Optimizacion de sistemas de energia

OPTIMIZACION DE SISTEMAS DE ENERGIA
MODELO DE OPTIMIZACION INCLUYENDO UN SISTEMA DE COGENERACION CON TURBINA DE GAS

La alta rentabilidad de la cogeneración es una idea muy extendida. La cuantificación de esta rentabilidad y el establecimiento de los parámetros que optimizan la operación de un sistema de vapor que está dotado de una cogeneración, son el objeto de un modelo matemático cuyametodología y bases se incluyen en este artículo.

1. INTRODUCCION
La tendencia actual es cubrir las necesidades de energía eléctrica y vapor de una planta química o petroquímica mediante sistemas de energía formados por ciclos de cogeneración. La tecnología de la cogeneración termoeléctrica se basa en el concepto de obtención y aprovechamiento simultáneos de energía eléctrica y térmica a partir deun combustible. La electricidad producida puede ser consumida en el mismo ámbito de operación de la instalación, o bien puede ser enviada a la red general de distribución. La energía térmica se aprovecha mediante un sistema de recuperación de calor para dar servicio a los consumidores térmicos. Cuando éstos precisan una demanda superior a la aportada por los gases de escape de la máquina deaccionamiento, entra en funcionamiento el sistema de postcombustión. De esta manera, se satisfacen las necesidades de los consumidores y, además, se consigue una cierta autonomía térmica y eléctrica (en caso de avería de la máquina de accionamiento, la demanda de elec-

tricidad se puede obtener de la red general y la demanda de energía térmica mediante la fuente de calor adicional). Esta autonomíaes un argumento decisivo para procesos industriales sensibles a paradas, ya que permite garantizar la continuidad del suministro. Los ciclos de cogeneración forman parte del sistema de vapor de las plantas de proceso. Dicho sistema incluye la generación y red de distribución de vapor con la finalidad de obtener energía eléctrica y/o mecánica y, a su vez, satisfacer las necesidades de vapor de laplanta (como medio calefactor o para consumo directo del proceso). En el presente trabajo se analiza un sistema convencional de producción y distribución de vapor de una planta química obtenido de Miquel y Castells [5]. Posteriormente se estudian las consecuencias de la sustitución de la caldera convencional por un ciclo de cogeneración constituido por una turbina de gas y una caldera derecuperación de calor (el esquema se presenta en la figura 1). El objetivo del trabajo es optimizar las condiciones de funcionamiento, así como evaluar la mejora en el coste de
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F. FERNANDEZ-NORTE, J. C. BRUNO y F. CASTELLS
Dpto. de Ingeniería Química, E.T.S. de Ingeniería Química de Tarragona

E. MARIMON
Aiscondel, S.A.
INGENIERIA QUIMICA - MAYO 1996

Fig. 1. Esquema de la planta de serviciosoperación y la repercusión sobre las prestaciones de la planta, que supone la introducción del sistema de cogeneración. Con el modelo desarrollado es posible optimizar un sistema de energía (planta de cogeneración más red de vapor correspondiente) formado por los siguientes equipos: (a) Turbina de gas. (b) Caldera de recuperación de calor con/sin postcombustión. (c) Sistema de vapor: -Colectores: • Vapor a diferentes niveles de presión. • Condensado. • Agua desmineralizada. • Agua de calderas. - Calderas auxiliares. - Calderas de recuperación de calor de proceso. - Turbinas de vapor (contrapresión y/o condensación).
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- Consumidores de vapor. - Condensadores de vapor. - Válvulas reductoras. - Desgasificadores. - Posibilidad de exportar y/o importar vapor. En los datos de entradadel programa se especifica la topología de la instalación y las diferentes características y parámetros de los equipos que la forman. El programa se estructura en módulos, cada uno de ellos genera automáticamente los balances de materia y energía de cada equipo. En una primera fase se realiza la simulación de la planta, que permite reproducir con fiabilidad las condiciones operatorias de...