Planta ciclo combinado el Sauz Una Central Térmica de Ciclo Combinado es un planta de producción energía eléctrica basada en dos máquinas térmicas, con dos ciclos térmicos diferentes: turbina de gas y turbina de vapor. l calor no utili!ado por uno de los ciclos "la turbina de gas# se emplea como fuente de calor del otro otro "el ciclo ciclo agua$va agua$vapor por que alimen alimenta ta la turbin turbina a de vapor# vapor#.. %e esta esta forma forma los gases gases cali calien ente tess de esca escape pe del del cicl ciclo o de turb turbin ina a de gas gas entr entreg egan an la ener energí gía a nece necesa sari ria a para para el funcionamiento del ciclo de vapor acoplado. sta configuración permite un muy eficiente empleo de combustible, con rendimientos que superan el &&' "es decir, más del &&' de la energía contenida en el combustible se convierte en energía eléctrica#. (a ener energí gía a obte obteni nida da en estas instalaciones puede ser utili!ada, además de la generación eléctrica, para calefa calefacci cción ón a distan distancia cia y para la obtención de vapor de proceso. l rendimiento de los ciclos combinados nuevos que operan en la actu actual alid idad ad es del del orde orden n del &) '. ste valor supera a los rendimientos de los ciclos abiertos de turbinas de gas y de los de vapor que traba*an en forma independiente. l desarrollo práctico de los ciclos combinados estuvo fuertemente vinculado al desarrollo tecnológico de los materiales para construir turbinas de gas capaces de operar a relaciones de presión relativamente altas, de +:+ -asta +:+, y con temperaturas de entrada del orden de +/ 0C. sto originó un retaso en el avance de la utili!ación de estos ciclos. sta situación me*oró en la década de los 1 y en la actualidad en el mercado se encuentran turbinas que admiten temperaturas de entrada del orden de los +2 0C. (as me*oras en el dise3o de componentes y materiales -an permitido elevar la potencia y la eficiencia térmica de las turbinas de gas y por lo tanto del ciclo combinado. (a utili!ación de materiales cerámicos y monocristalinos en los álabes de la turbina -a contribuido enormemente a este avance. Una de las limitaciones que imponen los materiales y las temperaturas de traba*o asociadas, a los equipos y componentes del circuito de los gases de combustión, son los esfuer!os térmicos que aparec aparecen en cuando cuando estos estos ciclos ciclos se operan operan en forma forma interm intermite itente nte o 4se ciclan ciclan5. 5. stos stos esfuer!os son mayores que los que se producen en operación continua, ya que cuando se efect6a el ciclado los transitorios de arranque y parada son muc-o más frecuentes. n estos transitorios se produce fatiga termomecánica de los metales base. Tanto este tipo de paradas
como las de emergencia afectan fuertemente la vida 6til de la turbina, ya que en este aspecto cada arranque equivale a apro7imadamente veinte -oras de operación en régimen continuo y cada parada de emergencia equivale a die! arranques normales "unas doscientas -oras de funcionamiento#. 8or otra parte se -a comprobado que a6n en condiciones normales de operación muc-o de los componentes del citado circuito de gases de combustión no alcan!an el tiempo de vida 6til previsto. 8or e*emplo los álabes de la turbina de gas presentan frecuentemente fallas antes de cumplir la vida 6til establecida en el dise3o. 9tra limitación de estos ciclos es la respuesta de la turbina de gas de acuerdo con las condiciones ambientales. sí, en días calurosos la turbina traba*a con menor eficiencia que en los días fríos. Una turbina de gas que se opera con una temperatura ambiente de 0C produce alrededor del +& ' más de energía eléctrica que la misma máquina a 0C. simismo los climas secos favorecen la eficiencia de estos equipos. 8or estas ra!ones las eficiencias nominales e7presan los resultados de los cálculos de potencia basados en condiciones ambientales normali!adas ;<9 "+&0C, +,+ bar. y =' de -umedad relativa#. n lo que respecta a la contaminación ambiental, los combustores de ba*a emisión de >97 fueron uno de los más importantes logros en la tecnología de las turbinas de gas. >o obstante implican la limitación de tener mayor inestabilidad de llama que los de difusión convencionales por la necesidad de usar me!clas aire$combustible más pobres. (a oscilación de la llama puede producir vibraciones y ruido inaceptables y además afectar la vida 6til y la fiabilidad operativa de la turbina de gas.
GENERALIDADES DEL GAS NATURAL
l gas natural e7traído de los yacimientos, es un producto incoloro e inodoro, no tó7ico y más ligero que el aire. 8rocede de la descomposición de los sedimentos de materia orgánica atrapada entre estratos rocosos y es una me!cla de -idrocarburos ligeros en la que el metano "C?2# se encuentra en grandes proporciones, acompa3ado de otros -idrocarburos y gases cuya concentración depende de la locali!ación del yacimiento. (a e7plotación a gran escala de esta fuente energética natural cobró especial relevancia tras los importantes -alla!gos registrados en distintos lugares del mundo a partir de los a3os cincuenta.
@racias a los avances tecnológicos desarrollados, sus procesos de producción, transporte, distribución y utili!ación no presentan riesgos ni causan impacto ambiental apreciable. l @as >atural es la fuente de energía primaria de más rápido crecimiento en los 6ltimos a3os. • • •
El gas natural s -oy en día, una energía que circula ba*o el suelo de la mayor parte de las ciudades del mundo civili!adoA aporta comodidad doméstica y provee a la industria de la energía que necesita.
Aspectos positivos limitaciones de los ciclos combinados! demás de la fle7ibilidad de utili!ación, ya sea para generación de energía eléctrica como para obtención de vapor, este tipo de configuración permite la conversión o 4repoBering5 de instalaciones térmicas con turbinas de vapor con el consiguiente aumento de la eficiencia integral de las mismas.
(os fabricantes de turbinas de gas y plantas de ciclo combinado indican las siguientes ra!ones para *ustificar el mayor uso de los mismos: +# %isponibilidad de grandes vol6menes de gas natural. # 8osibilidad de uso de otros combustibles, diesel, carbón gasificado, etc., con rendimientos elevados pero con limitaciones en el funcionamiento de los quemadores. l dise3o se optimi!a para gas natural. # levados rendimientos con buen factor de carga. 2# Da*o impacto ambiental en relación con las emisiones de >97 y menor eliminación de calor al medio ambiente. Eenores requerimientos de refrigeración respecto a una central convencional de igual potencia. =# Da*os costos de capital y cortos pla!os de entrega de las plantas, para los niveles de eficiencia obtenidos. )# Fenta*as asociadas a la estandari!ación de componentes, con la simplificación de su monta*e y mantenimiento.
PR"DU##I$N DE ELE#TRI#IDAD % #"NSU&" DE GAS NATURAL EN LAS PLANTAS DE #I#L" #"&'INAD" Tipo Capacidad en EG @eneración @GCiclo Combinado "CH# &,.2 ,+ Centrales de ciclo combinado: Eérida ;;;, ?ermosillo,
aco >ogales, ltamira lll y lF, Iío Dravo ;;;, (a (aguna ;;, Iio Dravo ;F, Falladolid ;;;, Tu7pan F y ltamira F. Huente: CH
Situaci(n actual tendencias ?asta +111 las plantas de ciclo combinado solamente aportaban /.=' de la capacidad instalada de generación eléctrica en el país. mpeoro, en el periodo de a 1 la e7pansión de la generación eléctrica se -ará básicamente con plantas de ciclo combinado. (a adopción de la tecnología de ciclo combinado por los inversionistas, movidos por criterios de rentabilidad económica en el mercado, -a implicado un aumento vertical de la demanda de gas natural. Jsta se -a visto alentada por el incremento en los diversos usos del gas natural: doméstico, industrial y transporte.
la del noroeste y peninsulares. sto -a llevado a incrementar la intercone7ión con stados Unidos en electricidad y gas natural primera década de este siglo en generación eléctrica .l modelo de generación eléctrica basado en el ciclo combinado, -a llevado a que: 8EK y al país a incrementar las importaciones, implicando un gasto de divisas. (os dólares que stados Unidos paga a Eé7ico por la compra de petróleo, los recupera por la venta de gas natural, gasolina y otros petrolíferos y petroquímicos. un aumento de la deuda de largo pla!o. n el periodo +11&$ el sector eléctrico acumuló un total de &=,&/.) millones de pesos por concepto de 8idiregas "
@< >TUI( L T.amb. +),& 0C . 8otencia >eta: ))2,& EG . Consumo specífico del Ciclo: == MNOMG. Consumo u7iliares léctricos: EG . 8C;: /.& McalO>m . Iendimiento >eto sobre 8C;: &),21' TUID;> @< . Tipo: @T=D . Habricante: DD . 8otencia bruta quemando gas natural: &2,= EG . Consumo específico nominal quemando gas natural: 1&= MNOMG. 8otencia nominal neta en bornes del alternador: 2,+ EG . Temperatura ingreso a turbina: +/ 0C ma7 "0 etapa# . Ielación de compresión :+ squema de configuración:
$ Compresor de inyección de aire $ Cámara de combustión F: quemadores de ba*o >o7 $ tapa de alta presión de turbina $ Cámara de combustión <F: 2 quemadores de ba*o >o7 $ tapa de ba*a presión de turbina tapas del compresor: tapas de la Turbina de gas: & Felocidad: rpm.
I&PA#T" A&'IENTAL DE LA PLANTA DE #I#L" #"&'INAD" DEL GAS NATURAL l gas natural -ace que redu!ca el impacto ambiental stas venta*as pueden conseguirse tanto en las grandes centrales Termo eléctricas así como en las peque3as. (a sustitución de centrales convencionales de carbón y diesel por centrales de ciclo combinado que utili!an gas natural es una manera efectiva de contribuir a la reducción del efecto invernadero. 8or otro lado, la tecnología de ciclo combinado consume un &' menos de combustible fósil que las convencionales, lo que aporta, de -ec-o, la me*or solución para reducir las emisiones de C9 a la atmósfera y, por tanto, contribuir a preservar el entorno medioambiental. Iespecto al resto de contaminantes, la emisión unitaria por PG- producido a
través de plantas de ciclo combinado es, en general, sensiblemente menor, aunque destaca especialmente la reducción de emisión de dió7ido de a!ufre, que es despreciable frente a la de una central alimentada por carbón o fuel. l aire aspirado desde el ambiente ingresa al turbo grupo del ciclo de gas, es comprimido por un compresor, a continuación se me!cla con el combustible en la cámara de combustión para su quemado. n esta caldera de recuperación se produce el intercambio de calor entre los gases calientes de escape y el agua a alta presión del ciclo de vaporA es decir, el aprovec-amiento del calor de los gases de escape llevando su temperatura al valor más ba*o posible. (os gases enfriados son descargados a la atmósfera a través de una c-imenea. (as plantas de Cogeneración producen electricidad y calor para aplicaciones descentrali!adas y donde se requieran. stas plantas tienen una óptima eficiencia en las transformaciones energéticas y con mínimas contaminaciones ambientales. Iespecto al resto de contaminantes, la emisión unitaria por PG- producido a través de plantas de ciclo combinado es, en general, sensiblemente menor, aunque destaca especialmente la reducción de emisión de dió7ido de a!ufre, que es despreciable frente a la de una central alimentada por carbón o fuel. l gas natural comprimido tiene menor incidencia en la contaminación ambiental.