Generación distribuida con grupos electrógenos a gas natural

GENERACIÓN DISTRIBUIDA

La generación distribuida también puede resultar atractiva para los usuarios finales, especialmente cuando se aplican precios por tiempo de uso o en tiempo real. En estos casos, la capacidad de albergar un recurso distribuido puede proporcionar a una empresa una valiosa cobertura contra la volatilidad de los precios del mercado o permitir la venta rentable de energía a la red. Las aplicaciones pueden incluir:

• Sistemas de potencia principal para lograr un control total de la confiabilidad y la calidad de la energía.
  Potencia de respaldo dimensionada para sostener las cargas de producción críticas (no solo las necesidades mínimas de emergencia).
• Sistemas de reducción de picos para minimizar las cargas de la demanda o los picos en el costoso uso de la energía de la compañía eléctrica durante la demanda máxima.
  
• Instalaciones de respuesta a la demanda, en las que la compañía eléctrica envía el equipo durante los momentos de demanda máxima en la red y recompensa al anfitrión con incentivos en las tarifas.

Los grupos electrógenos a gas han demostrado su eficacia en aplicaciones de energía distribuida. Los avanzados motores de gas de la actualidad funcionan con un tiempo de actividad a menudo cercano al 98 % y con una eficiencia eléctrica de hasta el 45 %. Las configuraciones más recientes desarrollan una alta potencia en huellas hasta un 50 % más pequeñas que las unidades tradicionales, lo que proporciona un excelente ajuste en sitios con limitaciones de espacio o en pequeñas salas de máquinas existentes.

La instalación es rápida y sencilla: las unidades pueden estar en línea y produciendo energía en pocos meses a partir de la fecha de pedido, con unos atractivos costes de instalación de 450 a 600 dólares por kW. Varias unidades pueden satisfacer fácilmente las necesidades de energía de hasta 50 MW; la capacidad puede añadirse en incrementos para adaptarse al crecimiento previsto. Los motores de gas son relativamente fáciles de instalar y autorizar; las emisiones pueden cumplir las normas de calidad del aire más estrictas del mundo.

Las unidades tienen un buen rendimiento en servicio intermitente, funcionan eficazmente con cargas variables y cíclicas y toleran fácilmente la altitud y las altas temperaturas ambientales. Están construidos con la flexibilidad necesaria para funcionar con gases de distinta calidad, como el gas natural, el gas de relleno sanitario y el metano de los digestores de tratamiento de aguas residuales. La tecnología de los motores de gas es sencilla y bien entendida; los técnicos de servicio calificados y las piezas de repuesto están disponibles en todo el mundo.

La CHP (cogeneración) no se adapta a todas las instalaciones de generación distribuida: algunas cargas térmicas son demasiado pequeñas para justificar una inversión en recuperación térmica. Aparte de esto, la CHP suele ser más factible cuando:

• Las cargas de calor y electricidad de las instalaciones coinciden.
  
• Los precios de la electricidad son relativamente altos.
• El precio del combustible del generador es relativamente bajo.
  
• La compañía eléctrica local o las entidades gubernamentales ofrecen incentivos de eficiencia.
  
• Deben cumplirse objetivos de sostenibilidad, eficiencia energética o reducción de gases de efecto invernadero.

Entre los lugares con gran potencial para la generación distribuida con CHP se encuentran las plantas de tratamiento de aguas residuales, los hospitales, las universidades, los sistemas de potencia de distrito y las industrias de procesamiento como la alimentaria, la química, la de refinado de petróleo y la papelera.

LA VENTAJA DE LA CHP

La CHP mejora el ahorro de combustible inherente a los motores de gas: la eficiencia total del 75 al 80 por ciento es habitual y se pueden alcanzar eficiencias de hasta el 90 por ciento. La Figura 2 muestra una comparación de la eficiencia total de recursos entre una central eléctrica y una caldera frente a un sistema de cogeneración con grupo electrógeno a gas. En general, el potencial de mayor rentabilidad de la CHP crece a medida que aumentan las horas de funcionamiento anuales.

Históricamente, los generadores alimentados con diésel se utilizaban para la energía distribuida, funcionando entre 100 y 500 horas al año para ayudar a soportar los picos diarios y estacionales más altos. Más recientemente, a medida que la normativa sobre la calidad del aire se ha hecho más estricta y los precios del diésel han subido, las unidades de gas se han convertido en la fuente de generación preferida. Sus reducidos costos de operación pueden permitirles funcionar de forma económica durante unos cientos de horas al año como unidades de carga base continua o en cualquier punto intermedio según dicten las condiciones del mercado eléctrico.

En el caso de las unidades alojadas en las instalaciones del cliente, estas horas ampliadas ayudan a justificar la inversión en equipos de captura de calor. A su vez, la recuperación térmica mejora la economía, de modo que resulta rentable hacer funcionar los sistemas hasta 4.000 horas anuales, esencialmente la mitad del año, o incluso más. Las configuraciones de CHP económicamente viables pueden ir desde sistemas completos de recuperación térmica optimizados para grandes demandas continuas de calentamiento de procesos, hasta sistemas con intercambiadores de calor de circuito refrigerante de bajo costo para el calentamiento limitado de agua o espacios domésticos.

Los gases de escape de los motores son, con mucho, los que proporcionan las temperaturas más altas y la mayor producción de calor. El calor de los gases de escape puede generar vapor a presión intermedia para fines como el calentamiento del agua de alimentación de las calderas y vapor a baja presión para procesos como la esterilización, la pasteurización, la calefacción de espacios, el calentamiento de depósitos, la humidificación y otros. El calor también puede extraerse del agua de las camisas del motor, del enfriador de aceite y del posenfriador a fin de producir agua tibia o caliente para la calefacción de espacios y diversos procesos industriales (ver la Figura 3).

La cuestión esencial es siempre si la ganancia económica de la recuperación térmica compensa el costo incremental del equipo. Afortunadamente, la CHP no se limita a los sistemas de alta ingeniería. Una recuperación térmica sencilla y bien concebida puede mejorar la economía de muchos proyectos de generación distribuida con solo una modesta inversión adicional.

La recuperación térmica económica del circuito de refrigeración del motor puede lograrse con casi cualquier aplicación que suponga unas 1.000 horas o más de funcionamiento anual. Un simple intercambiador de calor de carcasa y tubos o de placas y bastidores puede producir agua a una temperatura de entre 180 y 210 °F (82 y 99 °C), dependiendo de la temperatura del agua de las camisas.

El calor capturado desplaza algunos costos de combustible o electricidad de la red. En la medida en que este calor cubra las necesidades energéticas durante los momentos de máxima carga eléctrica, también se puede reducir la demanda eléctrica total y, por tanto, las tarifas de la demanda. Si la recuperación térmica de un intercambiador de calor camisa-agua puede compensar parcialmente el costo del combustible para la calefacción, el calentamiento del agua o la deshumidificación, el rendimiento de la inversión mejora. Algunos ejemplos de cogeneración son:

• Sector inmobiliario comercial. Los edificios de oficinas pueden hacer funcionar de forma rentable los grupos electrógenos durante las horas de trabajo, evitando las tarifas por tiempo de uso más altas de las empresas de servicios públicos.
  
• Industria liviana. Una pequeña o mediana empresa con un grupo electrógeno in situ podría instalar un intercambiador de calor en el bucle del sistema de enfriamiento del motor, con una válvula de reparto controlada por termostato para regular el flujo hacia la carga de la planta, satisfaciendo así de forma rentable una necesidad variable de agua caliente.
  
• Hostelería. Los hoteles pueden utilizar fácilmente la recuperación térmica para el agua caliente doméstica, las lavanderías, las cocinas o los calentadores de piscinas. En verano, el calor recuperado puede alimentar enfriadores de absorción o deshumedecedores desecantes.
  
• Procesamiento de alimentos. Los productores de alimentos pueden recuperar el calor del agua de las camisas para cargas de proceso ligeras, como el levado de masa o para producir agua caliente para la limpieza y la desinfección. Dependiendo del tamaño y el carácter de la carga térmica, estos sistemas pueden ser rentables en un servicio de uno o varios turnos, incluso si la demanda de calor es cíclica o estacional.
  

¿ES FACTIBLE?

Un primer paso en la exploración de un proyecto de energía distribuida/CHP es determinar si cumple la "prueba de los cinco dedos" estándar para el desarrollo de proyectos eléctricos. Un proyecto tiene potencial para seguir adelante si cumple con los cinco criterios siguientes:

• Se puede obtener un permiso de calidad del aire a un costo razonable.
  
• Se puede obtener un permiso de vertido de aguas residuales, si es necesario.
  
• El terreno y el edificio pueden albergar los motores y el equipo de recuperación térmica.
  
• El servicio de gas natural está disponible sin necesidad de una costosa mejora del servicio.
  
• La interconexión eléctrica está disponible a un costo razonable.

Suponiendo que se cumpla esta prueba, la decisión se reduce a los aspectos económicos. Si el proyecto de generación distribuida es viable por sí mismo, la CHP puede mejorar el resultado final, siempre que el valor del calor recuperado (crédito térmico) supere los costos incrementales de instalación del equipo de recuperación térmica (principal e intereses) y de funcionamiento y mantenimiento (personal, componentes, insumos, servicio, reparaciones).

AVANZAR HACIA EL FUTURO

La CHP ofrece oportunidades para que los proyectos de generación distribuida sean aún más atractivos desde el punto de vista financiero. Son tiempos favorables para explorar la CHP como un componente de valor añadido de los proyectos que ayudan a las empresas de servicios públicos y a sus grandes clientes a operar de forma más confiable, rentable y sostenible.

ACERCA DE

Acerca de la autora

Diane Clifford es Consultora de Mercado en Caterpillar Energy Solutions, situada en Lafayette, Indiana.

Acerca de Caterpillar

Durante más de 90 años, Caterpillar Inc. ha hecho posible el progreso sostenible e impulsado cambios positivos en todos los continentes. Los clientes recurren a Caterpillar para que los ayude a desarrollar activos de infraestructura, energía y recursos naturales. Con ventas y utilidades de $45.462 millones en 2017, Caterpillar es el principal fabricante del mundo de equipo de minería y construcción, motores diésel y a gas natural, turbinas industriales a gas y locomotoras diésel y eléctricas. La empresa opera principalmente a través de tres segmentos: la industria de la construcción, la industria de recursos y la industria de energía y transporte. Además, ofrece financiamiento y servicios relacionados a través de su segmento de productos financieros. Para obtener más información, visite caterpillar.com. Para comunicarse con nosotros en las redes sociales, visite caterpillar.com/social-media.