Proyectos de eficiencia energética: aplicaciones de los turboexpanders para generación eléctrica

[SPA] El modelo energético mundial y el español evolucionan para satisfacer el incremento de la demanda intentando evitar los efectos ambientales a través de la eficiencia, las energías renovables y el uso del gas natural como combustible fósil de transición. Algunos autores predicen la era dorada del gas natural pues soluciona el hueco térmico tanto para uso doméstico como para generación eléctrica sin un gran impacto ambiental por las emisiones que produce y su uso en los ciclos combinados que tienen un alto rendimiento. Esta tendencia de altos consumos de gas natural necesita una red gasista de transporte y distribución donde se desperdicia una gran cantidad de energía. Esta tesis doctoral aborda el estudio de la utilización de turbinas de expansión acopladas a un generador eléctrico en las estaciones de regulación de presión del gas natural donde las válvulas expanden el caudal que fluye y consumen así parte de la energía que se gastó previamente para comprimirlo y transportarlo. Se estudia en profundidad la tecnología de los turboexpansores como una herramienta de eficiencia energética del gran consumidor de gas natural calculando su potencial en España y en el mundo. Se estudia en detalle el potencial en los ciclos combinados y su viabilidad en distintos casos de estudio. Los cálculos se realizan en base a las conclusiones obtenidas de una revisión en profundidad del estado del arte en esta aplicación. Se muestran los distintos casos donde se puede aplicar, realizando un análisis específico del consumo de gas natural en España, calculando todo su potencial. Se realizan varios estudios de viabilidad en los ciclos combinados dependiendo de su grado de funcionamiento. Finalmente, y usando una estimación que se deduce de las ecuaciones que definen los cálculos de potencia eléctrica a partir del caudal de gas natural se realiza un análisis del potencial a nivel mundial en base al consumo de cada nación. Se concluye después de investigar en detalle esta aplicación que insertando turboexpanders en los gaseoductos se pueden generar hasta un 1,8% de la electricidad mundial evitando así las emisiones de CO2 asociadas al uso de combustibles fósiles. [ENG] Worldwide ( and in the Spain) the energy sector evolves in order to satisfy the growing demand electric but at the same time trying to mitigate the environmental impact through the energy efficiency, renewables and using natural gas like the transition fuel . Some authors name this scenario like the golden age of natural gas since this fossil fuel solves the thermal generation for domestic purposes and also a flexible and high efficient electric generation at the combined cycle power plants. Natural gas is consumed in huge volumes in large consumers like CCGTs. Gas system waste a lot of energy compressing and expanding to transport the fuel. In this doctoral thesis the usage of turboexpanders with a generator is studied like a more efficient alternative to the gas regulation stations where the gas is expanded in valves. State of the Art at turboexpanders technology is reviewed and case studies are exposed. Combined cycle power plants have been study in detail like a case where turboexpanders have economic feasibility depending on the usage factor. Spanish gas natural grid and yearly consumption is study to assess the application of the turboexpanders to recover energy lost in the transport. From the equations that define power in function of the flow of natural gas an estimator is used to assess the worldwide power potential generation based on the nation’s yearly consumption. It is concluded that inserting turboexpanders in the gas pipes it can be generated at least 1.8% of the world electricity consumption without C02 emissions.Universidad Politécnica de CartagenaPrograma Oficial de Posgrado en Energías Renovable