Comparación de los parámetros de tamaño, costo y rendimiento de la tecnología CHP

A continuación detallamos una comparativa entre las principales tecnologías de Combinación de Calor y Energía o CHP que son:

1. Motores de combustión interna reciprocantes.
2. Turbinas de combustión (turbinas a gas).
3. Turbinas de vapor.
4.  Microturbinas.
5. Celdas de combustible.

• La eficiencia eléctrica varía según la tecnología y según el tamaño, siendo los sistemas más grandes de una tecnología determinada, generalmente más eficientes que los sistemas más pequeños. Hay una superposición en los rangos de eficiencia entre las cinco clases de tecnología, pero, en general, las eficiencias eléctricas más altas se logran mediante celdas de combustible (30-63%), seguidas de grandes motores alternativos (27-41%), turbinas de gas de ciclo simple (24-36%), microturbinas (22-33%) y luego turbinas de vapor (5-40%).
  Las eficiencias eléctricas más altas son alcanzables por grandes turbinas de gas que funcionan en ciclo combinado con turbinas de vapor que convierten el calor adicional en electricidad.

 

• La eficiencia general de CHP es más uniforme en todos los tipos de tecnología. Una de las características clave de CHP es que las ineficiencias en la generación de electricidad aumentan la cantidad de calor que se puede utilizar para los procesos térmicos. Por lo tanto, la eficiencia energética eléctrica y térmica combinada se mantiene en un rango del 65-80 por ciento.
  La eficiencia global depende de la calidad del calor entregado. Las turbinas de gas que suministran vapor a alta presión para el uso del proceso tienen una eficiencia general más baja que las microturbinas, los motores alternativos y las celdas de combustible, asumiendo que suministran agua caliente con el calor remanente.

 

• Los costos de capital instalados incluyen el equipo (motor primario, recuperación de calor y sistemas de enfriamiento, sistema de combustible, controles, electricidad e interconexión), instalación, gestión de proyectos, ingeniería e interés durante la construcción para una instalación simple con una necesidad mínima para la preparación del sitio o más utilidades.
  Los costos son para una ubicación promedio en los Estados Unidos; Las áreas de alto costo costarían más. Los costos de capital unitarios más bajos son para las tecnologías maduras establecidas (motores alternativos, turbinas de gas, turbinas de vapor) y los costos más altos son para las dos tecnologías más nuevas de pequeña capacidad (microturbinas y celdas de combustible).
  Así mismo, los sistemas CHP de mayor capacidad en un mismo tipo de tecnología tienen costos instalados más bajos que los sistemas de menor capacidad.

 

• Los costos de O&M, operación y mantenimiento, sin incluir combustible incluyen inspecciones de rutina, revisiones programadas, mantenimiento preventivo y mano de obra. Al igual que con los costos de capital, hay una fuerte tendencia a que los costos unitarios de operación y mantenimiento disminuyan a medida que los sistemas se hacen más grandes.
  Entre las clases de tecnología, las turbinas de gas y las microturbinas tienen menores costos de operación y mantenimiento que los motores recíprocos de tamaño similar.
  Las celdas de combustible han mostrado altos costos de operación y mantenimiento en la práctica, debido en gran parte a la necesidad de reemplazo periódico del costoso conjunto de pilas.

 

• Los tiempos de arranque para las cinco tecnologías de CHP descritas en esta Guía pueden variar significativamente. Los motores reciprocantes tienen la capacidad de arranque más rápida, lo que permite la reanudación oportuna del sistema después de un procedimiento de mantenimiento.
  En aplicaciones de energía pico o de emergencia, los motores alternativos pueden suministrar la electricidad más rápidamente a demanda (10 segundos).
  Las microturbinas (1 minuto) y las turbinas de gas (10 minutos a 1 hora) tienen un tiempo de arranque algo más largo para «poner en cola» la turbina a la velocidad de operación.  Las consideraciones de recuperación de calor pueden restringir los tiempos de arranque de estos sistemas.
  Las turbinas de vapor, por otro lado, requieren largos períodos de calentamiento para obtener un servicio confiable y evitar la expansión térmica excesiva, el estrés y el desgaste (1 hora a 1 día).  Las celdas de combustible también tienen tiempos de arranque relativamente largos (especialmente para aquellos sistemas que utilizan un electrolito de alta temperatura).
  Los tiempos de arranque más largos para las turbinas de vapor y las celdas de combustible las hacen menos atractivas para la operación de arranque-parada o carga posterior.

 

• La disponibilidad indica la cantidad de tiempo que se puede usar una unidad para la producción de electricidad y / o vapor. La disponibilidad generalmente depende de las condiciones operativas de la unidad. Las mediciones de los sistemas en el campo han demostrado que las disponibilidades para turbinas de gas, turbinas de vapor y motores alternativos suelen ser del 95 por ciento o más. Las unidades comerciales de microturbinas que se ponen en servicio hoy también muestran disponibilidades del 95 por ciento a más llegando inclusive a un 99 por ciento.

Fuente:

Extraído del documento emitido por U.S. Environmental Protection Agency, Combined Heat and Power Partnership, Septiembre 2017.