Como reducir las perdidas en un ciclo combinado

Turbina de gas de ciclo combinado

Con el aumento de la población y la urbanización, junto con las estrictas normativas medioambientales para reducir las emisiones de CO₂, la industria de generación de energía se enfrenta a la presión del cambio. Los consumidores esperan que las compañías eléctricas les suministren energía sostenible a bajo coste y un suministro fiable e ininterrumpido de electricidad.

Por ejemplo, las válvulas de drenaje de cierre hermético sin fugas contribuyen a acelerar los tiempos de arranque al reducir las dispersiones térmicas, y las válvulas de control de agua pulverizada de cierre hermético sin fugas evitan el riesgo de choques térmicos en la tubería de vapor que podrían provocar paradas inesperadas.

Las aplicaciones de alta presión requieren productos seguros y robustos que funcionen bien y perduren. Fenómenos como la cavitación, el flashing o la alta velocidad someten a las válvulas a esfuerzos considerables. Incluso una presión diferencial limitada es más que suficiente para poner en marcha el proceso de erosión interna en una válvula y, una vez iniciada la erosión, continuará hasta que sea necesario sustituir los componentes de ajuste o, lo que es más probable, la válvula completa.

Central de ciclo combinado Siemens

Las condiciones de funcionamiento viables de una central de cogeneración pueden visualizarse en un diagrama potencia-calor (diagrama P-(\dot{Q}\)). La figura 2 muestra un ejemplo simplificado de una central con turbina de contrapresión (a) y otra con turbina de condensación por extracción (b). El límite superior viene dado por la capacidad máxima de la caldera y, por tanto, la alimentación máxima de combustible, mientras que el límite inferior indicado viene especificado por la capacidad mínima de la caldera o la carga mínima estable de la turbina de gas. En el lado derecho, con cargas térmicas elevadas, la región factible está restringida por el caudal mínimo que pasa por las últimas etapas de la turbina de vapor. En algunas plantas de cogeneración, la turbina de baja presión puede aislarse y desacoplarse para que todo el vapor se condense en los condensadores de calefacción. A diferencia de las plantas de cogeneración con turbinas de condensación de extracción, que tienen una zona de funcionamiento factible en el diagrama P-\(\dot{Q}\), las plantas con turbina de contrapresión sólo pueden funcionar a lo largo de la línea de contrapresión, véase (a) en la Fig. 2.Fig. 2

Central de ciclo combinado

Calcular o predecir el rendimiento global de una central eléctrica de ciclo combinado, concretamente de una central de turbina de gas de ciclo combinado (TGCC), resulta a veces difícil para la mayoría de los ingenieros de diseño. Su experto favorito en tecnología energética ha derivado la siguiente ecuación para guiar al ingeniero de diseño y al modelador de financiación de proyectos o al ingeniero de desarrollo empresarial en la predicción del rendimiento térmico global del ciclo combinado.

La energía que entra en el generador de vapor se divide en un 85% (hasta un 90%) que se recupera como energía de vapor en la caldera, mientras que el 15% restante (o el 10%) se pierde en la atmósfera (chimenea de humos, pérdidas por radiación y convección).

A continuación, la energía mecánica captada en los ejes GT y ST se acopla en un embrague (rendimiento del 100%) para accionar finalmente el generador eléctrico (EG) con un rendimiento de conversión mecánica a eléctrica del 98% (el 2% restante se pierde en el calentamiento de los devanados del generador y en el sistema de refrigeración del generador).

= función de la pérdida de calor del GT debida a la conducción, convección y radiación de la carcasa del GT, cualquier pérdida de calor debida a la fricción que resulte en un mayor escape del GT es capturada, sin embargo, por el generador de vapor de recuperación de calor.

Turbina de gas de ciclo abierto

Una central eléctrica de ciclo combinado es un conjunto de motores térmicos que funcionan en tándem a partir de la misma fuente de calor, convirtiéndolo en energía mecánica. En tierra, cuando se utiliza para producir electricidad, el tipo más común se denomina central de turbina de gas de ciclo combinado (TGCC). El mismo principio se utiliza también para la propulsión marítima, donde se denomina central combinada de gas y vapor (COGAS). La combinación de dos o más ciclos termodinámicos mejora la eficiencia global, lo que reduce los costes de combustible.

El principio consiste en que, tras completar su ciclo en el primer motor, el fluido de trabajo (el gas de escape) aún está lo suficientemente caliente como para que un segundo motor térmico posterior pueda extraer energía del calor del gas de escape. Normalmente, el calor pasa a través de un intercambiador de calor para que los dos motores puedan utilizar fluidos de trabajo diferentes.

Al generar energía a partir de múltiples flujos de trabajo, la eficiencia global puede aumentar entre un 50% y un 60%. Es decir, de un rendimiento global del sistema de, por ejemplo, un 34% para un ciclo simple, a hasta un 64% neto para la turbina sola en condiciones especificadas para un ciclo combinado[1].