Menu

Motor de gasoil.
Cicle dièsel

Cogeneració

Cogeneració

La cogeneració és el procés de producció simultània d'energia mecànica (en general transformat en energia elèctrica) i calor. La calor es pot utilitzar per escalfar edificis i / o per a processos industrials de producció.

L'espectre del rendiment elèctric i tèrmic pel que fa a les plantes de cogeneració varia d'uns pocs centenars de quilowatts. Des de l'any 2000 més o menys estan disponibles per a cada vegada més en el mercat de la planta de la mida d'una rentadora, els anomenats mini i micro centrals elèctriques amb producció combinada dels habitatges unifamiliars, petites empreses i hotels. El 2009, VW va llançar un projecte que preveu la instal·lació de 100.000 petites plantes de cogeneració, amb un rendiment total de prop de 2 GW.

En general, una planta de cogeneració es compon de:

  • Primer motor;
  • Generador elèctric;
  • Sistema de motor;
  • Unitats de recuperació de calor;

Si es dividissin per motors principals, podríem distingir:

  • Plantes de turbogas;
  • Plantes de turbo vapor;
  • Motors alternatius a combustió interna.

Exemple de cogeneració

L'operació d'un automòbil dóna un exemple: la potència presa del igonyal s'usa per a la tracció i la producció d'electricitat, la calor que es sostreu dels cilindres per escalfar l'habitacle i la pressió dels gasos d'escapament per moure el cigonyal. turbina de sobrealimentació. La calor i la pressió explotació no implica un augment en el consum, ja que són restes de del procés de conversió d'energia química a energia mecànica aplicada pel motor.

La seva explotació permet transformar l'energia primària introduïda (el combustible subministra energia química) en diferents formes d'energia secundària produïda (moviment, calor). Un sistema que opera de cogeneració es diu co-generador.

usos CHP

L ' energia tèrmica es pot utilitzar per a ús industrial o mediambiental condicionat (calefacció, refrigeració).

La cogeneració es du a terme en plantes termoelèctriques particulars, on es recupera aigua calenta o vapor i / o fums de procés, produïts per un motor primari alimentat per combustible fòssil (gas natural, oli combustible, etc.) o combustibles no orgànics. fòssils (biomassa, biogàs, gas de síntesi o un altre): això genera un estalvi energètic significatiu en comparació amb la producció separada d'electricitat (a través de la generació a la central elèctrica) i energia tèrmica (a través de la central tèrmica tradicional) .

 

Un camp particular dels sistemes de cogeneració és el de la trigeneració.

Definició de l'eficiència

L'eficiència es pot expressar de diferents maneres, que no sempre condueixen a una comparació correcta entre les diverses plantes. A continuació, es il·lustren les definicions adoptades per l'Agència de Protecció Ambiental (EPA).

L'eficiència d'un procés simple és la relació entre l'energia conservada, a la fi del procés, i l'energia d'entrada.

Atès que els sistemes de cogeneració produeixen electricitat i calor, la seva eficiència total ve donada per la suma de l'eficiència elèctrica i l'eficiència tèrmica. Per exemple, una planta que fa servir 100 MWh de metà per produir 40 MWh elèctrics i 40 MWh tèrmics té una eficiència elèctrica i tèrmica de l'40% i una eficiència general de l'80%.

L'EPA utilitza preferiblement una altra definició d'eficiència coneguda com "eficiència de combustible", la relació entre la producció elèctrica neta i el consum net de combustible (que no té en compte el combustible utilitzat per produir energia tèrmica utilitzable, calculada suposant una eficiència específica de la caldera de l'80%). El recíproc d'aquesta relació és la quantitat neta de calor.

També hi ha altres índexs d'avaluació de l'acompliment d'una planta de cogeneració: el primer és l'anomenat IRE, índex d'estalvi d'energia. Aquest índex es defineix com la relació entre la diferència de potències absorbides per les plantes individuals per a la producció d'electricitat i energia tèrmica per separat, menys l'absorbida per la planta de cogeneració, donada la potència absorbida per les plantes separades sent aquesta potència avaluada en termes de combustible en la mateixa potència elèctrica i tèrmica produïda per les plantes respectives. Aquest índex dóna la idea de quanta energia es pot estalviar amb aquests sistemes; És possible, mitjançant càlculs analítics simples,

Altres índexs importants són l'índex elèctric definit com la relació entre l'energia elèctrica subministrada i l'energia tèrmica produïda per la mateixa planta de cogeneració, el coeficient d'utilització previst com la suma de les relacions entre l'energia elèctrica i l'energia absorbida i l'energia tèrmica i que introduït.

No obstant això, tots aquests coeficients es relacionen amb un instant específic a l'intervenir en els seus poders, i per aquesta raó aquests índexs són útils per a determinar els valors de placa de sistema, és a dir, els valors màxims de rendiment de sistema.

Molt sovint és convenient referir-se a un període de temps finit i avaluar els índexs en aquest període: això és equivalent a avaluar els índexs en termes de relacions d'energia en lloc de potències, aquestes avaluacions són importants perquè li permeten establir on és més convenient dur a terme un projecte determinat Planta de cogeneració, segons el consum energètic que s'obté en aquestes zones.

Finalment, l'índex d'estalvi econòmic que es defineix com la relació entre els costos que s'obtindrien a l'comprar energia de l'exterior menys els costos que té a l'comprar combustible per alimentar la planta de cogeneració que desitja construir i que produeix una quantitat igual d'energia que vol comprar, fracció del cost de l'energia que vol comprar. Aquest índex permet avaluar la conveniència econòmica que comporta aquest projecte, per descomptat, una avaluació econòmica correcta i completa implica un càlcul de despeses per al manteniment de la planta i les inversions relacionades.

L'eficiència energètica de la cogeneració

La cogeneració és una tecnologia que li permet augmentar l'eficiència energètica general d'un sistema de conversió d'energia. Però per explicar per què, necessitem analitzar els retorns.

El coeficient d'eficiència és característic per a cada tipus de motor i representa la relació entre el rendiment energètic resultant i el combustible introduït. En el motor d'un automòbil, indica la relació entre els quilòmetres recorreguts i la quantitat d'hidrocarburs introduïts; En motors grans per a la producció d'electricitat, el coeficient indica la relació entre quilowatts-hora produïts i el combustible consumit.

Aquestes relacions són característiques per a cada tipus de motor. Per exemple, els motors d'automòbils a gasolina tenen rendiments que oscil·len entre 20 i 30 per cent; automòbils amb motors dièsel entre 25 i 35 per cent, la resta es converteix en calor residual.

Els motors grans tenen una major eficiència i, tot i que es generalitzen molt, es pot dir que per als motors termoelèctrics, el coeficient d'eficiència és bastant alt i pot arribar al 55%. Però el mateix motor quan es produeix en cogeneració té coeficients que arriben al 85%, perquè el valor calorífic del combustible s'utilitza millor, amb una optimització efectiva del procés.

Per descomptat, les inversions per adaptar els motors d'una central termoelèctrica a la cogeneració són considerables, però si és possible crear una xarxa de calefacció urbana, els resultats són sempre avantatjosos. De fet, s'ha de considerar el període d'ús d'aquestes màquines, que arriba fins i tot 30-40 anys.

Tipus de plantes de cogeneració

La central termoelèctrica de cogeneració de Ferrera Erbognone (PV)

L'exemple més comú d'una planta de cogeneració és la construïda amb turbina de gas / motor alternatiu i caldera de recuperació. Els fums de la turbina de gas o d'el motor alternatiu es transporten a través d'un conducte de fum a la caldera de recuperació. La recuperació pot ser simple, si no hi ha postquemador, o recuperació amb postcombustió del contrari. Els fums a la caldera permeten produir aigua calenta, vapor saturat o vapor sobreescalfat. En general, l'aigua calenta es fa servir per a calefacció, vapor saturat per a usuaris industrials i vapor sobreescalfat per turbines de vapor i usuaris.

Finalment, l'electricitat s'obté a través de l'alternador acoblat a la turbina de gas i possiblement a través de l'alternador acoblat a l'turbo vapor, i la producció d'energia tèrmica en forma de vapor, que després és explotada pels usuaris connectats.

En presència de vapor turbo, s'obté un cicle combinat en el qual la dispersió d'energia és mínima i consisteix principalment en la calor introduït en l'atmosfera pels fums que surten de la caldera de recuperació.

Pel que fa a el fluid en evolució, aquest sol ser l'aigua que, en molts casos, aconsegueix l'estat de vapor sobreescalfat, però en altres pot arribar a temperatures que no són prou altes. Per aquesta raó, necessitarà intercanviadors de calor intermedis per augmentar la temperatura.

Més rarament, el fluid en evolució és aire, que no obstant això té el defecte de tenir un coeficient de transferència de calor convectiu massa baix i, per tant, es requereixen superfícies d'intercanvi de calor molt més altes.

Quant als motors de combustió interna, generalment només el 33% de l'energia total disponible es transforma en energia mecànica, la resta es perd en part a causa de la irreversibilitat present en el motor igual a un altre 33% de l'energia total i finalment l'últim 33% s'emet a l'ambient extern en forma d'energia tèrmica que finalment es perd.

Per recuperar aquesta calor perdut, s'utilitzen diferents intercanviadors de calor: un primer intercanviador que permet el refredament de l'oli lubricant, està disponible a baixa temperatura (no superior a 80 ° C), un altre intercanviador per refredar l'aigua destinada a refrigeri el motor en si, i finalment un últim intercanviador situat en la fuita del motor que permeti elevar considerablement la temperatura del luid d'intercanvi de calor, generalment, com s'ha dit, aigua, que per a aquest intercanvi de calor addicional pot aconseguir l'estat de vapor sobreescalfat. A través d'aquestes plantes és possible produir electricitat i calor. Excepte pel cost dels intercanviadors. això no constitueix una complicació excessiva de sistema perquè tals motors han de funcionar en qualsevol cas amb un sistema de refredament,

Finalment, els fluids evolutius particularment utilitzats són els olis diatérmicos derivats del etroli, que tenen la característica de romandre líquids a pressió atmosfèrica fins a temperatures de 300 ° C, i tenen un punt de solidificació molt més baix que l'aigua, la qual cosa evita que es congelin. a les canonades

Petita cogeneració (i microcogeneració)

La cogeneració amb energia elèctrica de menys d'1 MW es defineix com cogeneració a petita escala, una amb una potència de menys de 50 kW micro-cogeneració, i es porta a terme per motors alternatius, de combustió interna, turbines de micro de gas o motors de cicle Stirling. La principal diferència entre la petita cogeneració i la microcogeneració consisteix en el fet que a la petita cogeneració l'energia tèrmica és un producte secundari, mentre que la microcogeneració es dirigeix ​​principalment a la producció de calor i secundàriament d'electricitat.

Els avantatges de la petita cogeneració

En poques paraules, els avantatges de la petita cogeneració són:

  • Ús d'energia tèrmica no utilitzada, amb el consegüent estalvi de combustible.
  • Menys contaminació de l'aire.
  • Cadena de distribució elèctrica significativament més curta, amb una reducció neta en les pèrdues de línia
  • Reducció d'infraestructura (centrals elèctriques i línies elèctriques)

la trigeneració

La trigeneració implica la producció simultània d'energia mecànica (electricitat), calor i fred utilitzant un sol combustible, de fet, una planta de trigeneració és "capaç de produir electricitat, calor i refredament de manera combinada ... garantint una reducció significativa en ús de combustibles fòssils i emissions equivalents de CO2 ". Això s'aconsegueix perquè les centrals tèrmiques tradicionals converteixen només 1/3 de l'energia del combustible en electricitat, mentre que la resta es perd en forma de calor .. Segueix la necessitat d'augmentar l'eficiència de la producció d'electricitat. Un mètode que va en aquesta direcció és la producció combinada de calor i electricitat (també conegut amb l'acrònim anglès CHP,

Els sistemes de trigeneració

Els sistemes de co-trigeneració poden estudiar i produir per treballar amb qualsevol font primària de calor. Aquests sistemes són tècnicament madurs i econòmicament convenients avui per ser àmpliament adoptats, entre les moltes configuracions possibles que esmentem:

  • sistemes de cogeneració amb combustibles fòssils;
  • sistemes de trigeneració amb combustibles fòssils;
  • cotigenación amb sistemes termosolars;
  • cotigenación amb biogàs;
  • sistemes híbrids de cogeneració i trigeneració.

Calor combinat amb piles de combustible

Actualment és possible produir hidrogen gasós des del metà a la xarxa pública o de biogàs (després de la dessulfuració, perquè els H 2 "verins" S les membranes d'intercanvi de protons) amb un procés de reforma que empra vapor d'aigua. L'hidrogen es fa reaccionar amb oxigen atmosfèric en una membrana d'intercanvi de protons per produir corrent elèctric directe. La calor es pot recuperar per a calefacció d'espais, aigua corrent, desinfecció per raig de vapor, etc.

Autor:

Data de publicació: 10 de gener de 2020
Última revisió: 10 de gener de 2020