14 junio 2012

Método para calcular la eficiencia de los sistemas de ciclo combinado calor y potencia




Los métodos CHP son una aproximación limpia para generar potencia y energía térmica desde una única fuente de combustible. CHP se usa para replantar o suplementar potencia y calor separado convencional (SHP). Debido a que CHP es altamente eficiente, reduce las emisiones de contaminantes de aire tradicional y dióxido de carbono, el gas de efecto invernadero principal asociado con el cambio climático global.

Definiendo la eficiencia del sistema CHP

Cada aplicación CHP implica la recuperación de energía térmica derrochada para producir energía térmica útil o potencia eléctrica adicional. Debido a que CHP es altamente eficiente, reduce emisiones de contaminantes de aire tradicionales y dióxido de carbono.

La eficiencia es una métrica prominente usada para evaluar el rendimiento y comparar con los sistemas CHP tradicionales. En este artículo identificamos y describimos las dos metodologías más comúnmente usadas para determinar la eficiencia de un sistema CHP: Eficiencia del sistema total y eficiencia eléctrica efectiva.

En la figura con la que iniciamos este artículo ilustramos el potencial de la ganancia de eficiencia de CHP cuando se compara con SHP.

Términos clave usados para calcular la eficiencia del CHP

El cálculo de la eficiencia del sistema CHP requiere comprender varios términos clave, descritos abajo.

·     Sistema CHP: El sistema CHP incluye la unidad en la que el combustible se consume (ej. turbina, caldera, motor), el generador eléctrico y la unidad de recuperación de calor que transforma el calor de los residuos en energía térmica útil.
·       Entrada de energía del combustible total (QFUEL). Es la energía térmica asociada con la entrada de combustible total. La entrada de energía del combustible total es a menudo determinado multiplicando la cantidad de consumida por el valor calorífico del combustible.

Valores de calentamiento aceptados comúnmente para el gas natural, carbón, y combustible diesel son:

·         1020 Btu por ft3 de gas natural.
·         10157 Btu por libra de carbón.
·         138.000 Btu por galón de combustible diesel

·   Salida de potencia útil neta (Wε).  La producción de potencia útil neta es la potencia bruta producida por el generador eléctrico menos las pérdidas eléctricas parásitas. En otras palabras, la potencia eléctrica usada para soportar el sistema CHP. Un ejemplo de una pérdida eléctrica parásita es la electricidad que puede usarse para comprimir el gas natural antes de que el gas pueda quemarse en una turbina.
·       Producción térmica útil neta (ΣQTH). La producción térmica útil neta es igual a la salida térmica útil bruta del sistema CHP menos la entrada térmica. Un ejemplo de entrada térmica es la energía del retorno de condensado y el agua de alimentación al generador de vapor (HRSG).

La producción térmica útil bruta es la producción térmica de un sistema CHP utilizada por la generadora. El término utilizado es importante aquí. Cualquier producción térmica que no se use debe ser considerada. Consideremos, por ejemplo, un sistema CHP que produce 10.000 libras de vapor por hora, con un 90 % del vapor usado para calentar el espacio y el 10 % restante sale en una torre de refrigeración.

Calculando la eficiencia del sistema total

La aproximación más comúnmente usada para determinar la eficiencia del sistema CHP es calcular la eficiencia del sistema total (ηo). También conocida como eficiencia térmica, la eficiencia del sistema CHP es la suma de la producción de potencia neta (WE) y la producción térmica útil neta (ΣQTH) dividida por la entrada de combustible total (QFUEL) como mostramos a continuación:
Por ejemplo, si un sistema CHP utiliza gas natural y produce vapor, entonces representa la eficiencia de una caldera de gas natural convencional. Los valores típicos de una caldera son: 0,8 para una caldera de gas natural, 0,75 para una caldera de biomasa, y 0,83 para una caldera de carbón.

El cálculo de la eficiencia eléctrica efectiva es esencialmente la producción eléctrica neta CHP dividido por el combustible adicional que el sistema CHP consume por encima de lo que serían los sistemas convencionales para producir energía térmica para el sitio. En otras palabras, esta métrica mide con cuanta efectividad el sistema CHP genera energía una vez se ha cubierto la energía térmica del sitio.

Las eficiencias efectivas típicas para los sistemas CHP basados en turbinas de combustión están en el rango del 51 al 69 %. Las eficiencias eléctricas efectivas típicas para los sistemas CHP basados en motores recíprocos están en el rango de un 69 a 84 %

Bibliografía

Méthods for calculating efficiency. U.S. Environmental Protection Agency.

Palabras clave:

Heat recovery steam generator (HRSG)
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