Diseño preliminar de un sistema de cogeneración con capacidad de suministro de electricidad y aire acondicionado para la reducción de costos de operación en un centro comercial

Abstract

La cogeneración de energía es un enfoque que permite la aplicación de diversas tecnologías capaces de generar de forma simultánea o continua energía mecánica útil que generalmente se termina en transformar en energía eléctrica y por otra parte también la generación de calor útil para su aprovechamiento en distintos procesos de la industria. En la actualidad los centros comerciales de mayor envergadura de la ciudad de Lima están optando por emplear sistemas de autogeneración, ya no únicamente para la reducción de costos operativos en horas punta, sino también para la satisfacción de gran parte de su demanda, dejando la conexión a la red eléctrica para casos especiales como la presencia de un exceso de demanda. En este contexto existe la posibilidad de aprovechar el calor residual de las máquinas de generación para la obtención de agua helada que podría ser empleada en el sistema de climatización del centro comercial y reducir de esta manera los costos económicos de energía. En el presente trabajo se determinan las demandas de energía eléctrica y de aire acondicionado para un centro comercial de la ciudad de Lima, tomando como referencia perfiles de carga típicos para este tipo de establecimientos tomados del manual de diseño de sistemas de calor y potencia combinados de ASHRAE (2015), de donde también se toman recomendaciones de diseño para este tipo de sistemas. Posteriormente se realiza un diseño preliminar del sistema que incluye al motor primario, alternador, sistemas de recuperación de energía y enfriador de absorción que emplea agua caliente como fuente de calor, mediante el cual se obtiene un ahorro de energía primaria de 43.14% comparado con el sistema convencional que compra energía a la red. Por otro lado, se realiza el análisis del cumplimiento en base a los criterios de calificación especificados en el reglamento de cogeneración N° 037-2006, el cual menciona valores mínimos de Rendimiento Eléctrico Equivalente (REE) y relación C que deben cumplir las plantas de cogeneración para poder inyectar los excedentes de potencia y energía eléctrica al Sistema Eléctrico Interconectado Nacional (SEIN).

Energy cogeneration is an approach that allows the application of various technologies capable of simultaneously or continuously generating useful mechanical energy that generally ends up being transformed into electrical energy and, on the other hand, also the generation of useful heat for its use in different processes of the industry. Nowadays, the largest shopping centers in the city of Lima are choosing to use self-generation systems, not only to reduce operating costs at peak hours, but also to satisfy a large part of their demand, leaving the connection to the electricity grid for special cases such as the presence of excess demand. In this context, there is the possibility of taking advantage of the residual heat from the generating machines to obtain chilled water that could be used in the air conditioning system of the shopping center and thus reduce the economic costs of energy. In this paper, the demands for electrical energy and air conditioning for a shopping center in the city of Lima are determined, taking as reference typical load profiles for this type of establishments taken from the manual for the design of combined heat and power systems of ASHRAE (2015), from which design recommendations for this type of systems are also taken. Subsequently, a preliminary design of the system is carried out that includes the primary motor, alternator, energy recovery systems and absorption chiller that uses hot water as a heat source, through which an annual primary energy saving of 43.14% is obtained compared to the conventional system that buys energy from the grid. On the other hand, the analysis of compliance is carried out based on the qualification criteria specified in the cogeneration regulation No. 037-2006, which mentions minimum values of Equivalent Electric Performance (REE) and C ratio that the power plants must meet. cogeneration to be able to inject surplus power and electrical energy into the National Interconnected Electric System (SEIN).