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Ventajas de la aplicación de
Microturbinas para la generación
eléctrica con Biogás.
Murcia, 17 de noviembre de 2011
Capstone Turbine
Manel Blasco Busquets Ingeniero Industrial
Director General.
INDICE
1. ¿Qué son las Microturbinas de gas?
2. Características principales
3. ¿Como funcionan?
4. Diferencias con los motores alternativos
5. Balance energético y económico
6. Modelos disponibles de turbinas Capstone
7. Aplicaciones en Microcogeneración
8. Conclusiones
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1. ¿Qué son las Microturbinas de gas?
Las microturbinas de gas tienen su
origen en la aviación y se usan desde
los años 60 como equipos generadores
en todos los aviones comerciales.
Capstone Turbine Corporation es la
empresa líder mundial en la fabricación
de microturbinas de gas para el
funcionamiento estacionario.
Diseñadas para obtener la máxima
eficiencia eléctrica y térmica incluso
funcionando a cargas parciales.
Capstone dispone de más de 6.000
turbinas instaladas (10 veces más que
los competidores)
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2. Características principales de las microturbinas Capstone
Ciclo Brayton regenerativo por lo
que tienen un rendimiento
eléctrico comparable al de
turbinas de potencia 75 veces
superior .
Una sola pieza móvil con
cojinetes de aire. Ausencia total
de vibraciones y líquidos
lubricantes.
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2.1. Características principales de las microturbinas Capstone
Refrigeradas y lubricadas por aire.
Alternador asíncrono de alta frecuencia: 45.000 a 96.000 rpm.
Conversión AC – DC – AC. Conexión a la red mediante inversor.
Emisiones ultra-bajas: 9 ppm de NOx
Periodos de mantenimiento cada 8.000 h. 5 revisiones hasta overhaul
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2.2. Características principales de las microturbinas Capstone
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3. ¿Cómo funciona una microturbina CAPSTONE?
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4. Comparación Microturbinas vs. Motores alternativos
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Mantenimiento típico cada 1500 h Mantenimiento programado – cada 8.000 h
Cuadros de control externos sin electrónica de potencia Electronica de potencia integrada en el package
Requieren relés externos Protecciones de red y sincronismo integradas
Normalmente el doble de peso y espacio Ligeras y ocupan poco espacio
Emisiones NOx entre 250 y 500 ppm Emisiones ultra bajas en NOx – 9 ppm
Motor Alternativo Microturbinas Capstone
4.1. Prestaciones declaradas de las Microturbinas Capstone
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CAPSTONE
Modelo C30 C65 C200 C1000
Potencia Térmica (kWt) 63 120 275 1375
Potencia Eléctrica Neta (kWe) 30 65 200 1000
Consumo Gas (kW) 115 224 606 3030
RendimientoTérmico (%) 54,70% 53,57% 45,37% 45,37%
Rendimiento Eléctrico (%) 26% 29% 33% 33%
Rendimiento Global (%) 80’% 82% 78% 78%
Emisiones de CO2 (g/kWh) 283,49 283,49 283,49 283,49
Emisiones de NOx (g/kWh) 0,29 0,208 0,18 0,18
Obervaciones
Valores declarados para las microturbinas Capstone sin considerar tolerancias de consumo ni recuperación térmica. La producción eléctrica es neta a la salida del package descontando los autoconsumos internos.
4.2. Prestaciones comparables Microturbinas vs. Micromotores
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CAPSTONE
Modelo C30 C65 C200 C1000
Potencia Térmica (kWt) 66,96 129,6 297 1485
Potencia Eléctrica en Bornes Alternador (kWe) 33 70 210 1050
Potencia Eléctrica Neta (kWe) 30 65 200 1000
Consumo Gas (kW)* 109,25 212,8 575,7 2878,5
RendimientoTérmico (%) 61,29% 60,90% 51,59% 51,59%
Rendimiento Eléctrico (%)** 30,21% 32,89% 36,48% 36,48%
Rendimiento Global (%) 91,50% 93,80% 88,07% 88,07%
Emisiones de CO2 (g/kWh) 283,49 283,49 283,49 283,49
Emisiones de NOx (g/kWh) 0,29 0,208 0,18 0,18
Obervaciones
(*) Tolerancia de consumo de combustible del 5% y calor producido del 8%
(**) Considerando generación en bornes de alternador y tolerancia consumo
5. Balance Energético y Económico con gas natural
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224 kW gas natural 3,6 c€/kWgh 8,06 €/h
65 kWe
15,35 c€/kWeh
9,97 €/h
120 kWt
4,235 c€/kWth
5,08 €/h
Ejemplo: 6000 h/año
Electricidad 64.313 €
Calor 30.480 €
Combustible 48.384 €
Garantía Total 4.402 €
Resultado 40.346 €
Inversión: 90.000 €
Ingeniería: 6.000 €
Instalación: 12.000 €
TIR = 35,6 % PBT = 2,7 a.
6. Modelos disponibles
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• Con la introducción de la C200, los modelos Capstone disponibles actualmente son:
6.1. Modelos de microturbinas disponibles: C30
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• El modelo C30 también esta disponible para gas a presión doméstica de 0,014 barg.
• Al ser un equipo compacto, ligero y silencioso se puede instalar en prácticamente cualquier lugar.
6.2. Modelos de microturbinas disponibles: C65
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• El modelo C65 tiene 65 kW eléctricos y hasta 120 kW térmicos. El rendimiento eléctrico es del 29%.
• El modelo iCHP lleva incorporado el recuperador de agua caliente en el mismo package de la turbina lo que permite operar de forma muy sencilla bajo estos criterios:
• Prioridad Eléctrica.
• Prioridad Térmica.
6.3. Modelos de microturbinas disponibles: C200 Es la turbina de mayor potencia en el mundo con una única pieza
móvil y cojinetes de aire.
Este modelo tiene excelentes prestaciones con un 33% de
rendimiento eléctrico y del 30,5% al 50% de la carga.
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6.4.Modelos de microturbinas disponibles: POWER PACKAGE
Se trata de un contenedor de 9,14 * 2,43 * 2,89 m (l*a*h) con 5
compartimentos. Segun la potencia lleva 3, 4 ó 5 ocupados.
Aunque el Package dispone de un ordenador para la operación
conjunta del pack, se mantiene la redundancia total de modo que
cada módulo puede operar o ser mantenido independientemente del
resto de módulos.
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6.4. Modelos de microturbinas disponibles: POWER PACKAGE
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6.5. Modelos de microturbinas disponibles: POWER PACKAGE
El APS opera los 5 módulos de forma inteligente como si se tratara
de una única turbina. Con la operación optimizada se consiguen
rendimientos eléctricos a cargas parciales excelentes.
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0
5
10
15
20
25
30
35
0 200 400 600 800 1000
Eff
icie
ncy (
%)
Power (kW)
Max Efficiency Mode
Load Share
Recip
6.6. Organic Rankine Cycle – Capstone ORC WHG 125 kW (I)
Convierte calor residual en electricidad mediante un ciclo de Rankine
que en lugar de agua usa como fluido un refrigerante con una
temperatura de evaporación y un calor latente muy bajos.
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6.6. Organic Rankine Cycle – Capstone ORC WHG 125 kW (II)
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•Evaporative
Condenser
•Receiver
•Economizer
•Evaporator
•R245fa
•Pump
•Heat Source
•375F (190C)
•3 MBTU/H
•Ambient Air
75F (24C)
•Wet Bulb
•Vapor
•85F (29C)
•26psig
(1.8bar) •Vapor
•85F
(29C)
•26psig
(1.8bar)
•Vapor
•145F
(63C)
•26psig
(1.8bar)
•Liquid
•118F
(48C)
•220psig
(15bar)
•Liquid
•85F (29C)
•230psig
(16bar)
•Liquid
•85F (29C)
•26psig
(1.8bar)
6.6. Organic Rankine Cycle – Capstone ORC WHG 125 kW (III)
El módulo ORC permite
realizar Micro-ciclos
combinados usando el calor
sobrante o no aprovechado
en proceso para producir
más electricidad y mejorar de
este modo el rendimiento
eléctrico global.
Con la combinación de
microturbinas con ORC
obtenemos rendimientos
eléctricos superiores al 40%.
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7. Aplicaciones de Microcogeneración
Las microturbinas entregan todo el calor disponible después de la
transformación del gas en electricidad en forma de gases de escape.
El disponer de todo el calor en gases a 300 ºC permite todas las
formas de aplicación del calor ya que, a diferencia de los motores
alternativos, no hay una parte del calor en forma de agua caliente a
baja temperatura.
Las turbinas de gas tienen una combustión con un alto exceso de
aire por lo que los gases de escape tienen un contenido en oxígeno
superior al 17% y por tanto pueden ser usados como comburente en
procesos con post-combustión para la generación de vapor o para
sistemas de trigeneración de alta eficiencia con máquinas de doble
efecto.
La ausencia de aceite permite usar los gases directos para secado.
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7.1. Ciclos de cogeneración para producción de agua caliente
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7.1. Ciclos de cogeneración para producción de agua caliente
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7.2. Ciclos de cogeneración para producción de vapor y agua caliente
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7.2. Ciclos de cogeneración para producción de vapor y agua caliente
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7.3. Ciclos de cogeneración con biogás (a.1.3.)
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7.3. Ciclos de cogeneración con biogás (a.1.3.)
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7.4. Ciclos de cogeneración para secado con gases directos
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7.4. Ciclos de cogeneración para secado con gases directos
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7.5. Ciclo combinado con un ORC
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7.6. Ciclos de Trigeneración con absorción de doble efecto
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Agua fria
HRM
MADE
1 x C200
Agua caliente
~305 kWf ~150 kWt
Postcombustión
~94 kWpci
7.7. Ciclos de Cogeneración con Post combustión
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7.7. Ciclos de Cogeneración con Post combustión
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Turbina Capstone C200
LPNG y Dual Mode
Refrigeración aire de entrada
por chiller de absorción.
Caldera de vapor mixta:
recuperación de gases de la
turbina y quemador.
Uso de los gases de turbina a
la salida de la caldera como
aire comburente del
quemador.
Ahorra 175.000 €/año
7.8. Otras aplicaciones: Vehículos híbridos
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Las microturbinas en
vehículos híbridos se usan
como generador para cargar
las baterías que abastecen
al motor eléctrico.
Capstone dispone de
experiencia en flotas de
autobuses de varias
ciudades en todo el mundo
así como la aplicación
también en vehículos y
barcos.
Ligeras y niveles muy bajos
de emisiones y ruidos.
8. Conclusiones
En 30 años la cogeneración ha evolucionado desde la aplicación
mayoritariamente en el sector industrial a una aplicación con su máximo
potencial en el sector terciario.
Sea cual sea la aplicación, la Cogeneración busca siempre transformar con la
máxima eficiencia una fuente de energía primaria en otras que nos son de
utilidad directa.
Explicar cogeneración en el sector terciario no es lo mismo que en el sector
industrial. Motivaciones, prioridades y capacidad de llevar a cabo los
proyectos son distintos en cada caso.
Las microturbinas de gas son la apuesta más fiable y con menos costes de
operación y mantenimiento disponibles para microcogeneración. Si cuando
volamos confiamos nuestras vidas a las turbinas de gas, confiemos también
nuestros negocios a la apuesta más segura.
Es una lástima que con el actual marco tarifario, la microcogeneración este
luchando después de 4 años de RD 661/2007, con un RD que permita
simplificar los trámites y los costes de acceso a la red eléctrica de distribución
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GRACIAS POR SU ATENCIÓN
www.micropowereurope.com
www.capstoneturbine.com
MICROPOWER – CAPSTONE