Ver 2ª PARTE
Microturbinas
Las
microturbinas son turbinas de gas pequeñas que queman combustibles gaseosos y combustibles
líquidos para crear energía mecánica que hace girar un generador eléctrico u
otras cargas. La tecnología de microturbina es el resultado del trabajo de
desarrollo de turbinas de gas de automoción y estacionarias, equipamiento de
energía eléctrica auxiliar, y turbocargadores. Las microturbinas empezaron a
ensayarse en 1997 y en 1999 empezó su lanzamiento comercial.
Las
microturbinas generalmente tienen una eficiencia eléctrica inferior a la de los
generadores de motores recíprocos de menor tamaño y a la de las turbinas de gas
más grandes. Sin embargo, debido a la simplicidad de su diseño y relativamente
pocas partes móviles, las microturbinas ofrecen el potencial de un mantenimiento
reducido comparado con los motores recíprocos.
Las
microturbinas usualmente tienen un intercambiador de calor de recuperación de
calor interno llamado recuperador. En las microturbinas típicas, el aire de
admisión es comprimido en un compresor radial y luego precalentado en el
recuperador usando calor de la salida de la turbina. El aire caliente del
recuperador se mezcla con el combustible en la cámara de combustión y entra en
ignición. El gas de combustión caliente luego se expande en una o más secciones
de la turbina, produciendo energía mecánica rotatoria para impulsar el
compresor y el generador eléctrico. En un modelo de eje simple, la turbina de
expansión gira tanto en el compresor como en el generador. En los modelos de
dos ejes se usa una turbina para impulsar el compresor y una segunda turbina
para impulsar el generador, con los gases de escape desde la turbina del
compresor dando energía a la turbina del generador. Los gases de escape de la
turbina de potencia se usa en el recuperador para precalentar el aire del
compresor.
Componentes de una microturbina
El corazón
de una microturbina es el paquete turbina-compresor, que se monta comúnmente en
un eje simple junto al generador eléctrico. Debido a que el eje de la turbina
rota a muy alta velocidad, la producción eléctrica del generador debe
procesarse para proporcionar la frecuencia estándar 50/60 Hz.
Un eje
simple queda soportado por dos rodamientos (o más) de alta velocidad. Debido a
que las turbinas de eje simple tienen sólo una parte móvil, tienen el potencial
de un bajo mantenimiento y alta fiabilidad. Hay también versiones de
microturbinas de dos ejes, en las que la turbina en el primer eje solamente
acciona al compresor mientras que la turbina de potencia en un segundo eje
acciona una caja de engranajes y generador eléctrico convencional. El diseño de
dos ejes tiene más partes móviles pero no requiere electrónica de potencia
sofisticada para convertir la corriente alterna de alta frecuencia en energía
utilizable AC.
Las
microturbinas requieren combustible gaseoso que se suministra en un rango de
presiones que va de 64 a 100 psig, o superiores. Los compresores rotativos de
paletas, scroll y de tornillo se usan para aumentar la presión necesaria por
las microturbinas. Sin embargo, esto reduce la eficiencia del sistema.
En operación
CHP, un segundo intercambiador de calor de recuperación de calor –
intercambiador de calor de gases de escape – puede usarse para transferir la
energía restante de los gases de escape de la microturbina a un sistema de agua
caliente. Las microturbinas recuperadas tienen una temperatura en los gases de
escape inferior que en las turbinas de ciclo simple; sin embargo, el calor de
los gases de escape a baja temperatura puede usarse para una gran variedad de
diferentes aplicaciones, incluyendo calentamiento de procesos o espacio,
calentamiento de agua potable, alimentación de energía para enfriadoras por
absorción, o equipo deshumidificador desecantes de regeneración. Algunas
aplicaciones CHP basadas en microturbinas tienen la capacidad de usar un bypass
en su recuperador para ajustar su ratio térmico-a-eléctrico o no usar el
recuperador. La temperatura de los gases de escape de estas microturbinas es
mucho más alta (649 ºC) y así hay mucho calor disponible para recuperación.
Las
microturbinas han demostrado que pueden manejar residuo de vertederos y gas de
tratamiento de aguas residuales, y en algunos casos biogás con bajo poder
calorífico. No se necesitan modificaciones salvo la energía para comprimir el
gas. Hay una pequeña reducción de potencia (10 – 15 %) cuando funcionan con gas
de vertedero o digestor. Con ambos factores considerados, se espera un
incremento del precio del 15 – 20 % en el precio por kW cuando se trabaja con
gas de vertederos o digestor respecto al uso con gas natural. Los costes de
mantenimiento se incrementan también en un 30 – 40 % debido a unos intervalos
de mantenimiento más cortos.
Las
características técnicas de estas tecnologías son las siguientes:
Tamaño. Entre 500 kW y 40 MW. Las microturbinas
entre 30 kW y 250 kW
Combustible. Biogás.
Preparación de combustible. Filtro PM (partículas).
Sensibilidad a la humedad del combustible. Si.
Eficiencia eléctrica (cálculo basado en el valor calorífico más alto (higher heating value o HHV) del combustible. 22 a 36 % en las turbinas de gas y 22 a 30 % en las microturbinas.
Ratio arranque-parada. Buena respuesta rápida.
Cuestiones de operación. Altamente fiable, alto grado de calor disponible, no se requiere refrigeración, se requiere un compresor de gas e infraestructura de mantenimiento.
Experiencia de campo. Extensa.
Estatus de comercialización. Numerosos modelos disponibles, aunque en las microturbinas la disponibilidad es menor.
Coste instalado (como sistema CHP). Entre $700 y $2000/kW. En las microturbinas entre $1100 y $2000/kW.
Costes de operación y mantenimiento. Entre 0,006 y 0,011 $/kWh.
Ver 4ª PARTE
Combustible. Biogás.
Preparación de combustible. Filtro PM (partículas).
Sensibilidad a la humedad del combustible. Si.
Eficiencia eléctrica (cálculo basado en el valor calorífico más alto (higher heating value o HHV) del combustible. 22 a 36 % en las turbinas de gas y 22 a 30 % en las microturbinas.
Ratio arranque-parada. Buena respuesta rápida.
Cuestiones de operación. Altamente fiable, alto grado de calor disponible, no se requiere refrigeración, se requiere un compresor de gas e infraestructura de mantenimiento.
Experiencia de campo. Extensa.
Estatus de comercialización. Numerosos modelos disponibles, aunque en las microturbinas la disponibilidad es menor.
Coste instalado (como sistema CHP). Entre $700 y $2000/kW. En las microturbinas entre $1100 y $2000/kW.
Costes de operación y mantenimiento. Entre 0,006 y 0,011 $/kWh.
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