Cogeneración en EdificacionesCogeneración en EdificacionesEnergéticamente Eficientes

Javier DuarteJavier DuarteSEMINARIO INTERNACIONAL EFICIENCIA ENERGÉTICA EN

EDIFICACIONES

AVANCES Y RETOS EN COLOMBIA

Noviembre 3 de 2011Noviembre 3 de 2011

Qué es la Cogeneración?Qué es la Cogeneración?

La Cogeneracióng

Procedimiento mediante el cual se obtiene simultáneamente energíaeléctrica y energía térmica útil (vapor, agua caliente sanitaria, agua fría, porejemplo) a partir de la combustión de un combustible (líquido o gaseoso)ejemplo) a partir de la combustión de un combustible (líquido o gaseoso).

Este tipo de ciclos es también conocido internacionalmente como CHP(Combined Heat & Power) que identifica la Cogeneración y CCHP(Combined Cooling, Heat & Power) que identifica el proceso deTrigeneración.ge e ac ó .

2

La Cogeneracióng

3

Cogeneración en ColombiaCogeneración en Colombia

Potencial en Colombia

5

UPME 2008

Cogeneración en Industriag

Ingenios Azucareros (298 MW)*g

• Manuelita 39 MW

• Riopaila 40 MW

• Mayaguez S.A. 37 MW

Pastas Doria** 1,75 MW

Industria Papelera*** 47,9MW

*Cenicaña 2009

6

*Cenicaña 2009

** Cummins Power Generation

*** http://www1.ceit.es/asignaturas/tecener1/Tema2.pdf

Tecnologías Utilizadasg

• Motores a Pistón (MACI)

• Turbinas de Vapor

• Turbinas a Gas

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Por qué no se aplica la Cogeneración en Edificaciones?Cogeneración en Edificaciones?

Incompatibilidad para Edificacionesp p

• Baja eficiencia en rango de potencias requeridas.

• Ocupación de grandes áreas.

• Alta inversión en Obras civiles:

• Refuerzo estructural para vibraciones.

• Cárcamos para vertimientos• Cárcamos para vertimientos.

• Tanques para disposición de Aceites y Aguas.

• Niveles de ruido (Mayor volumen por insonorización)

• Elevados costos especializados de operación y mantenimiento

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Mi t biMicroturbinas:Solución a la incompatibilidad

de la Cogeneración en Edificacionesde la Cogeneración en Edificaciones

Solución en bajas potenciasC30 C65 C200

Potencia 30 kw 65 kw 200 kw

j p

Potencia

Eficiencia a Plena Carga 26% 28% 33%

Consumo C l ifi

13.8 MJ/kWh(13 100 BTU/kWh)

12.4 MJ/kWh(11 000 Btu/kWh )

10.9MJ/kWh(10 300 Btu/kWh)Calorifico (13,100 BTU/kWh) (11,000 Btu/kWh ) (10,300 Btu/kWh)

CombustibleLiquido

D2, 1-K, Jet A, JP-8, JP-5 Diesel & Biodiesel Diesel & Biodiesel

Gases (HHV)

13.0 - 99.1 MJ/m3

(325-2550 Btu/pie3)13.0 - 99.1 MJ/m3

(325-2550 Btu/pie3)13.0 - 99.1 MJ/m3

(325-2550 Btu/pie3)

Corriente de Salida

46 Amps RMS 100 Amps RMS 310 Amps RMS

Voltaje Nominal 400 to 480 VAC 400 to 480 VAC 400 to 480 VAC

TempTemp Gases Escape

530 F (275 C) 588 F (309 C) 535 F (280 C)

NOx Emisiones

Gas : <9 ppmLiquid : <35 ppm

Gas: <9 ppm<5 ppm CARB

Gas: <9 ppm<5 ppm CARB

Acustica 65 dBA 65 dBA 65 dBA

Modularidad para mayores Potencias

C600 C800 C1000• (3), (4), o (5) C200• Huella Apilable

p y

Potencia 600 kw 800 kw 1000 kw

EficienciaPlena Carga

33% 33% 33%

Consumo 10 9MJ/kWh 10 9MJ/kWh 10 9MJ/kWh

• Huella Apilable• Contenedor con Huella ISO • Combustion estable de ralenti al 100% • Maintenimiento en 1 con las demas

di iblConsumoCalorifico

10.9MJ/kWh(10,300 Btu/kWh)

10.9MJ/kWh(10,300 Btu/kWh)

10.9MJ/kWh(10,300 Btu/kWh)

Corriente deSalida

930 Amps RMS 1240 Amps RMS 1550 Amps RMS

Voltaje Nominal 400 to 480 VAC 400 to 480 VAC 400 to 480 VAC

disponibles

Nominal

Temp Gases de Escape

535 F (280 C) 535 F (280 C) 535 F (280 C)

Energia de Escape 4,050,000 BTU/hr 5,400,000 BTU/hr 6,750,000 BTU/hrEscape

Dentro de la Microturbina Capstone

•Exhaust output•Cooling fins

•Combustion

•Recuperator

•Fuel injector•Air intake• No  hay cajas de engranajes, ni bombas ni 

•chamberotros componentes mecánicos.

• Intercambiador de Calor

• Alternador de imán permanente

b i d

•Compressor

•Generator• Fabricado en USA

•Air bearings•Turbine

Simple: una sola pieza que se muevep p q

Eje del Turbogenerador

•Spring

• Cojinetes neumáticos• Sin aceite ni lubricantes

• Enfriamiento por aire

•Foil

• Enfriamiento por aire• Sin agua ni refrigerentes

• Confiabilidad21 ill d h d ió

•Shaft

• >21 millones de horas de operación

• Velocidad variable desde 30.000 a 96.000 RPM

La Electrónica de PotenciaLa Electrónica de PotenciaModos de Operación:

•Stand Alone (Aislado de la red)Stand Alone (Aislado de la red)

•Grid connect (Paralelo a la red)

•Dual Mode (Grid connect o Stand Alone)( )

Casos de Éxito deMicroturbinas en EdificacionesMicroturbinas en Edificaciones

Edificio Cámara Colombiana de la Infraestructura

• Ubicación: Ciudadela SarmientoAngulo, Ciudad Salitre, Bogotá

• Alcance: Generación de energíacontinua y Aire Acondicionado

• Energía Eléctrica: 1.6 MW (Media y Bajatensión)

• Capacidad Aire Acondicionado :

• Lado Agua - 390 TR

• Lado Aire - 590 TR

• Fecha Ejecución: 2009-2010

• Confiabilidad Sistema: 99,997%

Edificio Cámara Colombiana de la Infraestructura

Edificio Cámara Colombiana de la Infraestructura

Edificio Cámara Colombiana de la Infraestructura

280 TR / 190 kW

Sistema EntornoTemperatura ambiente

Tarifa Combustible

Altura sobre el Nivel del Mar

Tarifa Eléctrica

Nivel de Consumo280 TR / 10 kW

Otros Casos de Éxitoen el mundoen el mundo

HOTEL RITZ CARLTON, San Francisco (USA)

• Cuatro (4) C60.Cuat o ( ) C60.

• Electricidad del hotel completo.

• 161 TR por Absorción.

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EDIFICIO PIERCE COLLEGE, Los Angeles, CA (USA)

• Seis (6) C65.

• 120 TR por Absorción.

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Otros Casos de éxito

Otros Casos de éxito Otros Casos de éxito

Comparación entre TecnologíasComparación entre Tecnologías

Costo Inicial de MT´s vs MACI

Capstone C1000 LPNG DM Recip 1MWCapstone C1000 LPNG DM• Costo total Equipo e

Instalación: US$1.665 a

Recip 1MW• Costo total Equipo e

Instalación : US$1.35 a $2 Millones $1.82 Millones

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Características MT´s Vs MACI

Generadores ReciprocantesMicroturbinas Capstone

Requiere elementos filtrantes para cumplir normas.Muy bajas emisiones.

Mantenimiento Típico – 160 veces en 5 añosMantenimiento Típico – 10 veces en 5 años

Controles Externos sin electrónica de potenciaElectrónica Digital Incluida

Requiere relevos externos y equipos de controlProtecciones a la red y sincronización integrada

Más de dos veces el peso y área requeridaLiviano y menor área requerida

Características MT´s Vs MACI

Generadores ReciprocantesMicroturbinas Capstone

Cientos de partes móvilesSolo una (1) parte móvil

Requiere aceite, cambios de aceite (Disposición Final?)Cojinete de aire (No aceite)

Enfriado por agua, puede fallar por sobre presiónEnfriado por aire (No Agua u otros líquidos)

Overhaul toma 2-3 semanas (Cambio de motor)Overhaul en pocas horas (Cambio de turbina)

Eficiencia MT´s Vs MACI

35

30

35

)

20

25

enci

a(%

)

10

15

Efic

ie

Max Efficiency Mode

Recip

0

5

00 200 400 600 800 1000

Potencia (kW)

Comparativo Actividades MantenimientoPrograma de

Mantenimiento

Co pa at o ct dades a te e to

•Matenimiento de plantas generadoras (GE Jenbacher)

•Mantenimiento de Microturbinas

8,000 Hours Air Filters Clean/Replace

Fuel Filter Replace

Igniter Replace

500 Hours Air Filters Replace

Oil Filter Replace

Crankcase Oil Replace

Spark Plugs Replace20,000 Hours Injectors Replace

Battery Pack Replace

Thermocouple Replace

40,000 Hours Engine & Exchange

1,500 Hours Top End Inspection

20,000 Hours Top End Overhaul

40,000 Hours Bottom End OverhaulGenerator

40,000 Hours Bottom End Overhaul

• 6 actividades durante 5 años

• 60 -118 actividades durante 5 añosdurante 5 años durante 5 años

Costo de mantenimiento del 25 % respecto a otros generadores

Todo el Mantenimiento de una MicroTurbina

8,000 horas Filtro de Aire ReemplazarFiltro de ReemplazarFiltro de Combustible

Reemplazar

Bobina Arranque Reemplazar20,000 Horas Inyectores Reemplazar20,000 Horas Inyectores Reemplazar

Baterias ReemplazarTermocupla Reemplazar

40,000 Horas Engine y Generador RE-cambio

• Costo de mantenimiento Total US$0.016 kWhkWh

• 6 Horas de mantenimiento planeado por año

• Servicio inyectores a 20,000 horas • En una plataforma offshore

• Capstone podria garantizar el costo del mantenimiento planeado y no planeado a traves del Factory Protection Plan (FPP)

Costos Operativos MT´s Vs MCI$3.500.000

p

$2.500.000

$3.000.000

1MW Recip Engine

$1 00 000

$2.000.000 • C1000

$1.000.000

$1.500.000

$500.0001 2 3 4 5 6 7 8 9 10

• Ahorros de US$ 417.000 a los 10 años.

• Recuperación de mayor costo a los 4 años.

Costo Inicial de MT vs Turbina a Gas

Capstone C1000 Solar Turbine 1 210kWCapstone C1000• Costo total Equipo e

Instalación: US$1.665 a

Solar Turbine 1,210kW• Costo total Equipo e

Instalación: US$3.5 US$2.0 Millones Millones (Dato CA SGIP 2008 y EPA)

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Microturbinas Vs Turbina a GasMicroturbinas Vs Turbina a GasVentajas C1000

Efi i i Elé t i

Ventajas Turbina SolarProd cción de Vapor• Eficiencia Eléctrica

– Capstone: 33%– Solar Turbine: 24%

• Eficiencia a Cargas Parciales

• Producción de Vapor– Solar: Aprox 8,900lbs/hr @ 90psi– Capstone: Aprox 2,000lbs/hr @ 90psi

– Capstone: Consistente en 31% carga superior a 150kW

– Solar: Desciende de 24% con riesgo de apagado

• Emisiones– Capstone: NOx (lb/MW-hr): 0.4– Solar: NOx (lb/MW-hr): 2.4 (EPA website)

• Pérdida por Temp AmbientePérdida por Temp Ambiente– Capstone: derateo kW inicia a 23°C– Solar: derateo kW inicia a 16°C

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Eficiencia MT Vs Turbina a GasEficiencia MT Vs Turbina a Gas

Eficiencia a Cargas Parciales C1000 T bi S l 1 MW

30

35C1000 vs. Turbina Solar 1 MW

20

25

ia (%

)

10

15

Efic

ienc

i

Capstone C1000

0

5Typical

PROPRIETARY AND CONFIDENTIAL Capstone Turbine Corporation 36

0 200 400 600 800 1000Potencia (kW)

Comparación Turbinas a GasComparación Turbinas a GasSolar Turbines Mercury 50

36

38

40

Capstone C200 Capstone C1000

Siemens SGT-100Elliott TA100R

S l T bi C t 50 R ll R 501 KB7S

General Electric GE5-1 (DLN)

30

32

34

36

cy (%

)

Ingersol Rand MT250

Rolls Royce 501-KB5S

Kawasaki GPB15D

OPRA Turbines OP16-3B (DLE)

Solar Turbines Saturn 20

Solar Turbines Centaur 40Solar Turbines Centaur 50

Kawasaki GPB60DRolls Royce 501-KB7S

24

26

28

30

tric

al E

ffici

enc

Kawasaki GPB15DKawasaki GPB30D

18

20

22Elec

t

Dresser-Rand KG2-3CDresser-Rand KG2-3E

14

16

0 1 2 3 4 5 6

Power Output (MW)

PROPRIETARY AND CONFIDENTIAL Capstone Turbine Corporation 37

Mayor Eficiencia en Potencias menores a 5 MWPower Output (MW)

Supernova Energy ServicesSupernova Energy Services

Quiénes somosQuiénes somos• Compañía fundada en 1993

• Durante la década de los 90 se constituye en un actor protagónico delsector del aire acondicionado

• En 2000, LG Electrónics entra directamente al mercado, asume lasactividades principales de la compañía y Supernova entra en inactividad

• Se reactiva la compañía a final de 2008 para ofrecer soluciones integralesde climatización de acuerdo con el modelo ESCO

• A principio de 2009 incursionamos en el sector de la generación distribuidacomo Distribuidores de Capstone Turbine Corporation para desarrollarproyectos de Eficiencia Energética con nuestros clientes

• En 2010 somos nombrados Distribuidores Exclusivos para Colombia de latecnología de Microturbinas Capstone

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Productos y ServiciosProductos y Servicios

• Desarrollamos proyectos de Cogeneración con p y gMicroturbinas CAPSTONE

• Hacemos consultoría de eficiencia energética y gestión integral de energíaintegral de energía

• Diseñamos e instalamos sistemas de aire acondicionado• Diseñamos e instalamos redes de energía en Baja yDiseñamos e instalamos redes de energía en Baja y

Media Tensión• Diseñamos e instalamos sistemas de iluminación para

interiores y exteriores

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Nuestras Oficinas

••Calle 7 39Calle 7 39--215 Of 604215 Of 604

••Tel. 311Tel. 311--18541854

MedellínMedellín

••Carrera 18 86ªCarrera 18 86ª--1414

••Tel. 638Tel. 638--62446244

BogotáBogotá••MedellínMedellín ••BogotáBogotáwww.supernovawww.supernova--es.comes.com