Los generadores de gas natural, biogás y GLP pueden compartir un tamaño de marco y aún comportarse como tres máquinas diferentes. Lo que los diferencia es el propio gas: su contenido energético por metro cúbico, su resistencia a la detonación, qué más viaja con él y qué tan estable es el suministro. Elegir entre generadores de gas natural, biogás y GLP, por lo tanto, comienza con un análisis de gas y un perfil de carga, no con un folleto de motores. Esta guía trabaja hacia atrás desde los datos del combustible y los límites de permisos hasta el alcance del equipo, por lo que la comparación que lleves a un proveedor es una que el proveedor realmente puede cotizar.

Qué cambia dentro del motor cuando cambia el combustible

Los tres combustibles se queman en motores de encendido por chispa, por lo que las diferencias aparecen en tres lugares: cuánto gas tiene que respirar el motor, cuánta compresión tolera el combustible y qué debe eliminarse antes de que el gas llegue al mezclador. Un conjunto generador de gas está configurado en torno a una familia de combustibles, no en torno a una etiqueta en un folleto.

Comienza con la energía por metro cúbico. El biogás crudo lleva dióxido de carbono y nitrógeno junto a su metano, por lo que un metro cúbico de él libera menos energía que un metro cúbico de gas de tubería. Para la misma producción eléctrica, el motor tiene que mover un volumen mayor de gas, lo que cambia el tamaño del tren de gases, el diámetro de la tubería y la respuesta del control de aire y combustible. Los proyectos de biogás cotizados con una cifra predeterminada de metano tienden a descubrir esto en la puesta en marcha, cuando el tren de gases resulta ser demasiado pequeño para el volumen que realmente necesita el motor.

La segunda variable es la resistencia a la detonación, generalmente expresada como un número de metano. Disminuye a medida que la mezcla se aleja del metano puro, por lo que una relación de compresión elegida para gas de tubería puede ser demasiado agresiva para un biogás cuya composición varía. Los fabricantes de motores publican datos de reducción específicos del combustible y, para algunos marcos, diferentes variantes de compresión. Esos datos, solicitados con tu propio análisis de gas, valen más que una potencia nominal en kilovatios en la placa del motor.

Las clasificaciones son la tercera trampa. Un conjunto generador puede estar clasificado para servicio de reserva, primario o continuo, y el mismo motor produce diferentes cifras bajo cada uno [1]. Comparar un conjunto cotizado con clasificación de reserva con uno cotizado con clasificación primaria no es una comparación en absoluto.

Por encima de unos pocos cientos de kilovatios, el combustible decide más que el tren de gases. El tamaño del marco, el número de cilindros y el turboalimentador se eligen junto con un combustible, y los marcos de gas más grandes se construyen para un rango definido de calidad del gas. Un proyecto que comienza con un análisis de combustible generalmente termina con una lista de equipos más corta y menos cambios tardíos que uno que comienza con una cifra de salida.

Gas Natural, Biogás y GLP comparados en la misma base

La tabla a continuación compara los tres combustibles en los puntos que cambian una cotización. La última columna tiene tanto peso como las columnas de combustible, porque indica cuánta autoridad tiene realmente cada punto de comparación.

Las filas no tienen el mismo tipo de autoridad, y esa diferencia importa al redactar una especificación. El índice de Wobbe, los límites de azufre y punto de rocío provienen de especificaciones de calidad de gas publicadas como ISO 13686 y la especificación de GLP ASTM D1835, por lo que pueden incluirse en una consulta antes de que exista un sitio [2], [3]. Los números de biogás no pueden manejarse de esa manera. ISO 20675 proporciona el vocabulario compartido para producción, acondicionamiento y mejora, pero ninguna norma puede decirte el número de metano de la materia prima de la próxima temporada [4]. Las cifras de derating pertenecen al fabricante del motor y deben solicitarse para tu propio análisis. Lo que ninguno de estos datos prueba es que un conjunto calificado para gas natural mantendrá esa calificación con biogás o GLP.

La elección de la plataforma del motor determina el resto de la vida del proyecto. Las plataformas comunes ofrecen disponibilidad de piezas, familiaridad del técnico y intervalos de servicio predecibles; una plataforma menos común puede adaptarse mejor al combustible y aún así costar más a lo largo de diez años de mantenimiento. Tide Power construye conjuntos generadores de gas desde 28 kVA en la plataforma Lister Petter hasta 4500 kVA en motores MWM, y el análisis del combustible es lo que decide a qué extremo de esa gama pertenece un proyecto. La conclusión útil no es la gama en sí, sino el hecho de que un proveedor puede ofrecer dos familias de motores con diferentes límites de calidad del gas, por lo que los datos del combustible deben acompañar la consulta.

Qué combustible se adapta a tu sitio y ciclo de trabajo

La selección de combustible es una cuestión del sitio antes que del motor. Acceso a la tubería, espacio de almacenamiento, volumen entregado, temperatura ambiente y horas de funcionamiento anuales eliminan opciones más rápido que cualquier comparación de eficiencia. La tabla a continuación coloca las condiciones de exclusión junto a las condiciones de ajuste, porque las exclusiones son lo que generalmente decide.

Primero lee la columna de exclusión. La mayoría de las decisiones fallidas sobre combustible no se tomaron por la cifra de eficiencia equivocada; se tomaron basándose en una suposición de suministro que no sobrevivió al primer invierno.

Las comparaciones de precios de combustible fallan cuando comparan precio por metro cúbico o por tonelada. Convierte a costo por kilovatio hora de combustible dividiendo el precio entregado por unidad entre el valor calorífico inferior de esa unidad expresado en kilovatios hora. Multiplica por la producción anual, luego divide por la eficiencia del motor en tu perfil de carga. Solo ese número puede colocarse junto a un precio de diésel o una tarifa de red. Un combustible que parece barato por metro cúbico puede perder valor una vez que se cuentan las pérdidas por derating, tratamiento y almacenamiento.

La forma en que se empaqueta el conjunto también sigue las condiciones del sitio. Cubiertas insonorizadas, construcciones en contenedor y radiadores remotos se eligen por límites de ruido, temperatura ambiente y acceso, no por combustible. Un conjunto empaquetado que debe cumplir con un límite de ruido en los límites puede necesitar una cubierta diferente que el mismo motor en una sala de máquinas abierta, y la línea de gas aún debe ajustarse al espacio que deje la cubierta.

La disponibilidad de combustible resuelve más proyectos que la elección del motor. En mercados donde la red de tuberías es escasa, la entrega de GLP o GNL puede sostener un proyecto que una conexión de gas retrasaría por años, mientras que en mercados con gas de tubería barato, el mismo rendimiento es difícil de justificar con GLP. Donde la generación de gas en sí misma está expandiéndose, la elección también sigue a la red eléctrica.

La expansión regional del gas sigue la logística del combustible tanto como la demanda. <El mercado asiático hará que el gas generación de energía sea una de las regiones de más rápido crecimiento> explica por qué se prevé que la generación de energía a gas crezca más rápidamente en los mercados asiáticos.

Por qué los proyectos de biogás tienen éxito o fracasan debido al tratamiento del gas

El biogás sale del digestor saturado de agua y con sulfuro de hidrógeno, mientras que el gas de vertedero también contiene siloxanos. Cada uno de estos componentes afecta al motor, independientemente de cómo se denomine el combustible. El sulfuro de hidrógeno forma compuestos ácidos que atacan el aceite lubricante y envenenan los catalizadores de oxidación. Los siloxanos se queman y se convierten en sílice, que se deposita en los pistones, las válvulas y las superficies del turbocompresor. El agua se condensa en el circuito de gas siempre que las tuberías se encuentren por debajo del punto de rocío. El dióxido de carbono simplemente diluye el combustible y obliga a hacer pasar mayores volúmenes por cada componente.

Por tanto, el sistema de tratamiento debe incluirse en el mismo análisis del alcance que el generador. La desulfuración biológica o química, el secado, el uso de carbón activado para eliminar los siloxanos y la eliminación del dióxido de carbono, si el gas se va a depurar, deben dimensionarse en función de los datos medidos del gas y supervisarse posteriormente. La medición continua de metano, dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno y oxígeno convierte un problema de tratamiento en una tarea de mantenimiento antes de que se produzca una avería del motor.

Si el gas se va a introducir en una red en lugar de utilizarse en un motor, las especificaciones cambian por completo. La norma EN 16723-1 establece los requisitos para el biometano destinado a inyectarse en las redes de gas natural, y esos límites son más estrictos que los que aceptan la mayoría de los motores [5]. Decidir entre la combustión in situ y la depuración del gas es una cuestión tanto comercial como técnica, y debe resolverse antes de encargar el generador, no después.

Lo que demuestra una planta de biogás en funcionamiento está limitado por las características de su propia materia prima. Un digestor que funciona con residuos alimentarios, con un proceso estable y un gasómetro bien dimensionado, aporta poca información sobre un vertedero con una producción de gas variable y sin capacidad de almacenamiento intermedio. Los cambios en las materias primas, las variaciones estacionales de temperatura y las alteraciones del proceso de digestión llegan al motor en forma de cambios en el índice de metano y el contenido energético. Por eso, la capacidad de almacenamiento intermedio y la monitorización continua del gas son tan importantes como la unidad de desulfuración.

Cuándo tiene sentido utilizar GLP y cuáles son sus limitaciones

El GLP es adecuado para instalaciones sin conexión a una red de gas, para servicios de reducción de picos de demanda y para proyectos de corta duración en los que una conexión de gas nunca resultaría rentable. También es apropiado para ubicaciones remotas donde el combustible suministrado mediante transporte es la única fuente fiable. La resistencia al picado del propano resulta útil, y un vaporizador correctamente dimensionado convierte el GLP líquido en un gas que se comporta de forma predecible en el mezclador.

El vaporizador es el punto en el que suelen fracasar los proyectos de GLP. Para un funcionamiento continuo, el GLP líquido debe vaporizarse a un caudal que satisfaga la demanda máxima del motor incluso a la temperatura ambiente más baja que pueda registrarse en la instalación. Además, una mezcla rica en butano se vaporiza con menos facilidad que el propano. La ubicación del depósito, los sistemas de contención de derrames, el acceso para el repostaje y la autonomía de almacenamiento deben abordarse durante las primeras fases del diseño, ya que determinan cuántos días puede funcionar la instalación sin recibir un suministro.

El análisis de costes es donde la comparación debe ser rigurosa. El GLP evita la necesidad de una conexión a la red de gas para la construcción y los plazos de espera para realizarla, pero requiere un depósito, un vaporizador, entregas de combustible y mano de obra para gestionarlos. Antes de tomar una decisión, convierte todos los costes en un coste por kilovatio hora para una misma producción anual y mantén el cálculo separado de la alternativa diésel, que tiene sus propios requisitos de almacenamiento y suministro.

En instalaciones donde el suministro de gas es intermitente o resulta caro durante los periodos de máxima demanda, combinar el generador con almacenamiento en baterías modifica los cálculos de dimensionamiento. La batería absorbe los picos de demanda de corta duración y permite que el motor de gas funcione en un punto más estable y eficiente. Esto es especialmente importante con el GLP, ya que el combustible se suministra mediante transporte en lugar de por tubería.

El gas no es el único recurso energético gestionable en una instalación remota o comercial. <Construir de manera más inteligente: Energía híbrida para sitios de construcción y edificios comerciales> explica cómo los sistemas energéticos híbridos combinan generación y almacenamiento para obras de construcción y edificios comerciales.

Permisos y límites de emisiones que pueden descartar determinados combustibles

Las normativas sobre emisiones suelen limitar las opciones de combustible antes incluso de evaluar su viabilidad económica. En España, los motores estacionarios de encendido por chispa deben cumplir la normativa aplicable sobre emisiones y autorización de instalaciones de combustión, incluidos los requisitos derivados de la normativa europea y su transposición nacional. En la Unión Europea, la Directiva 2015/2193 sobre instalaciones de combustión medianas establece valores límite de emisión y requisitos de autorización para las instalaciones de combustión con una potencia térmica nominal de entrada de entre 1 y 50 MW [7].

Estos marcos normativos modifican la configuración del motor, no el combustible. Tanto un motor de combustión pobre con reducción catalítica selectiva como un motor estequiométrico con catalizador de tres vías pueden cumplir un límite de emisiones de óxidos de nitrógeno, y ambos necesitan que el combustible se mantenga dentro de un determinado intervalo de composición. El biogás con un elevado contenido de azufre puede envenenar el catalizador del que depende el cumplimiento de los permisos, lo que vincula directamente el tratamiento del gas con el cumplimiento normativo y no solo con el desgaste del motor.

El ruido es el otro límite que condiciona el diseño del conjunto. Un grupo electrógeno de gas instalado en un hospital o cerca del límite de una propiedad comercial se evalúa en el receptor más próximo, no en la cubierta insonorizada del equipo. La atenuación acústica, los radiadores remotos y la disposición de la envolvente dependen de ese nivel de ruido. El combustible no modifica los requisitos acústicos, pero sí afecta al espacio disponible dentro de la cubierta para el sistema de gas.

Hay que prestar atención a una cuestión relacionada con los plazos. El año de publicación de una directiva no constituye una fecha límite de instalación para todas las plantas, y las disposiciones transitorias varían según la potencia de la instalación y la fecha de puesta en servicio. Comprueba el régimen de permisos aplicable a tu unidad específica en lugar de basarte únicamente en la fecha de la normativa.

Qué incluir en la RFQ antes de comparar precios

Una cotización solo es comparable cuando ambos proveedores han presupuestado el mismo alcance, y el alcance está definido por los datos de combustible. La tabla a continuación enumera los campos que eliminan la mayor parte de la ambigüedad.

Un proveedor que cotiza sin preguntar por las dos primeras filas está cotizando una máquina diferente a la que necesita su sitio.

Envíe el análisis de gases antes de elegir un combustible

Envíe la composición del gas con su valor calorífico y número de metano, el ambiente y altitud del sitio, la base de clasificación y horas anuales esperadas, el límite de emisiones y método de prueba que corresponden, el alcance del tratamiento que espera tener, el arreglo de almacenamiento o suministro de combustible, y la prueba de aceptación que desea que sea testificada. Esos siete elementos permiten a un proveedor dimensionar el conjunto según su gas en lugar de un valor predeterminado. Tide Power revisa consultas sobre conjuntos generadores de gas desde 28 kVA hasta 4500 kVA en plataformas Lister Petter y MWM, y dirá qué partes del alcance cotizado cambian según su análisis. Envíe un correo a [email protected] o llame al +86 591 2806 8999.

Preguntas frecuentes

¿Puede un generador funcionar con gas natural, biogás y GLP?

No sin cambios. La cadena de gases, la relación de compresión, el tiempo de encendido y el mapa de control están configurados para una familia de combustibles, y un conjunto configurado para gas natural de tubería no mantendrá su potencia en un biogás con un número de metano más bajo o en GLP líquido que necesita vaporización. Existen versiones multifuel y de doble combustible, pero su salida y eficiencia están determinados por el combustible menos favorable del conjunto, y el hardware de cambio debe formar parte del alcance original en lugar de una modernización posterior. Solicite al proveedor que indique a qué combustibles se aplica la potencia cotizada.

¿Reduce el biogás la potencia del generador?

A menudo sí, y la magnitud de la reducción depende del gas en lugar de la etiqueta del motor. El dióxido de carbono y el nitrógeno diluyen el metano, por lo que el motor mueve más gas para la misma potencia, y un número de metano más bajo puede forzar una relación de compresión menor o un retardo en el encendido. El tratamiento también consume energía, lo que reduce la potencia neta. La única cifra fiable es la tabla de reducción de potencia del fabricante del motor aplicada a su propio análisis de gas en las condiciones ambientales de su sitio.

¿El GLP es más barato que el gas natural para un generador?

Depende del coste entregado por kilovatio-hora, las horas anuales y los costes de almacenamiento que tenga. Cuando hay gas de tubería disponible y las horas anuales son altas, el gas de tubería suele ser la opción más económica porque el combustible llega sin un tanque, un vaporizador o un programa de repostaje. Para un sitio remoto, una tarea de reducción de picos o un proyecto de corta duración, el GLP puede ser la opción más barata porque evita una conexión que quizás nunca se construya. Compare ambos con la misma producción anual, incluyendo tratamiento y almacenamiento.

¿Qué datos de gas debo solicitar antes de hacer un pedido?

Solicite una composición completa con punto de muestreo y fecha, valor calorífico inferior, índice de Wobbe, número de metano, sulfuro de hidrógeno y azufre total, punto de rocío del agua, y para gas de vertedero o digestato, contenido de siloxanos y halógenos. Añada el rango de presión de suministro y su variación esperada. Una muestra puntual es un punto de partida, no una especificación; el documento útil muestra cuánto varían esos valores a lo largo de una semana y una temporada.

¿Qué combustible necesita más tratamiento de gas?

El biogás, y el gas de vertedero más que el digestato. El sulfuro de hidrógeno, el agua, los siloxanos y el dióxido de carbono deben ser tratados antes de que el gas llegue a un mezclador, y la cadena de tratamiento suele ser el mayor coste no relacionado con el motor en el proyecto. El gas natural normalmente requiere filtración, reducción de presión y medición, mientras que el GLP necesita vaporización y filtración. Trate el alcance del tratamiento como parte del alcance del conjunto generador y nombre a la parte responsable en el contrato.

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[3] ISO 8528-1:2018, “Conjuntos de generadores de corriente alterna impulsados por motores de combustión interna reciprocantes, Parte 1: Aplicación, calificaciones y rendimiento,” ISO, 2018.

[2] ISO 13686:2013, “Gas natural. Designación de calidad,” ISO, Ginebra, 2013.

[3] ASTM D1835, “Especificación estándar para gases licuados de petróleo (GLP),” ASTM International, West Conshohocken, PA, EE. UU.

[4] ISO 20675:2018, “Biogás. Producción, acondicionamiento, mejora y utilización del biogás. Términos, definiciones y esquema de clasificación,” ISO, Ginebra, 2018.

[5] EN 16723-1:2016, “Gas natural y biometano para uso en transporte y biometano para inyección en la red de gas natural. Especificaciones para biometano para inyección en la red de gas natural,” CEN, Bruselas, 2016.

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

[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.

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