T
Turbina
bi S
Solar
l 1 MW
35
30
Eficienciia (%)
25
20
15
Capstone
C1000
Typical
10
5
0
0
200
400
600
800
1000
Potencia (kW)
PROPRIETARY AND CONFIDENTIAL Capstone Turbine Corporation
36
Comparación Turbinas a Gas
40
Solar Turbines Mercury 50
38
36
Electtrical Efficienc
cy (%)
34
Capstone C200
Capstone C1000
32
General Electric GE5-1
(DLN)
Siemens SGT-100
R ll R
Rolls
Royce 501
501-KB7S
KB7S
S l T
Solar
Turbines
bi
C
Centaur
t
50
Kawasaki GPB60D
Solar Turbines Centaur 40
Elliott TA100R
30
Ingersol Rand MT250
28
OPRA Turbines OP16-3B
(DLE)
26
Solar Turbines Saturn 20
Kawasaki GPB15D
24
Rolls Royce 501-KB5S
Kawasaki GPB30D
22
20
18
Dresser-Rand KG2-3E
Dresser-Rand KG2-3C
16
14
0
1
2
3
4
5
6
Power Output (MW)
Mayor Eficiencia en Potencias menores a 5 MW
PROPRIETARY AND CONFIDENTIAL Capstone Turbine Corporation
37
Supernova Energy Services
Quiénes somos
•
Compañía fundada en 1993
•
Durante la década de los 90 se constituye en un actor protagónico del
sector del aire acondicionado
•
En 2000, LG Electrónics entra directamente al mercado, asume las
actividades principales de la compañía y Supernova entra en inactividad
•
Se reactiva la compañía a final de 2008 para ofrecer soluciones integrales
de climatización de acuerdo con el modelo ESCO
•
A principio de 2009 incursionamos en el sector de la generación distribuida
como Distribuidores de Capstone Turbine Corporation para desarrollar
proyectos de Eficiencia Energética con nuestros clientes
•
En 2010 somos nombrados Distribuidores Exclusivos para Colombia de la
tecnología de Microturbinas Capstone
39
Productos y Servicios
• Desarrollamos p
proyectos
y
de Cogeneración
g
con
Microturbinas CAPSTONE
• Hacemos consultoría de eficiencia energética y gestión
integral de energía
• Diseñamos e instalamos sistemas de aire acondicionado
• Diseñamos e instalamos redes de energía en Baja y
Media Tensión
• Diseñamos e instalamos sistemas de iluminación para
interiores y exteriores
40
Nuestras Oficinas
•Calle 7 39
39--215 Of 604
•Carrera 18 86ª
86ª--14
•Tel. 311311-1854
•Tel. 638638-6244
•Medellín
•Bogotá
www.supernova--es.com
www.supernova