“AÑO DE LA DIVERSIFICACIÓN PRODUCTIVA Y DEL FORTALECIMIENTO DE LA EDUCACIÓN” UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA CURSO : FUERZA MOTRIZ TÉRMICA DOCENTE : ING. GALARZA SOTO WALTER HERBERT INTEGRANTES : BOBADILLA MERLO, AL MARLON CALDERON ZUÑIGA, ERIK JORGE RAMOS NUÑEZ, EDGAR JHONATAN YOPLA BASALDÚA, JORGE SECCION : “A” ESTUDIO DE UNA CENTRAL TÉRMICA DE CICLO COMBINADO DE 485MW
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“AÑO DE LA DIVERSIFICACIÓN PRODUCTIVA Y DEL FORTALECIMIENTO
DE LA EDUCACIÓN”
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
CURSO : FUERZA MOTRIZ TÉRMICA
DOCENTE : ING. GALARZA SOTO WALTER HERBERT
INTEGRANTES : BOBADILLA MERLO, AL MARLON
CALDERON ZUÑIGA, ERIK JORGE
RAMOS NUÑEZ, EDGAR JHONATAN
YOPLA BASALDÚA, JORGE
SECCION : “A”
LIMA – PERÚ
2015
ESTUDIO DE UNA CENTRAL TÉRMICA DE CICLO COMBINADO DE 485MW
INDICE
1. INTRODUCCIÓN ………………………………………………………. 3
2. OBJETIVOS ……………………………………………………………. 4
3. EL CICLO COMBINADO ……………………………………………… 4
4. DESCRIPCION DE LA CENTRAL …………………………………… 8
4.1. Breve reseña histórica …………………………………………… 8
4.2. Identificación de la empresa ……………………………………. 10
4.3. La Central Ventanilla …………………………………………….. 11
5. CARACTERISTICAS DE LAS UNIDADES …………………………. 17
6. SUMINISTRO DE GAS NATURAL ………………………………….. 21
7. BALANCE DE ENERGIA ……………………………………………..
8. ANALISIS DE RESULTADOS ………………………………………..
1. INTRODUCCION
El presente trabajo describe a la Central Térmica de Ciclo Combinado
Ventanilla el cual brinda energía eléctrica a la población, se detalla su
ubicación geográfica, reseña histórica, principales unidades que tiene
instalado en su proceso de producción de energía eléctrica, tipos de
combustibles que utiliza y el balance de energía térmico el cual se
menciona a detalle considerando sus principales factores que intervienen en
los cálculos.
Los recientes desarrollos tecnológicos para las turbinas de gas han logrado
que el ciclo combinado de gas y vapor resulte muy atractivo desde el punto
de vista económico, ya que el ciclo combinado aumenta la eficiencia sin
incrementar mucho el costo inicial. Así, muchas centrales eléctricas nuevas
operan en ciclos combinados, y muchas centrales de vapor o de turbina de
gas existentes se están convirtiendo en centrales de ciclo combinado. Como
resultado de esta conversión, se han reportado eficiencias térmicas muy por
encima de 40%.
2. OBJETIVOS
2.1. OBJETIVO GENERAL
Determinar el Balance de Energía Térmico de la central térmica
de ciclo combinado Ventanilla.
2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Analizar el funcionamiento de la central térmica Ventanilla.
Analizar la potencia de los principales unidades de la central.
Describir las principales unidades de la central térmica.
Verificar los principales parámetros que gobiernan la central.
3. EL CICLO COMBINADO
Una central de ciclo combinado es un sistema para producir electricidad de
modo más barato, más eficiente y con menos incidencia en la naturaleza
que empleando otros combustibles fósiles. Las emisiones gaseosas a la
atmósfera, el nivel de ruidos y los efluentes líquidos que generan permiten
cumplir con la legislación más restrictiva.
Incorporar uno o varios grupos formados por una turbina de gas completada
con un ciclo de vapor (caldera y turbina) que aprovecha la energía de los
gases de escape. Cada grupo utiliza para su refrigeración, un circuito
cerrado equipado con una torre de refrigeración, que minimiza el consumo
de agua.
Entre las ventajas de las centrales de ciclo combinado destacan las
siguientes:
Flexibilidad. Son capaces de operar en cualquier régimen de
funcionamiento, con gran rapidez de adaptación a las variaciones de
carga.
Arranque rápido. Están equipadas con dispositivos que permiten
tiempos de arranque muy cortos.
Diseño fiable y alta disponibilidad. El diseño está probado y,
normalmente, cada grupo cuenta con redundancias del 100% en los
equipos auxiliares importantes.
Alto rendimiento. Las modernas turbinas de gas y las de vapor hacen
que los grupos de ciclo combinado tengan un rendimiento más elevado
que el de cualquier otra central. El rendimiento global, en energía
primaria, puede ser un 57% superior.
Costes de operación bajos. Como resultado de las características y
optimización de los nuevos grupos, la operación es más sencilla y los
costes de generación, inferiores.
Tiempo de construcción reducido. Debido a que los proyectos siguen
diseños estándar, los plazos de construcción se reducen de forma muy
importante.
Sus emisiones son más bajas que en las centrales térmicas
convencionales.
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.
ESQUEMA DE GENERACION A CICLO COMBINADO
Para 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 1400ºC 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.
Diagrama termodinámico
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.
En 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.
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 CO2 en relación a los
kWh producidos son menos de la mitad de las emisiones de una central
convencional de carbón.
4. DESCRIPCION DE LA CENTRAL
4.1.Breve reseña histórica
Empresas Eléctricas Asociadas fue creada en 1906 como una empresa
privada dedicada a la generación, la transmisión y la distribución de
electricidad. Posteriormente, en 1972, mediante Decreto Ley 19521, el
Estado se reservó las actividades de generación, transmisión,
distribución y comercialización de energía eléctrica para el servicio
público.
En 1974, la propiedad de la mayoría absoluta del capital de Empresas
Eléctricas Asociadas pasó a poder del Estado y, posteriormente,
modificó su razón social por Electrolima S. A.
En enero de 1994 fue creada la Empresa de Generación Eléctrica de
Lima S. A., luego de que el gobierno peruano aprobara la legislación
para separar la compañía estatal Electrolima S. A. en tres diferentes
unidades de negocio: generación, transmisión y distribución, conforme
a lo previsto en la Ley de Concesiones Eléctricas aprobada por Decreto
Ley 25844. Así, la Empresa de Generación Eléctrica de Lima S. A. fue
designada para llevar el negocio de generación de energía,
anteriormente a cargo de Electrolima S. A., y recibir los activos y el
personal asignados a dicha actividad.
El control de la Empresa de Generación Eléctrica de Lima S. A. fue
transferido al sector privado el 30 de noviembre de 1995, cuando el
Estado peruano vendió el total de sus acciones Clase A (que
representaban 60% de su capital social) a Generandes Co., por un
monto de 424 millones de dólares en efectivo y 100 millones de dólares
en valor nominal de papeles de la deuda externa peruana.
Posteriormente, mediante contrato suscrito el 12 de agosto de 1996,
Generandes Co. cedió su posición contractual en el contrato de
compra-venta de acciones celebrado con el Estado peruano a favor de
Generandes Perú S. A. Como resultado de la adquisición de acciones
que representaban 60% del capital social de Empresa de Generación
Eléctrica de Lima S. A., Generandes Perú S. A. se convirtió en titular de
un número suficiente de acciones para designar a la mayoría de
miembros del Directorio y ejercer el control efectivo de su gestión.
En julio de 1996, Empresa de Generación Eléctrica de Lima S. A.
acordó el cambio de su denominación social por Talleres Moyopampa
S. A. El 14 de agosto de 1996, Talleres Moyopampa S. A. se escindió y
dio lugar a la constitución de una nueva sociedad denominada
EDEGEL cuyas operaciones se iniciaron en esta última fecha. Dentro
del proceso de escisión que dio lugar al nacimiento de Edegel, Talleres
Moyopampa S. A., al amparo de lo autorizado por las leyes 26283,
26416 y 26561, capitalizó el excedente de reevaluación determinado
mediante una tasación independiente.
En junio de 2006 entró en vigencia la fusión por absorción de Etevensa
(CT. Ventanilla) por parte de EDEGEL; como consecuencia de esta
operación, EDEGEL asumió todos los derechos y las obligaciones de
Etevensa, la cual se extinguió.
Finalmente, en mayo de 2009 entró en vigencia la Reorganización
Simple que hizo efectiva la opción ejercida por Peruana de Energía
S.A.A. prevista en el Contrato de Financiamiento Proyectos Yanango y
Chimay suscrito con Edegel en marzo de 2000.
Mediante dicha operación, EDEGEL transfirió a favor de su filial,
Chinango S.A.C., un bloque patrimonial compuesto por la totalidad de
activos, pasivos, derechos, concesiones, autorizaciones, permisos y
licencias asociados a las centrales hidroeléctricas Yanango y Chimay.
Luego de la entrada en vigencia de la Reorganización Simple, EDEGEL
quedó como titular del ochenta por ciento del accionariado de Chinango
S.A.C., y Peruana de Energía S.A.A. como titular del veinte por ciento
restante.
4.2. Identificación de la empresa
Edegel S.A.A. (EDEGEL) es una sociedad anónima abierta constituida
y existente bajo las leyes de la República del Perú. EDEGEL tiene su
sede administrativa en la ciudad de Lima y desarrolla sus actividades
operativas en las provincias de Lima, Callao y Huarochirí del
Departamento de Lima.
Sus datos generales son los siguientes:
Nombre / Razón social : EDEGEL S.A.A.
Numero de RUC : 20330791412
Dirección Sede : Av. Víctor Andrés. Belaunde Nº 147, Int. 701 Vía
Principal Int. 801 San Isidro.
Teléfono/Fax : 215-6300 / 421-7378
El 14 de agosto de 1996 se constituyó como una sociedad anónima
mediante escritura pública otorgada ante el notario público de Lima
Ricardo Ortiz de Zevallos Villarán.
Posteriormente, modificó en su totalidad su estatuto social para
adaptarse a su condición actual de sociedad anónima abierta mediante
escritura pública de fecha 17 de noviembre de 1998, otorgada ante el
notario público de Lima Eduardo Laos de Lama. EDEGEL se encuentra
inscrita en la ficha N.° 131538, que continúa en la Partida Electrónica
N.°11008822 del Registro de Personas Jurídicas de la Oficina Registral
de Lima y Callao.
EDEGEL tiene como objeto social las actividades propias de la
generación de energía eléctrica en el marco de la legislación vigente. El
plazo de duración de la sociedad es indefinido. Por la naturaleza de su
actividad, a la compañía le corresponde el Código Internacional
Industrial Uniforme (CIIU) 4010.
La empresa comercializa en el mercado peruano potencia y energía
eléctrica, las cuales cumplen con todas las especificaciones de la
Norma Técnica de Calidad de los Servicios Eléctricos, siendo los más
importantes los niveles de tensión, la frecuencia y el tiempo de
indisponibilidad del servicio.
En la actualidad, EDEGEL es la compañía privada de generación de
electricidad con mayor capacidad instalada en el Perú. Cuenta con una
potencia instalada total de 1473.73 MW, de la cual 551.23 MW
corresponde a potencia hidroeléctrica y 922.50 MW a potencia
Térmica.
4.3.La Central Ventanilla
La Central Ventanilla está localizada en la Avenida del Bierzo, en el
distrito de Ventanilla, provincia del Callao, departamento de Lima.
Específicamente, está localizada en la margen derecha del rió Chillón,
en la localidad denominada “Pampa de los Perros”, alrededor de 10
kilómetros de la carretera a ventanilla (Av. Néstor Gambeta). El
proyecto está ubicado a 50 metros sobre el nivel del mar, y las
coordenadas del proyecto son: 11°56’14.19’’ latitud sur y 77°07’09.07’’
longitud este. El de la Unidad Productiva (Operativa) de la Central
Ventanilla corresponde principalmente al agua tratada proveniente del
sistema de enfriamiento del ciclo combinado (torres de refrigeración) de
la Central, las otras líneas de agua corresponden a los rechazos de la
planta de tratamiento de agua (retrolavado de filtros de lecho profundo
y poza de neutralización). El Vertimiento de la CT Ventanilla es
descargado al río Chillón y monitoreado de forma mensual por la
consultora SGS del Perú de acuerdo a los parámetros y límites dados
por R.D. 008-97-EM/DGAA, publicada en El Peruano el 17 de junio de
1997 para el sector eléctrico.
La Central Ventanilla inició sus actividades en Julio de 1993 con la
puesta en marcha de una Central Térmica con una potencia de 205.18
MW, que operaba en base a dos turbinas Westinghouse.
En Julio de 1997, la Central de Ventanilla amplió su potencia de
generación eléctrica a 500 MW, con la entrada en operación de dos
turbinas Siemens con una potencia de 160 MW cada una. La
ampliación de la Central Térmica fue aprobada mediante Memorando
No. 289-97- EM/DGAA y mediante Informe No. 35-97-DGAA/MG de
fecha 22 de Abril de 1997 del Ministerio de Energía y Minas.
Distribución de Planta
En el año 2002 se vendieron a terceros las dos turbinas Westinghouse
y fueron retiradas definitivamente en Junio de ese año. Por tanto, la
Central Térmica de Ventanilla queda constituida por dos turbinas
Siemens de 160 MW cada una que operaban utilizando combustible
Diesel 2.
En el año 2003, en el marco del proyecto Camisea, Ex - Etevensa se
adjudica los derechos para consumir gas natural en su Central (bajo la
modalidad de contrato “take or pay”). En ese contrato se consideraron
02 etapas: Operación en Ciclo Abierto y Operación en Ciclo
Combinado.
En la primera etapa, que consistió en ejecutar el Proyecto de
"Conversión a Gas Natural", se logró alcanzar una potencia estimada
de 324 MW en ciclo abierto y una generación energética anual
aproximada de 2554.4 GWh. El proyecto comprendió la conversión de
los dos turbogrupos existentes (TG3 y TG4) con gas natural en ciclo
abierto, para ello se realizaron las modificaciones necesarias al sistema
de combustible para adecuarlas al uso del gas natural, ejecutándose
obras para su tratamiento y distribución en la planta. Como resultado
de los trabajos las turbinas a gas cuentan con quemadores y equipos
de control para operar con gas natural como combustible principal y
diésel como combustible de emergencia. Esta etapa fue inaugurada y
puesta en servicio con la asistencia del Presidente de la República en
Agosto del 2004.
La segunda etapa fue la "Conversión a Ciclo Combinado", que
consistió en la conversión a ciclo combinado de las turbinas a gas TG 3
y TG4. Durante el año 2006 se finalizó la transformación a ciclo
combinado de la C.T. Ventanilla. Esta se realizó siguiendo los
lineamientos del Estudio de Impacto Ambiental del Proyecto de
Conversión a Gas Natural y Transformación a Ciclo Combinado, que
fue aprobado mediante Resolución Directoral Nº 007-2004-MEM/AAE
del 20 de Abril de 2004. Con la realización de estos proyectos la
Central Térmica de Ventanilla es actualmente la planta térmica con
mayor capacidad y eficiencia del país, con 492.74 MW.
Central Ciclo Combinado Ventanilla
Descripción De Procesos
El proceso de generación de energía en Ciclo Combinado une dos
ciclos, uno de gas (Bryton) y otro de vapor (Rankine). Su principal
característica consiste en aprovechar la energía térmica contenida en
los gases de escape del ciclo de gas para generar vapor con energía
suficiente como para aprovecharse en un ciclo de vapor.
Una central de ciclo combinado consiste básicamente en un grupo
Turbina a Gas-Generador, una chimenea recuperadora de calor
(HRSG) y un grupo Turbina a Vapor-Generador, formando un sistema
que permite generar electricidad.
Unidad Caldero HRSG
El proceso de generación de energía eléctrica en una central de ciclo
combinado comienza con la aspiración de aire desde el exterior siendo
conducido al compresor de la Turbina a Gas a través de un filtro.
El aire es comprimido y combinado con el combustible atomizado (Gas
Natural) en una cámara donde se realiza la combustión.
El resultado es un flujo de gases calientes que al expandirse hacen
girar la Turbina a Gas proporcionando trabajo. El generador acoplado a
la Turbina a Gas transforma este trabajo en energía eléctrica.
Los gases de escape que salen de la Turbina a Gas pasan a la
chimenea recuperadora de Calor o HRSG. En esta chimenea se extrae
la mayor parte del calor aún disponible en los gases de escape y se
transmiten al ciclo agua-vapor, antes de pasar a la atmósfera.
La Chimenea de recuperación se divide en tres áreas de intercambio
de calor:
Área 1: Se denomina economizador y está ubicado en la parte superior
de la chimenea. El agua a alta presión ingresa al economizador para
ser recalentada hasta el punto de saturación.
Área 2: Se denomina ciclo de evaporación y está ubicada en la zona
intermedia de la chimenea. Es donde se transforma el agua en vapor.
Área 3: Se denomina recalentador y está ubicada en la parte inferior de
la chimenea, zona donde la temperatura es más alta producto de que
está cerca de la salida de la Turbina a Gas.
Aquí el vapor saturado se recalienta aún más.
Posteriormente este vapor recalentado es inyectado en la Turbina a
Vapor donde se expande en las filas de alabes haciendo girar el eje de
esta Turbina lo que genera trabajo, el cual es transformado en energía
eléctrica en el generador acoplado a la Turbina a Vapor.
El vapor que sale de la Turbina de Vapor, pasa a un condensador
donde se transforma en agua. Este condensador es refrigerado
mediante un sistema que inyecta agua fría por la superficie del
condensador, lo que ocasiona la disipación del calor latente contenido
en el vapor.
Posteriormente el agua pasa a un desgasificador/tanque de agua de
alimentación. En el desgasificador se eliminan todos los gases no
condensables. El tanque envía, a través de bombas, el agua a alta
presión hacia la chimenea de recuperación para iniciar nuevamente el
ciclo.
La tensión que se genera en los generadores de las turbinas a gas y
vapor es de aproximadamente 13 kV que es elevada en los
transformadores principales conectados a cada generador, pudiendo
ser del orden de los 220 kV. Esto se realiza porque a baja tensión la
intensidad de corriente es muy alta, necesitándose cables de
transmisión de gran sección que soporten el flujo de electrones y
generando adicionalmente grandes pérdidas de transmisión. Al
elevarse la tensión, la intensidad de corriente es baja lo que origina una
reducción en las pérdidas de transmisión.
Planta Siemens
La Planta Siemens, está constituido por dos Turbogas (TG N° 3 y TG
N° 4) y una Turbina a Vapor (TV-5). Estas unidades entraron en
operación en el tercer trimestre 2006 (en ciclo combinado) y su modo
de operación es en base. La TG-3 y TG-4 están compuestos cada uno
por una unidad turbina-generador modelo SGT6-5 4000F de 156.72 y
155.94 MW de potencia efectiva respectivamente y la TV-5 modelo
SST6 5000 de 180.8 MW, utilizando como combustible gas natural.