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| Ciclo de la turbina de vapor |
La
tecnología CHP es la generación simultánea o secuencial de múltiples formas de
energía útil (usualmente mecánica y térmica) en un sistema único integrado. Se
trata de una fantástica y eficiente tecnología que nos permite obtener energía
de un sinfín de formas y utilizarla en muy diversos modos y aplicaciones. En
los tiempos actuales en los que la generación distribuida se ha convertido en
la industria con mayor crecimiento en todo el mundo, las aplicaciones CHP a
nivel micro y en aplicaciones de mediana escala se convierten en un fascinante
mundo que explorar.
Los sistemas
CHP consisten en varios componentes principales – impulsor principal (motor
térmico), generador, recuperación de calor, e interconexión eléctrica – configurados
como un todo integrado. El tipo de equipo que impulsa el sistema total (prime
mover) típicamente identifica el sistema CHP. Los impulsores principales para
los sistemas CHP incluyen las turbinas de vapor, turbinas de gas (también
llamadas turbinas de combustión), motor de ignición de chispas, motores diesel,
microturbinas, y células de combustible. Estos accionadores principales son
capaces de quemar una gran variedad de combustibles, incluyendo biomasa/biogás,
gas natural, o carbón para producir energía eléctrica o mecánica en el eje.
Tecnologías adicionales se usan para configurar un sistema CHP completo,
incluyendo calderas, enfriadoras de absorción, desecantes, enfriadoras
accionadas a motor, y gasificadores.
Aunque la
energía mecánica del prime mover usualmente se utiliza para accionar un
generador y producir electricidad, también puede utilizarse para hacer funcionar
equipos rotatorios tales como compresores, bombas, y ventiladores. La energía
térmica del sistema puede usarse en aplicaciones de proceso directamente o
indirectamente producir vapor, agua caliente, aire caliente para secado, o agua
fría para enfriamiento de proceso
El sector
industrial actual actualmente produce tanto energía térmica como electricidad a
partir de la biomasa en instalaciones CHP en la industria papelera, química,
maderera, e industria de procesado de alimento. Estas industrias son usuarios
principales de la biomasa y utilizando el calor y vapor en sus procesos puede
mejorar la eficiencia energética en más de un 35 %. En estas aplicaciones, la
configuración del sistema CHP típico consiste en una caldera de biomasa cuyo
vapor se usa para impulsar una turbina de vapor para extraer el vapor o calor
para uso en el proceso.
Cada una de
las tecnologías disponibles requerirá combustible que generalmente requiere
varios pasos para su preparación. Para las tecnologías de generación de energía
eléctrica que requieren vapor como combustible (turbina de vapor), se usa una
caldera para conseguir la combustión de la biomasa y convertirla en vapor. Para
las tecnologías de generación de energía eléctrica que requieren gas para
operar (turbinas de gas, motores recíprocos, células de combustible, motores
Stirling), la biomasa debe ser gasificada o colectada como biogás de un
digestor anaeróbico o LFG.
Otra de las
particularidades requeridas para casi cualquier impulsor principal que funcione
con biogás, es la limpieza del gas. Esta limpieza como mínimo incluirá la
retirada de sólidos y agua líquida. La retirada solamente de sólidos y agua
líquida puede dejar componentes corrosivos y siloxanos, que pueden dañar el
impulsor principal.
Turbinas de vapor
Las turbinas
de vapor convierten la energía del vapor de una caldera o calor residual en
energía en un eje. Las turbinas de vapor
son un dispositivo termodinámico que convierte la energía en vapor de alta
presión, alta temperatura en energía en un eje que al girar se utiliza en un
generador y produce energía eléctrica. Al contrario de los sistemas CHP con
turbinas de gas o motores recíprocos donde el calor es un subproducto de la
generación de energía eléctrica, los sistemas CHP con turbinas de vapor
normalmente generan electricidad como un subproducto de la generación de calor
(vapor). Una turbina de vapor requiera una fuente de calor separada y no
convierte la energía del combustible a electricidad. La energía se transfiere
de la caldera a la turbina a través de vapor de alta presión, que hace
funcionar la turbina y el generador. Esta separación de funciones permite a las
turbinas de gas operar con una enorme variedad de combustibles, desde gas
natural a residuos sólidos, incluyendo todo tipo carbón, madera, residuos
vegetales y subproductos agrícolas (bagazo de caña de azúcar, frutas
estropeadas y cáscara de arroz). En las aplicaciones CHP, el vapor a baja
presión se extrae de la turbina de vapor y se usa directamente o se convierte
en otra forma de energía térmica.
Las turbinas
de vapor son una de las tecnologías del accionador principal más antiguas y
versátiles que están todavía en producción comercial. La generación de energía
eléctrica usando turbinas de vapor ha estado en uso durante aproximadamente 100
años, cuando reemplazaron a los motores de vapor recíprocos debido a su
eficiencia más alta y menores costes. Las turbinas de vapor convencionales
trabajan en un rango que va de 50 kW a varios cientos de MW y se usan también
ampliamente en aplicaciones CHP.
Las
características técnicas de esta tecnología son las siguientes:
- Tamaño. 50 kW a 250 MW
- Combustible. Caldera de vapor a partir de biomasa y biogás.
- Preparación de combustible. Ninguna.
- Sensibilidad a la humedad del combustible.
- Eficiencia eléctrica (cálculo basado en el valor calorífico más alto, higher heating value o HHV) del combustible. 5 a 30 %
- Ratio arranque-parada. Bueno, responde en unos minutos.
- Cuestiones de operación. Alta fiabilidad, arranque lento, larga vida, infraestructura de mantenimiento fácilmente disponible.
- Experiencia de campo. Extensa.
- Estatus de comercialización. Numerosos modelos disponibles.
- Coste instalado (como sistema CHP). $350 a $750 / kW (sin caldera).
- Costes de operación y mantenimiento. Menos de 0,004 $/kWh.
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