Fundamentos de Heat Rate
Si decide buscar información sobre la generación de energía, es muy probable que se encuentre con el término heat rate. Pero qué es?
El término heat rate simplemente hace referencia a la medida de eficiencia en la conversión de energía; vale decir, cuánta energía hace falta para producir una unidad de trabajo. En una central térmica, el combustible es la fuente de energía y el trabajo producido es la electricidad generada y suministrada a la red, y en el caso de las plantas de cogeneración (donde se tiene una planta de proceso adosada a la central), se suma el calor del vapor exportado a la planta de proceso.
Como el trabajo efectivo en el caso de las plantas siempre gira entorno a la electricidad y el vapor o gas de escape (exhaust) generado, los ingenieros tienden a trabajar con lo que se llama el heat rate neto, NPHR (net plant heat rate) por su sigla en inglés.
En algunos países el heat rate es expresado en Btu/kWh, una mezcla de unidad entre el sistema internacional y sistema inglés, mientras que en otros simplemente en kJ/kWh o kCal/kWh. De cualquier forma, lo que indica es la cantidad de Btu/hr que se requiere para producir 1 kW.
Como aproximadamente 3412 Btu/hr son equivalentes a 1 kW, podemos calcular la eficiencia termodinámica de una planta, dividiendo 3412 por el heat rate de la planta. Por ejemplo, si una planta tiene un heat rate de 10000 Btu/kWh, su eficiencia térmica es de 3412/10000 lo que da 0.3412 es decir 34.12%.
Por lo que, hablando de eficiencia de una planta térmica, a menor valor de heat rate, mayor es la eficiencia de la misma.
Una forma sencilla de calcular el NPHR es dividiendo la cantidad de Btu/hr de su combustible por su generación neta en término de kW. Eso coloca el reto en medir en forma correcta la cantidad de combustible usado/quemado en todo momento durante la operación.
El heat rate es a menudo la primera variable calculada que permite describir el comportamiento termodinámico a nivel de desempeño operacional de una planta.
Como puede ser obtenido con datos de tiempo real, se recomienda considerar los valores en condición estable de operación según él o los perfiles y condiciones operacionales.
Comparando los valores actuales de heat rate en los distintos perfiles versus la obtenida a carga base, se logra identificar oportunidad de mejora.
Ya que de combustible se trata, la calidad de la misma es un elemento preponderante, sobre todo el poder calórico de este. De forma general se usa el llamado LHV (Lower heating value) poder calórico más bajo indicado o medido para realizar los cálculos de eficiencia de planta térmica. Entonces contar con un cromatógrafo de línea o valores de medición de los combustibles que se entregan en planta, es fundamental en la búsqueda de mejorar la eficiencia de su planta.
Al fijarse un objetivo de heat rate y realizar el seguimiento en relación a dicho valor, se logra el primer paso para detectar degradación en la planta térmica; extiendo el análisis sobre los equipos que abarcan desde nuestro punto o variable de entrada (el combustible) hasta nuestra salida (generación de energía). En eso se enfoca un balance térmico conectado, online. Y todo empezó con el heat rate…