Tecnología híbrida de turbinas de gas de células de combustible y sus aplicaciones en climatización

Continuando con la descripción de las tecnologías emergentes para la generación de frío vamos a hablar de las aplicaciones que en edificios comerciales tiene la tecnología híbrida de turbinas de gas con células de combustible (Fuel Cell Gas Turbine Hybrids o FCGT). .

FCGT es un excelente candidato para las instalaciones de Generación Distribuida (DG), y la DG es considerada cada vez más como la mejor opción para obtener electricidad porque mejora la fiabilidad, reduce las pérdidas de transmisión, disminuye los costes asociados con la distribución, y proporciona una gran oportunidad para capturar calor para aplicaciones de cogeneración en ciclo combinado. .

En este artículo analizamos el potencial de utilizar el calor recuperado de un FCGT hybrid para suministrar energía térmica para aplicaciones de calefacción, ventilación y aire acondicionado en edificios comerciales. .

Aunque el papel principal de la tecnología FCGT hybrid es obtener electricidad, capturando y usando el calor residual podemos mejorar la eficiencia total de estos sistemas en DG. El calor residual de estos sistemas es de bajo grado (low-grade heat o LGH). Capturando este LGH y usando la energía que contiene obtendremos ventajas sobre un recurso que de otra forma se perdería. El calor recuperado puede usarse para reemplazar otras fuentes de energía tales como gas natural o electricidad. .

Las instalaciones de células de combustible (fuel cell o FC) se utilizan cada vez más para proporcionar energía en edificios, y los ingenieros con experiencia en estos sistemas vienen demandando la aplicación de la tecnología de absorción para recuperar el calor, ya que la tecnología de absorción puede producir agua fría. Los edificios comerciales tales como los de oficinas tienen gran demanda de frío para aplicaciones de climatización. .

Uso de la tecnología de absorción .

Aunque el ciclo de refrigeración de absorción es generalmente menos eficiente que el ciclo de refrigeración de compresión, su potencial es grande si disponemos de fuentes de LGH sin coste o con coste reducido. El equipo de absorción es también más silencioso, debido a que tiene pocas partes móviles; y tampoco usa CFCs o HCFCs. Los avances en la tecnología de absorción continúan mejorando la eficiencia y reduciendo los costes, lo cual hace que esta tecnología sea cada vez más atractiva respecto a los sistemas de producción de frío convencionales. La tecnología FCGT hybrid, sin embargo, es inherentemente más eficiente que la célula de combustible convencional, porque el sistema está optimizado para maximizar la producción de electricidad. Esto reduce la cantidad de energía térmica disponible en el calor residual para aplicaciones de cogeneración. No obstante, los cálculos llevados a cabo con calor residual de FCGT hybrid indican que el sistema puede todavía contener bastante energía como para proporcionar la energía que necesitan las aplicaciones de climatización para edificios comerciales. La cantidad de vapor que puede generarse en una caldera de recuperación de calor de un sistema híbrido FCGT fue calculada por National Energy Technology Center (NETL) y las estimaciones son las siguientes: .

Veamos los resultados obtenidos en este ejemplo para un sistema de dos etapas:

• 42 MW a 1 atm de presión y 157 ºF se obtienen 370.000 lb/h.
• 15,9 MW a 1 atm y 442 ºF se obtienen 166.000 lb/h.
• 4,1 MW a 1 atm y 335 ºF se obtienen 54.000 lb/h.
• 399 kW a 1 atm y 444 ºF se obtiene 3.890 lb/h.

Con las 166.000 BTU/h se calculó una capacidad de enfriamiento máxima para el sistema de 311 tons.

. El sistema de caldera de recuperación de calor propuesto contiene un gran conducto al que se desplaza el calor residual sobre un banco de tubos de vapor. La superficie de intercambio de calor estimada fue de 6.000 ft2 suministrando vapor a 115 psig a una enfriadora de dos etapas. El factor limitante, sin embargo, no es necesariamente el tamaño y los costes del recuperador de calor, sino el hecho de que el calor residual se obtiene a la temperatura ambiente. Esto supone que no tienen capacidad para superar la caída de presión para través de la caldera y proporcionar la suficiente velocidad como para promover una buena transferencia térmica. .

Bibliografía: Commercial Building Applications for Fuel Cell Gas Turbine Hybrids: Analysis of Absorption Cooling Potential Using Exhaust Heat. 2005 Fuel Cell Seminar