1. UF1. GENERACIÓ I RECUPERACIÓ D’ENERGIA

2. Institut Català d’Energia
Potencial de Cogeneració
a Catalunya
Grupo AESA
Abril 2005
2

3.  La problemàtica energètica actual en els països desenvolupats es resumeix en
garantir el subministrament d’energia, augmentar la independència exterior
(disminuir les importacions) i conservar el medi ambient.
 Els sistemes de cogeneració contribueixen a totes tres fites, essent sistemes
d’elevada eficiència, que estalvien al país consum d’energia primària i emissions
d’efecte hivernacle, amb un alt grau de disponibilitat i que eviten pèrdues a la
xarxa de transport i distribució.
 La cogeneració és la forma més eficient de transformació de l’energia continguda
en combustibles fòssils; aprofita al voltant del 80-90% de l’energia continguda en
el combustible; transformant en electricitat un 30-40% i en calor útil el 50-40%.
Mentre les centrals convencionals tenen eficiències elèctriques del 40 al 55%
(dissipen a l’ambient entre el 45 i el 60% de l’energia del combustible), la
cogeneració d’alta eficiència només dissipa entre el 20 i 30%.
3

4.  La cogeneració és un tipus de procés de transformació de l’energia que es
dimensiona per a subministrar el calor útil demandat en un o més centres
propers. Això es tradueix a la pràctica, en centrals de potència elèctrica
relativament petita en comparació amb les grans centrals de producció com ara
nuclears i nous cicles combinats.
 Al nostre país, les centrals de cogeneració es troben, en la majoria de casos,
entre els 5 i els 10 MW de potència elèctrica, en canvi, la potència d’una central
nuclear està al voltant dels 1000 MW.
 Implicacions? La mida petita i ubicació a polígons o centres de serveis fa que els
sistemes de cogeneració estiguin connectats a les xarxes elèctriques de
distribució. Són petites centrals connectades a les mateixes xarxes a on es
connecten les fàbriques o els edificis grans de serveis.
 Avantatge:
 no és necessari transportar l’electricitat grans distàncies, disminueixen les
pèrdues de la xarxa elèctrica.
 Estalvia energia i millora la seguretat del subministrament.
 S’adapta bé a las zones aïllades o ultraperifèriques
4

5. 5

6.  Procés de transformació de l’energia altament eficient; els productes del procés
transformador de l’energia mitjançant cogeneració són, d’una banda, el més
valuós que és l’electricitat, i d’altra banda, el calor útil, que és una energia tèrmica
que es fa servir en un procés industrial o bé per a climatitzar.
 Sistemes de cogeneració: sistemes de producció conjunta d’electricitat (o energia
mecànica) i d’energia tèrmica útil (calor) partint d’un únic combustible. El gas
natural és l’energia primària més utilitzada per al funcionament de les centrals de
cogeneració d’electricitat-calor, les què funcionen amb turbines o motors de gas.
No obstant, també es poden utilitzar fonts d’energia renovables i residus
com biomassa o residus que s’incineren.
 En un procés de cogeneració, la calor es presenta en forma de vapor d’aigua a alta
pressió o aigua calenta. Per exemple, es pot usar el vapor calent que surt d’una
turbina de producció d’energia elèctrica, per a subministrar energia per altres
usos. Fins fa poc, el més habitual era deixar que el vapor es refredés, però ara,
amb la calor que li queda al vapor s’escalfa aigua per a diferents usos.
6

7.  En una central elèctrica tradicional els fums surten directament per la
xemeneia, mentre que en una planta de cogeneració els gasos d’escapament es
refreden transmetent la seva energia a un circuit d’aigua calenta/vapor. Una
vegada refredats els gasos d’escapament passen a la xemeneia.
7

8.  PLANTES AMB MOTORS ALTERNATIUS
 Utilitzen gas, gasoli o fuel-oil com a combustible.
 Són molt eficients elèctricament, però poc eficients
tèrmicament.
 Sistema de recuperació tèrmica: en general es basen
en la producció de vapor a baix pressió (fins a 10
bars), oli tèrmic i en l’aprofitament del circuit d’alta
temperatura de l’aigua de refrigeració del motor.
 Són també adequades la producció de fred per
absorció, ja sigui a través del vapor generat amb els
gasos en màquines de doble efecte, o utilitzant
directament la calor de l’aigua de refrigeració en
màquines de simple efecte.
8

9.  PLANTES AMB TURBINES DE VAPOR
 En aquests sistemes, l'energia
mecànica es produeix per l’expansió
del vapor d’alta pressió provinent
d’una caldera convencional.
 L’ús d’aquesta turbina va ser el primer
en cogeneració. Actualment la seva
aplicació ha quedat pràcticament
limitada com a complement per a
cicles combinats o en instal·lacions
que utilitzen combustibles residuals,
com biomassa o residus que
s’incineren.
 L’aplicació conjunta d’una turbina de
gas i una turbina de vapor és el que es
denomina "Cicle Combinat".
9

10.  PLANTES AMB TURBINES DE GAS
 En els sistemes amb turbina de gas es crema combustible en un
turbogenerador, cedint part de la seva energia per a produir energia mecànica.
 El seu rendiment de conversió és inferior al dels motores alternatius, però
presenten l'avantatge de que permeten una recuperació fàcil de la calor, que es
troba concentrada en la seva pràctica totalitat en el seus gasos d’escapament,
que estan a una temperatura d’uns 500ºC, idònia per produir vapor en un
generador de recuperació.
 Es diferencien 2 tipus de cicles:
 simple, quan el vapor es produeix a la
pressió d’utilització de l’usuari
 combinat, quan el vapor es produeix
a alta pressió i temperatura per a la
seva expansió prèvia en una turbina
de vapor.
10

11.  Cicle simple
 És la planta clàssica de cogeneració i la seva aplicació és adequada quan els
requisits de vapor són importants (>10 t/h), situació que es troba fàcilment en
nombroses indústries (alimentació, química, paperera).
 Són plantes de gran fiabilitat i econòmicament rentables quan estan
dissenyades per a una aplicació determinada.
 El disseny del sistema de
recuperació de calor és
fonamental, ja que la seva
economia està directament
lligada al mateix, ja que a
diferència de les plantes amb
motors alternatius el preu de la
calor recuperada és essencial en
un cicle simple de turbina de gas.
11

12.  Cicle combinat
 Un cicle combinat ajuda a absorbir una part del vapor generat en el cicle simple i
permet, per això, millorar la recuperació tèrmica, o instal·lar una turbina de gas
de mida major, on la recuperació tèrmica no estaria aprofitada si no s’utilitzara el
vapor en una segona turbina de contrapressió.
 El procés de vapor és essencial per aconseguir l’efiència del mateix. La selecció
de la p i la T del vapor viu es fa en funció de les turbine de gas i vapor triades,
elecció que s’ha de fer amb
criteris d’eficiència i
economia.
 Una variant és el cicle
combinat a condensació
12

13.  Cicle combinat a condensació
 Variant del cicle combinat de contrapressió clàssic, es basa en processos
estrictament cogeneratius. Es basa en una gran capacitat de regulació davant de
demandes de vapor molt variables.
 El procés clàssic de regulació d’una planta de cogeneració consisteix en evacuar
gasos a través del by-pass quan la demanda de vapor és menor a la producció i
utilitzar la post-combustió quan succeeix el contrari.
 Baixant sensiblement la seva potència, no s’aconsegueix la seva adaptació a la
demanda de vapor, degut a una important baixada en el rendiment de
recuperació, ja que els gasos d’escapament mantenen pràcticament el seu cabal i
baixen ostensiblement la seva temperatura  les pèrdues de calor es mantenen
pràcticament constants, i la planta deixa de complir els requisits de rendiment.
 Per contra, un cicle de contrapressió i condensació permet aprofitar la totalitat
del vapor generat, regulant mitjançant la condensació del vapor que no es pot
utilitzar en el procés, produint una quantitat addicional d’electricitat.
13

14.  TRIGENERACIÓ
 Es basa en la producció conjunta de calor, electricitat i fred.
 Planta de trigeneració: similar a una de cogeneració, se li afegeix un sistema
d’absorció per a la producció de fred.
 La trigeneració permet a la cogeneració accedir a centres que precisen fred que es
produeixi amb electricitat (sector alimentari, sector terciari -hotels, hospitals-).
 Té més aplicacions:
 Aplicacions d’assecat. Especialment en indústria ceràmica. Són plantes molt
simples i econòmiques, ja que els gasos calents generats per una turbina o un
motor s’utilitzen directament en el procés d’assecat.
 Aplicacions en la indústria tèxtil.
 Calefacció i refrigeració.
 Aplicacions per a indústries mediambientals, com plantes depuradores de tipus
biològic, o de concentració de residus o d’assecat de fangs, etc, al demandar calor
són potencialment cogeneradores. En aquestes aplicacions pot ser un factor
important per a la reducció del cost del tractament dels residus.
14

15. Tipus Avantatges Inconvenients
Amplia gama de aplicacions
Limitació en els
Molt fiable
Turbina de combustibles
Elevada temperatura de l’energia tèrmica
gas
Interval des de 0,5 a 100 MW Temps de vida
Gasos amb alt contingut en oxigen relativament curt
Rendiment global molt alt Baixa relació
Extremadament segura electricitat/calor
Possibilitat d’emprar tot tipus de
Turbina de No permet assolir altes
combustibles
vapor potències elèctriques
Llarga vida de servei
Amplia gama de potències
Posada en marxa lenta
Cost elevat
Elevada relació electricitat/calor
Elevat cost de
Alt rendiment elèctric
manteniment
Motor Baix cost
alternatiu Temps de vida llarg Energia tèrmica molt
Capacitat d’adaptació a variacions de la distribuïda i a baixa
demanda temperatura
15

16. Trigeneració Planta cogeneració amb biogas
16

17. 17