Cogeneración en EdificacionesCogeneración en EdificacionesEnergéticamente Eficientes
Javier DuarteJavier DuarteSEMINARIO INTERNACIONAL EFICIENCIA ENERGÉTICA EN
EDIFICACIONES
AVANCES Y RETOS EN COLOMBIA
Noviembre 3 de 2011Noviembre 3 de 2011
Qué es la Cogeneración?Qué es la Cogeneración?
La Cogeneracióng
Procedimiento mediante el cual se obtiene simultáneamente energíaeléctrica y energía térmica útil (vapor, agua caliente sanitaria, agua fría, porejemplo) a partir de la combustión de un combustible (líquido o gaseoso)ejemplo) a partir de la combustión de un combustible (líquido o gaseoso).
Este tipo de ciclos es también conocido internacionalmente como CHP(Combined Heat & Power) que identifica la Cogeneración y CCHP(Combined Cooling, Heat & Power) que identifica el proceso deTrigeneración.ge e ac ó .
2
La Cogeneracióng
3
Cogeneración en ColombiaCogeneración en Colombia
Potencial en Colombia
5
UPME 2008
Cogeneración en Industriag
Ingenios Azucareros (298 MW)*g
• Manuelita 39 MW
• Riopaila 40 MW
• Mayaguez S.A. 37 MW
Pastas Doria** 1,75 MW
Industria Papelera*** 47,9MW
*Cenicaña 2009
6
*Cenicaña 2009
** Cummins Power Generation
*** http://www1.ceit.es/asignaturas/tecener1/Tema2.pdf
Tecnologías Utilizadasg
• Motores a Pistón (MACI)
• Turbinas de Vapor
• Turbinas a Gas
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Por qué no se aplica la Cogeneración en Edificaciones?Cogeneración en Edificaciones?
Incompatibilidad para Edificacionesp p
• Baja eficiencia en rango de potencias requeridas.
• Ocupación de grandes áreas.
• Alta inversión en Obras civiles:
• Refuerzo estructural para vibraciones.
• Cárcamos para vertimientos• Cárcamos para vertimientos.
• Tanques para disposición de Aceites y Aguas.
• Niveles de ruido (Mayor volumen por insonorización)
• Elevados costos especializados de operación y mantenimiento
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Mi t biMicroturbinas:Solución a la incompatibilidad
de la Cogeneración en Edificacionesde la Cogeneración en Edificaciones
Solución en bajas potenciasC30 C65 C200
Potencia 30 kw 65 kw 200 kw
j p
Potencia
Eficiencia a Plena Carga 26% 28% 33%
Consumo C l ifi
13.8 MJ/kWh(13 100 BTU/kWh)
12.4 MJ/kWh(11 000 Btu/kWh )
10.9MJ/kWh(10 300 Btu/kWh)Calorifico (13,100 BTU/kWh) (11,000 Btu/kWh ) (10,300 Btu/kWh)
CombustibleLiquido
D2, 1-K, Jet A, JP-8, JP-5 Diesel & Biodiesel Diesel & Biodiesel
Gases (HHV)
13.0 - 99.1 MJ/m3
(325-2550 Btu/pie3)13.0 - 99.1 MJ/m3
(325-2550 Btu/pie3)13.0 - 99.1 MJ/m3
(325-2550 Btu/pie3)
Corriente de Salida
46 Amps RMS 100 Amps RMS 310 Amps RMS
Voltaje Nominal 400 to 480 VAC 400 to 480 VAC 400 to 480 VAC
TempTemp Gases Escape
530 F (275 C) 588 F (309 C) 535 F (280 C)
NOx Emisiones
Gas : <9 ppmLiquid : <35 ppm
Gas: <9 ppm<5 ppm CARB
Gas: <9 ppm<5 ppm CARB
Acustica 65 dBA 65 dBA 65 dBA
Modularidad para mayores Potencias
C600 C800 C1000• (3), (4), o (5) C200• Huella Apilable
p y
Potencia 600 kw 800 kw 1000 kw
EficienciaPlena Carga
33% 33% 33%
Consumo 10 9MJ/kWh 10 9MJ/kWh 10 9MJ/kWh
• Huella Apilable• Contenedor con Huella ISO • Combustion estable de ralenti al 100% • Maintenimiento en 1 con las demas
di iblConsumoCalorifico
10.9MJ/kWh(10,300 Btu/kWh)
10.9MJ/kWh(10,300 Btu/kWh)
10.9MJ/kWh(10,300 Btu/kWh)
Corriente deSalida
930 Amps RMS 1240 Amps RMS 1550 Amps RMS
Voltaje Nominal 400 to 480 VAC 400 to 480 VAC 400 to 480 VAC
disponibles
Nominal
Temp Gases de Escape
535 F (280 C) 535 F (280 C) 535 F (280 C)
Energia de Escape 4,050,000 BTU/hr 5,400,000 BTU/hr 6,750,000 BTU/hrEscape
Dentro de la Microturbina Capstone
•Exhaust output•Cooling fins
•Combustion
•Recuperator
•Fuel injector•Air intake• No hay cajas de engranajes, ni bombas ni
•chamberotros componentes mecánicos.
• Intercambiador de Calor
• Alternador de imán permanente
b i d
•Compressor
•Generator• Fabricado en USA
•Air bearings•Turbine
Simple: una sola pieza que se muevep p q
Eje del Turbogenerador
•Spring
• Cojinetes neumáticos• Sin aceite ni lubricantes
• Enfriamiento por aire
•Foil
• Enfriamiento por aire• Sin agua ni refrigerentes
• Confiabilidad21 ill d h d ió
•Shaft
• >21 millones de horas de operación
• Velocidad variable desde 30.000 a 96.000 RPM
La Electrónica de PotenciaLa Electrónica de PotenciaModos de Operación:
•Stand Alone (Aislado de la red)Stand Alone (Aislado de la red)
•Grid connect (Paralelo a la red)
•Dual Mode (Grid connect o Stand Alone)( )
Casos de Éxito deMicroturbinas en EdificacionesMicroturbinas en Edificaciones
Edificio Cámara Colombiana de la Infraestructura
• Ubicación: Ciudadela SarmientoAngulo, Ciudad Salitre, Bogotá
• Alcance: Generación de energíacontinua y Aire Acondicionado
• Energía Eléctrica: 1.6 MW (Media y Bajatensión)
• Capacidad Aire Acondicionado :
• Lado Agua - 390 TR
• Lado Aire - 590 TR
• Fecha Ejecución: 2009-2010
• Confiabilidad Sistema: 99,997%
Edificio Cámara Colombiana de la Infraestructura
Edificio Cámara Colombiana de la Infraestructura
Edificio Cámara Colombiana de la Infraestructura
280 TR / 190 kW
Sistema EntornoTemperatura ambiente
Tarifa Combustible
Altura sobre el Nivel del Mar
Tarifa Eléctrica
Nivel de Consumo280 TR / 10 kW
Otros Casos de Éxitoen el mundoen el mundo
HOTEL RITZ CARLTON, San Francisco (USA)
• Cuatro (4) C60.Cuat o ( ) C60.
• Electricidad del hotel completo.
• 161 TR por Absorción.
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EDIFICIO PIERCE COLLEGE, Los Angeles, CA (USA)
• Seis (6) C65.
• 120 TR por Absorción.
23
Otros Casos de éxito
Otros Casos de éxito Otros Casos de éxito
Comparación entre TecnologíasComparación entre Tecnologías
Costo Inicial de MT´s vs MACI
Capstone C1000 LPNG DM Recip 1MWCapstone C1000 LPNG DM• Costo total Equipo e
Instalación: US$1.665 a
Recip 1MW• Costo total Equipo e
Instalación : US$1.35 a $2 Millones $1.82 Millones
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Características MT´s Vs MACI
Generadores ReciprocantesMicroturbinas Capstone
Requiere elementos filtrantes para cumplir normas.Muy bajas emisiones.
Mantenimiento Típico – 160 veces en 5 añosMantenimiento Típico – 10 veces en 5 años
Controles Externos sin electrónica de potenciaElectrónica Digital Incluida
Requiere relevos externos y equipos de controlProtecciones a la red y sincronización integrada
Más de dos veces el peso y área requeridaLiviano y menor área requerida
Características MT´s Vs MACI
Generadores ReciprocantesMicroturbinas Capstone
Cientos de partes móvilesSolo una (1) parte móvil
Requiere aceite, cambios de aceite (Disposición Final?)Cojinete de aire (No aceite)
Enfriado por agua, puede fallar por sobre presiónEnfriado por aire (No Agua u otros líquidos)
Overhaul toma 2-3 semanas (Cambio de motor)Overhaul en pocas horas (Cambio de turbina)
Eficiencia MT´s Vs MACI
35
30
35
)
20
25
enci
a(%
)
10
15
Efic
ie
Max Efficiency Mode
Recip
0
5
00 200 400 600 800 1000
Potencia (kW)
Comparativo Actividades MantenimientoPrograma de
Mantenimiento
Co pa at o ct dades a te e to
•Matenimiento de plantas generadoras (GE Jenbacher)
•Mantenimiento de Microturbinas
8,000 Hours Air Filters Clean/Replace
Fuel Filter Replace
Igniter Replace
500 Hours Air Filters Replace
Oil Filter Replace
Crankcase Oil Replace
Spark Plugs Replace20,000 Hours Injectors Replace
Battery Pack Replace
Thermocouple Replace
40,000 Hours Engine & Exchange
1,500 Hours Top End Inspection
20,000 Hours Top End Overhaul
40,000 Hours Bottom End OverhaulGenerator
40,000 Hours Bottom End Overhaul
• 6 actividades durante 5 años
• 60 -118 actividades durante 5 añosdurante 5 años durante 5 años
Costo de mantenimiento del 25 % respecto a otros generadores
Todo el Mantenimiento de una MicroTurbina
8,000 horas Filtro de Aire ReemplazarFiltro de ReemplazarFiltro de Combustible
Reemplazar
Bobina Arranque Reemplazar20,000 Horas Inyectores Reemplazar20,000 Horas Inyectores Reemplazar
Baterias ReemplazarTermocupla Reemplazar
40,000 Horas Engine y Generador RE-cambio
• Costo de mantenimiento Total US$0.016 kWhkWh
• 6 Horas de mantenimiento planeado por año
• Servicio inyectores a 20,000 horas • En una plataforma offshore
• Capstone podria garantizar el costo del mantenimiento planeado y no planeado a traves del Factory Protection Plan (FPP)
Costos Operativos MT´s Vs MCI$3.500.000
p
$2.500.000
$3.000.000
1MW Recip Engine
$1 00 000
$2.000.000 • C1000
$1.000.000
$1.500.000
$500.0001 2 3 4 5 6 7 8 9 10
• Ahorros de US$ 417.000 a los 10 años.
• Recuperación de mayor costo a los 4 años.
Costo Inicial de MT vs Turbina a Gas
Capstone C1000 Solar Turbine 1 210kWCapstone C1000• Costo total Equipo e
Instalación: US$1.665 a
Solar Turbine 1,210kW• Costo total Equipo e
Instalación: US$3.5 US$2.0 Millones Millones (Dato CA SGIP 2008 y EPA)
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Microturbinas Vs Turbina a GasMicroturbinas Vs Turbina a GasVentajas C1000
Efi i i Elé t i
Ventajas Turbina SolarProd cción de Vapor• Eficiencia Eléctrica
– Capstone: 33%– Solar Turbine: 24%
• Eficiencia a Cargas Parciales
• Producción de Vapor– Solar: Aprox 8,900lbs/hr @ 90psi– Capstone: Aprox 2,000lbs/hr @ 90psi
– Capstone: Consistente en 31% carga superior a 150kW
– Solar: Desciende de 24% con riesgo de apagado
• Emisiones– Capstone: NOx (lb/MW-hr): 0.4– Solar: NOx (lb/MW-hr): 2.4 (EPA website)
• Pérdida por Temp AmbientePérdida por Temp Ambiente– Capstone: derateo kW inicia a 23°C– Solar: derateo kW inicia a 16°C
35
Eficiencia MT Vs Turbina a GasEficiencia MT Vs Turbina a Gas
Eficiencia a Cargas Parciales C1000 T bi S l 1 MW
30
35C1000 vs. Turbina Solar 1 MW
20
25
ia (%
)
10
15
Efic
ienc
i
Capstone C1000
0
5Typical
PROPRIETARY AND CONFIDENTIAL Capstone Turbine Corporation 36
0 200 400 600 800 1000Potencia (kW)
Comparación Turbinas a GasComparación Turbinas a GasSolar Turbines Mercury 50
36
38
40
Capstone C200 Capstone C1000
Siemens SGT-100Elliott TA100R
S l T bi C t 50 R ll R 501 KB7S
General Electric GE5-1 (DLN)
30
32
34
36
cy (%
)
Ingersol Rand MT250
Rolls Royce 501-KB5S
Kawasaki GPB15D
OPRA Turbines OP16-3B (DLE)
Solar Turbines Saturn 20
Solar Turbines Centaur 40Solar Turbines Centaur 50
Kawasaki GPB60DRolls Royce 501-KB7S
24
26
28
30
tric
al E
ffici
enc
Kawasaki GPB15DKawasaki GPB30D
18
20
22Elec
t
Dresser-Rand KG2-3CDresser-Rand KG2-3E
14
16
0 1 2 3 4 5 6
Power Output (MW)
PROPRIETARY AND CONFIDENTIAL Capstone Turbine Corporation 37
Mayor Eficiencia en Potencias menores a 5 MWPower Output (MW)
Supernova Energy ServicesSupernova Energy Services
Quiénes somosQuiénes somos• Compañía fundada en 1993
• Durante la década de los 90 se constituye en un actor protagónico delsector del aire acondicionado
• En 2000, LG Electrónics entra directamente al mercado, asume lasactividades principales de la compañía y Supernova entra en inactividad
• Se reactiva la compañía a final de 2008 para ofrecer soluciones integralesde climatización de acuerdo con el modelo ESCO
• A principio de 2009 incursionamos en el sector de la generación distribuidacomo Distribuidores de Capstone Turbine Corporation para desarrollarproyectos de Eficiencia Energética con nuestros clientes
• En 2010 somos nombrados Distribuidores Exclusivos para Colombia de latecnología de Microturbinas Capstone
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Productos y ServiciosProductos y Servicios
• Desarrollamos proyectos de Cogeneración con p y gMicroturbinas CAPSTONE
• Hacemos consultoría de eficiencia energética y gestión integral de energíaintegral de energía
• Diseñamos e instalamos sistemas de aire acondicionado• Diseñamos e instalamos redes de energía en Baja yDiseñamos e instalamos redes de energía en Baja y
Media Tensión• Diseñamos e instalamos sistemas de iluminación para
interiores y exteriores
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Nuestras Oficinas
••Calle 7 39Calle 7 39--215 Of 604215 Of 604
••Tel. 311Tel. 311--18541854
MedellínMedellín
••Carrera 18 86ªCarrera 18 86ª--1414
••Tel. 638Tel. 638--62446244
BogotáBogotá••MedellínMedellín ••BogotáBogotáwww.supernovawww.supernova--es.comes.com
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