Biogás - Gas To Power Journal

Cogeneración con biogás y
Gas natural
2G Solutions
Gas to power 17/05/2012
El grupo 2G
2G Energy AG
100%
90%
80%
90%
2G
2G Home GmbH, 2G Drives GmbH, 2G Solutions
Energietechnik
Heek
Heek
S.L
GmbH, Heek
Filial que
opera en
Alemania,
creada en
1955
Cogeneración y
servicio para
particularos,
fundada en 1999
Desarrollo y
optimización
de los
equipos 2G,
fundada en
2010
Venta,
servicio y
distribución
en España,
Francia y
Portugal,
fundada en
2008
100%
55%
Cenergy Power
Systems
2G Italia Srl.
Technologies
Inc., USA
Venta,
distribución
y servicio
en Italia,
fundada en
2011
80%
2G Energy
LTD. UK
Venta,
Venta,
distribución y distribución y
servicio en servicio en UK,
fundada en
Estados
2011
unidos,
fundada en
2010
2
Crecimiento
Évolution de l’entreprise
Volumen de facturación en M€/a
Evolución en bolsa
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
Más de 2000 plantas instaladas
3
Localización de 2G Solutions
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.
4
Tipos
Gama
Potencia
50 a 150 kW el.
220 a 450 kW el.
500 a 4 000 kW el.
5
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
6
1
Fuentes de biogás y sus
tratamientos
Aspectos diferenciales de
aplicaciones en Gas Natural y
Biogás
7
Subíndice
1. Gas Natural versus Biogás
2. Parámetros del biogás que influencian la planta
de cogeneración
3. Tratamiento del biogás
8
Gas Natural
1.
2.
3.
Gas Natural vs Biogás
Parámetros que influencian planta de cogeneración
Tratamiento del gas
• 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.
9
Biogás
1.
2.
3.
Gas Natural vs Biogás
Parámetros que influencian planta de cogeneración
Tratamiento del gas
• Gas de baja energía
• Digestión anaerobia de materia orgánica en:
– Instalaciones de biogás
– Depuradoras
– Vertederos
10
1.
2.
3.
Biogás
Gas Natural vs Biogás
Parámetros que influencian planta de cogeneración
Tratamiento del gas
Margen 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
11
Biogás
1.00%
3.00%
1.00%
1.
2.
3.
Valor medio
0,00007%
Gas Natural vs Biogás
Parámetros que influencian planta de cogeneración
Tratamiento del gas
0.05%
3.10%
Metano
Dióxido de
carbono
Vapor de agua
35.00%
Nitrógeno
Hidrógeno
60.00%
Oxigeno
Amoníaco
Ácido sulfhídrico
12
Comparación energética
1.
2.
3.
Gas Natural vs Biogás
Parámetros que influencian planta de cogeneración
Tratamiento del gas
Gas Natural
Biogás
• 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.
• 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.
13
Numero de metano [ ]
Poder calorífico
Número de metano
Gas pobre 52% CH4 Resto CO2
Poder calorífico [kWh/Nm³]
Comparación Gas natural / Gas pobre
Gas natural
14
Biogás vs Gas Natural
1.
2.
3.
Gas Natural vs Biogás
Parámetros que influencian planta de cogeneración
Tratamiento del gas
Biogás
Gas natural
• Pobre energéticamente
• Producción de biogás en
procesos existentes
• Aprovechamiento de
residuos
• Requiere tratamiento
•
•
•
•
PCI superior
Combustible fósil
Accesible
Número de metano menor
15
Plantas GN-Biogas
•
•
•
•
Tratamiento del gas
Configuración de la rampa de gas
Configuración de combustión
Configuración de la línea de
aspiración
• Mantenimiento
16
• Aplicación
16
Parámetros del biogás
1.
2.
3.
Gas Natural vs Biogás
Parámetros que influencian planta de cogeneración
Tratamiento del gas
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
<400
mg /Nm³CH4
Vapor de aceite
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
17
Humedad
1.
2.
3.
Gas Natural vs Biogás
Parámetros que influencian planta de cogeneración
Tratamiento del gas
• 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
18
Ácido sulfhídrico
1.
2.
3.
Gas Natural vs Biogás
Parámetros que influencian planta de cogeneración
Tratamiento del gas
• 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
19
Siloxanos
1.
2.
3.
Gas Natural vs Biogás
Parámetros que influencian planta de cogeneración
Tratamiento del gas
• Las uniones de silicio orgánico se oxidan formando SiO2
(cuarzo) micro cristalino
• Desgaste corrosivo en
– Superficie de los cilindros
– Válvulas
– Motor
20
Siloxanos
1.
2.
3.
Gas Natural vs Biogás
Parámetros que influencian planta de cogeneración
Tratamiento del gas
Institut für Energie und Umwelttechnik der Lebensmittelindustrie der Technischen Universität München-Weihenstephan Freising
21
Tratamiento del biogás
1.
2.
3.
Gas Natural vs Biogás
Parámetros que influencian planta de cogeneración
Tratamiento del gas
• Secado/enfriamiento
• Secado/enfriamiento con limpieza de impurezas
• Filtro de carbono activo para sulfúricos o
siloxanos
• Post-calentamiento
• Tratamiento biológico
22
Secado/enfriamiento
1.
2.
3.
Gas Natural vs Biogás
Parámetros que influencian planta de cogeneración
Tratamiento del gas
• 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
23
Postcalentamiento
1.
2.
3.
Gas Natural vs Biogás
Parámetros que influencian planta de cogeneración
Tratamiento del gas
• Humedad relativa por debajo de 45%
Bomba
refrigeración
Postcalentamiento con
el calor de la bomba de
refrigeración
Gastrocknung
Enfriamiento del
gas
24
Enfriamiento con limpieza
1.
2.
3.
Gas Natural vs Biogás
Parámetros que influencian planta de cogeneración
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
25
1.
2.
3.
Filtro de carbono activo
Carabinas de llenado
Gas Natural vs Biogás
Parámetros que influencian planta de cogeneración
Tratamiento del gas
Brida de acero de salida
Tubo de muestras
Hoja metálica perforada
Entrada del gas
Racor de vaciado
Tubo de muestras
Desagüe del condensado
20% del carbono puede ser H2S antes de saturarse
26
Filtro de carbono activo
Quantity of charcoal
Hydrogen Sulfide Adsorption
500kg
H2S Concentration
400mg/m3
Biogas flow
125m3/h
Siloxane - Adsorption
Quantity of charcoal
500kg
H2S Concentration
Biogas flow
H2S-on load
20Mass.%
H2S-on load
Life time of charcoal
2,8month
Life time of charcoal
10mg/m3
125m3/h
5Mass.%
27,8month
27
1.
2.
3.
Tratamiento biológico
QIC
001 O2
Gas Natural vs Biogás
Parámetros que influencian planta de cogeneración
Tratamiento del gas
Biogas, gas limpio
Nutrientes
TIC
003
M
QIC
002
Aire
Biogas
Agua
PH
Ácido sulfúrico, Sulfato, Biomasa
28
1.
2.
3.
Tratamiento del gas:
Esquema
Menos de 1000ppm H2S
Enfriamiento del gas
Gas Natural vs Biogás
Parámetros que influencian planta de cogeneración
Tratamiento del gas
Filtro de
carbono activo
Planta de
cogeneración
Postcalentamiento
Enfriamiento y
limpieza del gas
Más de
200ppm
de H2S
29
Tratamiento del gas:
Esquema
1.
2.
3.
Más de 1000ppm de H2S
Planta de
cogeneración
Enfriamiento del gas
Tratamiento
biológico
Gas Natural vs Biogás
Parámetros que influencian planta de cogeneración
Tratamiento del gas
Postcalentamiento
Enfriamiento y
limpieza del gas
30
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
31
2
Efecto de la eficiencia sobre la
economía y viabilidad de una
planta de cogeneración.
32
Principio de cogeneración
Cogeneración
12% de perdidas globales
100%
Combustible
38 %Electricidad
50%Calor
Producción separada (Corriente en central térmica/ Calor en caldera
78% de perdidas globales
Perdidas
166%
Combustible
38 %Electricidad
Perdidas
50%Calor
Fuente: Bundesverband Kraft-Wärme-Kopplung e.V.
33
Concepto de eficiencia
Planta de
cogeneración
Energía eléctrica
€/kwh
Energía primaria
€/kwh
Energía térmica
€/kwh
Eficiencia económica
Eficiencia ambiental
Costes de combustible
Costes de mantenimiento
Costes de inversión
34
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
35
Optimización de los motores / Incremento de eficiència
Motor
Concepto de combustin de alta turbulencia
AVL Tri flow
GEJ - conv.
AVL Tri flow
GEJ HEC
MAN standard (FEV licenc)
TU Graz/2G
36
Schadraumreduzierung
FE Model – Cálculo de la tensión
mecánica
(+ 6% a 180 bar)
Top-Land-Ring (utilizable,
MAN 28‘er Optimierung)
Laufbuchse mit
festem Top-LandRing MAN 08‘er
Optimierung
37
Eficiencia en diferentes conceptos de motor
Comparación CHP conocido/ líneas 2G – agenitor®
Eficiencia el. [%]
CHP
38
Gama de productos 2G
agenitor® para aplicación con biogas
Potencia
eléctrica
Eficiencia
eléctrica
Potencia
térmica
Eficiencia
térmica
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*Abweichungen
%
445 kW **zum Ende des
44,6
%
möglich
Quartals
312
450 kW
40,6 %
Produit
469 kW
42,3 %
39
agenitor®
: Una mejor eficiencia mediante una optimización del motor
Optimizado
Convencional
agenitor
250kW
KWK
250kW
588 kWh
Biogas
610 kWh
Biogas
250kWh
227kWh
Diferencia
14kW x 8000h/a x 0,14 €/kWh
25 694 €/a de beneficio para el cliente
40
Procesos para baja potencia
•
•
•
•
•
•
•
Polideportivos
Hoteles
Hospitales
Residencias
Granjas
Piscinas
etc
Entre 50-500KW
Uso del calor según consumo
Uso de la electricidad según consumo
41
41
Procesos para baja potencia
• Plantas de biogás satélites:
42
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
43
Caso práctico
•
•
•
•
Lecheria
250Kw eléctricos de cogeneración
100Kw de vertido a la red
Resto autoconsumo
44
44
Caso práctico
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
0
1
2
HORAS
65 120 165 170 170 140
3
4
5
6
7
8
40
50
60 130 165 170 170 160
40
45
70 170 170 180 165
9
10
11
17
18
19
12
13
14
15
16
20
21
22
23
300
250
200
150
100
50
0
0
5
10
15
generada
20
demandada
45
25
30
45
Comparación agenitor 406
P.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
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
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
HORAS
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
1,4
1,4
2,1
2,3
2,3
2,3
4,8 5,3 5,3 5,3
2,3
1,3
1,3
1,5
2,3
2,3
2,3
2,3
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)
46
Caso práctico
300.0
250.0
P.Generada KWK
KWe
200.0
P.Generada Agenitor
406 KWe
150.0
Consumo KWpci
100.0
Diferencia KWe
50.0
0.0
0
2
4
6
8 10 12 14 16 18 20 22
Ganancias anuales del diferencial: 34.319€/a
47
Optimización de los motores / Incremento de eficiència
Motor
Desarrollo propio: 2G Mezclador de gas
48
49
Gracias por vuestra atención !
Contacto
Judit Serra Marsal
Gerente
Carrer anselm clavé,
Nº4, 4t 3a
08500, Vic (Barcelona)
Tél.: 93 883 22 05
E-Mail: [email protected]
50