¿Puede operar con carga baja un sistema CHP de gas natural de 18–150 kW en servicio continuo?

Sí: un sistema de cogeneración (CHP) de gas natural de 18-150 kW para servicio continuo puede funcionar con carga baja, siempre que el punto de funcionamiento se mantenga dentro del rango aprobado por el fabricante. La capacidad para servicio continuo describe una clasificación de servicio; no garantiza un funcionamiento fiable y eficiente a todos los niveles de potencia. Cuando la demanda eléctrica de un edificio disminuye durante la noche, pero sigue habiendo demanda de agua caliente, mantener en funcionamiento el sistema CHP puede ser útil o puede consumir combustible sin producir suficiente electricidad y calor de valor útil.

La decisión depende del motor concreto, los controles del generador, el circuito de recuperación de calor y los requisitos de emisiones. Antes de reducir la potencia de salida, determine la carga eléctrica mínima sostenida permitida, compruebe si el calor recuperado sigue siendo aprovechable y confirme que el modo de funcionamiento permite la reducción prevista. No existe un porcentaje mínimo de carga único aplicable a todas las unidades del rango de 18–150 kW.

El servicio continuo y la carga mínima son límites distintos

La clasificación de servicio continuo debe interpretarse junto con las condiciones de clasificación del fabricante, incluidas la calidad del combustible, la temperatura ambiente, la altitud, los sistemas de refrigeración y los requisitos de mantenimiento. Por sí sola, no especifica la capacidad de reducción de carga del motor. El funcionamiento breve a potencia reducida durante la sincronización o la parada también es distinto de permanecer en ese nivel durante horas.

Para calcular el porcentaje de carga, utilice la potencia eléctrica nominal aplicable al emplazamiento, en lugar de suponer que la potencia nominal de placa está disponible en todas las condiciones:

Porcentaje de carga eléctrica = potencia eléctrica real ÷ potencia eléctrica nominal aplicable × 100.

No sustituya la potencia activa por la corriente del generador sin tener en cuenta la tensión y el factor de potencia. Una unidad puede transportar una corriente considerable y, a la vez, suministrar relativamente pocos kW; por tanto, la corriente por sí sola no indica de forma fiable la carga del motor.

El modo de control también es importante. Un sistema CHP conectado en paralelo a la red generalmente puede ajustar su consigna de kW dentro de los límites configurados. Una unidad que funciona en isla debe equilibrar la demanda conectada y mantener la tensión y la frecuencia; para aumentar su potencia de salida se necesita carga adicional, almacenamiento u otro medio aprobado de absorber potencia. Cambiar únicamente una consigna no crea demanda.

¿Qué cambia al reducirse la potencia de salida?

Por lo general, la eficiencia eléctrica disminuye con cargas reducidas, porque las pérdidas por fricción y bombeo, así como el consumo de los equipos auxiliares, adquieren mayor peso en relación con la potencia útil. Evalúe la electricidad neta suministrada al emplazamiento, no solo la potencia bruta del generador. A carga baja, las bombas, los ventiladores y otros equipos auxiliares pueden consumir una proporción mayor de la generación.

La recuperación de calor no necesariamente disminuye en proporción directa a la potencia eléctrica. Las contribuciones del agua de refrigeración de la camisa y de los gases de escape varían de forma diferente, por lo que puede cambiar la relación entre calor y potencia. Una temperatura más baja de los gases de escape puede reducir la utilidad del calor recuperado de estos para aplicaciones que requieren temperaturas más altas, aunque el sistema siga produciendo agua caliente.

La estabilidad de la combustión es otro límite. Según el diseño y la calibración del motor, el funcionamiento sostenido a carga baja puede aumentar la variación entre ciclos, los fallos de encendido, el monóxido de carbono o los hidrocarburos sin quemar. Los motores de combustión pobre requieren un control adecuado de la relación aire-combustible y del encendido en todo su rango de funcionamiento aprobado. No dé por hecho que un resultado de emisiones obtenido a carga nominal sigue siendo válido a carga mínima.

Si el sistema cuenta con pos tratamiento de gases de escape, también deben tenerse en cuenta su temperatura y sus requisitos de funcionamiento. Una temperatura estable del refrigerante no demuestra que las condiciones de combustión o del pos tratamiento sean aceptables. Del mismo modo, las recomendaciones sobre «wet stacking» de los motores diésel no deben aplicarse directamente a un motor de gas natural; siga las instrucciones específicas de funcionamiento del fabricante del motor de gas.

Determine los límites de funcionamiento antes de modificar los horarios

Solicite documentación específica del modelo en lugar de basarse en una afirmación general de que el equipo «admite carga parcial». Para decidir si es posible mantener un funcionamiento a carga baja, necesita la siguiente información:

• Potencia eléctrica continua mínima: distinga el funcionamiento sostenido de la descarga temporal, el calentamiento y los periodos de enfriamiento permitidos.
• Rendimiento a carga parcial: obtenga los datos de consumo de combustible, eficiencia eléctrica neta, calor recuperable y temperatura de suministro para los puntos de funcionamiento pertinentes.
• Límites de control: confirme las rampas de potencia permitidas, los tiempos mínimos de funcionamiento y parada, las condiciones de sincronización y los ajustes de protección contra potencia inversa.
• Condiciones de combustión y emisiones: identifique los límites de calidad del combustible, los requisitos de monitorización y cualquier restricción de carga asociada al pos tratamiento.
• Requisitos de disipación de calor: confirme qué ocurre cuando el emplazamiento no puede absorber el calor recuperado y si el sistema de refrigeración instalado permite que la unidad siga funcionando.

Las funciones de control por sí solas no establecen una clasificación de carga mínima. Por ejemplo, el grupo electrógeno de gas en contenedor de 1000 kW, modelo AMC1000NS, especifica control electrónico de velocidad, control de combustible de circuito cerrado con combustión pobre y funcionamiento automático con un solo botón. Queda fuera del rango de 18–150 kW, y esas especificaciones no determinan el límite de reducción de carga de una unidad CHP pequeña ni demuestran su rendimiento de recuperación de calor. Evalúe el modelo realmente instalado en lugar de extrapolar capacidades de otros productos.

Evaluación práctica del funcionamiento a carga baja

Empiece por revisar los registros de demanda del emplazamiento. Determine cuándo disminuye la demanda eléctrica, cuánto duran esos periodos y si coinciden con una demanda térmica útil. Una carga diaria media puede ocultar varias horas por debajo del mínimo de funcionamiento permitido para la unidad.

1. Registre una línea de base estable. En un punto de funcionamiento aprobado, registre la potencia eléctrica, el consumo de combustible, las temperaturas del refrigerante, las temperaturas de suministro y retorno del circuito térmico, el caudal, las lecturas de los gases de escape cuando estén disponibles y las alarmas activas.
2. Reduzca la potencia solo mediante los controles aprobados. Siga el procedimiento de puesta en servicio o funcionamiento del fabricante. Espere a que las lecturas se estabilicen en cada etapa permitida; evite ajustes arbitrarios del combustible, el encendido o las protecciones.
3. Compruebe el suministro de calor útil. Verifique la temperatura y el caudal en el proceso o circuito de almacenamiento abastecido. Que el refrigerante del motor esté caliente no demuestra que el edificio esté recibiendo calor útil.
4. Compare la estabilidad y el consumo. Compruebe si hay oscilaciones de velocidad, indicios de fallos de encendido, variaciones anómalas de la temperatura de escape, mayor consumo de combustible por kWh neto o avisos del pos tratamiento.
5. Documente el rango de funcionamiento aprovechable. Registre las restricciones relacionadas con la demanda, las condiciones del combustible, la disipación de calor y el modo de control. Trátelo como un procedimiento operativo específico del emplazamiento, no como sustituto de los límites del fabricante.

Utilice la instrumentación instalada y los puntos de medición aprobados. Las pruebas de combustión, los ajustes del sistema de gas y la verificación de emisiones requieren equipos adecuados y personal cualificado. Nunca anule una parada de protección para ampliar el rango de funcionamiento a carga baja.

Elija un horario que se ajuste tanto a la electricidad como al calor

Un acumulador térmico puede separar las horas de funcionamiento del sistema CHP de las horas de uso del calor, pero no elimina el requisito de carga eléctrica mínima del motor. Su capacidad útil, los límites de temperatura, las pérdidas en reposo y los controles de carga determinan si permite periodos de funcionamiento provechosos.

Si hay varias unidades, puede ser preferible hacer funcionar menos máquinas con una carga adecuada que reducir la carga de todas ellas. Para una sola unidad, un funcionamiento programado puede ser mejor que una modulación continua. Tenga en cuenta la frecuencia de arranque aprobada, los requisitos de calentamiento y las implicaciones para el mantenimiento; los ciclos frecuentes no son automáticamente una mejora.

Cuándo el funcionamiento estable sigue sin ser la opción adecuada

Compare el coste del combustible con el valor de la electricidad neta y del calor útil en el punto de funcionamiento previsto. Incluya el consumo de los equipos auxiliares, las restricciones de exportación, la provisión para mantenimiento y el coste del calor de sustitución o de la electricidad de la red. El calor disipado mediante un enfriador no debe recibir el mismo valor económico que el calor que sustituye al combustible de una caldera.

Los fallos de encendido persistentes, las oscilaciones, las temperaturas anómalas, las alarmas de emisiones o las activaciones repetidas de las protecciones son motivos para abandonar el punto de funcionamiento cuestionable mediante el procedimiento aprobado e investigar la causa. Aunque no haya alarmas, una menor producción de calor útil o un consumo excesivo de combustible pueden justificar otro horario. El límite inferior defendible es el punto que está aprobado por el fabricante, es estable, cumple las normas de emisiones cuando corresponda y resulta conveniente para el emplazamiento; no es simplemente el ajuste de kW más bajo que acepta el controlador.