Por Gas Processing News 7 Septiembre 2021
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La conversión de GNL a energía se ha convertido en un término establecido en la industria energética internacional, por el cual las centrales eléctricas alimentadas con gas se abastecen exclusivamente desde una terminal de almacenamiento de GNL adyacente. Usado típicamente para ubicaciones remotas sin una red de gasoductos de gas natural cercana en las cercanías, el GNL a pequeña escala (SSLNG) para energía es la solución de suministro de combustible.
A pedido, estas terminales pueden equiparse adicionalmente con instalaciones de distribución de GNL, por ejemplo, carga de camiones o contenedores ISO. El desarrollo de la demanda del mercado de este tipo de infraestructura se viene observando desde hace varios años.
Caso de negocio SSLNG-to-power. Existen múltiples impulsores clave para el desarrollo de proyectos SSLNG-to-power. Los menores costos de GNL en comparación con el petróleo siempre se considerarán positivos. Además, el aumento del suministro de GNL proviene de la expansión de las instalaciones de producción a gran escala existentes y del desarrollo de nuevas instalaciones, particularmente en los EE. UU. (Utilizando alimentación de gas de esquisto) y Rusia (utilizando gas de la región ártica). Se puede esperar un alto suministro de GNL para la próxima década para garantizar la estabilidad del suministro. También se verá un aumento general de las fuentes de energía renovables, en particular la eólica y la solar; sin embargo, es posible que las fuentes renovables no proporcionen suficiente electricidad bajo demanda para los picos de energía elevados.
El objetivo mundial de reducción de las emisiones de CO2 obligará a reemplazar los combustibles con alto contenido de carbono por combustible de metano con menos carbono. Las presiones ambientales y sociales asociadas exigirán que los gobiernos impulsen desarrollos más ecológicos y pueden crear más oportunidades a través de impuestos, tarifas y fondos reducidos.
Muchos actores del mercado entienden que SSLNG significa instalaciones de recepción de GNL con un rendimiento anual de hasta 0,5 MMtpa. Esto es en comparación con las instalaciones de “GNL como combustible” con rendimientos inferiores a 0.05 MMtpa y, en el lado más grande, terminales de recepción de GNL de escala media de hasta 2 MMtpa y terminales de recepción de GNL a escala mundial con rendimientos superiores a 2 MMtpa.
Existen muchas perspectivas en el mercado global en el que las instalaciones SSLNG-to-power serán soluciones económicas y ambientales viables.
Cadena de suministro de SSLNG a energía. La cadena de suministro de GNL típica para una planta SSLNG es similar a la de otras cadenas de suministro de GNL. El GNL se recibe de una planta de licuefacción de GNL utilizando un transportador de GNL (LNGC) (Figura 1); sin embargo, se observa un crecimiento en las terminales de recepción de GNL a granel, por lo que las entregas más grandes se recargan en LNGC o barcazas más pequeñas para su entrega en unidades de almacenamiento a pequeña escala. En la unidad de almacenamiento a pequeña escala, el GNL se puede almacenar, bombear y vaporizar y luego enrutar directamente a una planta de energía local.
Fig. 1. La cadena de suministro de GNL típica para una planta SSLNG es similar a la de otras cadenas de suministro de GNL, en las que el GNL se recibe de una planta de licuefacción de GNL utilizando un transportador de GNL.
Además de suministrar combustible directamente a la central eléctrica, se puede suministrar GNL a otros clientes dependiendo de la ubicación. Esto puede incluir la distribución de GNL a otras estaciones satélites de GNL, a las estaciones de servicio de GNL, a otros sitios de generación de mini energía o para abastecer de combustible las operaciones marinas (FIG. 2).
FIG. 2. In addition to supplying fuel directly to a power station, LNG can be supplied to other customers, such as other LNG satellite stations, LNG fueling stations, other mini-power generation sites or marine operations.
Esquema de SSLNG-a-planta de energía. Al establecer soluciones independientes a pequeña escala, las primeras características clave que deben evaluarse y diseñarse son la descarga de buques y los requisitos de infraestructura marina adicional. Se debe considerar el diseño de los métodos de almacenamiento y regasificación de GNL, así como la gestión del gas de ebullición.
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Se pueden investigar opciones y sinergias adicionales. Estos incluyen el concepto de “solución total”, según el cual la planta de energía y las instalaciones de almacenamiento de GNL están fuertemente integradas o tienen una infraestructura combinada. Otras opciones pueden incluir carga adicional de camiones para distribución de energía a pequeña escala, consumidores industriales locales y estaciones de repostaje de vehículos.
El concepto de alto nivel para SSLNG-to-power sigue siendo prácticamente el mismo para los diferentes niveles de generación de energía requeridos; sin embargo, al optimizar el concepto para un sitio o proyecto en particular, se deben considerar todos los parámetros aplicables.
Estudios de caso de SSLNG-to-power. Se han desarrollado varios estudios de casos para diferentes niveles de generación de energía de 25 MW, 100 MW y 150 MW. La generación de energía se basa en motores de ciclo simple con una eficiencia térmica del 48%, utilizando un valor calorífico típico de GNL, con una entrega de carga de GNL cada 4 semanas y una potencia de entrega de 8.000 h / año. La TABLA 1 compara ejemplos para las soluciones atmosféricas y presurizadas a pequeña escala.
Los tiempos de entrega de estos proyectos varían en función de varios factores, incluidos los tiempos de entrega de las unidades de potencia. Sin embargo, cuando el proyecto requiere tanques de almacenamiento de mayor tamaño, la construcción del tanque domina la ruta crítica.
La capacidad de almacenamiento se basa en un plazo de entrega de 4 semanas, pero esto estará sujeto a la disponibilidad de GNL en el mercado específico y al tamaño del transportador de GNL disponible. A medida que aumenta la demanda de cargas más pequeñas, están entrando en funcionamiento más pequeños LNGC, lo que proporcionará un beneficio a las terminales de pequeña escala. Otra opción puede ser recibir una parte de la carga de un LNGC más grande.
Concepto de diseño modular. Dependiendo del proyecto individual, el concepto de construcción se puede optimizar según la ubicación y el tipo de equipo que se instalará. Dada la naturaleza del concepto general de SSLNG a energía, se puede suponer que es más probable que la ubicación sea remota, con niveles potencialmente bajos de infraestructura y disponibilidad de mano de obra de construcción.
La ubicación remota se beneficiará de un mínimo de construcción in situ y de equipos y secciones de la planta que se proporcionarán como unidades modularizadas. El cumplimiento al menos parcial de estos objetivos reducirá los costos de construcción al maximizar la prefabricación. El enfoque de diseño modular ofrece claras ventajas en la capacidad de expansión de la planta, al tiempo que acelera el tiempo de entrega del proyecto para permitir el comienzo de las operaciones comerciales y un retorno de la inversión optimizado.
Producción de energía a pequeña escala. Con <50 MW, estas plantas de energía de pequeño tamaño generalmente satisfacen la demanda de energía de una isla más pequeña sin una demanda de energía industrial significativa. El GNL se puede transportar a través de contenedores ISO en camiones de GNL (FIG. 3) o por ferrocarril (a menudo denominado “tubería virtual”), cada uno con aproximadamente 43 m3 de producto. Pueden levantarse del conjunto del remolque o dejarse in situ en el remolque para su distribución en la planta.
Fig. 3. Contenedor ISO en remolque utilizado para almacenar GNL en instalaciones de energía a pequeña escala.
Aunque el almacenamiento es modular, estos contenedores ISO brindan una opción para soluciones de almacenamiento de hasta 500 m3 y producen bajos niveles de generación de energía. Una ventaja significativa de usar contenedores ISO es que la instalación no necesita estar en una ubicación marina, sino que puede ubicarse tierra adentro en sitios más convenientes. En la planta de energía, el GNL se almacena en pequeños recipientes presurizados.
Producción de energía a pequeña escala. A medida que los requisitos de generación de energía aumentan hasta 50 MW, también lo hace el tamaño del almacenamiento. El concepto de almacenamiento cambia para utilizar balas aisladas al vacío, cada una con una capacidad típica de 1.000 m3 (FIG. 4). Se pueden lograr diseños económicos de hasta 10,000 m3, con el resto de la planta completamente modular, lo que significa que el programa general se puede reducir a aproximadamente 16 a 18 meses.
Fig 4. A medida que los requisitos de generación de energía aumentan hasta 50 MW, el concepto de almacenamiento cambia para utilizar balas aisladas al vacío con una capacidad típica de 1.000 m3.
Este concepto no incorpora un sistema de manejo de gas por ebullición; en su lugar, se permite que el GNL se caliente dentro del almacenamiento, ya que el sistema puede funcionar con emisión cero durante hasta 2 meses sin ningún requisito de ventilación.
Los vaporizadores de aire ambiental Star-fin son una solución de vaporización simple en este concepto. Son una tecnología adecuada para la mayoría de los climas; sin embargo, es posible que se requiera algo de calefacción adicional para climas más fríos.
Producción de energía a mediana / gran escala. A medida que los requisitos de generación de energía aumentan a 50 MW – 300 MW, la cantidad de GNL requerida aumenta en consecuencia y el requisito de almacenamiento se vuelve superior a 10,000 m3. La economía del concepto de almacenamiento cambia y la solución óptima se convierte en un almacenamiento de tipo atmosférico.
Estos tanques de fondo plano deben construirse in situ y están construidos de acuerdo con los códigos relevantes EN 14620 o API 620 / API 625. El tipo de contención del tanque se puede definir como simple, doble o completo. Para el almacenamiento de GNL de esta magnitud, el concepto general es tener un tanque de contención total con una carcasa exterior de hormigón para minimizar el riesgo de fugas. Sin embargo, se pueden adoptar otros conceptos dependiendo de los requisitos generales de seguridad del proyecto, que pueden estar permitidos en ubicaciones muy remotas.
Los tanques de GNL atmosférico almacenan el líquido en su punto de burbuja, cerca de la presión atmosférica. Con el líquido en ebullición continua, se debe gestionar el vapor (gas de ebullición) generado. El gas de ebullición se puede comprimir directamente a un sistema de envío o al usuario. Un sistema de recondensador utilizado en terminales de regasificación más grandes no sería económico en este caso. Con la mayor tasa de emisión de GNL, pueden existir opciones para el concepto de vaporización. Sin embargo, es probable que el uso de vaporizadores de aire ambiente de aleta en estrella, aunque en un número mayor, proporcione una solución económica debido a los bajos costos de instalación y operación (Figura 5).
Fig 5. Para el almacenamiento de GNL para la producción de energía a gran escala, el uso de muchos vaporizadores de aire ambiente de aleta en estrella proporcionará una solución económica debido a los bajos costos de instalación y operación.
El concepto de solución total. El concepto de solución total combina e integra la planta de energía con un terminal SSLNG. Dependiendo del tamaño, la planta de energía podría utilizar motores de gas o, a medida que aumenta el tamaño, turbinas de gas o plantas de energía de ciclo combinado.
Con un concepto de solución total, existe un gran potencial de ahorro de CAPEX dentro de la instalación compartida. Durante la fase de ingeniería y construcción de la planta, las metodologías comunes, las estrategias de ejecución y los equipos no solo producen ahorros de costos, sino que también deben limitar la cantidad de interfaces requeridas entre la planta de energía y la terminal de GNL.
Toda la infraestructura de la planta puede ser común y compartida en la planta de energía y almacenamiento de GNL. Esto puede comprender todos los edificios (mantenimiento, control, etc.), sistemas eléctricos, sistemas de monitoreo (fuego y gas, CCTV, etc.), así como otras unidades auxiliares y de seguridad (extinción de incendios, servicios públicos, etc.), que conducirán hacia abajo el CAPEX general. La planta de energía también puede diseñarse para permitir una capacidad de arranque en negro.
Utilizando sistemas de integración de calor entre la planta de energía y la terminal de GNL, el gasto operativo (OPEX) se puede reducir, pero depende en cierta medida del tipo de generación de energía utilizada. Con las turbinas de gas, la energía fría del GNL se puede aprovechar mejor con el enfriamiento del aire de entrada. Dependiendo de la ubicación del sitio, el calor o el frío de la instalación se puede utilizar dentro de la terminal para reducir costos, por ejemplo, sistemas HVAC. A nivel operativo, se puede lograr cierta reducción en los costos de personal con los equipos operativos, de mantenimiento y de administración utilizados en toda la instalación integrada.
Con la solución de concepto total, el concepto de negocio de la terminal se puede ampliar aún más con la carga de camiones y las instalaciones de abastecimiento de combustible en carreteras / marinas.
Conceptos competitivos offshore. Existen conceptos competitivos en alta mar para SSLNG-to-power, es decir, una FSRU con generación de energía en tierra o una barcaza de energía.
Estas soluciones costa afuera pueden traer ventajas en el cronograma de implementación del proyecto, dependiendo de las capacidades disponibles del astillero. Las FSRU se pueden construir en un entorno seguro dentro de los astilleros. Sin embargo, el amarre debe instalarse localmente y bajo un CAPEX alto, lo que cuestiona la mayor ventaja de una FSRU, que es la flexibilidad de movimiento a otra ubicación.
Los costos operativos relativamente altos y los riesgos operativos debido a tormentas y tsunamis son otra desventaja. Las condiciones climáticas difíciles y extremas pueden impedir una instalación en alta mar. Los requisitos para las inspecciones en dique seco también pueden interrumpir el suministro de energía.
Quitar. El concepto SSLNG-to-power onshore es una solución económica y deseable para la generación de energía en ubicaciones remotas. El concepto de almacenamiento de GNL es flexible y escalable, según la generación de energía requerida.
Las sinergias técnicas, como la integración de calor entre la planta de energía y la instalación de GNL, pueden proporcionar una eficiencia de generación de energía optimizada. Esta solución de concepto total proporciona optimización de CAPEX y OPEX, reduce el riesgo del proyecto y reduce el tiempo de operación comercial.
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