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COGENERACIÓN
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TIPOS DE PLANTAS
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A) COGENERACIÓN CON MOTOR DE GAS
Utilizan gas, gasóleo o fuel-oil como combustible. Son muy eficientes
eléctricamente, pero son poco eficientes térmicamente. El sistema de
recuperación térmica se diseña en función de los requisitos de la
industria y en general se basan en la producción de vapor a baja
presión (hasta 10 bares), aceite térmico y en el aprovechamiento del
circuito de alta temperatura del agua de refrigeración del motor. Son
también adecuadas la producción de frío por absorción, bien a través
del vapor generado con los gases en máquinas de doble efecto, o
utilizando directamente el calor del agua de refrigeración en máquinas
de simple efecto.
Este tipo de instalaciones es conveniente para potencias bajas (hasta
15 MW) en las que la generación eléctrica es muy importante en el peso
del plan de negocio. Los motores son la máquina térmica que más
rendimiento tiene, pues es capaz de convertir actualmente hasta el 45%
de la energía química contenida en el combustible en energía eléctrica,
y se espera que en los próximos años este rendimiento aumente.
B) COGENERACIÓN CON TURBINA DE GAS
En los sistemas con turbina de gas se quema combustible en un
turbogenerador. Parte de la energía se transforma en energía mecánica,
que se transformará con la ayuda del alternador en energía
eléctrica. Su rendimiento eléctrico es inferior al de los motores
alternativos, pero presentan la ventaja de que permiten una
recuperación fácil del calor, que se encuentra concentrado en su
práctica totalidad en sus gases de escape, que está a una temperatura
de unos 500ºC, idónea para producir vapor en una caldea de recuperación
Cuando se presenta en el denominado ciclo simple, el sistema consta de
una turbina de gas y una caldera de recuperación, generándose vapor
directamente a la presión de utilización en la planta de proceso
asociada a la cogeneración. Su aplicación es adecuada cuando los
requisitos de vapor son importantes (>10 t/h), situación que se
encuentra fácilmente en numerosas industrias (alimentación, química,
papelera). Son plantas de gran fiabilidad y económicamente rentables
cuando están diseñadas para una aplicación determinada.
El diseño del sistema de recuperación de calor es fundamental, pues su
economía está directamente ligada al mismo, ya que a diferencia de las
plantas con motores alternativos el precio del calor recuperado es
esencial en un ciclo simple de turbina de gas.
C) COGENERACIÓN CON TURBINA DE VAPOR
En estos sistemas, la energía mecánica se produce por la
expansión del vapor de alta presión procedente de una caldera
convencional. El uso de esta turbina fue el primero en cogeneración.
Actualmente su aplicación ha quedado prácticamente limitada como
complemento para ciclos combinados o en instalaciones que utilizan
combustibles residuales, como biomasa subproductos residuales que se
generan en la industria principal a la que está asociada la planta de
cogeneración.
Dependiendo de la presión de salida del vapor de la turbina se
clasifican en turbinas a contrapresión, en donde esta presión está por
encima de la atmosférica, y las turbinas a condensación, en las cuales
ésta esta por debajo de la atmosférica y han de estar provistas de un
condensador. En ambos caso se puede disponer de salidas intermedias,
extracciones, haciendo posible la utilización en proceso a diferentes
niveles de presión.
D) COGENERACIÓN EN CICLO COMBINADO CON TURBINA DE GAS Y VAPOR
La aplicación conjunta de una turbina de gas y una turbina de vapor es lo que se denomina " Ciclo Combinado".
En el gráfico adjunto puede verse que los gases de escape de la turbina
pueden tirarse a la atmósfera si no se requiere aprovechamiento
térmico, a través del bypass, o pueden atravesar la caldera de
recuperación, donde se produce vapor de alta presión. Este vapor puede
descomprimirse en una turbina de vapor produciendo una energía
eléctrica adicional. La salida de la turbina será vapor de baja
presión, que puede aprovecharse como tal o condensarse en un
condensador presurizado, produciendo agua caliente o agua
sobrecalentada, que será utilizado en la industria asociada. Si la
demanda de vapor es mayor que la que pueden proporcionar los gases de
escape, puede producirse una cantidad de vapor adicional utilizando un
quemador de postcombustión, introduciendo una cantidad adicional de
combustible (gas natural) directamente a un quemador especial con el
que cuenta la caldera. Esto puede hacerse porque los gases de escape
son aún suficientemente ricos en oxígeno (en un ciclo combinado con
motor alternativo no podría hacerse, ya que los gases de escape son
pobres en oxígeno)
En un ciclo combinado con turbina de gas el proceso de vapor es
esencial para lograr la eficiencia del mismo. La selección de la
presión y la temperatura del vapor vivo se hace en función de las
turbinas de gas y vapor seleccionadas, selección que debe realizarse
con criterios de eficiencia y economía. Por ello se requiere una
ingeniería apropiada capaz de crear procesos adaptados al consumo de la
planta industrial asociada a la cogeneración, que al mismo tiempo
dispongan de gran flexibilidad que posibilite su trabajo eficiente en
situaciones alejadas del punto de diseño.
Una variante del ciclo combinado expuesto, en el que la turbina de
vapor trabaja a contrapresión (esto es, descomprime el vapor entre una
presión elevada y una presión inferior, siempre superior a la
atmosférica) es el ciclo combinado a condensación, en el que el
aprovechamiento del calor se realiza antes de la turbina de vapor,
quedando ésta como elemento final del proceso. El vapor de salida se
condensa en un condensador que trabaja a presión inferior a la
atmosférica, para que el salto térmico sea el mayor posible.
E) COGENERACIÓN CON MOTOR DE GAS Y TURBINA DE VAPOR
En este tipo de plantas, el calor contenido en los humos de escape del
motor se recupera en una caldera de recuperación, produciendo vapor que
es utilizado en una turbina de vapor para producir más energía
eléctrica o energía mecánica. El circuito de refrigeración de alta
temperatura del motor se recupera en intercambiadores, y el calor
recuperado se utiliza directamente en la industria asociada a la planta
de cogeneración. El rendimiento eléctrico en esta planta es alto,
mientras que el térmico disminuye considerablemente. Es interesante
para plantas con demandas de calor bajas que rentabilizan la inversión
por la venta de energía eléctrica, fundamentalmente.
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