Centrales De Ciclo Combinado

Unidad 4:

INTRODUCCIÓN

La generación de energía eléctrica hoy en día es de vital importancia, ya que el crecimiento acelerado de la población demanda más carga para el consumo, ya sea de la población o de la industria, por ello al generar se debe aprovechar toda la energía que se producen en la platas generadoras.

Como vimos en la unidades pasadas, una manera de las tantas maneras de generar energía es la de tipo Convencional, la cual se efectuaba bajo el Ciclo de Rankine. Ahora está unida veremos una manera distinta de generar electricidad a la de Tipo Convencional, esta es la del Ciclo Combinado.

4.1 Arreglos generales de combinaciones vapor-gas, datos de diseño, capacidades y características.

Se define como un ciclo combinado como el acoplamiento de dos ciclos termodinámicos individuales, uno que opera a alta temperatura y otro con menores temperaturas de trabajo. El calor residual del proceso de generación de trabajo neto en el ciclo de alta temperatura se aprovecha en si mayor parte en un intercambiador de calor para producir un ciclo de baja temperatura.

En la práctica, el términos ciclo combinado se reserva de una forma casi universal a la conjunción en una central de dos ciclos termodinámicos, Brayton y Rankine, que trabajan con fluidos diferentes, gas y agua-vapor. El ciclo que trabaja con aire-gases de combustión (Brayton) opera a mayor temperatura que el ciclo cuyo fluido es agua-vapor (Rankine) y ambos están acoplados por el intercambiador de calor gases7agua-vapor, que es la caldera de recuperación de calor. La unión termodinámica de estos ciclos conduce generalmente a la obtención de un rendimiento global superior a los rendimientos delos ciclos termodinámicos individuales que lo componen.

La justificación de los ciclos combinados reside en que, desde un punto de vista tecnológico, resulta difícil conseguir un único ciclo termodinámico que trabaje entre las temperaturas medias de los focos calientes y frio usuales. Es por ello que, como solución de compromiso, se acuda acoplamiento de dos ciclos: uno especializado en la producción de trabajo con alta frecuencia en rangos alto de temperaturas de trabajo (Brayton) y otro para temperaturas medias-bajas (Rankine).

La eficiencia global del ciclo combinado gas-vapor vendrá determinada por la eficiencia individuales de los ciclos Brayton y Rankine que lo comprenden, así como por la capacidad para realizar un adecuado trasvasa de calor residual presente en el escape del ciclo de Brayton al ciclo de Rankine por medio de la caldera de recuperación de calor.

En las centrales térmicas de vapor se utilizan como máquinas motrices las máquinas de vapor, o las turbinas de vapor o, en algunos casos, ambos tipos de máquinas; además de accionar los generadores eléctricos principales, en las centrales térmicas de vapor, también se utilizan las máquinas anteriormente citadas, para el accionamiento de equipos auxiliares, tales como bombas, hogares mecánicos, ventiladores, excitatrices, etc. El vapor necesario para el funcionamiento de las máquinas motrices, se produce en calderas, quemando combustible en los hogares que forman parte integrante de las propias calderas; desde éstas, el vapor se conduce por medio de canalizaciones hasta las máquinas o las turbinas de vapor.

Las centrales térmicas de vapor comprenden tres partes constructivas esenciales:

1. Sala de calderas

2. Sala de máquinas

3. Sala de distribución

Y además, los intercambios de energía se realizan utilizando tres clases de circuitos principales y varios auxiliares:

4.2 Análisis comparativo con la convencional.

En la generación de energía eléctrica se denomina ciclo combinado a la coexistencia de dos ciclos termodinámicos en un mismo sistema, uno cuyo fluido de trabajo es vapor de agua y otro cuyo fluido de trabajo es un gas producto de una combustión.

El ciclo combinado se encuentra dentro de las denominadas tecnologías de cogeneración, en las que también se incluyen la cogeneración con turbina de vapor, con turbinas de gas, con motor alternativo y con microturbinas, entre otras.

De acuerdo con la definición que encontramos en el portal de la Unión Europea, la cogeneración es una técnica que permite producir calor y electricidad en un único proceso. El calor se presenta en forma de vapor de agua a alta presión o en forma de agua caliente.

Una central de cogeneración de electricidad-calor funciona con turbinas o motores de gas. El gas natural es la energía primaria más utilizada corrientemente para hacer funcionar las centrales de cogeneración. Pero también pueden utilizarse fuentes de energía renovables y residuos.

Al contrario de la central eléctrica tradicional, cuyos humos salen directamente por la chimenea, los gases de escape de la cogeneración son primero enfriados y transmiten su energía a un circuito de agua caliente/vapor. Los gases de escape enfriados pasan seguidamente por la chimenea.

Las centrales de cogeneración de electricidad-calor pueden alcanzar un rendimiento energético del orden del 90 %. El procedimiento es más ecológico que las centrales de petróleo o carbón, ya que durante la combustión el gas natural libera menos dióxido de carbono (CO2) y óxido de nitrógeno (NOX) que el petróleo o el carbón. El desarrollo de la cogeneración podría evitar la emisión de 127 millones de toneladas de CO2 en la UE en 2010 et de 258 millones de toneladas en 2020.

La cogeneración con ciclo combinado se caracteriza porque emplea una turbina de gas y una turbina de vapor. En este sistema los gases producidos en la combustión de la turbina de gas, se emplean para producir vapor a alta presión mediante una caldera de recuperación, para posteriormente alimentar la turbina de vapor, sea de contrapresión o extracción-condensación y producir por segunda vez energía eléctrica, utilizando el vapor a la salida de la turbina o de las extracciones para los procesos de que se trate.

En los últimos años se ha producido un auge de la generación de energía eléctrica con fuentes renovables en la mayoría de los países desarrollados, al tiempo que se refuerza la consolidación de alternativas de generación energética y bajos niveles de emisión de CO2 y gases contaminantes. Dentro de esta última tendencia, por su eficiencia y bajos niveles de emisión, la generación con ciclos combinados tiene especial relevancia como medio de cubrir una parte sustancial de la creciente demanda de energía eléctrica.

4.3 Balances de energías térmica y eléctrica, pérdidas y eficiencias por equipo y generales.

El BOP (balance of plant) está compuesto por

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