Por Gas processing – 25 de abril de 2022
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LNG-to-power se ha convertido en un término establecido en la industria energética internacional, en el que las centrales eléctricas alimentadas con gas se abastecen exclusivamente desde una terminal de almacenamiento de GNL adyacente. Normalmente se utiliza para ubicaciones remotas sin una red de gasoductos de gas natural cercana en las inmediaciones, la solución de suministro de combustible es la conversión de GNL a pequeña escala (SSLNG).
Bajo demanda, estas terminales pueden equiparse adicionalmente con instalaciones de distribución de GNL, por ejemplo, camiones o carga de contenedores ISO. El desarrollo de la demanda del mercado de este tipo de infraestructura ya 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 costos más bajos de GNL en comparación con el petróleo siempre se verán positivamente. 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. (usando alimentación de gas de esquisto) y Rusia (usando 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 en las fuentes de energía renovable, particularmente eólica y solar; sin embargo, es posible que las fuentes renovables no proporcionen suficiente electricidad bajo demanda para picos de energía altos.
El objetivo mundial de reducción de las emisiones de CO 2 obligará a sustituir los combustibles pesados en carbono por combustibles 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 financiación reducidos.
Muchos actores del mercado entienden por SSLNG las instalaciones receptoras 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 de escala mundial con rendimientos superiores a 2 MMtpa.
Existen muchas perspectivas en el mercado global en las que las instalaciones de SSLNG a energía serán soluciones económicas y ambientales viables.
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Cadena de suministro de SSLNG a energía. La cadena de suministro típica de GNL para una planta de 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 buque LNG (LNGC) ( FIG. 1 ); sin embargo, se observa un crecimiento en las terminales de recepción de GNL a granel, en las que las entregas más grandes se recargan en LNGC o barcazas más pequeñas para su entrega a unidades de almacenamiento a pequeña escala. En la unidad de almacenamiento a pequeña escala, el GNL puede almacenarse, bombearse y vaporizarse y luego enrutarse directamente a una planta de energía local.
Además de suministrar combustible directamente a la central, se puede suministrar GNL a otros clientes según la ubicación. Esto puede incluir la distribución de GNL a otras estaciones satelitales de GNL, a estaciones de servicio de GNL, otros sitios de generación de mini-energía o para operaciones marinas de servicio.
HIGO. 2. Además de suministrar combustible directamente a una central eléctrica, el GNL se puede suministrar a otros clientes, como otras estaciones satélite de GNL, estaciones de servicio de GNL, otros sitios de generación de mini-energía u operaciones marinas.
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 barcos y los requisitos para infraestructura marina adicional. Se debe tener en cuenta el diseño de los métodos de almacenamiento y regasificación de GNL, así como la gestión del gas de evaporación.
Se pueden investigar opciones y sinergias adicionales. Estos incluyen el concepto de “solución total”, mediante 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 servicio 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 para SSLNG-to-power. Se han desarrollado varios estudios de casos para niveles variables 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 poder calorífico típico de GNL, con una entrega de carga de GNL cada 4 semanas y una potencia de entrega de 8000 h/año. La TABLA 1 compara ejemplos de soluciones atmosféricas y presurizadas a pequeña escala.
Los tiempos de entrega de estos proyectos varían dependiendo de varios factores, incluyendo 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 estará sujeto a la disponibilidad de GNL en el mercado específico y al tamaño del buque metanero disponible. Están entrando en funcionamiento pequeños LNGC adicionales a medida que aumenta la demanda de cargas más pequeñas, lo que proporcionará un beneficio a las terminales de pequeña escala. Otra opción puede ser recibir una parte de una 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 que probable que la ubicación sea remota, con niveles potencialmente bajos de infraestructura y disponibilidad de mano de obra para la construcción.
La ubicación remota se beneficiará de un mínimo de construcción in situ y de equipos y secciones de la planta que se proporcionen como unidades modulares. El cumplimiento al menos parcial de estos objetivos reducirá los costos de construcción al maximizar la prefabricación. El enfoque de diseño modular brinda ventajas claras 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 tamaño pequeño 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 “gasoducto virtual”), cada uno de los cuales contiene aproximadamente 43 m 3 de producto. Pueden levantarse del conjunto del remolque o dejarse in situ en el remolque para su distribución en la planta.
Aunque el almacenamiento es modular, estos contenedores ISO brindan una opción para soluciones de almacenamiento de hasta 500 m 3 y producen bajos niveles de generación de energía. Una ventaja significativa de usar contenedores ISO es que la instalación no necesita estar en un lugar marítimo, 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 1000 m 3 ( FIG. 4 ). Se pueden lograr diseños económicos de hasta 10 000 m 3 , y el resto de la planta se modulará por completo, lo que significa que el cronograma general se puede reducir a aproximadamente 16 a 18 meses.
Este concepto no incorpora un sistema de manejo de gas de ebullición; en cambio, se permite que el GNL se caliente dentro del almacenamiento, ya que el sistema puede operar sin envío por 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 calefacción adicional para climas más fríos.
Producción de energía a media/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 supera los 10 000 m 3 . 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 se construyen de acuerdo con los códigos EN 14620 o API 620/API 625 pertinentes. El tipo de contención del tanque se puede definir como simple, doble o lleno. Para el almacenamiento de GNL de esta magnitud, el concepto general es tener un tanque de contención total con una capa exterior de hormigón para minimizar el riesgo de fugas. Sin embargo, se pueden adoptar otros conceptos según 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, cercano a la presión atmosférica. Con el líquido en ebullición continua, se debe gestionar el vapor (gas de evaporación) generado. El gas de ebullición se puede comprimir directamente a un sistema de envío o usuario. Un sistema de recondensador utilizado en terminales de regasificación más grandes no sería económico en este caso. Con la mayor tasa de envío de GNL, pueden existir opciones para el concepto de vaporización. Sin embargo, es probable que el uso de vaporizadores de aire ambiente con aleta en estrella, aunque en mayor número, proporcione 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 una terminal SSLNG. Según el tamaño, la central eléctrica podría utilizar motores de gas o, a medida que aumenta el tamaño, turbinas de gas o centrales eléctricas de ciclo combinado.
Con un concepto de solución total, existe un gran potencial de ahorro 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 deberían 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 toda la planta de energía y almacenamiento de GNL. Puede comprender todos los edificios (mantenimiento, control, etc.), instalaciones eléctricas, sistemas de vigilancia (incendios y gas, CCTV, etc.), así como otras unidades auxiliares y de seguridad (contraincendios, servicios públicos, etc.), que impulsarán reducir el CAPEX general. La planta de energía también se puede diseñar para permitir una capacidad de arranque en negro.
Al utilizar 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 utilizar 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 los costos, por ejemplo, los sistemas HVAC. A nivel operativo, se puede lograr cierta reducción en los costos de personal con equipos operativos, de mantenimiento y administrativos 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 marítimo/carretera.
Conceptos offshore en competencia. Existen conceptos competitivos en alta mar para SSLNG a energía, es decir, una FSRU con generación de energía en tierra o una barcaza de energía.
Estas soluciones en alta mar 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 con un CAPEX alto, lo que pone en duda 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.
Llevar. El concepto de 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, dependiendo de la generación de energía requerida.
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