Los sistemas combinados de calor y energía (CHP), también conocidos como sistemas de cogeneración, son sistemas energéticos altamente eficientes que generan simultáneamente electricidad y calor útil a partir de una única fuente de combustible. Una de las principales ventajas de los sistemas CHP es su capacidad para recuperar y utilizar el calor residual, que de otro modo se desperdiciaría en la generación de energía convencional. Como proveedor de cogeneración, conozco bien varios métodos de recuperación de calor en sistemas de cogeneración y, en este blog, profundizaré en estos métodos para ayudarle a comprender cómo maximizar la eficiencia de su instalación de cogeneración.
1. Recuperación de calor de los gases de escape
Los gases de escape del motor primario de un sistema CHP, como una turbina de gas o un motor de combustión interna, transportan una cantidad significativa de calor. Recuperar este calor es una de las formas más comunes y efectivas de mejorar la eficiencia general del sistema CHP.
1.1 Intercambiadores de calor
Los intercambiadores de calor son el equipo principal utilizado para la recuperación del calor de los gases de escape. Transfieren el calor de los gases de escape calientes a un fluido de trabajo, como agua o vapor. Existen diferentes tipos de intercambiadores de calor, incluidos los intercambiadores de calor de carcasa y tubos y los intercambiadores de calor de placas.
Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos constan de una carcasa (un recipiente cilíndrico grande) y un haz de tubos. Los gases de escape fluyen a través de los tubos, mientras que el fluido de trabajo fluye a través de la carcasa. El calor se transfiere desde los gases de escape al fluido de trabajo a través de las paredes del tubo. Los intercambiadores de calor de placas, por otro lado, están formados por una serie de placas delgadas apiladas entre sí. Los gases de escape y el fluido de trabajo fluyen a través de canales alternos entre las placas y la transferencia de calor se produce a través de las placas.
El calor recuperado se puede utilizar para diversos fines, como calefacción de espacios, calentamiento de agua o procesos industriales. Por ejemplo, en un edificio comercial, el agua caliente producida por el intercambiador de calor se puede utilizar como radiadores para calentar el espacio interior. En un entorno industrial, el vapor generado se puede utilizar en procesos de fabricación, como en una planta de procesamiento de alimentos para cocción o esterilización.
1.2 Calderas de calor residual
Las calderas de calor residual están diseñadas específicamente para generar vapor a partir del calor de los gases de escape. A menudo se utilizan en sistemas CHP más grandes, especialmente aquellos con turbinas de gas. Los gases de escape entran en la caldera de calor residual, donde calientan el agua en los tubos de la caldera. A medida que el agua se calienta, se convierte en vapor, que puede utilizarse para generar energía en una turbina de vapor (en un sistema CHP de ciclo combinado) o para otras aplicaciones industriales.
2. Recuperación de calor del agua de refrigeración
Además del calor de los gases de escape, el agua de refrigeración utilizada en las instalaciones CHP también contiene una cantidad considerable de calor. El motor principal de un sistema CHP, como un motor de combustión interna, genera una gran cantidad de calor durante el funcionamiento y se utiliza agua de refrigeración para eliminar este calor y mantener el motor a una temperatura de funcionamiento óptima.
2.1 Enfriadores de absorción
Los enfriadores de absorción pueden utilizar el calor del agua de refrigeración para producir agua fría para fines de aire acondicionado. Un enfriador de absorción funciona según un principio diferente en comparación con un enfriador de compresión de vapor convencional. Utiliza una fuente de calor (en este caso, el agua de refrigeración caliente) para impulsar el ciclo de refrigeración.
Los componentes básicos de un enfriador de absorción incluyen un absorbente, un generador, un condensador y un evaporador. El agua de refrigeración caliente se utiliza para calentar una solución en el generador, que libera vapor refrigerante. Luego, el vapor del refrigerante pasa por el condensador, donde se condensa hasta convertirse en líquido. Luego, el refrigerante líquido ingresa al evaporador, donde se evapora y absorbe calor del agua que se va a enfriar. Luego, el agua enfriada puede circular a través del sistema de aire acondicionado de un edificio.
2.2 Calefacción urbana
El calor del agua de refrigeración también se puede utilizar para sistemas de calefacción urbana. La calefacción urbana es un sistema en el que el calor se genera en una ubicación central y se distribuye a varios edificios de un distrito a través de una red de tuberías. El agua de refrigeración caliente del sistema CHP se puede utilizar directamente en la red de calefacción urbana o se puede utilizar para calentar un fluido secundario que luego circula por la red.
3. Recuperación de calor del aceite lubricante
El aceite lubricante se utiliza en el motor primario de un sistema CHP para reducir la fricción y el desgaste entre las piezas móviles. Durante el funcionamiento, el aceite lubricante se calienta. Recuperar el calor del aceite lubricante puede mejorar aún más la eficiencia general del sistema CHP.
El calor del aceite lubricante se puede recuperar mediante un intercambiador de calor. De manera similar al intercambiador de calor de gases de escape, el aceite lubricante caliente fluye a través de un lado del intercambiador de calor y un fluido de trabajo (como agua) fluye a través del otro lado. El calor se transfiere del aceite lubricante al fluido de trabajo.
El calor recuperado se puede utilizar para precalentar el combustible o el aire de combustión en el motor primario. Precalentar el combustible puede mejorar su eficiencia de combustión, mientras que precalentar el aire de combustión puede aumentar la eficiencia térmica general del motor.
4. Beneficios de la recuperación de calor en sistemas CHP
La implementación de métodos de recuperación de calor en sistemas CHP ofrece varios beneficios.
4.1 Eficiencia Energética
Al recuperar y utilizar el calor residual, los sistemas CHP pueden lograr eficiencias energéticas generales mucho mayores en comparación con los sistemas de generación de energía convencionales. En una central eléctrica convencional, una gran parte de la energía contenida en el combustible se desperdicia en forma de calor. En un sistema CHP con recuperación de calor eficaz, el calor residual se aprovecha, reduciendo la cantidad de combustible adicional necesario para satisfacer las demandas de calor y energía.
4.2 Ahorro de costos
Una mayor eficiencia energética se traduce en ahorro de costes. Dado que se requiere menos combustible para generar la misma cantidad de calor y energía, se reducen los costos operativos del sistema CHP. Además, en algunas regiones, puede haber incentivos o subsidios para el uso de sistemas de cogeneración energéticamente eficientes, lo que reduce aún más la carga financiera para el usuario.
4.3 Beneficios ambientales
Los sistemas de cogeneración con recuperación de calor pueden reducir significativamente las emisiones de gases de efecto invernadero. Al utilizar menos combustible para generar la misma cantidad de energía, se reduce la cantidad de dióxido de carbono y otros contaminantes liberados a la atmósfera. Esto convierte a los sistemas CHP en una opción respetuosa con el medio ambiente para satisfacer las necesidades energéticas.
5. Aplicaciones de la recuperación de calor en diferentes industrias
La recuperación de calor en los sistemas CHP se puede aplicar en diversas industrias.
5.1 Fabricación
En la industria manufacturera, los sistemas CHP con recuperación de calor pueden proporcionar electricidad y calor para los procesos de fabricación. Por ejemplo, en la industria textil, el vapor generado a partir de la recuperación de calor de los gases de escape se puede utilizar para procesos de teñido y acabado. En la industria química, el calor se puede utilizar para procesos de destilación y reacción. Algunos de los productos químicos utilizados en la industria química, comoBIBP | CAS 25155-25-3 | Bis(terc-butildioxiisopropil)benceno,DTAP | CAS 10508-09-5 | Peróxido de di-terc-amilo, yPeróxido de dibenzoilo, requieren condiciones de temperatura específicas durante su producción, y el calor recuperado se puede utilizar para mantener estas condiciones.
5.2 Edificios comerciales
Los edificios comerciales, como oficinas, hoteles y hospitales, pueden beneficiarse de los sistemas CHP con recuperación de calor. El calor recuperado se puede utilizar para calefacción de espacios, calentamiento de agua y aire acondicionado. Por ejemplo, en un hotel, el agua caliente producida a partir de la recuperación de calor se puede utilizar para las habitaciones, mientras que el agua enfriada de los enfriadores de absorción se puede utilizar para climatizar las zonas públicas.
5.3 Sistemas de energía distrital
Los sistemas de energía de distrito pueden integrar sistemas de cogeneración con recuperación de calor para proporcionar una fuente confiable y eficiente de calor y energía a múltiples edificios en un distrito. El calor recuperado del sistema CHP se puede distribuir a través de una red de calefacción urbana, mientras que la electricidad se puede utilizar localmente o inyectarse a la red.
Conclusión
Como proveedor de cogeneración, entiendo la importancia de la recuperación de calor para maximizar la eficiencia y el rendimiento de los sistemas de cogeneración. Los diversos métodos de recuperación de calor, incluida la recuperación de calor de los gases de escape, la recuperación de calor del agua de refrigeración y la recuperación de calor del aceite lubricante, ofrecen importantes beneficios en términos de eficiencia energética, ahorro de costos y protección ambiental.
Si está interesado en implementar un sistema CHP con recuperación de calor efectiva en sus instalaciones, ya sea un edificio comercial, una planta industrial o un sistema de energía de distrito, lo invito a contactarnos para una consulta detallada. Podemos proporcionarle soluciones personalizadas basadas en sus requisitos específicos de calor y energía. Trabajemos juntos para lograr un futuro energético más sostenible y rentable.
Referencias
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- Lund, H. (2006). Calor y energía combinados (CHP): una revisión de los aspectos ambientales, económicos y de rendimiento. Energía, 31(14), 2873 - 2890.
- Mancarella, P. (2014). Calor y energía combinados: una revisión de las tecnologías, el funcionamiento y la optimización. Reseñas de energías renovables y sostenibles, 39, 53 - 72.