Clase 11 e Conferencia cogeneracion y ahorro de energia

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Universidad Nacional Mayor de San Marcos
Facultad de Química , Ingeniería Química y Agroindustria 
“Eficiencia energética en la generación eléctrica”
Ciclo combinado y cogeneración
Ing. Gilberto Salas Colotta
Eficiencia energética en centrales eléctricas
LA MANERA MAS BARATA DE ENCONTRAR UN POZO DE PETROLEO ό GAS ES AHORRANDOLO 
Disponibilidad de gas natural
Las áreas con producción de Gas Natural están localizadas en 3 zonas del país
 1. Costa y Mar Noroeste.
 2. Selva Central.
 3. Selva Sur .
Costa Norte y Mar
Selva Central
Selva Sur
Desafíos para el uso de gas en generación eléctrica
 Reservas Probadas de Gas Natural del área Camisea (Lotes 88 y 56) son de 11.2 TCF, cuartas de Sudamérica.
 En el área cercana a Camisea continúan los descubrimientos de gas natural. El factor de éxito actual es de 80%.
 El potencial total de recursos de gas del subandino sur del Perú es de cerca de 50 TCF. Solo falta exploración.
 Existen considerables reservas de Gas Natural no asociado en las cuencas Tumbes, Talara y Sechura, en las cuales se basan proyectos energéticos locales, algunos ya en curso.
 Considerando los compromisos de exportación y los estimados de consumo interno, las reservas probadas de Gas Natural cubren un horizonte mayor a 20 años.
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Procesamiento de gas natural
Gas virtual 
 Se entiende como Gasoducto virtual, el de llevar Gas Natural a lugares donde no existe gasoducto. 
 Para ello se debe disponer de compresores que comprime el gas natural en recipientes especiales, para luego ser transportado en vehículos acondicionados
Ventajas ambientales por uso de gas natural 
Usos del gas natural en Generación eléctrica 
Uso de biomasa en generacion electrica
La biomasa es la energía solar convertida por la vegetación en materia orgánica; 
Esa energía la podemos recuperar por combustión directa o transformando la materia orgánica en otros combustibles.
Fuentes de biomasa : Residuos agrícolas y de eyecciones y camas del ganado, cultivos energéticos, residuos de cascara de arroz, bagazo de caña de azucar, residuos madereros (azerrin)
Consideraciones básicas para el análisis de los ciclos de potencia a gas simples 
Las maquinas térmicas se diseñan con el propósito de convertir energía térmica en trabajo y su desempeño se expresa en términos de eficiencia térmica, ɳter
 ɳter = Wneto/ Qentrada
IDEA FUNDAMENTAL DE LA EFICIENCIA ENERGETICA ELECTRICA 
APROVECHAR AL MÁXIMO LA ENERGIA DISPONIBLE
H2 Training Manual
03.08.2020
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Antecedentes 
Las centrales térmicas instaladas alimentadas a gas natural inicialmente son de ciclo simple con una eficiencia que no sobrepasa el 30%.
 Para sacar el mayor provecho del gas de Camisea para la producción de energía eléctrica, se dispuso a través del Decreto legislativo 1041 que las actuales plantas térmicas a gas deberán mejorar su equipamiento para producir más electricidad usando la misma cantidad de combustible. 
Este decreto busca impulsar las inversiones en el sector eléctrico y dispone que el valor inicial de la eficiencia térmica reconocido, será de 30% durante los 36 primeros meses de entrada en vigencia de esta norma, y que después deberá incrementarse a 50%. ό mas 
Esquema simplificado de un sistema de ciclo a gas simple 
Ciclo simple ideal para centrales de turbinas a gas
El ciclo de turbina de gas abierto puede modelarse como un ciclo cerrado
Balance de energía en un ciclo simple de potencia a gas
(Qentrada - Qsalida) + ( Wentrada – Wsalida) = (Hentrada – Hsalida)
Qentrada = H3 – H2 = 1395,9 – 544,3 = 851,6 kJ/kg
Wcomp,entrada = H2 – H1 = 544,3 – 300,1 = 308,6 kJ/kg
Wturb,salida = H3 – H4 = 1395,9 – 789,5 = 606,6 kJ/kg
Wneto = Wsalida- Wentrada = 298,0 kJ/kg
ɳter = Wneto/ Qentrada = 298,0 kJ/kg = 0,35 o 35%
 851,6 kJ/kg
 
¿Cómo incrementar la eficiencia de una central de generación eléctrica ?
Pequeños incrementos en la eficiencia térmica pueden significar grandes ahorros en los requerimientos de combustible
Se logra con ciclos de potencia con mayor eficiencia térmica: Ciclo combinado de gas - vapor y cogeneración
¿Qué es una central térmica de ciclo combinado?
La central térmica de ciclo combinado es aquella donde se genera electricidad mediante la utilización conjunta de dos turbinas:
Un turbogrupo de gas
Un turbogrupo de vapor
Es decir, para la transformación de la energía del combustible en electricidad se superponen dos ciclos:
El ciclo de Brayton (turbina de gas): toma el aire directamente de la atmósfera y se somete a un calentamiento y compresión para aprovecharlo como energía mecánica o eléctrica.
El ciclo de Rankine (turbina de vapor): donde se relaciona el consumo de calor con la producción de trabajo o creación de energía a partir de vapor de agua. 
Ciclo de potencia combinados de gas y vapor 
La continua búsqueda eficiencias térmicas mas altas ha originado modificaciones innovadoras en las centrales eléctricas convencionales.
Esquema simplificado de un sistema ciclo combinado
Balance de energía en un ciclo combinado 
(Qentrada - Qsalida) + ( Wentrada – Wsalida) = (Hentrada – Hsalida)
Wneto = W neto,gas + W neto, vapor 
 ɳter = Wneto/ Qentrada = 434,8 kJ/kg gas = 55%
 790,6 kJ/kg gas 
 
¿Autogeneración ?
Dado que en el cada vez más competitivo mercado eléctrico se están dando claras señales de libre competencia, resulta interesante una opción distinta a la conexión a un gran sistema eléctrico, la cual consiste en la autogeneración.
Desde el punto de vista del usuario, la cogeneración permite la reducción en su factura energética global, debido al menor costo de producción del kwh autogenerado, frente al adquirido de la compañía eléctrica.
Además de reducir drásticamente la factura energética de la empresa potencialmente cogeneradora, permite un importante ahorro en el consumo de energía primaria (combustible)
La cogeneración
La clave para el ahorro de energía
¿Qué es la cogeneración?
La cogeneración, o la combinación de calor y energía, como tambien se la conoce, es simplemente la generación simultánea de calor y electricidad.
La generación de electricidad produce una gran cantidad de calor, el cual, usando métodos convencionales es frecuentemente malgastado.
La cogeneración recupera este calor "despilfarrado" y lo transforma dándole una utilidad - normalmente en vapor o en agua caliente, que suelen usarse para una gran variedad de procesos, sistemas de calefacción...
Cogeneración comparada con
la electricidad convencional
Mediante la recuperación del calor que producimos con la generación de energía, la eficiencia de la conversión crece sustancialmente.
Normalmente, la maquinaria de generación de energía convencional opera a una eficiencia del 36%. 
Los cogeneradores a un nivel de más del 75%, a veces incluso 90%
Cuando se mejora un sistema usando cogeneración se conseguirán unos ahorros importantes en combustible y electricidad, gracias al aumento de la eficiencia.
Electricidad
15-40% 
Pérdidas
60 - 70 %
Electricidad
30 - 40 %
Calor 
40-65% 
Perdidas 
10-20% 
Cogeneración 
Generación convencional 
Balance de energía en un ciclo de cogeneración
Factor de utilización = εH
 = salida de trabajo neto + 
 calor de proceso
 = Wneto + QP
 Qentrada 	
	
εH =(26,6 Mw + 11,0 Mw)/43,0Mw
 = 85%
Ventajas de la cogeneración
PARA EL PAIS
Ahorro de energía primaria ( gas natural ).
Mayor diversificación energética.
Disminución de la contaminación ambiental.
Impacto económico (competitividad, empleo…).
PARA EL SISTEMA ELÉCTRICO
Se evita poner en funcionamiento centrales menos eficientes.
 Se evitan inversiones en líneas detransporte y distribución.
 Menores pérdidas en transporte de energía.
PARA LOS USUARIOS
 Ahorro económico.
 Mayor garantía y fiabilidad de suministro.
 Mejora de la competitividad industrial