Fotovoltaica, Biomasa y Cogeneración

PREGUNTAS

• Según datos de catálogo, un panel tiene las características eléctricas siguientes:

Potencia máxima:

Tensión en el punto de potencia máxima:

Tensión de circuito abierto:  

Intensidad de cortocircuito:

Factores de corrección por temperatura:

               potencia:

               tensión de C.A.:

               intensidad de C.C.:

Calcular la potencia máxima, tensión de circuito abierto (vacío) e intensidad de cortocircuito, si el panel trabaja a la temperatura de 45 ºC.

• Calcular la separación entre filas de paneles FV, si todos ellos tienen una altura de 1.8 m y están instalados, sobre un chasis, a 0.20 m del suelo, orientados a sur y con una inclinación de 32º respecto de la horizontal. La latitud del lugar es 42º.

• Una instalación fotovoltaica tiene instalada una potencia pico de 100 kWp y genera 2.85 kWh/día por kWp instalado. En promedio anual se estima que el coste de la instalación es 6000 €/kWp y que los gastos de mantenimiento son 0.02 €/kWh generado. El total de ayudas y subvenciones cubre el 30% del coste de la instalación.

Calcular cómo evoluciona el tiempo de retorno simple de la inversión en función del precio de venta de la electricidad (entre 0.1 y 0.8 €/kWh). 

• Una instalación presenta una demanda diaria de 3.458 kW a la tensión nominal de 36 V. Calcular la capacidad del acumulador para que tenga una autonomía de 3 días, sabiendo que: la profundidad de descarga máxima es del 70%, las pérdidas de inversor son del 12% y las del regulador y acumulador del 15%.

• Un sistema fotovoltaico, que presenta una demanda de 6 kWh/día, ha costado 10 000€ llave en mano y se ha conseguido una subvención de 3000€.

Datos económicos: precio de la electricidad para un consumidor de las mismas características, teniendo en cuenta la factura total, 0.15 €/kWh; el coste anual de mantenimiento es 80€/año, teniendo en cuenta todos los conceptos, y la tasa de actualización es del 3%.

Calcular el PB y el PBA de la inversión para dos casos: a) la instalación está situada en una zona electrificada, con un coste de conexión de 120€ y funciona todo el año, b) la instalación está lejos de la toma de corriente con un coste de conexión de 5000€ y funciona todo el año y c) lo mismo que el caso anterior pero funcionando solamente los fines de semana y con un coste de mantenimiento de 30€/año.

• Un horno tiene las siguientes dimensiones interiores: ancho 1.6 m, largo 3 m y alto 0.9 m. La potencia térmica del quemador en régimen es de 800 kW, la temperatura interior de trabajo 1100 ºC y la temperatura exterior de cálculo 15 ºC.

Asumiendo que los materiales que constituyen la pared del horno son los indicados en el apartado de “Pistas” de este ejercicio, calcule su espesor si se desea que las pérdidas de calor por transmisión a través de las paredes no superen el 7% de la potencia del quemador.

Pistas:

Pista 1: Inicialmente se considerará un espesor de 0.4 m (a depurar de forma iterativa en el problema). Se considerará que un espesor es adecuado cuando la diferencia del espesor resultante entre una iteración y la siguiente es inferior al 10%.

Pista 2: La pared a construir estará formada por dos capas. La capa interior será de ladrillo refractario de conductividad 1.28 W/(mK) y tendrá una temperatura de trabajo entre 700 ºC y 1100 ºC; por su parte, la capa exterior será de lana mineral de conductividad 0.13 W/(mK) y tendrá una temperatura de trabajo comprendida entre los   15 ºC y los 700 ºC.

• Se utiliza una caldera para calentar agua desde 19 a 92 ºC. Se utiliza un combustible cuyo poder calorífico vale 52 678 kJ/kg. El caudal de agua es de 1.5 kg/s. Si el rendimiento nominal de la caldera es del 85%, determinar el consumo nominal de combustible.

• Una caldera produce 430 kg/h de vapor recalentado a 30 bar y 450 ºC (entalpía específica del vapor recalentado = 3344.6 kJ/kg). El agua de alimentación entra a 25 ºC (entalpía específica del agua de alimentación = 104.9 kJ/kg) y el aire para la combustión lo hace a 23 ºC. El rendimiento nominal de la caldera es 0.756. El poder calorífico inferior del combustible es 46 750 kJ/kg. Las pérdidas restantes son del 7.6%. La relación másica humos-combustible es 17.5. El calor específico a presión constante de los humos es 1.23 kJ/(kg·K) y el del agua 4.19 kJ/(kg·K).

Determinar:

1. El caudal de combustible y la temperatura de salida de los humos.
2. Si planeamos una recuperación entálpica para tener un aumento de 5 puntos del rendimiento, ¿cuál será la nueva temperatura de salida de los humos? Si la recuperación entálpica se emplea para precalentar el agua de alimentación, ¿cuál será la temperatura de salida del agua del precalentador?

• Un digestor anaeróbico genera 12.6 Nm³ de CH₄ por tonelada de un purín que contiene un 5% de sólidos totales.

El biogás resultante se utiliza como carburante de equipo de cogeneración, con motor alternativo, y los gases de escape se utilizan para concentrar el efluente líquido del digestor.

Calcular la energía total aprovechada, eléctrica más térmica, así como el calor útil cogenerado.

Otros datos: rendimiento global del equipo 80%, rendimiento eléctrico 30% y calor de combustión inferior del metano 191.76 kcal/mol.

• Una industria presenta una demanda de calor y electricidad, muy uniforme, que puede tipificarse en dos días tipo: verano e invierno. La fábrica trabaja 24 horas al día y cinco días a la semana y, durante todo el año, se contabilizan 22 semanas en temporada de verano y 24 en temporada de invierno. En la tabla de la siguiente diapositiva se muestran las curvas de demanda diaria, en intervalos de dos horas.

A fin de ahorrar energía se piensa instalar un equipo de cogeneración de turbina de gas que tiene las características siguientes: potencia eléctrica 1500 kW, potencia térmica 2250 kW y resultado de multiplicar el caudal del combustible utilizado por su poder calorífico inferior 4420 kW. Se acepta un rendimiento térmico del 0.90 y uno eléctrico del 0.33.

Calcular la energía primaria ahorrada con cogeneración, comparada con la instalación convencional sin cogeneración, si el equipo funciona continuamente a carga nominal durante las 24 horas del día.

Potencia media demandada de calor y electricidad, en kW