Un grupo electrógeno de gas natural es un conjunto de motor de encendido por chispa que quema gas de gasoducto para accionar un alternador, y la decisión de compra se resuelve mediante tres factores antes de cualquier cifra de kilovatios: el gas que su sitio puede suministrar, la forma de la carga en lugar de su pico, y las normas de emisiones aplicables en el lugar donde se ubicará la unidad. Los proyectos que fijan la potencia nominal primero suelen renegociar más tarde la línea de gas, la cabina o el postratamiento. Esta guía aborda dichos factores en el orden en que un proyecto se encuentra con ellos, para luego convertirlos en campos que puede incluir en una solicitud de cotización.

Qué incluye un grupo electrógeno de gas natural y dónde encaja

El paquete es más que un motor. Un conjunto completo combina un motor de gas de encendido por chispa con un alternador, un acoplamiento y un bastidor base, un sistema de refrigeración, un sistema de escape, un panel de control y una línea de gas que filtra, regula y corta el suministro de combustible. La línea de gas es la parte para la cual los compradores de diésel nunca tuvieron que presupuestar, y es donde se concentra la mayor parte de la ingeniería específica del sitio.

La combustión sigue el ciclo Otto: una chispa enciende una mezcla de aire y gas. Dos estrategias dominan el mercado. Los motores estequiométricos funcionan cerca de la relación aire-combustible químicamente ideal y utilizan un catalizador de tres vías para controlar los óxidos de nitrógeno, el monóxido de carbono y los hidrocarburos, lo que exige un control estricto de la relación aire-combustible para proteger el catalizador. Los motores de mezcla pobre funcionan con exceso de aire, lo que reduce la temperatura máxima de combustión y, por tanto, los óxidos de nitrógeno formados dentro del cilindro, a cambio de una mayor energía de encendido y una mayor sensibilidad a la calidad del gas. La estrategia que elige un fabricante determina el paquete de emisiones que usted hereda, por lo que debe incluirse en la comparación y no en la letra pequeña.

Los equipos de gas son adecuados para largas horas de funcionamiento con carga estable: plantas industriales con conexión a gasoducto, hospitales y centros de datos con demanda continua, y esquemas de cogeneración donde se recupera el calor de escape. No se adaptan bien cuando el combustible debe almacenarse en el sitio, cuando la carga cambia más rápido de lo que el motor puede seguir, o cuando el suministro puede interrumpirse sin previo aviso.

Frente al diésel, la comparativa es fácil de enunciar y fácil de subestimar. El gas suele costar menos por unidad de energía entregada cuando existe un gasoducto, y elimina el almacenamiento de combustible en el sitio y las obligaciones de los códigos contra incendios que conlleva. A cambio, el motor produce menos potencia por litro de desplazamiento, responde más lentamente a una carga escalonada y depende enteramente de un suministro que controla otra persona. Un grupo diésel lleva su propio combustible. Un grupo de gas lleva un contrato.

Lectura del suministro de gas antes de leer la especificación

La composición y la presión determinan la potencia que realmente se puede alcanzar, y tres cifras concentran la mayor parte de la importancia.

El número de metano expresa la resistencia al golpeteo (detonación) de un gas, de manera muy similar a como el octanaje lo hace para la gasolina. El gas de gasoducto varía según la región y la temporada, y los componentes más pesados, como el propano y el butano, reducen el número de metano, lo que obliga al motor a retrasar el encendido o a aceptar una reducción de potencia (derating). Un proveedor que cotiza una potencia sin solicitar el número de metano está cotizando un gas que no ha visto.

El índice de Wobbe combina el poder calorífico con la densidad relativa y describe el flujo de energía a través de un orificio fijo. Un cambio en el índice de Wobbe altera la relación aire-combustible que suministra un mezclador, lo que se manifiesta como una combustión inestable y fallos de encendido en lugar de una pérdida limpia de potencia. La norma ISO 6976 calcula el poder calorífico, la densidad, la densidad relativa y el índice de Wobbe a partir de la composición del gas [1], razón por la cual la composición, y no un único poder calorífico, es el dato útil.

La presión determina el alcance mecánico. La hoja de datos especifica una presión de entrada mínima y máxima; por encima de ese rango se requiere una estación de regulación, y la expansión a través de un regulador enfría el gas, por lo que una gran caída de presión puede requerir un calentador para evitar la condensación y la formación de hielo.

Solicite el registro de interrupciones en lugar del promedio de presión. Un promedio le dice lo que verá el motor en un día bueno, y el registro de reducciones le indica lo que hará la planta en uno malo.

Ajustar la potencia nominal a la carga que realmente se ejecuta

Los kilovatios pico son el número menos útil en el archivo del proyecto. Lo que experimenta el motor es una secuencia: cuántas horas a qué carga, qué tan grande es el mayor paso y qué tan rápido vuelve la carga después de un arranque.

Comenzar con la clase de potencia. ISO 8528-1 define cuatro categorías, y una cotización que no nombra una no puede compararse con otra [2].

A continuación, compruebe el escalón de carga. Cada motor tiene un escalón máximo de carga admisible, publicado como porcentaje de su potencia nominal, y un arranque que lo supere provoca una caída de frecuencia que puede activar las protecciones. Verifique este valor en función del arranque de su motor de mayor tamaño y considere los arrancadores suaves y los variadores de frecuencia como un cambio en el problema, no como una solución: reducen la corriente de arranque, pero añaden corriente armónica que el alternador debe soportar.

A continuación, compruebe las condiciones del emplazamiento. La potencia del motor disminuye con la temperatura ambiente, la altitud y un número de metano más bajo, y la curva de potencia nominal del fabricante para el emplazamiento es la única fuente fiable para evaluar sus condiciones específicas. La carga parcial importa tanto como la carga máxima, porque un motor de gas pierde eficiencia muy por debajo de su punto nominal y un grupo electrógeno sobredimensionado consume combustible adicional durante cada hora de funcionamiento.

El tamaño del bastidor depende de las plataformas de motor disponibles, y estas plataformas no son intercambiables. La gama MWM abarca de 600 kVA a 4500 kVA, mientras que la plataforma Jupiter de Lister Petter cubre de 28 kVA a 563 kVA, por lo que una misma carga de la instalación puede cubrirse con motores de tamaños muy diferentes y con configuraciones de mantenimiento muy distintas.

La elección del motor suele depender de qué plataforma se ajusta mejor a la carga, más que de qué marca es más conocida. <Tide Power y Lister Petter lanzan una solución avanzada de energía a gas para energía sostenible> ofrece una solución de generación eléctrica a gas basada en la plataforma Lister Petter.

Cómo las normativas sobre emisiones cambian el generador que puede comprar

La legislación sobre emisiones determina la estrategia de combustión, el sistema de tratamiento posterior de los gases de escape y el procedimiento de obtención de permisos, y suele ser el último aspecto que se incorpora al expediente de un proyecto.

En España, el cumplimiento de las normas de emisiones aplicables a los motores estacionarios de encendido por chispa está sujeto a los requisitos normativos correspondientes, incluidas las obligaciones de certificación, garantía y mantenimiento de registros. Los motores de emergencia pueden estar sujetos a disposiciones y límites de funcionamiento específicos [4]. En la Unión Europea, la Directiva (UE) 2015/2193 se aplica a las instalaciones de combustión medianas con una potencia térmica nominal de entrada de entre 1 MW y 50 MW. Las instalaciones nuevas están cubiertas desde el 20 de diciembre de 2018, mientras que las existentes están sujetas a límites escalonados [3].

El umbral de 1 MW afecta a más proyectos de gas de lo que esperan los compradores. Un motor que suministra aproximadamente 1 MW de potencia eléctrica con un rendimiento cercano al 40 % consume alrededor de 2,5 MW de energía del combustible y disipa aproximadamente 1,5 MW en forma de calor a través del escape y del circuito de refrigeración. Por tanto, una potencia eléctrica nominal de apenas unos cientos de kilovatios puede superar ya el umbral térmico y hacer que la instalación quede incluida en el ámbito de aplicación de la normativa. Confirme la potencia térmica de entrada de toda la instalación, no solo la del generador, antes de elegir el sistema de tratamiento posterior de los gases de escape.

Estos documentos definen métodos y obligaciones. Ninguno de ellos aprueba su instalación ni sustituye la autorización local, la evaluación de la altura de la chimenea o el estudio de dispersión que pueda exigir la autoridad competente.

Coste del combustible, eficiencia y las cifras que sustentan la decisión

El coste del combustible por unidad de energía suministrada es un cálculo aritmético una vez que se dispone de una eficiencia garantizada, y es precisamente en ese cálculo donde el caso de negocio se sostiene o fracasa.

La energía del combustible por kilovatio hora equivale a 3,6 MJ divididos por la eficiencia eléctrica. Si la eficiencia garantizada es del 40 %, un kilovatio hora requiere 9,0 MJ de energía del gas; multiplique esta cantidad por su tarifa por MJ para obtener el coste del combustible por kilovatio hora y, a continuación, por la producción anual para compararlo con el diésel.

Esta cifra solo es fiable en función de las condiciones asociadas a ella. Una garantía de consumo específico de combustible es significativa cuando especifica la temperatura ambiente, la altitud, el índice de metano, el punto de carga y si se incluyen los consumos auxiliares, como los ventiladores del radiador y las bombas. Dos proveedores que ofrezcan 9 MJ por kilovatio hora en condiciones diferentes pueden estar presentando ofertas muy distintas.

El coste de inversión es el aspecto en el que el gas más se diferencia del diésel. El sistema de alimentación de gas, la regulación de presión, la detección de gas, el tratamiento posterior de los gases de escape, la ventilación y la envolvente reforzada aparecen en el lado del gas, pero no en el del diésel; además, la estación de regulación puede pertenecer a la compañía suministradora y no a la planta. El mantenimiento también es diferente: los componentes de encendido y las bujías añaden tareas de mantenimiento programadas que un grupo electrógeno diésel no necesita, mientras que los motores de gas evitan el filtro de partículas diésel y la degradación del combustible que se produce durante los largos periodos de almacenamiento. Solicite el programa de mantenimiento expresado en horas de funcionamiento y la lista de repuestos con sus precios, porque un intervalo indicado únicamente en meses oculta todos los detalles sobre cómo se utiliza el grupo electrógeno.

La regla para tomar la decisión es sencilla. Calcule el ahorro anual en combustible frente al diésel, reste el sobrecoste de inversión y el mantenimiento adicional, y exija que el resultado permita recuperar la inversión dentro del plazo que acepte su departamento financiero. Si las horas de funcionamiento son escasas, el ahorro rara vez llega a materializarse.

Requisitos del sitio, tren de gases y instalación

NFPA 37 aborda la instalación de motores de combustión estacionarios y turbinas de gas, cubriendo ubicación, separación de construcciones combustibles, ventilación, control de ignición y escape [5]. Trate ese documento, su código de gas local y los requisitos de la utilidad como el conjunto mínimo, y luego resuelva lo siguiente antes de verter la cimentación.

1. Dimensione la ventilación para dos flujos de aire separados: aire de combustión para el motor y aire de enfriamiento para el radiador. Una rejilla de una carcasa dimensionada para uno de ellos priva de aire al otro, y la recirculación dentro de un contenedor eleva la temperatura de entrada hasta que la clasificación del sitio ya no se aplica.
2. Enrute el escape hasta el límite de contrapresión en la hoja de datos, terminando lejos de ventanas, entradas de aire y superficies combustibles. Un silenciador de tamaño insuficiente consume energía y aumenta el ruido en los límites.
3. Proporcione detección de gas con cierre automático y conduzca la ventilación del tren de gas hacia una ubicación exterior segura. La detección es un dispositivo de seguridad, no un instrumento de funcionamiento.
4. Confirme la interfaz eléctrica: la tensión del alternador, el equipo de conmutación, los ajustes de protección y el punto de conexión determinan una parte tan importante del programa de instalación como la tubería de gas.

Los climas fríos añaden dos puntos de fallo que rara vez aparecen en las conversaciones sobre fichas técnicas: la congelación del regulador cuando la caída de presión es elevada y la protección del sistema de refrigeración cuando el grupo permanece inactivo durante periodos de temperaturas bajo cero. En cuanto al ruido, compare el nivel de presión sonora a un metro con el límite medido en el perímetro de la propiedad, ya que la distancia y las superficies circundantes desempeñan un papel fundamental.

Durante la puesta en servicio, realice cuatro comprobaciones en este orden: una prueba con banco de carga en las condiciones del emplazamiento, una prueba de escalón de carga con el mayor incremento permitido, una prueba de estanqueidad y funcionamiento del tren de gas y una medición de emisiones conforme a los criterios del permiso. Registre los resultados junto con la temperatura ambiente, el número de metano y el punto de carga; de lo contrario, la prueba no servirá como referencia posterior.

La clase de tensión y la coordinación de las protecciones modifican el alcance del equipo de conmutación mucho antes de seleccionar el motor.Explorando los Misterios y Aplicaciones de los Conjuntos Generadores de Alta Tensiónabarca las aplicaciones de grupos electrógenos de alta tensión.

Combinación de un generador de gas con energía solar y almacenamiento en baterías

Un motor de gas alcanza su máxima eficiencia cerca de su punto nominal y tiene mayores dificultades con las variaciones rápidas de carga. El almacenamiento en baterías resuelve bien ambos problemas, por lo que las configuraciones híbridas han pasado de las instalaciones remotas a los proyectos industriales convencionales.

El mecanismo se basa en una decisión de gestión de la energía. El controlador mantiene el motor en funcionamiento durante periodos con una carga elevada, permite que la batería absorba los picos y los cambios de carga, y utiliza la producción fotovoltaica para reducir el consumo de combustible mientras el motor permanece disponible. La transferencia ininterrumpida entre fuentes es importante cuando la carga no puede tolerar un reinicio, y es una especificación que suele darse por sentada hasta que llega la prueba de puesta en servicio.

La plataforma híbrida de Tide Power combina energía solar, almacenamiento de fosfato de hierro y litio y generación mediante motor en configuraciones integradas o independientes de 10 kVA a 250 kVA. Utiliza paquetes de baterías de 5,12 kWh o módulos de 16,1 kWh, mientras que los contenedores TP-50BESS, TP-100BESS, TP-200BESS y TP-261BESS cubren necesidades de almacenamiento de mayor capacidad.

El almacenamiento no es capacidad gratuita. Añade costes de inversión, pérdidas de conversión y otro régimen de mantenimiento, y solo resulta rentable cuando el perfil de carga es variable, la diferencia de precios del combustible es considerable o la conexión a la red no puede suministrar la potencia máxima necesaria. En una planta que funciona continuamente con un factor de carga elevado, la batería supone un coste sin un ciclo de trabajo que permita amortizarlo.

Las instalaciones remotas se enfrentan al mismo problema de gestión de la energía con menos recursos de apoyo, y este patrón de funcionamiento también se aplica a las plantas industriales.Energizando Operaciones Remotas: Soluciones de Energía Híbrida para el Éxito Fuera de la Redabarca las soluciones de energía híbrida para el funcionamiento fuera de la red eléctrica.

Lista de verificación de compras para comparar proveedores

Una oferta resulta comparable cuando todos los proveedores responden a los mismos campos. Estos seis son los más importantes.

Hay una frase que conviene reformular antes de enviarla.

Rechace esta descripción: “Grupo electrógeno de gas natural, 500 kW, completo con sistema de suministro de gas”.”

Sustitúyala por: “Grupo electrógeno de gas de encendido por chispa, con potencia nominal principal X kW a la temperatura ambiente y altitud del emplazamiento, número de metano Z o superior, presión de entrada de A a B kPa en el límite de suministro, consumo específico de calor no superior a C MJ por kWh en las condiciones declaradas, incluidas las cargas auxiliares, escalón máximo de carga admisible D por ciento de la potencia nominal, óxidos de nitrógeno dentro del límite E establecido para el emplazamiento y nivel de presión sonora F dB(A) a un metro”.”

La evaluación de proveedores debe seguir el mismo criterio riguroso. La colaboración autorizada con fabricantes de motores, la experiencia con motores de gas que funcionen con el número de metano requerido, la capacidad para realizar la puesta en marcha, las existencias de repuestos y el tiempo de respuesta del servicio técnico deben incluirse en la comparación. Una lista de referencias no es más que una afirmación hasta que se lee un informe de puesta en marcha. Solicite uno correspondiente a una instalación con una calidad de gas y un perfil de carga comparables.

Envía los Datos de Gas y el Perfil de Carga Primero

Envía la composición del gas o el rango del número de metano, la potencia nominal que necesitas en tu temperatura ambiente y altitud, la clase de rendimiento ISO 8528, tu mayor paso de carga individual, los límites de emisión que aplican en el sitio y la presión de suministro en el límite de la batería. Esos seis datos son suficientes para dimensionar un conjunto, presupuestar la planta de gas y decirte dónde el contrato de suministro, no el motor, decidirá el resultado.

Michael Chen, Tide Power Technology Co., Ltd.
Correo electrónico: [email protected]
Tel: +86 591 2806 8999

Preguntas frecuentes

¿Cuánto cuesta un conjunto generador de gas natural?

El costo está determinado por el alcance más que por los kilovatios únicamente: la clase de rendimiento y las condiciones del sitio, la planta de gas y la estación reguladora, el tratamiento de emisiones, el recinto y su clasificación acústica, y los controles y el equipo de conmutación. Dos ofertas con la misma potencia pueden diferir por el alcance que cada una excluye. Pide una división de alcance con precio en lugar de una cifra única, y primero indica los datos del gas, el perfil de carga y la base de emisiones para que los números se refieran a la misma tarea.

¿Puede un conjunto generador de gas natural funcionar de forma continua?

Puede, si se ordena con la clase de rendimiento adecuada. Una potencia de funcionamiento continuo permite una carga constante durante horas ilimitadas, mientras que una potencia de uso primario permite carga variable con sobrecarga limitada y una potencia de reserva asume un corte de suministro. La operación continua también depende de que la composición y presión del suministro de combustible se mantengan durante todo el año, y del cumplimiento del programa de mantenimiento. La clase de rendimiento, no el modelo del motor, decide si la operación continua está dentro de la garantía.

¿Puede el mismo conjunto funcionar con biogás o gas licuado de petróleo?

Por lo general, no sin cambios. El biogás tiene un número de metano más bajo y variable, por lo que el motor se subdimensiona y el sistema de combustible puede necesitar componentes diferentes y márgenes de control más amplios. El gas licuado de petróleo requiere un sistema de suministro de combustible diferente y una configuración de combustión distinta. Indica el combustible y su variación esperada en la solicitud de presupuesto, porque un conjunto configurado para gas de tubería no entregará su potencia en un gas con un número de metano más bajo.

¿Qué presión de gas necesita un conjunto generador de gas natural?

La hoja de datos indica una presión de entrada mínima y máxima, y ese rango es más estrecho que la mayoría de los suministros del sitio. Cuando la presión de la tubería es mayor, una estación reguladora la reduce, y la expansión enfría el gas lo suficiente como para requerir un calentador en algunas instalaciones. Pregunta a la compañía de servicios por la presión en el límite de la batería y su variación, y deja que el proveedor dimensione la regulación y la tubería en torno a esa cifra.

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[1] ISO 6976:2016, “Gas natural — Cálculo de valores caloríficos, densidad, densidad relativa e índice de Wobbe a partir de la composición,” Organización Internacional de Normalización, Ginebra, 2016.

[2] ISO 8528-1:2018, “Conjuntos de generadores de corriente alterna accionados por motores de combustión interna reciprocantes — Parte 1: Aplicación, clasificaciones y rendimiento,” Organización Internacional de Normalización, Ginebra, 2018.

[7] Directiva (UE) 2015/2193 del Parlamento Europeo y del Consejo sobre la limitación de emisiones de ciertos contaminantes a la atmósfera procedentes de plantas de combustión de tamaño medio, Diario Oficial de la Unión Europea, 2015.

[4] Agencia de Protección Ambiental de EE. UU., “Normas de rendimiento para motores de combustión interna de chispa estacionarios,” 40 CFR Parte 60, Subparte JJJJ, 2006.

[5] NFPA 37, “Norma para la instalación y uso de motores de combustión estacionarios y turbinas de gas,” Asociación Nacional de Protección contra Incendios, Quincy, MA, 2018.

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