Centrales térmicas de ciclo combinado

Centrales térmicas de ciclo combinado

¿Qué es una central térmica de ciclo combinado? La central térmica de ciclo combinado es aquella donde se genera electricidad mediante la utilización

conjunta de dos turbinas:

Un turbogrupo de gas

U n turbogrupo de vapor

Es decir, para la transformación de la energía del combustible en electricidad se superponen dos ciclos:

El ciclo de Brayton (turbina de gas): toma el aire directamente de la atmósfera y se somete a un

calentamiento y compresión para aprovecharlo como energía mecánica o eléctrica.

El ciclo de Rankine (turbina de vapor): donde se relaciona el consumo de calor con la producción de

trabajo o creación de energía a partir de vapor de agua. 

Ventajas del Ciclo CombinadoLas características principales de las centrales térmicas de ciclo combinado son:

Flexibilidad. La central puede operar a plena carga o cargas parciales, hasta un mínimo de

aproximadamente el 45% de la potencia máxima.

Eficiencia elevada. El ciclo combinado proporciona mayor eficiencia por un margen más amplio de

potencias.

Sus emisiones son más bajas que en las centrales térmicas convencionales.

Coste de inversión bajo por MW instalado.

Periodos de construcción cortos.

Menor superficie por MW instalado si lo comparamos con las centrales termoeléctricas convencionales (lo

que reduce el impacto visual).

Bajo consumo de agua de refrigeración.

Ahorro energético en forma de combustible

Compara aquí una Central Térmica de Ciclo Combinado con una Térmica Convencional y descubre tú

mismo sus ventajas.

Partes fundamentales de una central de ciclo combinadoPara entender el funcionamiento de una central térmica de ciclo combinado hay que conocer primero las

partes que la forman:

Turbina de gas. Que consta de:

Compresor, cuya función es inyectar el aire a presión para la combustión del gas y la refrigeración de

las zonas calientes.

Cámara de combustión, donde se mezcla el gas natural (combustible) con el aire a presión,

produciendo la combustión.

Turbina de gas, donde se produce la expansión de gases que provienen de la cámara de

combustión.Consta de tres o cuatro etapas de expansión y la temperatura de los gases en la entrada

está alrededor de 1.400ºC saliendo de la turbina a temperaturas superiores a los 600ºC.

Caldera de recuperación. En esta caldera convencional, el calor de los gases que provienen de la turbina

de gas se aprovecha en un ciclo de agua-vapor.

Turbina de vapor. Esta turbina acostumbra a ser de tres cuerpos y está basada en la tecnología

convencional. Es muy habitual que la turbina de gas y la turbina de vapor se encuentren acopladas a un

mismo eje de manera que accionan un mismo generador eléctrico. 

Turbina de vapor del Bloque V de la Central Térmica de Ciclo Combinado de Besòs

Funcionamiento de una central de ciclo combinadoEn primer lugar el aire es comprimido a alta presión en el compresor, pasando a la cámara de combustión

donde se mezcla con el combustible.

A continuación, los gases de combustión pasan por la turbina de gas donde se expansionan y su energía

calorífica se transforma en energía mecánica, transmitiéndolo al eje.

Los gases que salen de la turbina de gas se llevan a una caldera de recuperación de calor para producir

vapor, a partir de este momento tenemos un ciclo agua-vapor convencional.

A la salida de la turbina el vapor se condensa (transformándose nuevamente en agua) y vuelve a la caldera

para empezar un nuevo ciclo de producción de vapor.

Actualmente la tendencia es acoplar la turbina de

gas y la turbina de vapor a un mismo eje, de manera

que accionan conjuntamente un mismo generador

eléctrico.

Impactos medioambientales de les centrales de ciclo combinado

La utilización de gas natural para la generación de electricidad mediante la tecnología del ciclo combinado se

encuentra dentro de la política medioambiental de un gran número de países, ya que ofrece un gran número

de ventajas en comparación con el resto de tecnologías de producción eléctrica.

En concreto, las emisiones de CO 2 en relación a los kWh producidos son menos de la mitad de las

emisiones de una central convencional de carbón.

Las centrales de ciclo combinado17032007

Otra petición que me hizo Kike es que explicara el funcionamiento de una central de ciclo combinado y que hablara un poco de las emisiones de gases de efecto invernadero que esta tiene respecto a otro tipo de centrales. Pues ahí voy! Para ello he rescatado los temidos libros de termodinámica que tengo para profundizar un poco más en el tema.Una central de ciclo combinado es una central térmica (me autocorrijo, Kike) que usa como combustible el gas natural en vez de fuelóleo o carbón, ya de entrada el gas natural tiene menos contenido en azufre que los otros dos combusibles y, por tanto, generará menos gases contaminantes (concretamente SOx, responsable de la lluvia ácida). Entonces el ciclo combinado ofrece ventajas tanto medioambientales como de rendimiento ya que con la misma cantidad de combustible se produce una mayor cantidad de electricidad. Los rendimientos de una central térmica convencional están alrededor del 33% mientras que las de ciclo combinado llegan hasta el 57%, esto quiere decir que de 100 unidades de combustible que entran, 57 se convierten en electricidad (imaginad lo ineficiente que es un motor térmico!). Paso a la demostración.

El procesoEl ciclo combinado se basa en la unión de dos ciclos de potencia (ciclos de producción de energía) de manera que el calor que genera uno lo aprovecha el otro ciclo. En concreto, se utiliza un ciclo de potencia de gas y un ciclo de potencia de vapor.

En lo que hace referencia al ciclo de gas (o también ciclo superior) se lleva a cabo una

combustión, esto es combustible (gas natural) + aire. El aire se capta de la atmosfera (punto 1) y pasa por un compresor, este lo que hace es aumentar la presión del aire y elevar su temperatura según la ley de los gases ideales (punto 2). Al elevar la temperatura del aire de entrada se necesita menos combustible para llevar a cabo la combustión. En una combustión se genera CO2, vapor de agua, SOx y NOx, nitrógeno y oxígeno (gases de escape). Los gases de escape están a una temperatura muy elevada (punto 3)(unos 1350 ºC, actualmente la limitación la ponen los materiales con los que se construyen los equipos) y se hacen pasar por una turbina que disminuye la presión y con ello la temperatura, sobre unos 600 ºC (punto 4). Esta turbina se acopla a un alternador y ya tenemos el primer punto de producción de electricidad.Los gases de escape se hacen pasar por un intercambiador de calor (es un equipo que permite el intercambio de calor entre un fluido caliente y un fluido frío (con estos equipos se hacen subir y bajar temperaturas de las corrientes en las industrias!) lo que hace que disminuya su temperatura para poder ser emitidos por la chimenea a la atmosfera (punto 5). Aquí ya interviene el segundo ciclo, el de vapor.Al enfriar los gases de escape en el intercambiador, se cede calor a otra corriente que es la de agua, con lo que se aumenta su temperatura y se genera vapor de agua (punto 7). Este vapor entra en una turbina de vapor que hace disminuir su presión y su temperatura (punto 8), y a la vez, obtener energía. Acoplando esta turbina a un alternador ya tenemos el segundo punto de generación de electricidad.El vapor que sale de la turbina se condensa (punto 9), con la ayuda de agua de refrigeración, y se le vuelve a subir la presión mediante una bomba (punto 6) para volver a empezar el ciclo.

Los rendimientosAhora la demostración de porque tiene más rendimiento una central de ciclo combinado. Si definimos el rendimiento como el cociente entre la energía producida y la energía necesaria para llevarla a cabo, esto es R = Eproducida / Enecesaria, tenemos que en nuestro ciclo convencional de gas o de vapor los rendimientos serian, Rgas = Wgas/Qe y Rvapor = Wvapor/Qe. Mientras que en el ciclo combinado el rendimiento nos quedaría, Rcc = (Wgas + Wvapor) /Qe. De ahí que con la misma cantidad de combustible se obtenga más electricidad.

Medio ambienteComo he dicho anteriormente, al emplear un combustible más limpio se generarán menos emisiones de SOx a la atmosfera. Con las centrales de ciclo combinado se pueden llegar a reducir hasta un 50% las emisiones de CO2 (345gr/kWh frente a 820-940gr/kWh), un 100% las de SOx y un 80% las de NOx. Aunque sigue empleando combustible fósil, la energía que genera es más verde y limpia que no la que generan otro tipo de centrales térmicas.

El tema de generación de energía es un tema complicado porque sobretodo genera controversia

social. Se tendría que tender a la generación de energía mediante fuentes renovables, pero siempre habrá sectores de población que se opondrán. Por ejemplo, la energía eólica es muy limpia, pero donde la ubicamos? Si ponemos molinos en las montañas nos cargaremos a la fauna avícola. Si los ponemos en el mar, como los paises nórdicos, nos cargamos a la fauna marina. Otro tanto con la energía solar, para generar suficiente energía se necesitan grandes extensiones de terreno para ubicar las placas, con el coste que eso conlleva, tanto económico como ambiental. Pasemos a la nuclear, por muchos considerada peligrosísima (porque solo se acuerdan de Chernobyl) cuando en realidad una central nuclear es el sitio más seguro que pueda haber. La energía nuclear es una energía muy limpia, no emite gases de efecto invernadero y se necesita muy poco combustible para generar energía, pero hay un gran problema, qué hacemos con los residuos? Tienen períodos de desactivación muy largos y son peligrosos y radiactivos.En fin, en mi opinión hay mucho ciudadano con el síndrome CAVE (Citizens Against Virtually Everything, ciudadanos que están aparentemente contra todo) y pocos que realmente se estrujen los sesos para encontrar soluciones al problema energético de este país. Amén hermanos.

 una central térmica de ciclo combinado

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Es un tipo de central que utiliza gas natural como combustible y que para generar electricidad emplea la tradicional turbina de vapor y una turbina de gas que aprovecha la energía de los gases de escape de la combustión. Con ello se consiguen rendimientos termoeléctricos del orden del 55%, muy superiores al de las plantas convencionales. 

RAZONES DE LAS EMPRESAS PARA INSTALAR ESTAS CENTRALES

El elevado rendimiento del que acabamos de hablar arriba.

El reducido coste de instalación que se sitúa entre 60-80 millones de pta/MW, muy inferior al de las centrales nucleares que puede ser 8-10 veces mayor y al de las instalaciones eólicas que están entre 120-150 millones/MW. 

El corto período de duración de las obras, aproximadamente tres años.

El precio de la materia prima, que, aunque fluctuante como la última crisis del petróleo ha demostrado, es barato: del orden de 2 pta/termia(Nota 1). 

Y la alta disponibilidad de estas centrales que pueden funcionar sin problemas durante 6.500-7500 horas equivalentes al año(Nota 2). 

Las centrales de gas debido a su sofisticada tecnología, a la utilización de un recurso importado y a la escasa necesidad de manipulación, es una forma de producción de electricidad menos intensiva en trabajo, que, por ejemplo, un parque eólico.

UN NEGOCIO REDONDO

Esto se traduce en unos elevados márgenes de beneficio que permiten amortizar la planta en tiempos muy cortos y entrar rápidamente en período de beneficios. Además el grueso de los costes está destinado a la materia prima (gas y gasóil),son variables, por lo que de no ser necesario el funcionamiento de la planta, no se incurre en ellos.

 LOS IMPACTOS AMBIENTALES Y SOBRE LA SALUD

Estas centrales suelen presentarse como tecnologías limpias debido a la reducción de las emisiones de contaminantes que en ellas se consiguen.Se alude en primer término al vertido casi nulo de Dióxido de Azufre (SO2) debido a que este elemento (S) es prácticamente inexistente en el gas natural.Y se insiste mucho en las reducciones que comportaba en las emisiones de Dióxido de Carbono (CO2)por kWh producido(Nota 3), con el consiguiente alivio del efecto invernadero.

Pero se omite señalar que nuestro país ya superó en el año 1999 los límites fijados para el ¡2010! por el compromiso firmado en Kioto de emisión de gases de invernadero, y que la producción de electricidad ha sido -y muy probablemente seguirá siendo- uno de los responsables de este crecimiento.

No deben ignorarse tampoco, por su contribución al cambio climático, las fugas accidentales de metano (CH4,componente casi exclusivo del gas natural) cuyo potencial de calentamiento a 20 años es 56 veces mayor que el de una cantidad igual de CO2. 

Un balance similar ofrecen las emisiones de óxidos de Nitrógeno (NOx). Estas sustancias son componentes de las llamadas lluvias ácidasy se producen por reacción directa del Nitrógeno y el Oxígeno del aire al elevarse la temperatura.

Estas sustancias son también precursores de la formación de Ozono troposférico, un peligroso contaminante que está alcanzando valores alarmantes en la atmósfera de ciertas zonas del territorio peninsular (Madrid, Huelva, Tarragona, Puertollano...). En bastantes de estos sitios se están superando los límites establecidos cuando las condiciones meteorológicas facilitan su formación (elevada insolación y temperatura). 

Es de sentido común suponer que las emisiones que representa la planta agravarán de forma significativa los fenómenos de la contaminación atmosférica y del deterioro de la salud de las personas hasta convertirlo en un problema grave de difícil o imposible control.

 EL PROBLEMA DEL AGUA

Un problema que deben enfrentar estas plantas son sus necesidades de refrigeración. Como quedó dicho más arriba necesitan evacuar aproximadamente el 45% de su potencia térmica total.

Las técnicas convencionales son dos: circuito abierto y torres húmedas.

Circuito abierto: Su uso se limita a las plantas costeras, para conocerlo, lea la versión íntegra del documento.

Torres húmedas:  "Aprovecha" el calor residual para evaporar agua y necesita caudales menores. Aunque este es un uso demoledor del agua de difícil encaje en cuencas que no pueden definirse en modo alguno como excedentarias.El consumo, para los rangos de potencia demandados, se sitúa entre 0,15 y 0,7 m3/seg.

A la limitación en la disponibilidad del recurso hay que añadir la necesidad de purgar las sales contenidas en el agua evaporada que en todas las circunstancias degrada su calidad y que en algún caso puede llevar el impacto hasta valores inasumibles. 

Tampoco deben olvidarse entonces las alteraciones del microclima del lugar debido a las nubes formadas.

 EL IMPACTO DE LAS INSTALACIONES

Y es preciso analizar en cada caso los impactos de las instalaciones anexas (posibles depósitos del combustible principal o de los auxiliares, equipamientos de producción eléctrica...), los específicos de la fase de construcción

(afecciones a vías de acceso, ruidos, polvo, efectos sobre cauces, sobre valores culturales o arqueológicos...), las servidumbres urbanísticas provocadas por las líneas eléctricas de evacuación, por las subestaciones necesarias...

 1. Objetivo de función 2. Definición de central térmica3. Funcionamiento de una central térmica 4.5. Criterios de selección y diseño 6. Materiales de construcción 7. Definición de cogeneración 8. Costos

OBJETIVO DE FUNCIÓN

Las centrales térmicas convencionales queman gas natural, carbón, fuel-oil para producir electricidad por medio de la combustión.

DEFINICIÒN DE CENTRAL TERMICA

Una central térmica es una instalación que produce energía eléctrica a partir de la combustión de carbón, fuel-oil o gas en una caldera diseñada al efecto. El funcionamiento de todas las centrales térmicas, o termoeléctricas, es semejante.

El combustible se almacena en parques o depósitos adyacentes, desde donde se suministra a la central, pasando a la caldera, en la que se provoca la combustión. Esta última genera el vapor a partir del agua que circula por una extensa red de tubos que tapizan las paredes de la caldera. El vapor hace girar los álabes de la turbina, cuyo eje rotor gira solidariamente con el de un generador que produce la energía eléctrica; esta energía se transporta mediante líneas de alta tensión a los centros de consumo. Por su parte, el vapor es enfriado en un condensador y convertido otra vez en agua, que vuelve a los tubos de la caldera, comenzando un nuevo ciclo.

El agua en circulación que refrigera el condensador expulsa el calor extraído a la atmósfera a través de las torres de refrigeración, grandes estructurasque identifican estas centrales; parte del calor extraído pasa a un río próximo o al mar.

Las torres de refrigeración son enormes cilindros contraídos a media altura (hiperboloides), que emiten de forma constante vapor de agua, no contaminante, a la atmósfera. Para minimizar los efectos contaminantes de la combustión sobre el entorno, la central dispone de una chimenea de gran altura (llegan a los 300 m) y de unos precipitadores que retienen las cenizas y otros volátiles de la combustión. Las cenizas se recuperan para su aprovechamiento en procesos de metalurgia y en el campo de la construcción, donde se mezclan con el cemento.

FUNCIONAMIENTO DE UNA CENTRAL TÉRMICA

En las centrales térmicas convencionales, la energía química ligada por el combustible fósil (carbón, gas o fuel -óil) se transforma en energía eléctrica. Se trata de un proceso de refinado de energía. El esquema básico de funcionamiento de todas las centrales térmicas convencionales es prácticamente el mismo, independientemente de que utilicen carbón, fuel -óil o gas.

Las únicas diferencias sustanciales consisten en el distinto tratamiento previo que sufre el combustible antes de ser inyectado en la caldera y el diseñode los quemadores de la misma, que varía según el tipo de combustible empleado.

El vapor de agua se bombea a alta presión a través de la caldera, a fin de obtener el mayor rendimiento posible. Gracias a esta presión en los tubos de la caldera, el vapor de agua puede llegar a alcanzar temperaturas de hasta 600 ºC (vapor recalentado).

Este vapor entra a gran presión en la turbina a través de un sistema de tuberías. La turbina consta de tres cuerpos; de alta, media y baja presión respectivamente. El objetivo de esta triple disposición es aprovechar al máximo la fuerza del vapor, ya que este va perdiendo presión progresivamente. Así pues, el vapor de agua a presión hace girar la turbina, generando energía mecánica. Hemos conseguido transformar la energía térmica en energíamecánica de rotación.

El vapor, con el calor residual no aprovechable, pasa de la turbina al condensador. Aquí, a muy baja presión (vacío) y temperatura (40ºC), el vapor se convierte de nuevo en agua, la cual es conducida otra vez a la caldera a fin de reiniciar el ciclo productivo. El calor latente de condensación del vapor de agua es absorbido por el agua de refrigeración, que lo entrega al aire del exterior en las torres de enfriamiento.

La energía mecánica de rotación que lleva el eje de la turbina es transformada a su vez en energía eléctrica por medio de un generador asíncrono acoplado a la turbina.

CLASIFICACION

CENTRALES TERMICAS CLASICAS O CONVENCIONALES

Centrales Térmicas de Carbón

FUNCIONAMINETO, CARACTERISTICAS, VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Las centrales térmicas que usan como combustible carbón, pueden quemarlo en trozos o pulverizado. La pulverización consiste en la reducción del carbón a polvo finísimo (menos de 1/10 mm de diámetro) para inyectarlo en la cámara de combustión del generador de vapor por medio de un quemador especial que favorece la mezcla con el aire comburente.

Con el uso del carbón pulverizado, la combustión es mejor y más fácilmente controlada. La pulverización tiene la ventaja adicional que permite el uso de combustible de desperdicio y difícilmente utilizado de otra forma. En estas se requiere instalar dispositivos para separar las cenizas producto de la combustión y que van hacia el exterior, hay incremento de efecto invernadero por su combustión, altos costos de inversión, bajo rendimiento y arranque lento

Centrales Térmicas de Fuel-Oil

FUNCIONAMIENTO, CARACTERISTICAS, VENTAJAS Y DESVENTAJAS

En las centrales de fuel, el combustible se calienta hasta que alcanza la fluidez óptima para ser inyectado en los quemadores. Las de fuel-óil presentan como principal inconveniente las oscilaciones del precio del petróleo y derivados, y a menudo también se exigen tratamientos de desulfuración de los humos para evitar la contaminación y la lluvia ácida.

El consumo de un millón de litros de gasolina emite a la atmósfera 2,4 millones de kilogramos de Dióxido de Carbono (CO2), el principal causante delcambio climático mundial. Arranque lento y bajo rendimiento.

Centrales Térmicas de Gas Natural

FUNCIONAMIENTO, CARACTERISTICAS, VENTAJAS Y DESVENTAJAS

En vez de agua, estas centrales utilizan gas, el cual se calienta utilizando diversos combustibles (gas, petróleo o diesel). El resultado de ésta combustión es que gases a altas temperaturas movilizan la turbina, y su energía cinética es transformada en electricidad por un generador.

El uso de gas en las centrales térmicas, además de reducir el impacto ambiental, mejora la eficiencia energética. Menores costos de la energía empleada en el proceso de fabricación y menores emisiones de CO2 y otros contaminantes a la atmósfera. La eficiencia de éstas no supera el 35% .

CENTRALES TERMICAS NO CONVENCIONALES

Centrales Térmicas de Ciclo Combinado

FUNCIONAMIENTO, CARACTERISTICAS, VENTAJAS Y DEVENTAJAS

Un ciclo combinado es, la combinación de un ciclo de gas y un ciclo de vapor. Sus componentes esenciales son la turbina de gas, la caldera derecuperación la turbina de vapor y el condensador. El ciclo de gas lo compone la turbina de gas, y el ciclo de vapor está constituido por la caldera de recuperación, la turbina de vapor y el condensador.

La tecnología de las centrales de ciclo combinado permite un mayor aprovechamiento del combustible y, por tanto, los rendimientos pueden aumentar entre el 38 por ciento normal de una central eléctrica convencional hasta cerca del 60 por ciento. Y la alta disponibilidad de estas centrales que pueden funcionar sin problemas durante 6.500-7500 horas equivalentes al año.

Uno de los principales problemas que plantean las centrales térmicas es que se trata de un proceso relativamente complejo de conversión de energías. Utilizan combustible de alto grado de calidad. Provocan contaminación con la alta emisión de gases.

Centrales Térmicas de Combustión de Lecho Fluidizado

FUNCIONAMIENTO; CARACTERISTICAS; VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Consiste en quemar carbón en un lecho de partículas inertes, a través del cual se hace pasar una corriente de aire. Esta soporta el peso de las partículas y las mantiene en suspensión, de modo que da la impresión de que se trata de un líquido en ebullición. Permitiría obtener rendimientos de hasta el 50%, disminuyendo al mismo tiempo la emisión de anhídrido sulfuroso.

Su eficiencia es de 40 a 42% en ciclos combinados En la tecnología de lecho fluidizado se inyecta caliza directamente dentro de la caldera para capturar y remover el azufre del combustible como un subproducto seco.

La temperatura del gas dentro de la caldera va de los 820°C a los 840°C, lo cual determina su diseño y el arreglo de las superficies de transferencia de calor. Este tipo de calderas puede ser atmosférico o presurizado.

Centrales Térmicas Gicc Gasificación de Carbón Integrada en ciclo combinado

FUNCIONAMIENTO, CARACTERISTICAS, VENTAJAS Y DESVENTAJAS

La gasificación del carbón es un proceso que transforma el carbón sólido en un gas sintético compuesto principalmente de CO e hidrógeno (H2). El carbón es gasificado controlando la mezcla de carbón, oxígeno y vapor dentro del gasificador. La potencia media de estas centrales viene a ser de 300 MW, muy inferior todavía a la de una térmica convencional.

Las ventajas medioambientales que ofrecen estas centrales se fundamentan en los bajos valores de emisión de óxidos de azufre y otras partículas.

En la actualidad las IGCC alcanzan eficiencias de 45%, una eliminación de 99% de azufre. Bajos costos de combustible, admite combustible de bajo grado de calidad, bajo grado de emisiones, alto rendimiento, tecnología sin completa prueba de eficiencia, altos costos de inversión, plantas complejas, arranque lento.

CRITERIOS DE SELECCIÓN Y DISEÑO

El diseño conceptual incluye la descripción de la localización, forma y bases del diseño de la planta general, como intemperie o cubierta, grado de utilización, combustible (incluyendo previsión de cambios), tipo y enlaces de la subestación eléctrica, suministro y sistemas de agua, accesos, condiciones y características del sitio, orientación, arreglo general, elementos principales, condiciones de diseño y características de construcción.

CARACTERÍSTICAS DEL SITIO

*Topografía y drenaje

*Accesos

*Geología

*Proximidad a bancos de préstamos (obtención de material combustible)

*Meteorología. Condiciones climatológicas del sitio

CONDICIONES GENERALES DE DISEÑO

*Temperatura del aire anual promedio

*Presión barométrica

*Nivel base de la planta

*Coeficientes sísmicos: para estructuras, para bardas, para chimeneas.

*Resistencia del terreno

SELECCIÓN DEL TAMAÑO DE UNIDADES

La selección del tamaño involucra un compromiso entre varios factores, sin embargo se sabe que económicamente la mejor solución es instalar unidades del 5 al 10% de la capacidad de los sistemas.

*Especificaciones del turbogenerador, del generador de vapor, y optimización del sistema de agua de circulación.

*Suministro de agua asegurada para el presente y para el fututo.

*Ubicación por razón de disponibilidad del carbón o combustibles, cerca de las fuentes del mismo, o sea lo que corrientemente se conoce como Central de Boca de Mina.

*Ubicación por razón de otros factores, como proximidad a los centros de carga, a fuentes de agua para refrigeración, o a sitios de fácil acceso para la maquinaria y equipos pesados. La ubicación del lugar debe ser en un sitio con vías de acceso muy buenas y al uso de equipos especiales de transporte.

*Costos de la propiedad, de construcción, de puesta en función, de mantenimiento.

*Impacto- socio económico.

*Facilidades de transportación.

MATERIALES DE CONSTRUCCION

Estos varían de acuerdo al equipo utilizado, los más utilizados son los siguientes:

Para paredes, pisos y cubierta o techo de los tanques, se emplean los aceros A283 grado C y D y A285 grado C.

Acero al carbón Acero inoxidable Teflón en los compresores de aire Aleaciones de acero Aleaciones de latón Vidrio Hule Plásticos Concreto Ladrillo Refractario

DEFINICION DE COGENERACION

Los sistemas de cogeneración reciclan la energía perdida en el proceso primario de generación (como una turbina de gas) en un proceso secundario. La energía restante se emplea en este caso en forma de vapor directamente en las cercanías de la central (por ejemplo, para calentar edificios), lo que aumenta aún más la eficiencia global del sistema.

En las aplicaciones de cogeneración que requieran tanto calor (el utilizado en un proceso industrial) como electricidad, se genera vapor a altas presiones en una caldera y se extrae desde la turbina a la temperatura y la presión que necesita el proceso industrial. Las turbinas de vapor se pueden utilizar en ciclos (escalones) combinados con un generador de vapor que recupera el calor que se perdería. Las unidades industriales se utilizan para poner en movimiento máquinas, bombas, compresores y generadores eléctricos. La potencia que se obtiene puede ser de hasta 1.300 MW.

COSTOS

De acuerdo con los planes de expansión del sector eléctrico, la mínima capacidad de la planta térmica que se está instalando en el país es de 150 MW.

Es casi imposible poder indicar, para centrales térmicas de determinada capacidad, un costo promedio global o por KW instalado. Cada central es un caso específico y debe procederse a establecer los costos de cada uno de sus componentes de acuerdo con los equipos seleccionados y las condiciones locales específicas.

La siguiente tabla muestra las diferencias de costo frente a las alternativas clásicas de generación

Como puede apreciarse en la tabla anterior, de las centrales térmicas analizadas, la de ciclo combinado presenta costos de operación menores a cualquier alternativa. Posee un costo variable no combustible enmarcado dentro de los más baratos (1,55 Mills/KWh) y un costo de combustible considerablemente más barato que cualquier otra alternativa térmica (8,5 Mills/KWh). Aunque estos costos varían algo con cada diseño, son aproximadamente constantes, por lo que se pueden considerar estables.

COMPONENTES DE UNA CENTRAL TERMICA CARACTERÍSTICAS – FUNCION

TURBOGENERADOR

En él tienen lugar las siguientes conversiones de energía:

Energía calorífica del vapor a energía cinética en las toberas de la turbina.

Energía cinética del vapor a energía mecánica en los álabes, la que se recoge en la flecha de la turbina.

Energía mecánica o energía eléctrica, de la flecha al embobinado del generador.

GENERADOR DE VAPOR

El término de generador de vapor o caldera se aplica normalmente a un dispositivo que genera vapor para producir energía, para procesos o dispositivos de calentamiento. Las calderas se diseñan para transmitir calor de una fuente externa de combustión a un fluido (agua) contenido dentro de ella

La caldera está compuesta por equipos como ventiladores de aire y gases, precalentadores de aire, ductos, chimenea, economizador, domo, hogar, sobrecalentador, recalentador, quemadores, accesorios, instrumentos, etc.

CONDENSADOR

La condensación el vapor de escape de la turbina y drenes se efectúa en el condensador , además de la extracción de algunos gases inconfensables.

TORRE DE ENFRIAMIENTO

Las torres de enfriamiento son dispositivos de enfriamiento artificial de agua. Se clasifican como cambiadores de calor entre un volumen en circuito cerrado de agua y aire atmosférico.

Básicamente las torres de enfriamiento son cambiadores de calor de mezcla, efectuando la transmisión de calor por cambio de sustancia y convección entre los medios. El agua cede calor al aire sobre todo por evaporación, lo hace también por convección, pero en forma secundaria.

BOMBAS

De acuerdo con el mecanismo que mueve el flujo, las bombas se clasifican en:

centrífugas

rotatorias alternativas

CAMBIADOR DE CALOR

Después de la resistencia de los materiales, los problemas que involucran flujo de calor son los más importantes en la ingeniería.

el calor se transfiere mediante aparatos llamados cambiadores de calor; los principales de éstos equipos, son los siguientes:

calentadores de agua de alimentación

calentadores de combustible generador de vapor / vapor evaporadores enfriadores de agua enfriadores de aceite enfriadores de hidrógeno condensador generador de vapor

TANQUES

Los códigos o normas sobre diseño de recipientes o tanques tienen como objeto principal que la fabricación se haga con la seguridad requerida a una economía razonable. Todos los tanques estarán provistos con los aditamentos necesarios para cumplir con su funcionamiento y los reglamentos de seguridad;

Usos de los tanques

Almacenamiento de condensado Servicio diario

de aceite combustible Almacenamiento de aceite

combustible Almacenamiento de agua

desmineralizada o evaporada Almacenamiento de agua cruda Servicio de aceite ligero Tanque para columna de agua de

enfriamiento Tanque de mezcla de sustancias

químicas Drenes limpios fríos

Tanque de purgas (blow off tank)

COMPRESORES DE AIRE

El aire comprimido se utiliza en las plantas termoeléctricas para instrumentos, control, servicio, sopladores de la caldera y subestación eléctrica.

TRATAMIENTO Y MONITOREO DE AGUA

La alimentación de agua a la caldera constituye, desde el punto de vista químico, uno de los principales problemas de operación: influencia en la confiabilidad decisiva.

En las plantas termoeléctricas, la alimentación a la caldera es principalmente de condensado de la turbina (alrededor de 95 a 99%); las pérdidas por purgas, fugas de vapor y condensado, atomización de combustible, etc., deben compensarse con agua de repuesto cuyo volumen varía de 1 a 5%.

El agua de repuesto proviene de fuentes naturales de superficie o pozos profundos; en ninguno de los dos casos se encuentra en estado puro.

TUBERÍAS Y AISLAMIENTO

La aplicación de tuberías en plantas termoeléctricas y nucleares, refinerías y plantas químicas, etc., se basa normalmente en idénticas ( o muy similares) consideraciones de diseño. En su construcción se usan materiales de las mismas propiedades físicas y mecánicas, composición química yestructura metalúrgica; los procesos de fabricación como doblado, formado, soldado y tratamiento térmico involucran procedimientos idénticos que no dependen de la aplicación, sino de la calidad final deseada.

CUADRO COMPARATIVO ENTRE CENTRALES TERMICAS, NUCLEARES E HIDROELECTRICAS

    CENTRAL NUCLEAR CENTRAL HIDROELECTRICA

PARÁMETROS CENTRAL TERMICA

COMBUSTIBLE Combustibles fósiles: gas, carbón, fuel- oil.

Energía nuclear: fisión, fusión

Energías renovables: Hidráulica

EQUIPOS

Calderas

Turbinas de vapor y gas

Carbón- gas- fuel oil

Condensador

Generador

Reactor nuclear Turbinas de vapor Uranio – plutonio Generador

Turbinas Agua Generador

TIEMPO DE INSTALACIÓN

6 meses a 1 año  

5 a 10 años

1 a 4 años

FUENTE DE ENERGIA

No renovable

No renovable Renovable

COSTOS  

150 millones de dólares.

Esta alrededor de 1000 US$/kW, 3.5 USc/kWh

240 millones de dólares

SUMINISTRO DE ENERGIA EN COLOMBIA

25%  

0%

75%

CONVENIENCIA ECONOMICA EN COLOMBIA

Menor consumo de divisas, menor tendencia tecnológica, mayor factor de empleo.

Mayor consumo de divisas, mayores costos en tecnología, menor factor de empleo remplazando la mano de obra por máquinas.

Menor consumo de divisas, menor tendencia tecnológica, mayor factor de empleo.

PRODUCCIÓN DE ENERGIA ELECTRICA

El vapor se genera por la combustión del carbón o de

El calor se produce por la fisión nuclear en un reactor.

Utilizan la fuerza y velocidad del agua corriente para hacer girar las turbinas.

derivados del petróleo.

VENTAJAS

Corto tiempo de construcción

No dependen del clima

Costos de inversión menores que en la hidroeléctricas lo que favorece su construcción y entrada en funcionamiento.

Facilidad de transporte del combustible orgánico desde el lugar de su extracción hasta la central térmica.

Progreso técnico lo que permitió diseñar grandes unidades generadoras (grandes módulos) con mejores rendimientos que las unidades pequeñas o medianas.

Uno de los materiales utilizados para su desintegración es el uranio, del cual quedan aún grandes reservas.

La tecnología empleada está muy desarrollada y tiene una granproductividad, ya que con cantidades mínimas de sustancia se obtiene una gran cantidad de energía.

Generan energía eléctrica limpia ya que no se produce emanación al medioambiente de gases de combustión causantes de la lluvia ácida.

No contamina: el aire, ni agua, ya que no se requiere combustible alguno.

Costos de mantenimiento bajos.

DESVENTAJAS

Como resultado del procesamiento del carbón, fue- oil y gas, éstas centrales son importantes fuentes emisoras de agentes contaminantes, calor, ruido y vibraciones.

La peor desventaja es el terrible impacto

Uno de los mayores problemas es la posibilidad de una fuga radioactiva en caso de accidente, lo que provocaría cuantiosos daños humanos y materiales.

Otro problema son los residuos radioactivos que genera, de difícil y costoso almacenamiento y que resultan muy peligrosos a corto y

Inundaciones grandes de tierras fértiles. Deforestación. Migraciónforzada de poblaciones aledañas.

Mayor tiempo de construcción en comparación con las Centrales Térmicas.

ambiental que produce, ya que emite gases que provocan tanto el efecto invernadero como la lluvia ácida.

En el caso del petróleo es preocupante su vertido al mar cuando se transporta, ya que crea las famosas mareas negras.

largo plazo.

También es muy alto el coste de las instalaciones y su mantenimiento.

CAPACIDAD DE GENERACION

Gas natural 9,7 KW-h/ m3

Carbon 2,4 KW- h/ Kg

Fuel- oil 2,9 KW- h/ Kg

Uranio 115 KW- h/ Kg

Hidraulica 2,57 KW- h/m3

EFICIENCIA DE LA

CONVERSION

Gas natural 40%

Carbón 40%

Fuel- oil 40%

Uranio 30%

Hidráulica 80%

Kg O m3 DE COMBUSTIBLE QUE SE NECESITAN PARA GENERAR 1 KW

Gas natural 0,416 m3 /KW –h

Carbón de 0,336 a 0,850 Kg / KW- h

Diesel / fuel de 0,362 a 0,309 Kg / KW- h

Uranio 8,69 x 10-3 Kg / KW - h

Hidráulica 0,389 m3 / KW- h

IMPACTO AMBIENTAL

Los efectos ambientales de una central térmica provienen del proceso de combustión, así como de las emisiones de polvo y gases contaminantes.

Los materiales radioactivos emitenradiación ionizante penetrante que puede dañar los tejidos vivos.

Gran impacto ambiental

No contaminan el ambiente.

En general los efectos ambientales -por ejemplo, emisiones contaminantes, ocupación de espacio por la central y volumen de residuos - aumentan en el orden siguiente: gas, fuel oil ligero, fuel oilpesado y combustión de carbón.

El gas radón radioactivo es un contaminante frecuente en las minas subterráneas de uranio.