Evaluación técnica y económica de implementar trigeneración en centrales termoeléctricas de Iberdrola en México: Cogeneración Monterrey como caso de estudio

Abstract

Las centrales tipo cogeneración se caracterizan por tener elevadas eficiencias, al adicionar la producción de energía térmica en forma de calor (vapor sobrecalentado) a la producción de energía eléctrica a partir de un mismo combustible. No obstante, durante la generación de este tipo de energías existen perdidas que son liberadas al medio ambiente en forma de energía residual. Por ende, se plantea adicionar la producción de energía frigorífica, aprovechando la energía excedente en las centrales termoeléctricas, con el objetivo de aumentar la eficiencia y disminuir sus emisiones al medio ambiente. Dentro de las unidades de enfriamiento comercialmente disponibles, el chiller de absorción se considera una de las mejores opciones de implementación en centrales termoeléctricas. Por lo tanto, con la ayuda del software Engineering Equation Solver (EES), en el presente trabajo se realizó un modelo termodinámico de la central Cogeneración Monterrey, perteneciente a Iberdrola México, la cual cuenta con una capacidad instalada de 45 MWe y 35 MWt de vapor, con una eficiencia promedio del 36%. Al modelo se le añadió un chiller de absorción de una y dos etapas, usando LiBr-H2O como solución absorbente/refrigerante. Se analizó el comportamiento del sistema bajo las condiciones actuales de operación, incluyendo las condiciones ambientales y demanda de vapor por parte de los usuarios. Por último, se realizó un análisis económico de los sistemas propuestos para su implementación en la central de cogeneración, tomando en cuenta la venta de frio como una línea de negocio en la industria de México. Como resultado del proyecto, con 21.35 MWt disponibles en el escape de la chimenea se pueden recuperar 7.91 MWt, produciendo un total de 9.5 MW de energía frigorífica, con un aumento de la eficiencia en 8.14%. Bajo este escenario, y manteniendo un precio de venta mínimo de 0.05 US$/Ton-h, se obtiene un VPN de US$6,299,399 con un IRR del 27%, resultando en un periodo de recuperación de 5.77 años. Con el vapor sobrecalentado se disponen de 10.7 MWt, de los cuales es posible recuperar 6.05 MW y producir 7.26 MW de energía frigorífica, aumentando la eficiencia un 6.28%. Bajo este escenario, y con el precio de venta mínimo de frio en 0.05 US$/Ton-h, el VPN es de US$4,611,372 con un IRR del 36% y una recuperación de la inversión a 3.12 años. Por otro lado, al usar el frío como autoconsumo se observa un incremento del 7% en la eficiencia, con un ahorro promedio 2.72 MW, equivalente a 0.05 kg/s de gas natural, en este escenario el mejor de los casos registró un periodo de recuperación de 11 años con un IRR del 12%.