Sistema de micro-cogeneración con turbina de gas acoplada a una caldera convencional
Microcogeneración, una solución rumbo a la sustentabilidad energética

Sistema de microcogeneración con turbina de gas acoplada a una caldera convencional

0 Pequeñas y medianas industrias beneficiadas
1 Meta
Este proyecto propone diseñar e instalar un sistema de cogeneración (microturbina-caldera) para generar energía eléctrica y térmica para beneficio de las Mipymes
Organización
Universidad Autónoma Metropolitana
Contacto
Hernando Romero-Paredes Rubio
hrp@xanum.uam.mx
Eslogan
Microcogeneración, una solución rumbo a la sustentabilidad energética
ODS en los que incide el proyecto
Área temática
Economía circular y tecnologías sostenibles
Tipo de proyecto
Tipo de proyecto: 1 - Investigación, desarrollo e innovación social, Banco de proyectos, SDSN México
Investigación, desarrollo e innovación social
Estatus
En desarrollo teórico

Desafíos

Contexto
  • El factor de emisiones del sistema eléctrico nacional (SEN) ha incrementado 11.23% en cinco años (0.454 tCO2e/MWh en 2014 a 0.505 tCO2e/MWh en 2019), eso implica mayores emisiones de gases invernadero (GEI).
  • El desarrollo de sistemas energéticos de generación eléctrica con energías renovables aún no logra impactar positivamente en el factor de emisiones del SEN.
  • La innovación en sistemas de cogeneración no ha avanzado de acuerdo con las expectativas debido a falta de conocimientos y recursos financieros.
  • Con base en la metodología de cogeneración eficiente se alcanzan cifras de energía libre de combustible (ELC) del 70 al 80% y se pueden obtener certificados de energía limpia (CEL).
Cifras relevantes
10%
del consumo de combustible se puede disminuir con una microturbina de gas y una caldera pirotubular
8%
de las emisiones de dióxido de carbono generadas por cada MWh/año pueden ser reducidas con sistemas de microcogeneración
¿Cuál es el problema a afrontar?
  • Las emisiones de GEI en México se deben a la quema de combustibles fósiles para generar energía eléctrica y llevar a cabo procesos térmicos.
  • Los GEI contribuyen notablemente al calentamiento global y al cambio climático.
  • Los GEI amenazan la seguridad alimentaria mundial, la salud, el desarrollo sostenible y la erradicación de la pobreza.
  • Las Mipyme pagan costos muy elevados por el servicio de energía eléctrica, por ello es necesario desarrollar tecnología para abatir su consumo energético y reducir sus gastos.
  • Los sistemas de cogeneración y microcogeneración de energía eléctrica y térmica eficientes aún son muy caros.
Microcogeneración, una solución rumbo a la sustentabilidad energética

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Solución

Este proyecto permitirá contribuir a alcanzar las metas nacionales de reducción de emisiones de GEI establecidas en la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (CMNUCC) y en los Acuerdos de París adoptados en la COP 21. 

 

Nuestro objetivo es desarrollar un modelo tecnológico innovador que incremente la eficiencia de los sistemas de generación de energía eléctrica y térmica, y que disminuya los costos de estos servicios. La cogeneración o producción combinada de calor y electricidad (CHP) es un proceso que genera electricidad y energía térmica utilizable (calor y/o refrigeración) con alta eficiencia y cerca del usuario. La propuesta se centra en abordar a las Mipyme para ofrecerles sistemas de microcogeneración con turbina de gas. 

 

Cuando los gases calientes de una microturbina de gas (MTG) se inyectan a una caldera convencional se reduce sustancialmente el consumo de combustible, pero sin afectar su funcionamiento. Al utilizar calor de desecho se reducen las emisiones de CO2 y también los gastos porque no es necesario adquirir una caldera de recuperación de calor nueva debido a que se puede usar la o las calderas con las que cuente cada empresa. Para hacer esto posible, primero llevaremos a cabo una evaluación técnica para saber si el flujo de los gases calientes afecta la combustión en la caldera, con base en ello estableceremos la metodología y desarrollaremos la tecnología para el acoplamiento microturbina-caldera. 

¿Cómo incide en los ODS?
7. Energía asequible y no contaminante
La microcogeneración contribuye a la reducción del gasto en energía eléctrica y térmica que utilizan las Mipymes y disminuye las emisiones de GEI.
9. Industria, innovación e infraestructura
Es una tecnología innovadora de bajo costo para la generación de electricidad y calor.
11. Ciudades y comunidades sostenibles
Esta tecnología innovadora y sostenible puede utilizarse en los sectores industrial, comercial y de servicios, así como para uso doméstico.
13. Acción por el clima
Un sistema de cogeneración a cualquier escala contribuye notablemente a la reducción de GEI y por ende a la mitigación del cambio climático.
Población beneficiada
  • Personas que habitan cerca de las zonas industriales porque con esta tecnología se reducirá la emisión de contaminantes.
  • Las Mipyme son el sector que más se beneficiará ya que reducirán su gasto en energía eléctrica.
Impactos y beneficios

Aporta los siguientes beneficios energéticos, ecológicos, económicos y sociales:

  • 10% de disminución de energía primaria.
  • Reducción de emisiones de GEI, 8% por MWh generado.
  • Reducción de hasta 1000 toneladas de CO2 por GWh de energía generada (depende del tamaño del sistema y el combustible empleado).
  • Mitigación del cambio climático.
  • Disminución de pérdidas en el sistema eléctrico.
  • Aumento en la calidad del servicio eléctrico.
  • Incremento de la competitividad industrial.
  • Promoción de nuevas empresas de comercialización de estos sistemas.
  • Reducción de la inversión inicial y costos de operación y mantenimiento.

¿Qué apoyos requiere el proyecto?

Concepto Costo
Etapa 1
Trabajo de campo  $20,000.00
Gastos de operación $400,000.00
Maquinaria y equipo $1,230,000.00
Promoción y difusión $30,000.00
Subtotal $1,680,000.00
Etapa 2
Servicios externos $300,000.00
Herramientas y dispositivos $850,000.00
Obra civil $200,000.00
Gastos de ingeniería $100,000.00
Promoción y difusión $30,000.00
Subtotal $1,480,000.00
Total
$3,160,000.00
Alianzas y apoyo técnico requerido
  • Pequeña o mediana empresa urbana que cumpla con los siguientes requerimientos:
    • Consumo eléctrico con una demanda mayor a 100 kWe y necesidades de calor de proceso en la misma magnitud.
    • Operación de la planta mayor a 5 mil horas al año.
    • Que tenga una caldera pirotubular de 80 caballos caldera (CC).
    • Comprometida a dar mantenimiento a la instalación durante su vida media.
    • Permitir el acceso para supervisión, capacitación de personal especializado y visitas a las instalaciones.
  • Alianzas con fabricantes, proveedores y distribuidores de equipos y materiales necesarios para el proyecto, asociaciones civiles del ramo (Cogenera México, AC), instituciones gubernamentales (Conuee, Fide), sector industrial, empresas financieras o inversores.
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Equipo

Perfil del equipo de trabajo

Nuestro grupo de trabajo está integrado por ingenieros químicos, civiles y

mecánicos-electricistas, especialistas en termodinámica e instalaciones industriales, administradores y contadores.

Integrantes

Hernando Romero Paredes Rubio, director de proyecto, ingeniería química industrial, procesos químicos, termodinámica y cinética de altas temperaturas, energía solar, ahorro de energía, transformación de la energía, fuentes renovables de energía.

 

Adriana Santamaria Padilla, ingeniería en energía, desarrollo de base de datos y análisis de consumo térmico y eléctrico para la industria, simulación de procesos termodinámicos en ciclos de vapor y gas, comportamiento de motores alternativos y turbinas de gas para sistemas de cogeneración, y uso eficiente de la energía para los requerimientos de consumo eléctrico y térmico.

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