Cogeneración con biogás y Gas natural 2G Solutions Gas to ... · • Consecuencias más frecuentes en los motores: – Disminución de la eficiencia de los motores – Problemas

Cogeneración con biogás y Gas natural

2G Solutions

Gas to power 17/05/2012

2

El grupo 2G

2G Italia Srl.

100%

2G Energy AG

2G Energietechnik GmbH, Heek

2G Solutions S.L

2G Home GmbH, Heek

2G Drives GmbH, Heek

Cenergy Power Systems

Technologies Inc., USA

100% 90% 80% 90% 55%

Filial que opera en Alemania, creada en

1955

Venta, servicio y

distribución en España, Francia y Portugal,

fundada en 2008

Cogeneración y servicio para particularos,

fundada en 1999

Desarrollo y optimización

de los equipos 2G, fundada en

2010

Venta, distribución y servicio en

Estados unidos,

fundada en 2010

Venta, distribución y servicio en Italia,

fundada en 2011

2G EnergyLTD. UK

80%

Venta, distribución y

servicio en UK, fundada en

2011

3

Évolution de l’entreprise

Bases para el crecimiento constante• Innovación• Internacionalización• Creación de nuevos puntos para el mantenimiento• Aumento de la capacidad de producción

Chiffre d’affaire en M€/an

Crecimiento

Volumen de facturación en M€/a

Evolución en bolsa

Más de 2000 plantas instaladas

4

Rennes : Oficina, servicio de mantenimiento y almazen de piezas de repuesto

Dijon:Servicio de mantenimiento (en construcción)

Vic : Oficina, servicio de mantenimiento y almazen de piezas de repuesto

Heek : Fábrica, oficina, plataforma central de mantenimiento y almacenes centrales.

Localización de 2G Solutions

5

Tipos

Gama Potencia

50 a 150 kW el.

220 a 450 kW el.

500 a 4 000 kW el.

6

Índice

1 Fuentes de biogás y sus tratamientos. Aspectos diferenciales de aplicaciones en Gas Natural y Biogás

2 Efecto de la eficiencia sobre la economía de la planta de cogeneración. Factores claves para viabilidad de una planta de cogeneración

7

1 Fuentes de biogás y sus tratamientos

Aspectos diferenciales de aplicaciones en Gas Natural y

Biogás

8

Subíndice

1. Gas Natural versus Biogás2. Parámetros del biogás que influencian la planta

de cogeneración3. Tratamiento del biogás

9

Gas Natural

• Características:– 80-98% de CH4

– Nitrógeno, Etano(C2H6), CO2, H2S, butano(C4H10), propano (C3H8), mercaptanos y trazas de hidrocarburos más pesados.

– PCI: 8,2 – 11,1 kWh/m³ = 30 – 40 MJ/m³ – Densidad: 0,700 – 0,840 kg/m³– Punto de ebullición: −161 °C.

1. Gas Natural vs Biogás2. Parámetros que influencian planta de cogeneración3. Tratamiento del gas

10

Biogás• Gas de baja energía• Digestión anaerobia de materia orgánica en:

– Instalaciones de biogás– Depuradoras– Vertederos


11

BiogásMargen de fluctuación Valor medio

Metano 45–70 % 60 %

Dióxido de carbono 25–55 % 35 %

Vapor de agua 0–10 % 3,1 %

Nitrógeno 0,01–5 % 1 %

Hidrógeno 0,01–2 % 0,3 %

Oxigeno 0–1 % < 1 %

Amoníaco 0,01–2,5 mg/m³ 0,7 mg/m³

Ácido sulfhídrico 10–30.000 mg/m³ 500 mg/m³


12

Biogás1. Gas Natural vs Biogás2. Parámetros que influencian planta de cogeneración3. Tratamiento del gas

60.00%

35.00%

3.10%

1.00%

3.00%

1.00%

0,00007% 0.05%

Valor medio

Metano

Dióxido decarbonoVapor de agua

Nitrógeno

Hidrógeno

Oxigeno

Amoníaco

Ácido sulfhídrico

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Comparación energética

Gas Natural• Con un PCI entre 8,2 –

11,1 kWh/m³• Un motor de 40% de

eficiencia eléctrica• 200m3/h de gas natural• Obtenemos entre 656kw i

888kw eléctricos.

Biogás• Con un PCI entre 4,5 –

7 kWh/m³ • Con un motor de 40% de

eficiencia eléctrica• 200m3/h de biogás• Obtenemos entre 360 i

560kw eléctricos.


14

Nu

mer

o d

e m

etan

o [

]

Po

der

cal

orí

fico

[k

Wh

/Nm

³]

Poder caloríficoNúmero de metano

Gas pobre 52% CH4 Resto CO2 Gas natural

Comparación Gas natural / Gas pobre

15

Biogás vs Gas Natural

Biogás• Pobre energéticamente• Producción de biogás en

procesos existentes• Aprovechamiento de

residuos• Requiere tratamiento

Gas natural• PCI superior• Combustible fósil• Accesible• Número de metano menor


16

Plantas GN-Biogas• Tratamiento del gas• Configuración de la rampa de gas• Configuración de combustión• Configuración de la línea de

aspiración• Mantenimiento• Aplicación

16

17

Parámetros del biogás Parámetro Símbolo Valor límite Unidades

Contenido de metano MZ >50 %

Poder calorífico Hu,N >5 kWh /Nm³

Cloro Cl <100 mg /Nm³CH4

Fluor F 50 mg /Nm³CH4

Cloro-Fluor Σ(Cl, F) <100 mg/Nm³CH4

Contenido en polvo <5 µm <10 mg /Nm³CH4

Vapor de aceite <400 mg /Nm³CH4

Silicio Si <5 mg/ Nm³CH4

Sulfúrico S <300 mg /Nm³

Ácido sulfhídrico H2S <200 ppm

Amoníaco NH3 <50 mg

Humedad relativa φ < 60 %

Temperatura de la mezcla gas-aire

TG 10< TG < 30 °C


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Humedad• El biogás sale de los fermentadores con un 100% de

humedad relativa• Consecuencias más frecuentes en los motores:

– Disminución de la eficiencia de los motores– Problemas mecánicos en el compresor– Más posibilidades de formación de agua ácida:

• Corrosiones (→ desgasto)• Disminución del PH en el aceite lubricante• Depósitos de carbono en: Válvulas, anillos y cortes de los

pistones


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Ácido sulfhídrico

• Gas soluble con agua• El biogás contiene vapor de agua• Si se condensa este vapor en las zonas frías de la

instalación:– H2S + H2O �� H3O+ + HS-

• El ácido resultante es corrosivo para:– Las partes metálicas– El hormigón


20

Siloxanos

• Las uniones de silicio orgánico se oxidan formando SiO2(cuarzo) micro cristalino

• Desgaste corrosivo en – Superficie de los cilindros– Válvulas– Motor


21

Siloxanos1. Gas Natural vs Biogás2. Parámetros que influencian planta de cogeneración3. Tratamiento del gas

Institut für Energie und Umwelttechnik der Lebensmittelindustrie der Technischen Universität München-Weihenstephan Freising

22

Tratamiento del biogás

• Secado/enfriamiento• Secado/enfriamiento con limpieza de impurezas• Filtro de carbono activo para sulfúricos o

siloxanos• Post-calentamiento• Tratamiento biológico


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Secado/enfriamiento• Agua con glicol fluye por el exterior de las

tuberías internas•El biogás se enfría y seca hasta la temperatura de rocío de 7°C

•Se reduce la cantidad del componente nocivo Metilciclosiloxano en los gases.

•Pérdidas mínimas de presión en el gas

•Dispositivos robustos y seguros


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Postcalentamiento• Humedad relativa por debajo de 45%


Gastrocknung

Bomba refrigeración

Enfriamiento del gas

Postcalentamiento con el calor de la bomba de refrigeración

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Enfriamiento con limpieza1. Gas Natural vs Biogás2. Parámetros que influencian planta de cogeneración3. Tratamiento del gas

•Temperatura de rocío: 4-6ºC

•Secado y limpieza del gas en un solo proceso

•Auto limpieza del sistema de intercambio de calor-> Eficiencia constante del enfriador de gas

•Alta eficiencia gracias al contacto directo entre el gas y el refrigerante

•Técnica sencilla y segura

•Poca perdida de presión

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Filtro de carbono activo

Entrada del gas

Hoja metálica perforada

Brida de acero de salida

Racor de vaciado

Carabinas de llenado

Tubo de muestras

Tubo de muestras

Desagüe del condensado


20% del carbono puede ser H2S antes de saturarse

27


Hydrogen Sulfide -

Adsorption

Quantity of charcoal 500kg

H2S Concentration 400mg/m3

Biogas flow 125m3/h

H2S-on load 20Mass.%

Life time of charcoal 2,8month

Siloxane - Adsorption

Quantity of charcoal 500kg

H2S Concentration 10mg/m3

Biogas flow 125m3/h

H2S-on load 5Mass.%

Life time of charcoal 27,8month

28

Tratamiento biológico1. Gas Natural vs Biogás2. Parámetros que influencian planta de cogeneración3. Tratamiento del gas

Nutrientes

Agua

QIC002

QIC001

PH

Ácido sulfúrico, Sulfato, Biomasa

Aire

Biogas

TIC003

M

O2

Biogas, gas limpio

29

Tratamiento del gas: Esquema


Enfriamiento del gas

Enfriamiento y limpieza del gas


Planta de cogeneración

Menos de 1000ppm H2S

Más de 200ppm de H2S

Post-calentamiento

30

Tratamiento del gas: Esquema


Tratamiento biológico

Planta de cogeneración

Más de 1000ppm de H2SEnfriamiento del gas

Enfriamiento y limpieza del gas

Post-calentamiento

31

Tratamiento del gas

Secado del gas por enfriamiento- Para extraer aerosoles y impurezas- Para reducir la humedad del gas- Para aumentar la eficacia y reducir el costo de

mantenimiento

Postcalentamiento del biogás

Filtro de carbono activo- Para extraer el ácido sulfhídrico- Para extraer los siloxanos

Filtro biológico- Para gas con mucha concentración de ácido

sulfhídrico

32

2 Efecto de la eficiencia sobre la economía y viabilidad de una

planta de cogeneración.

33

Fuente: Bundesverband Kraft-Wärme-Kopplung e.V.

Cogeneración

Producción separada (Corriente en central térmica/ Calor en caldera

100%Combustible

166%Combustible

Perdidas

Perdidas

38 %Electricidad

50%Calor

50%Calor

38 %Electricidad

78% de perdidas globales

12% de perdidas globales

Principio de cogeneración

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Concepto de eficienciaPlanta de cogeneración Energía eléctrica

Energía térmica

Energía primaria€/kwh

€/kwh

€/kwh

Eficiencia económicaEficiencia ambiental

Costes de combustibleCostes de mantenimientoCostes de inversión

35

2G-Aplicación de eficiencia

agenitor® para la conversión eléctrica del gas

• Optimización de combustión

• Reducción espacio desplazamiento del pistón

• Disminución del uso de aceite

• Incremento de la eficiencia

• Reducción de emisiones contaminantes

• Incremento de la relación de compresión

• Costes de mantenimiento bajos

• Incremento de la durabilidad y robustez

36

Optimización de los motores / Incremento de eficiència Motor

Concepto de combustin de alta turbulencia

AVL Tri flow AVL Tri flow

GEJ - conv. GEJ HEC

MAN standard (FEV licenc)

TU Graz/2G

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FE Model – Cálculo de la tensiónmecánica(+ 6% a 180 bar)

Top-Land-Ring (utilizable, MAN 28‘er Optimierung)

Schadraumreduzierung

Laufbuchse mit festem Top-Land-Ring MAN 08‘er Optimierung

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Eficiencia en diferentes conceptos de motorComparación CHP conocido/ líneas 2G – agenitor®

Eficiencia el. [%]

CHP

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*Abweichungen möglich **zum Ende des Quartals

Gama de productos 2G

agenitor® para aplicación con biogas

ProduitPotencia eléctrica

Eficienciaeléctrica

Potencia térmica

Eficienciatérmica

206 220 kW 40,6 % 232 kW 42,8 %

306 250 kW 41,0 % 265 kW 43,5 %

406 250KW 42,5 % 264 KW 44,9 %

208 265 kW 40,0 % 298 kW 45,0 %

212 400 kW 40,1 % 445 kW 44,6 %

312 450 kW 40,6 % 469 kW 42,3 %

40

agenitor250kW

588 kWhBiogas

610 kWhBiogas

KWK250kW

Optimizado Convencional

Diferencia

250kWh 227kWh

14kW x 8000h/a x 0,14 €/kWh

25 694 €/a de beneficio para el cliente

agenitor®

: Una mejor eficiencia mediante una optimización del motor

41

Procesos para baja potencia• Polideportivos• Hoteles• Hospitales• Residencias• Granjas• Piscinas• etc

41

Uso del calor según consumo

Uso de la electricidad según consumo

Entre 50-500KW

42

Procesos para baja potencia• Plantas de biogás satélites:

43

Datos necesarios• Consumo calor

– Gráfico diario y anual

• Consumo eléctrico– Gráfico diario y anual

• Costes actuales de calor y electricidad• Precio de venta de calor y electricidad• Costes de compra y mantenimiento de la

instalación• Coste del combustible

44

Caso práctico

• Lecheria• 250Kw eléctricos de cogeneración• 100Kw de vertido a la red• Resto autoconsumo

44

45

Caso práctico

45

P.GEN 240 165 170 165 220 250 250 250 240 140 150 160 230 250 250 250 250 140 145 170 250 250 250 250

P.DEMAND 140 65 70 65 120 165 170 170 140 40 50 60 130 165 170 170 160 40 45 70 170 170 180 165

HORAS 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

0

50

100

150

200

250

300

0 5 10 15 20 25 30

generada demandada

46

Comparación agenitor 406P.GEN ERADA

kwk 203,9 140,2 144,4 140,2 186,9 212,4 212,4 212,4 203,9 118,9 127,4 135,9 195,4 212,4 212,4 212,4 212,4 118,9 123,2 144,4 212,4 212,4 212,4212,4

P.GENERADA

Agenitor 406 240,0 165,0 170,0 165,0 220,0 250,0 250,0 250,0 240,0 140,0 150,0 160,0 230,0 250,0 250,0 250,0 250,0 140,0 145,0 170,0 250,0 250,0 250,0250,0

P.DEMAND 140,0 65,0 70,0 65,0 120,0 165,0 170,0 170,0 140,0 40,0 50,0 60,0 130,0 165,0 170,0 170,0 160,0 40,0 45,0 70,0 170,0 170,0 180,0165,0

HORAS 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 17,0 18,0 19,0 20,0 21,0 22,0 23,0

CONSUMO

(m3/h) 88,5 60,8 62,7 60,8 81,1 92,2 92,2 92,2 88,5 51,6 55,3 59,0 84,8 92,2 92,2 92,2 92,2 51,6 53,5 62,7 92,2 92,2 92,2 92,2

Diferencia 36,1 24,8 25,6 24,8 33,1 37,6 37,6 37,6 36,1 21,1 22,6 24,1 34,6 37,6 37,6 37,6 37,6 21,1 21,8 25,6 37,6 37,6 37,6 37,6

Ganancias a

6c€/kwh 2,2 1,5 1,5 1,5 2,0 2,3 2,3 2,3 2,2 1,3 1,4 1,4 2,1 2,3 2,3 2,3 2,3 1,3 1,3 1,5 2,3 2,3 2,3 2,3

Ganancias a

14c€/kwh 5,1 3,5 3,6 3,5 4,6 5,3 5,3 5,3 0,2 2,9 3,2 3,4 4,8 5,3 5,3 5,3 5,3 2,9 3,1 3,6 5,3 5,3 5,3 5,3

Ganancias anuales del diferencial: 14.708€/a (base 6c€/kwh)

Ganancias anuales del diferencial: 34.319€/a (base 14c€/kwh)

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Caso práctico

Ganancias anuales del diferencial: 34.319€/a

0.0

50.0

100.0

150.0

200.0

250.0

300.0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

P.Generada KWKKWe

P.Generada Agenitor406 KWe

Consumo KWpci

Diferencia KWe

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Optimización de los motores / Incremento de eficiència Motor

Desarrollo propio: 2G Mezclador de gas

49

50

Gracias por vuestra atención !

Contacto

Carrer anselm clavé, Nº4, 4t 3a08500, Vic (Barcelona)Tél.: 93 883 22 05

E-Mail: [email protected]

Judit Serra MarsalGerente

Documents

Cogeneración con biogás y Gas natural 2G Solutions Gas to ... · • Consecuencias más frecuentes en los motores: – Disminución de la eficiencia de los motores – Problemas