Diseño de un sistema de generación eléctrica de 42 MW, alimentado con gas natural y gas licuado de petróleo

Abstract

Se realiza el diseño de un sistema de generación eléctrica de 42 MW el cual es alimentado con gas natural y gases licuados de petróleo (GLP), donde el gas natural funciona como combustible principal y el GLP como combustible de respaldo. Para esto se recurre a la búsqueda de equipos de generación los cuales tengan la flexibilidad para trabajar con ambos combustibles. Ante la novedad del uso de GLP como combustible para generación de potencia eléctrica, se realiza un estado de la técnica, donde se llega a la empresa Wärtsilä, la cual cuenta experiencia en el diseño de sistemas de generación con GLP. Wärtsilä ha realizado proyectos de generación eléctrica por medio de GLP en Centro América, en Roatán Island, Honduras, utilizando el motor W20V34SG. Por otro lado, se requiere de un almacenamiento para poder trabajar a máxima potencia por 5 días con GLP, por lo que se realiza el diseño de detalle de los tanques de almacenamiento de acuerdo a normas como lo son ASME Boiler and Pressure Vessel Code, y la norma ASTM D-1835 para caracterización de GLP. De la mano con el diseño de detalle de los tanques de almacenamiento, se realiza una distribución de planta, la cual debe ser inferior a 1.5 hectáreas. Para esto, se tiene en cuenta la norma API 2510 para plantas que utilizan GLP, así como el maximizar los espacios, el fácil montaje y operación de la planta. Por último, se realiza un análisis económico financiero. Por medio de este análisis, se busca entender y obtener patrones en el mercado energético nacional, para así poder prever las ventas a realizar y así mismo los costos de generación. Se logra obtener el costo unitario de generación por medio de gas natural, de acuerdo a diferentes condiciones climáticas, y por medio de GLP internacional, llegando a valores entre $150 y $190 COP/kWh, y $660 para GLP. Por último, se obtiene una viabilidad del proyecto debido a que se tiene utilidad neta positiva al finalizar los 20 años de vida útil del proyecto.

It is realized the design of a power generation system of 42 MW, which is fueled by natural gas and liquefied petroleum gases (LPG), where natural gas works as primary fuel and LPG as backup fuel. To fulfill this requirement, it is searched for power generation engines or turbines that have the fuel flexibility for working on both fuels. Since LPG is new for this kind of operation, a state of the art is realized, where Wärtsilä, a marine engine manufacturer company, is known for having experience in the design of power generation systems fueled by LGP. Wärtsilä has realized LPG fueled power generation systems in Central America, especially in Roatan Island, Honduras, using the W20V34SG engine. On the other side, it is required that there is an amount of LPG enough to power the plant for 5 days without refueling. Therefore, the detailed design of storage tanks is made, taking into account international codes, such as the ASME Boiler and Pressure Vessel code, and the ASTM D-1835 code for characterizing the LPG. At the same time, it is carried out a plant distribution, which must be 1.5 hectare or less. For this, it is used the API 2510 code as security for usage of LPG on power plants, and at the same time it is taken into account that the available space must be maximized, and that it must be easily assembled and operated afterwards. By last, a financial – economic analysis is made, seeking to understand and obtain patterns in the local energy market, which can lead into approximate generation costs and foresee possible sales. It is obtained the unitary cost of generation (COP/kWh) fueled by natural gas, taking into account different annual climates, and fueled by international LPG, which result in costs between $150 and $190 COP/kWh for natural gas, and $660 for LPG. By last, it is accomplished a project viability since it is reached a positive net profit when 20 years had passed.