Sobre los motores recíprocos y las turbinas de gas avanzados

Hace ya más de un año que no dedicamos tiempo a seguir en detalle la evololución de la tecnología de los motores recíprocos (ver Los motores recíprocos continuan su desarrollo). Abordamos de nuevo una revisión de esta eficiente tecnología y otros desarrollos de la cogeneración hablando del programa ARED (Advanced Reciprocating Engine Systems) diseñado para promover el desarrollo de esta tecnología en Estados Unidos.

Tendencias actuales de I+D en los motores recíprocos

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El programa ARES se enfoca en la mejora de los motores recíprocos (sistemas de generación de energía eléctrica de pistón) en un rango de 0,5 - 5 MW. Las investigaciones actuales van dirigidas a incrementar la eficiencia energética desde el 36 al 50 %, reducir el óxido de nitrógeno (NOx) de 1 gr. por HP-hora a 0,1 gr, y reducen los costes de operación y mantenimiento en un 10 %. El programa ha tenido grandes avances en estas áreas, preparando el camino a equimpos más competitivos en costes.

. Turbinas industriales de gas avanzadas .

El propósito del programa es realzar el rendimeinto de las aplicaciones de hasta 20 MW. Las investigaciones están enfocadas en materiales avanzadas, particularmente cerámicos compuestos y revestimientos de barreras térmicas, están ayudando a cumplir estos objetivo. Asimismo, la I+D en las tecnologías de baja emisión están mejorando el sistema de combustión reduciendo las emisiones de monóxido de carbono (CO) y NOx sin afectar adversamente el rendimiento de la turbina. Los últimos diseños de combustor con pre-mezcla ultra-lean consiguen reducir el NOx a 5 partes por millón por volumen (ppmv).

Microturbinas ..

Los programas DOE de apoyo a la I+D en microturbinas han ayudado en el desarrollo de un sistema de turbinas de bajas emisiones y eficiencia del 40 %. Este sistema ofrece nuevas elecciones al sector y soluciones de energía innovadoras. Los hitos clave alcanzados en la última década son los siguientes:

• Desarrollo de tecnologías de microturbinas avanzada por varias compañías privadas.
• Investigación avanzada sobre materiales enfocada en cerámicos y aleaciones metálicas.

Células de combustible

Los avances tecnológicos se vienen implantando en diferentes instalaciones. Como ejemplo de éxito podemos mencionar la aplicación en Verizon Telecommunications Switching Center en Garden City, Nueva York. Se trata de un sistema con fuentes CHP múltiples que abastecen requerimientos de 2,7 MW con la combinación dual de motores recíprocos de combustible dual y células de combustible. El sistema permite funcionamiento óptimo en todo momento a modo de isla.

. Tecnologías activadas térmicamente (TATs)

En las últimas dos décadas se ha estado trabajando en el desarrollo de tecnologías de conversión de energías activadas térmicamente, a menudo clasificadas como TATs (ver Solución innovadora para el almacenamiento de energía). Estas tecnologías abarcan diversos equipos que transforman energía térmica en calentamiento útil, enfriamiento, control de humedad, almacenaje térmico, y energía eléctrica/motriz. Los sistemas TAT permiten a los usuarios reducir directametne la demanda pico de electricidad y proporcionar simultáneamente nivelación de carga tanto de gas como de electricidad. Los sistemas TAT son esenciales para los sistemas CHP integrados - maximizando ahorro de energía y retorno económico. Ninguna tecnología de calentamiento, enfriamiento y control de la humedad tiene tanto potencial para reducir las cargas pico como las TATs.

Las tecnologías TATS incluyen:

• Enfriadora de absorción, enfriador/calentador, y tecnologías de bombas de calor.
• Solid and liquid desiccant ventilation air quality (VAQ) technologies.
• Tecnologías de de bombas de calor de tejado con motores de gas.

Las tecnologías TAT incluyen: recuperación de energía térmica y tecnologías de reciclaje con intercambiadores de calor y masa realzados, tecnologías de gestión térmica y almacenamiento térmico, ciclos térmicos avanzados (como el ciclo de rankine orgánico o motores Stirling).

Sistemas de energía integrados (IES)

Los actuales IES son tecnologías viables que con un 80 % de eficiencia y un payback de menos de cuatro años, es asumible para la producción a escala comercial. Para desarrolllar IES, los investigadores combinan subsistemas disimilares de forma que pueden trabajar juntos para proporcionar una eficiencia más alta y costes más bajos que si operan individualmente.

Ejemplo de aplicación:

A&P supermarket in Mt. Kisco, New York, utilizó este sistema utilizando la tecnología UTC Power PureComfortCHP en 2005. El sistema funciona con cuatro microturbinas de 60 kWe y una enfriadora de absorción de doble efecto que funciona con el calor de las microturbinas.

Palabras clave: Dual-fuel reciprocating engines, thermally activated energy conversion technologies, advanced reciprocating engine systems