Presentación de un prediseño básico de una instalación de cogeneración en la industria papelera. Se realiza a su vez un análisis básico económico y selección de equipos

1. COGENERACIÓN
Asignatura: Cogeneración
Curso:4º de GIE
Autor: Ángel Durán López
Profesores de la asignatura: Ricardo Chacartegui, José Antonio Becerra y Pilar Orihuela
Autor: Ángel Durán López 1

2. Índice
 Legislación
 Proceso tecnológico
 Selección de equipos
 Parámetros de la cogeneración
 Análisis económico
Autor: Ángel Durán López 2

3. Subíndice-Legislación
 Curvas Demanda-Producción (España vs Finlandia).
 Mix eléctrico productivo (España vs Finlandia).
 Diferencia y semejanzas legislativas (España vs Finlandia).
 Diferencia en el régimen retributivo (España vs Finlandia).
Autor: Ángel Durán López 3

4. Demanda-Producción
ESPAÑA FINLANDIA
Autor: Ángel Durán López 4

5. Mix eléctrico de producción
ESPAÑA FINLANDIA
Autor: Ángel Durán López 5

6. Diferencias y semejanzas legislativas
ESPAÑA
 Factor de potencia 0,98
 Distinción por potencia
 Producción 25Mwe alta eficiencia
con 70%.
 Ahorro de energía primaria del 10%
FINLANDIA
 Características técnicas
 Tipo de combustible
Autor: Ángel Durán López 6

7. Diferencia entre las retribuciones
ESPAÑA
 Intenta cubrir costes
 Periodo por revisión
 Dependencia tipo tecnología
FINLANDIA
 Sobre la energía producida
 Periodos de pagos
 Primas por calor
Autor: Ángel Durán López 7

8. 8

9. Subíndice – Proceso tecnológico
 Industria y contexto
 Objetivos
 Descripción de al tecnología
 Modelaje
 Conclusiones
Autor: Ángel Durán López 9

10.  4º mayor consumidora de energía final
Industria y contexto
10

11. Industria y contexto
Eléctricos (E) Térmicos (Q)
Cuáles son los consumos
Cuáles son sus ratios
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12. Industria y contexto(Tecnología)
3º(Q>E) 2º(E>Q)
 Proceso A (Kraft)  Proceso B (Mecánico)
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13.  Proceso C (Sulfato) (Caso de estudio)
Industria y contexto
1º(Q>>E)
13

14. Objetivos y alcance
Cubrir las demandas
Calor
Electricidad
14

15. Descripción de la Tecnología
Fuente. A Scandinavian chemical wood-pulp mill. Part 1.Energy audit
aiming at efficiency measures
15

16. Descripción de la tecnología
Fuente. A Scandinavian chemical wood-pulp mill. Part 1.Energy
audit aiming at efficiency measures
16

17. Modelaje
MODELO EN EESDEMANDAS
VAPOR
CONSUMID
O
ENERGÍA
PRODUCIDA
RENDIMIENTO
GLOBAL
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18. Modelaje(Planta de vapor)
B
18
C
A
Vapor vivo

19. Corriente Presión(barg) Temperatura(ºC) Entalpia(KJ/Kg) Título de vapor
Vapor vivo 90 500 3386.08 No aplica
A 30 360 3136 No aplica
B 10 190 2796.56 No aplica
C 4 152 2748.23 1
A’ 30 236 1017 0
B’ 10 184 781.434 0
C’ 4 152 540.617 0
Modelaje (Planta de vapor)
Datos de partida del vapor
19

20. Proceso Demanda de
calor anual(GJ)
Media
presión
1260000
Baja
presión
1656000
Modelado (Planta de vapor)
EES
Corrientes Masa de vapor(tn)
A 610700
B 625300
C 750100
Vapor vivo 1986100
Datos del
vapor
Producción eléctrica
&
Rendimiento
20

21. Modelaje(Planta de vapor)
Número de horas de funcionamiento 8000h
Energía eléctrica producida 762390 GJ
Calor en el evaporador 3340000GJ
Calor aportado en calderas 3720000GJ
Calor de cogeneración 4328000GJ
Calor de no cogeneración(ECO Y
PRECALENTADOR)
2576000GJ
Calor neto de cogeneración 3274000GJ
Desviación de energía eléctrica -20%
Rendimiento total(Umbral70% con +1Mva) 81.15%
Tabla resumen
21

22. Modelaje (Ciclo combinado)
22

23. Modelaje (Ciclo combinado)
 Datos de partida (Vapor)
Efluente Presión (bar,m) Temperatura(ºC)
Vapor vivo 59 475
Extracción 1 12 350-380
Extracción 2 9 190
Extracción 3 2,5 152
23

24. Modelaje(Ciclo combinado)
Punto Presión Temperatura
1 1 278.15
2 16
3 15.7 1573
4
5
6 1.19 923.2
Datos de partida (Turbina de gas)
24

25. Modelaje(Ciclo combinado)
Datos Vapor
Datos turbina de
gas
Datos de la
demanda
EES
RESULTADOS
PRINCIPALES
25

26. Modelaje(Ciclo combinado)
Vapor Turbina de gas
Extracción Caudal(tn)
Extracción1 416600
Extracción2 15160
Extracción3 619100
Punto Presión Temperatura
1 1 278.15
2 16 615.3
3 15.7 1573
4 5.31 1232
5 5.01 1275
6 1.19 923.2
26

27. Modelaje(Ciclo combinado)
Numero de horas de funcionamiento 8000 h
Calor de cogeneración 3480000 GJ
Calor de no cogeneración 404500 GJ
Calor útil de procesos 3440000 GJ
Electricidad producida neta 9530000 GJ
Rendimiento global(rendimiento umbral 70%) 75%
27

28. Conclusiones
¿Qué planta escogemos?
Criterio económico
Modo de regulación
Máximo ahorro
28

29. 29

30. Subíndice-Selección de equipos
 Objetivos y alcance.
 Equipos.
 Configuraciones de equipos.
 Criterios de selección.
 Modelo de cálculo
 Equipo seleccionado.
Autor: Ángel Durán López 30

31. Objetivos y alcance
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• Se selección de equipos por demanda de calor.
• Cálculo de los parámetros.
• Cálculo de los parámetro de inversión.
• Estudiar escenarios de inversión.

32. Equipos
32
• Turbina de vapor:
Modelo: SST-200
• Turbina de gas:
• Modelo :
• Hitachi 25
• Hitachi 80
• SGT-800

33. Configuración de equipos
33
Grupo turbina de gas HRSG Turbina de vapor
Número de
turbinas de vapor

34. Criterios de selección principales
34
1. Cubrir la demanda de vapor
2. Mayor excedente de potencia eléctrica
3. Menor inversión
4. Menores costes de operación
5. Mejor regulación
cociente Inversión-Potencia excedente
Potencia de referencia (50 MWe )

35. Criterios de selección principal
Datos de partida
35
Parámetros Referencia H-25 H-80
SGT-800
A B
Potencia unitaria (Mwe) 51 32 97,7 54 57
Temperatura escape (ºC) 650 561 538 563 565
Gasto de gases total (kg/s) 400 483 578 406,5 409,8
Número de turbinas 1 3 1 3 3
Vapor producido (t/h) 132 138 132 >145 >145
Potencia total (MWe) 51 100 103 171 186

36. Modelo de cálculo
36
Datos :
Potencia eléctrica bruta
Número de turbinas
(-98,328ln(Potencia)+1318,5)*Potencia
Coste de la
inversión
Fuente: Feasibility analysis of different cogeneration systems for
a paper mill to improve its energy efficiency

37. Equipo seleccionado (Turbina de Gas)
37
TURBINA DE GAS
Nombre H-35 H-80 SGT-800 SGT-800 REFERENCIA
Potencia 32 97,7 54 57 51
Inversión 31.287,08 € 84.800,75 € 50.018,64 € 52.494,43 € 47.526,46 €
Número de
turbinas
3 1 3 3 1
Inversion total 93.861,23 € 84.800,75 € 150.055,93 € 157.483,28 € 47.526,46 €
Inversion por
potencia ( € / Mwe)
977,72 € 867,97 € 926,27 € 920,95 € 931,89 €
Inversion por
potencia corregida
700,46 € 409,67 € 882,68 € 851,26 € 310,63 €
Diferencia relativa
inversión
97% 78% 216% 231% 0%
Diferencia relativa
Potencia instalada
96% 103% 233% 263% 0%
Cociente
Inversión/Potencia
instalada
1,01 0,76 0,92 0,88 NO APLICA

38. Equipo seleccionado (Turbina de vapor)
38
TURBINA DE VAPOR
Potencia 16
Inversión 24.526,54 €

39. Parámetro de cogeneración
39
Rendimiento global (%) 74%
Ahorro de energía primaria
(%)
27%
Coeficiente de cogeneración 50%
Coeficiente de electricidad 24%
Coeficientes de referencia
Calor
62%
Coeficiente de referencia
electricidad
42%

40. Análisis económico
 Datos de partida
▪ Ratio de inversión 10%
▪ O&M: 25 €/Mwh
▪ Precio de la electricidad: 32 €/MWh
▪ Energía producida: 552713,6 MWh
▪ Actualización precio electricidad:
▪ -6%
▪ 0%
▪ +6%
 Resultados principales
40
Neutro Optimist
a
Negativo
VAN 24M€ 41M€ 24M€
TIR >10% >>10% >10%

41. 9 Conclusiones
41
• ¿Acometer la inversión?, sí o no.
• Por qué.
• Riesgos.

42. 42