Conceptos de flexibilidad y eficiencia en aplicaciones de cogeneración

La mayoría de las plantas de cogeneración se emplean para obtener calor y electricidad con aplicación industriales. Las cargas de calor varían a lo largo del día y del año. Los procesos industriales pueden también experimentar variaciones relevantes en los niveles de demanda. Como ejemplo de planta que requiere adaptarse a las variaciones en la demanda podemos mencionar la de Wärtsilä. Esta planta de energía está diseñada con motores recíprocos equipados con motores recíprocos equipados con acumuladores de calor especialmente convenientes para aplicaciones que requieren tanto flexibilidad operacional como uso eficiente del combustible principal.

Desde un punto de vista de factibilidad, el uso del combustible primario de forma eficiente – manteniendo altos niveles de eficiencia total – es esencial cuando una planta de energía es operada en conformidad con el precio al que se vende la electricidad. Dentro de ciertos límites, la desconexión de la producción de calor respecto a la producción de energía eléctrica puede alcanzarse instalando un acumulador de calor.

En la mayoría de los distritos las aplicaciones se diseñan para tener una capacidad de almacenaje de siete horas.

Almacenamiento de calor

Una planta de cogeneración correctamente dimensionada equipada con motores como los de wärtsila ofrece dos ventajas fundamentales. No habrá necesidad de hacer funcionar las calderas con baja carga durante los meses de verano, y tampoco habrá necesidad de hacer funcionar los motores de la planta de energía por la noche en los periodos en los que el precio de la electricidad es bajo.

También es importante la capacidad para desconectar las calderas existentes en un periodo de varios meses y ello ofrece ventajas económicas adicionales.

El acumulador de calor necesario para este tipo de proyectos se construye fácilmente. Podemos partir de un diseño similar al de un depósito de almacenamiento de fuel-oil pero con una capa espesa de aislamiento térmico. El agua en la capa superior del tanque puede mantenerse a 98 º C, esto ayuda a mantener la parte superior del tanque llena con vapor, reduciendo la cantidad de oxígeno – y el riesgo de corrosión asociado.

En la mayoría de las aplicaciones, el tiempo óptimo de descarga de los acumuladores es un periodo de siete horas, durante la noche cuando el precio de la electricidad puede venderse por una cantidad más baja. También hay aplicaciones, en Dinamarca por ejemplo, en las que el acumulador puede estar descargándose durante semanas. El acumulador de Wärtsilä tiene una capacidad de 1.500 m³.

El interés incrementado en la utilización de la energía solar ha resultado en muchos desarrollos en los que se pretende incrementar la densidad de calor de los acumuladores, pero para aplicaciones de almacenamiento térmico, los depósitos de almacenamiento de agua constituyen una forma simple y efectiva.

Las plantas de ciclo combinado son especialmente interesantes en países de Europa central que requieren energía térmica. Se sustituye de esta forma otras fuentes más contaminantes como las calderas de lignito. Las plantas CHP a gas natural son una solución mucho más eficiente que los antiguos sistemas de generación. Las plantas equipadas con viejas calderas pueden sustituirse por modernas y eficientes plantas de generación CHP.

Los datos de eficiencia de una planta de este tipo pueden ser los siguientes (ejemplo del Cheong Soo Project en Corea del Sur):

• Potencia eléctrica en los terminales del alternador: 16,9 Mw.
• Eficiencia eléctrica: 43,4 %.
• Calor recuperado: (verano) 14,2 Mw / invierno 3,6 Mw.
• Eficiencia total en verano: 80 %.
• Depósito de acumulación de agua: 3.000 m³.

Bibliografía: Cogeneration – Combining flexibility and high levels of efficiency. Power Engineering October 2009