Descripción técnica de la tecnología de microturbinas

Un nuevo artículo sobre las microturbinas y en esta ocasión nos centramos en la descripción técnica de esta tecnología.

Las microturbinas representan una tecnología relativamente nueva, que entró en el mercado comercial en 1999-2000. La tecnología usada en las microturbinas deriva de los sistemas de energía auxiliar de las aeronaves, turbocargadores de motores diesel y diseños de automoción.

Las microturbinas son pequeñas turbinas de combustión comparables a un refrigerador  y con una producción de energía que va de 30 a 400 kW. Se usan para aplicaciones de generación de energía estacionaria en lugares con limitaciones de espacio. Son máquinas flexibles en combustible que pueden funcionar con gas natural, biogás, propano, butano, diesel y queroseno. Las microturbinas tienen pocas partes móviles, alta eficiencia, bajas emisiones, bajos costes de electricidad, y oportunidades de utilización de calor residual.

Ventajas de las microturbinas

La principal ventaja de las microturbinas es conseguir energía a un coste bajo, aproximadamente $0,04/kWh, lo cual representa una ventaja competitiva importante

La microturbina es una tecnología ultralimpia con los siguientes objetivos de rendimiento:

• Alta eficiencia – La eficiencia de conversión de energía del combustible es de al menos el 40 %
• Alta eficiencia ambiental – NOx < 7 ppm (gas natural).
• Durabilidad – 1000 horas de operaciones fiables entre revisiones y una vida en servicio de al menos 45.000 horas.
• Bajo coste de la energía obtenida.
• Flexibilidad del combustible. Opcionalmente pueden usarse múltiples combustibles incluyendo diesel, etanol, gas de vertederos, y biocombustibles.

Conceptos del sistema

• Las microturbinas consisten en un compresor, cámara de combustión, turbina, alternador, recuperador y generador.
• Las microturbinas se clasifican por la disposición física de partes del componente: eje simple o doble eje, ciclo simple o recuperado, inter-enfriador y recalentamiento. Las máquinas generalmente operan a más de 40.000 rpm, aunque algunas a más de 100.000 rpm.
• Un eje simple es el diseño más común, ya que es más simple y menos caro de construir. A la inversa, el eje dividido es necesario para aplicaciones de máquinas, que no requieren un inversor para cambiar la frecuencia de la energía en corriente alterna.
• La ganancia de eficiencia puede alcanzarse con un mayor uso de materiales tales como los cerámicos, que trabajan bien a las temperaturas más altas de operación del motor.

Tecnologías representativa

• Microturbinas de ciclo simple: En las microturbinas de ciclo simple o sin recuperación, el aire comprimido caliente se mezcla con combustible y se queman bajo condiciones de presión constante. El gas caliente resultante se expande a través de una turbina para realizar trabajo. Las microturbinas de ciclo simple tienen un coste inferior, alta fiabilidad, y más calor disponible para aplicaciones CHP para unidades recuperadas.
• Unidades con recuperación: Las unidades con recuperación usan un intercambiador de calor de láminas metálicas que recupera algo de calor del sistema de escape y lo transfiere al chorro de aire de entrada. El aire precalentado se usa en el proceso de combustión. Si el aire se precalienta, se requiere menos combustible para elevar su temperatura al nivel requerido en la entrada de la turbina, y se obtiene un 30 % - 40 % de ahorro con el precalentamiento.

Aplicación de la tecnologí

• Las microturbinas pueden usarse en los sectores comercial, industrial e institucional; parques de producción de energía; localizaciones off-grid, etc.
• Las microturbinas pueden usarse como tecnología de apoyo, energía para carga base, energía en lugares remotos, ahorro pico, energía para calefacción y refrigeración transmisión mecánica, y uso de residuos y biocombustibles.
• Las microturbinas pueden acoplarse con otros recursos de energía distribuida tale como los dispositivos de almacenamiento de energía y tecnologías avanzadas térmicamente.

Estatus actual

Las microturbinas han entrado en el mercado hace algunos años y los fabricantes buscan aplicaciones tradicionales y no tradicionales en el sector de la construcción e industrial, incluyendo CHP, generación de energía continua y ahorro pico.

Las turbinas instaladas más populares hasta la fecha son sistemas que trabajan a partir de 30 kW y con eficiencias del 25 – 29 %

La unidad típica de 30 kW cuestas aproximadamente unos $1100/kW. Para microturbinas, el coste de instalación (preparación del sitio y captación del gas natural es de unos $2263/kW para sistemas de energía eléctrica y $2636 para sistemas CHP. Están disponibles contratos de mantenimiento a 1-2 céntimos de dólar por kWh                                                                                                                                            

Bibliografía: National Renewable Energy Laboratory. Gas-Fired Distributed Energy Resource Terchnology Characterizations.