Siete de calor y energía

Los próximos proyectos para alimentar a la red eléctrica estadounidense recibirán hasta 10 millones de dólares, los cuales se caracterizan por el uso de tecnologías combinadas

Foto superior: Una de las líneas de investigación del Instituto de Investigación del Suroeste (SWRI, por sus siglas en inglés) es la maquinaria para turbinas de ciclos combinados

Por Redacción

El Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE, por sus siglas en inglés) anunció la selección de siete proyectos que recibirán hasta 10 millones de dólares para la investigación y desarrollo de tecnologías que permitan a los pequeños y medianos fabricantes utilizar sistemas combinados de calor y electricidad (CHP, por sus siglas en inglés), con el objetivo de proporcionar servicios a la red eléctrica.

Una red confiable y resistente es un elemento crítico para el crecimiento económico y la seguridad energética de los Estados Unidos. A medida que la red interconecta un número creciente de fuentes de energía renovable, como la eólica y la solar, la naturaleza intermitente de la generación, a partir de estas fuentes renovables, crea desafíos para las operaciones del sistema eléctrico.

Los servicios eléctricos y otros operadores de sistemas se enfrentan a una necesidad creciente e inmediata de energía adicional para mantener la red eléctrica estable y segura.

Los sistemas combinados de calor y electricidad o cogeneración (CHP) son un conjunto de tecnologías de gestión distribuida, principalmente, a base de gas, que producen electricidad y energía térmica. Estos sistemas pueden ofrecer a los servicios públicos y los operadores de la red eléctrica una forma rentable de obtener los servicios de red que necesitan para estabilizar el sistema y mantenerlo en funcionamiento. La cogeneración también puede ayudar a mejorar la resiliencia de la red eléctrica de ese país, en este caso, al proporcionar energía suplementaria durante desastres naturales y ayudar a reducir la tensión en la infraestructura existente al satisfacer la demanda máxima; esto reduce la congestión y mejora la calidad energética en general. Además, estos sistemas también pueden proporcionar a los propietarios de las instalaciones electricidad más eficiente y de menor costo.

En la actualidad, la CHP se usa ampliamente en instalaciones industriales donde cuentan con la mano de obra y la experiencia para garantizar la instalación y operación rentables de sistemas grandes. Sin embargo, las instalaciones pequeñas a medianas también podrían beneficiarse de una CHP flexible y rentable. Dichos sistemas tendrían los atributos de la cogeneración convencional, pero también podrían proporcionar apoyo a la red en forma de suministro de electricidad, regulación de frecuencia y reservas (capacidad disponible, según sea necesario).

Turbina de gas Titan 130 de dos ejes para compresor y accionamiento mecánico

A través de esta investigación, el DOE busca habilitar el desarrollo del sector privado de sistemas de CHP flexibles para instalaciones pequeñas a medianas que puedan proporcionar de manera automática y sin problemas servicios de red esenciales, más fáciles de instalar y operar. Los proyectos seleccionados llevarán a cabo investigaciones sobre tecnologías de cogeneración en dos áreas de interés para el DOE: (1) electrónica de potencia y sistemas de control y (2) componentes de generación de electricidad.

Las selecciones incluyen:

Universidad Clemson, en Carolina del Sur
Este proyecto desarrollará un convertidor de sistema de acondicionamiento de potencia y un sistema de control correspondiente para sistemas CHP (F-CHP) flexibles. Permitirá que las turbinas de gas de alta velocidad proporcionen de manera más efectiva las funciones de soporte de la red y puedan aplicarse fácilmente en las nuevas instalaciones de CHP, o potencialmente modernizar algunas aplicaciones.

ElectraTherm, Inc. – Flowery Branch, Georgia
Este proyecto desarrollará una unidad de generación de Ciclo de Rankine Orgánico (ORC, por sus siglas en inglés) de alta temperatura para proporcionar energía adicional cuando la necesite la red, al tiempo que mantiene la energía térmica útil para su uso en aplicaciones de CHP. El ORC desarrollado bajo este proyecto superará la limitación actual de energía térmica útil después del ciclo de fondo.

GE Global Research – Niskayuna, Nueva York
El proyecto desarrollará un conjunto de soluciones de control y un sistema de convertidor de interfaz de red de tamaño completo para interconectar motores CHP pequeños a medianos con la red eléctrica de bajo a medio voltaje. El controlador de microrred mejorado podría permitir el acoplamiento de un operador de sistema de CHP con el operador de la red de energía eléctrica a través de controles de generador y/o microrred.

Siemens Corporation – Princeton, Nueva Jersey
Este proyecto desarrollará un sistema de CHP mejorado al demostrar componentes novedosos clave con simulaciones por computadora de tecnologías estándar. El trabajo utilizará un ciclo de CO2 de fondo supercrítico para aumentar la producción eléctrica y responder a las solicitudes de la red. El enfoque optimizará el diseño de los sistemas de energía, desarrollará algunos componentes clave (intercambiadores de calor avanzados) y demostrará su desempeño en pruebas reales para demostrar la viabilidad del sistema completo.

Instituto de Investigación del Suroeste – San Antonio, Texas
El objetivo de este proyecto es ampliar la ventana operacional de las turbinas de gas para una mayor reducción, lo que permite una mayor flexibilidad en las relaciones potencia/calor, así como el soporte de la red mediante los sistemas de CHP. Esto se logrará por medio del desarrollo de un sistema de combustión de bajas emisiones capaz de mantener la combustión durante la operación de alto rendimiento. El proyecto se centra en la cámara de combustión Solar Titan 130 y ampliará la ventana operativa para permitir una reducción de carga de 30 a 40 por ciento.

La cogeneración ayuda a mejorar la resiliencia de la red eléctrica; en este caso, al proporcionar energía suplementaria y reducir la tensión en la infraestructura

Universidad de Tennessee, Knoxville
Este proyecto desarrollará un convertidor de sistema de acondicionamiento de potencia y un sistema de control correspondiente para sistemas CHP (F-CHP) flexibles. El convertidor y el controlador del sistema de acondicionamiento de energía (PCS) admitirán diferentes tipos de fuentes CHP, y será escalable para alcanzar la potencia necesaria para servir como el conector de interfaz entre los CHP y una red de media tensión (MV). Esta iniciativa es un trabajo fundamental que podría permitir que varios CHPs/ Distributed Energy Resources (DERs) trabajen juntos e interactúen directamente con la red de media tensión de la red pública. La tecnología podría admitir múltiples microrredes en el futuro.

Instituto Politécnico de Virginia – Blacksburg, VA
Este proyecto desarrollará un convertidor de potencia de voltaje medio modular y escalable, el cual ofrecerá funciones de soporte de red de estabilidad mejorada para futuros sistemas de CHP flexibles que operan en plantas de fabricación de tamaño pequeño a mediano de los Estados Unidos. El proyecto proporciona un trabajo fundamental sobre electrónica de potencia y sistemas de control habilitados por tecnología WBG avanzada. Es capaz de implementarse en una variedad de sistemas CHP existentes y futuros que utilizan una amplia gama de tecnologías principales.

La Oficina de Manufactura Avanzada (AMO, por sus siglas en inglés) de EERE (Eficiencia Energética y Eficiencia Renovable, por sus siglas en inglés) respalda las primeras etapas de investigación para la innovación de la fabricación en esa nación.

La investigación y el desarrollo de calor y energía de AMO es parte de la misión de EERE: avanzar hacia una energía asequible y confiable que promueva el crecimiento económico y la seguridad energética.