TECNOLOGIAS ENERGETICAS

Presentación del tema: "TECNOLOGIAS ENERGETICAS"— Transcripción de la presentación:

1 TECNOLOGIAS ENERGETICAS
Docente : Ing. Robert Guevara Chinchayan Postgrado en Uso Eficiente y Ahorro de Energia

2 MARCO REFERENCIAL La presente asignatura tiene el propósito de brindar a los estudiantes de la Escuela Académico Profesional de Ingeniería en Energía los conocimientos científico tecnológicos de los sistemas energéticos actuales en lo referente a generación y autoabastecimiento de energía , existentes en el mercado nacional e internacional, así como los tópicos de cogeneración ,trigeneracion , plantas de licuefacción de gases , balances exergeticos y principios de termo economía, bajo el criterio de alto rendimiento técnico y control del medio ambiente.

3 PROGRAMACION POR UNIDADES
PRIMERA UNIDAD : Generación de Energía. SEGUNDA UNIDAD : Autoabastecimiento de Energía. TERCERA UNIDAD : Tópicos Selectos.  DE LAS PRACTICAS : Visita Técnica Nº 1 a la Central Termoeléctrica de Ciclo combinado Kallpa , Refinería de Petroperú La Pampilla , Planta de Licuefacción de Pisco y al Instituto Peruano de Energía Nuclear o Central Térmica de Malacas , Refinería de Talara y Planta Criogénica de Pariñas. Visita Técnica Nº2 al Complejo de la Empresa SIDERPERU . Planta Criogénica de Oxigeno de Messer Gases.

4 1 UNIDAD : GENERACION DE ENERGIA
Semana Nº1 : Ciclos Combinados. Descripción Técnica. Arreglos. Factores de Ponderación. Eficiencia . Pitch Point. Adición suplementaria de combustible . Generación Dual y Trial de Vapor. Semana Nº 2 : Arreglos eficientes de Ciclos Combinados de Alta Eficiencia. Disposición 2*2*1 y 3*3*1 . Diseño Técnico Económico de una central de Generación de Ciclo Combinado con GN. Semana Nº 3 : Características de Ciclos Combinados de gasificación Integrada GICC. Integración de la Unidad de Gasificación, Planta de oxigeno y Planta de Generación de Ciclo Combinado con Gas de Carbón. Semana Nº 4 : Centrales de Generación Especiales: Centrales Nucleoeléctricas ( arreglos y disposiciones) , Instalaciones Magneto hidrodinámicas y Pilas combustibles. Semana Nº 5 : Formación de los Precios de Energía , Precio de barra . Características del despacho económico de energía mediante teoría de costos marginales. Semana Nº 6 : Examen de la I Unidad. Presentación de Trabajo Monográfico de I Unidad.

5 2 UNIDAD : AUTOABASTECIMIENTO DE ENERGIA
Semana Nº 7 : Sistemas de cogeneración de Energía. Características .Tipos . Arreglos. Normatividad Peruana. Generación de Energía Distribuida. Semana Nº 8 : Diseño de Sistemas de Cogeneración de Energía con Turbinas de Vapor y Grupos Electrógenos. Rentabilidad. Visita Técnica Nº 1. Semana Nº 9 : Sistemas de refrigeración por absorción . Arreglos. Sistema Amoniaco –agua , sistema bromuro de litio-agua. Absorción de gases. Capacidad Térmica necesaria. Semana Nº 10 : Trigeneracion de Energía. Autoabastecimiento de Calor, Energía Eléctrica y Frio. Diseño de un Sistema de Trigeneracion. Semana Nº 11 : Examen de la II Unidad. Presentación de Trabajo Monográfico de II Unidad.

6 3 UNIDAD : TOPICOS ESPECIALES
Semana Nº 12 : Plantas de licuefacción de gases. Ciclos de cascada con refrigerante mixto para GLP y GN. Visita Técnica Nº 2. Semana Nº 13 : Plantas de licuefacción de gases a temperaturas criogénicas. Arreglos y disposiciones. Semana Nº 14 : Balances Exergeticos. Principios y aplicaciones de la 2ª Ley de la Termodinámica. Semana Nº 15 : Principios Básicos de termo economía. Semana Nº 16 : Examen de la III Unidad. Presentación de Trabajo Monográfico de III Unidad. Semana Nº 17 : Exámenes Sustitutorios y Entrega de Actas.

7 TECNOLOGIAS ENERGETICAS DE GENERACION DE ENERGIA
1 UNIDAD TECNOLOGIAS ENERGETICAS DE GENERACION DE ENERGIA

8 CENTRALES DE GENERACION DE ENERGIA CONVENCIONALES
Centrales –Ciclo Rankine : Petroleo , Carbon , Nucleares , Solares fototermicas , Geotermicas. Centrales- Ciclo Joule Brayton : Gas Natural , Diesel. Centrales –Ciclo Diesel . Centrales Ciclo Combinado : Gas Natural , Diesel.

9 CICLOS DE POTENCIA CON TURBINAS A VAPOR
El esquema representa los equipos y componentes de una instalación que verifica un ciclo de potencia Rankine:

10 Detalles El rendimiento global del ciclo será tanto más alto cuanto:
Mayor sea la temperatura del vapor de entrada a la turbina. Menor sea la presión de condensación del vapor, a la salida de la turbina. Mayor sea la presión del vapor de entrada a la turbina. Mayores sean los rendimientos de la turbina de vapor y bombas del ciclo. La presión del vapor de entrada a la turbina estará limitada por el consecuente contenido de humedad en su vapor de salida. La máxima temperatura del vapor de entrada a la turbina dependerá de la calidad de los materiales empleados en los equipos del ciclo que están en contacto con el fluido. La presión de condensación del vapor, íntimamente relacionada a la temperatura obtenible del mismo a la salida de la turbina, estará relacionada a la temperatura del medio refrigerante disponible (agua o aire). La temperatura de condensación del vapor, será del orden de los 60 ºC si el enfriamiento es con aire y del orden de los 30 ºC si se refrigera con agua.

11 Recursos tecnologicos para mejorar el rendimiento-Recalentamiento

12 Recursos tecnologicos para mejorar el rendimiento-Regeneracion

13 Ciclo de Rankine con recalentamiento. 47,60% de η máx. obtenible

14 Rendimiento de los Ciclos de Turbinas a Vapor

15 CICLOS DE POTENCIA CON TURBINAS A GAS
El esquema representa los equipos y componentes de una instalación que verifica un ciclo de potencia Joule Brayton Abierto :

16 Rendimiento El diseño de un ciclo de TG permite definir dos parámetros básicos de funcionamiento del equipamiento que lo especifica: La relación de compresión que el compresor le imprime al aire de entrada. La temperatura de entrada de la turbina (máxima del ciclo). El rendimiento del ciclo y la potencia específica sondependientes de estos parámetros.

17 EFECTOS DE LA MAXIMA TEMPERATURA DE CICLO
EVOLUCION DE LA MAXIMA TEMPERATURA DEL CICLO VALORES MAXIMOS ALCANZADOS DEL RENDIMIENTO Y TRABAJO ESPECIFICO

18 EFECTOS DE LA RELACION DE COMPRESION
La relación de compresión se definirá de acuerdo a la utilizaciónque se hará de la turbina: Será elevada para obtener los mejores rendimientos del ciclo, objetivo para el empleo en centrales eléctricas de base o en aviones. Será baja en usos como los siguientes: cuando el objetivo sea lograr elevadas potencias específicas como es el caso de las centrales eléctricas de punta con la finalidad de poder reducir los costos de inversion y cuando se requiera una elevada temperatura de los gases de escape de la turbina, por ejemplo en un ciclo combinado o en una planta de cogeneracion.

19 Evolución del rendimiento y potencia específica de acuerdo a la relación de compresión:

20 ARREGLOS PARA UNA MEJORA DEL CICLO
Las posibilidades de mejoras en un ciclo Joule Braytonparaincrementar su eficiencia son: Recalentado: este proceso divide la expansión de los gases en varias etapas de la turbina, aportando energía térmica adicional entre ellas. Interrefrigerado: es el enfriamiento del aire entre etapas del compresor, reduciendo la demanda de trabajo para su compresión. Regeneración: se precalienta el aire de salida del compresor con los gases de escape de la turbina, resultando un ahorro de energía térmica de aporte en la cámara de combustión.

21 El rendimiento y el trabajo específico en una C.T.G
Comparación entre ciclos:

22 El rendimiento y el trabajo específico en una C.T.G
Rendimiento de ciclos con temperatura entrada en la turbina de gas:

23 ¿QUE ALTERNATIVAS ENERGETICAS SURGEN?

24 REPOTENCIACION EN SERIE

25 DETALLES Es el proceso convencional de repotenciación de una planta térmica del tipo TV, con el objeto de aumentar su rendimiento y potencia. Se agrega una TG en cabecera de un ciclo Rankine. La potencia de la TG resulta del orden del 10 al 30% de la potencia total del nuevo CC obtenido. Los ciclos Rankine preexistentes son muy regenerativos. En este tipo de repotenciación, este recurso de mantiene ya que contribuye a aumentar el rendimiento de su ciclo, dado que en este caso la mayor parte de la energía térmica se aporta a la caldera del ciclo Rankine con la combustión del combustible utilizado en la planta antes de la repotenciación. En estos esquemas, se sustituye parcialmente el aire para la combustión en la caldera del ciclo de la TV por los gases calientes de salida de la TG. La temperatura de los gases calientes de salida de la TG eleva la temperatura del comburente de la caldera convencional. Por ello, no tiene sentido la utilización de un precalentador deaire, habitualmente presente en las calderas de ciclos TV. Esta energía no empleada en el precalentador de aire se utiliza para mejorar el rendimiento del CC. Es así que el caudal de agua que en los ciclos convencionales es precalentada en forma regenerativa en los precalentadores del ciclo Rankine, se divide en dos circuitos: uno que continúa por los precalentadores y otro que precalienta el agua con los gases de escape de la caldera.

26 REPOTENCIACION EN PARALELO

27 VENTAJAS Esta propuesta tecnológica se originó a comienzo de los años 90, para resolver los problemas que la evolución de las TG y las mayores exigencias medioambientales produjeron en los esquemas de repotenciación en serie. En este tipo de repotenciación la potencia de la TG es del orden del 10 al 40% de la potencia total del CC. Se combinan las características del CC TG+TV con HRSG y las de la repotenciación en serie, permitiendo la utilización de cualquier combustible en la caldera convencional. En este esquema, el agua condensada del ciclo Rankine se precalienta, evapora y sobrecalienta en paralelo, por medio de los gases de escape de la TG en la HRSG y por la caldera convencional del ciclo Rankine. Se obtienen rendimientos comparables a los de la repotenciación en serie y la prolongación de la vida útil de la caldera convencional. Con la energía térmica de salida de la caldera del ciclo de Rankine se precalienta el aire de combustión. Esta configuración no precalienta el agua del ciclo de Rankine con los gases de salida de la caldera convencional (lo hace la HRSG). Por esto, es posible utilizar los SCR en la vena de gases calientes de la combustión, antes del sistema de desulfuración.

28 CICLOS COMBINADOS Se denomina CICLO COMBINADO cuando una máquina de generación o central emplean en su diseño más de un ciclo termodinámico. Tambien suele identificarse como planta CCPP (Combined Cycle Power Plant), o planta CCGT (Combined Cycle Gas Turbine).

29 Ciclos termodinamicos

30 Relacion de Potencias 2/1
Esquema básico CICLO INFERIOR CICLO SUPERIOR Relacion de Potencias 2/1

31 VENTAJAS 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.

32 TIPOS DE DISPOCISIONES O ARREGLOS
1 Unidad Turbo Gas * 1 Unidad HRSG * 1 Unidad Turbo Vapor = 1*1*1 2 Unidades Turbo Gas * 2 Unidades HRSG * 1 Unidad Turbo Vapor = 2*2*1 3 Unidades Turbo Gas * 3 Unidades HRSG * 1 Unidad Turbo Vapor = 3*3*1

33 Los ciclos combinados de acoplamiento interno•
Son dos las posibilidades que se presentan para estos CC: En los de acoplamiento másico, los ciclos elementales comparten el mismo fluido de trabajo. Es el caso del ciclo Field, compuesto por un Brayton regenerativo y un Rankine regenerativo, con vapor de agua. En los de acoplamiento térmico, los ciclos elementales reciben energía térmica en un mismo punto. Se los suele mencionar como ciclos combinados en paralelo. Un ejemplo de este tipo de planta es el ciclo STIG.

34 Los ciclos combinados de acoplamiento externo
Este acoplamiento es siempre térmico, y en el mismo el ciclo de menor nivel térmico (de cola) aprovecha la energía térmica residual del ciclo de mayor nivel térmico (de cabecera). Estas configuraciones son las más utilizadas en la actualidad, en un elevado número de configuraciones. Una de ellas en es el ampliamente construido CC TG+TV. Suelen denominarse ciclos combinados en serie. Pueden ser de diferentes tipos: El ciclo de cola funciona solamente con el calor residual del ciclo de cabecera. El ciclo de cola funciona con el calor residual del ciclo de cabecera al que se agrega el suministro directo de energía térmica (ej.: calderas de recuperación con quemadores: postcombustión).

35 Los ciclos combinados construidos
En estos ciclos, se combinan ciclos y fluidos de trabajo para lograr altas temperaturas de entrada y bajas temperaturas de salida, resultando elevados rendimientos termodinámicos. Algunos de los ciclos combinados construídosson: Rankine mercurio + Rankine agua Rankine potasio + Rankine agua Rankine agua + Rankine amoníaco Brayton aire (TG) + Rankine agua (TV), con varias alternativas. Acoplamiento serie paralelo de los ciclos Brayton y Rankine(STIG) Ciclos Brayton y Rankine operando a 2 o 3 presiones, con acoplamiento másico interno y calentamiento en paralelo.

36 Ciclos combinados TG + TV en serie
Caso 1:•Los gases de escape de la TG proveen la totalidad de la energía térmica del ciclo Rankine.•El equipo de acoplamiento es un intercambiador de calor convectivo.•Es la llamada caldera de recuperación de calor o HRSG, que son las siglas de la denominación en inglés (HeatRecoverySteamGenerator).•Esta configuración es la más aplicada en los ciclos combinados en operación.•La TG tiene una potencia del orden del doble de la TV. Caso 2:•Antes de su ingreso en la HRSG, los gases de escape de la TG reciben un aporte de calor adicional.•El calor agregado resulta de la combustión de combustible fósil, aprovechando como comburente el exceso de aire en los gases de escape.•El aporte térmico de los gases de escape sigue siendo el más importante, aunque el aporte de calor adicional permite la utilización de una TV de mayor potencia.•También permite mayores grados de libertad en el diseño del ciclo de cola.

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41 Comparacion de precios “llave en mano”

42 Eficiencias Netas según la Potencia

43 Tiempo de Construccion para varias Plantas
Dependencia del Costo de Electricidad con las horas anuales de uso

44 Costos Variables de Operación y Costos de Mantenimiento

45 Efecto de la Temperatura de salida de la Turbina de Gas
Para la Eficiencia de un Ciclo Simple Joule Brayton Para la Eficiencia de un Ciclo Combinado

46 GENERACION DE VAPOR CON UNICA PRESION
Compresor Turbina de Gas Sobrecalentador Evaporador Economizador Domo Turbina de Vapor Bypass Condensador Bomba de Condensado Tanque desareador Bomba de agua Enfriador de gases Linea de vapor

47 GVRC-HRSG

48 Diagrama Energia y Temperatura para Generacion de Vapor a 1 sola presion
El pitch point o punto de estriccion es la diferencia de las temperaturas entre los gases de la combustion y el vapor de agua

49 Diagrama Energia y Temperatura para Generacion de Vapor a 1 sola presion
El pitch point o punto de estriccion es la diferencia de las temperaturas entre los gases de la combustion y el vapor de agua

50 EFECTOS DE LA PRESION DE VAPOR SOBRE LA EFICIENCIA DEL HRSG , POTENCIA DE LA TURBINA DE VAPOR Y % DE HUMEDAD DEL VAPOR A LA SALIDA

51 Diagrama Energia Temperatura para un Generador de Vapor Convencional

52 Diagrama Energia Temperatura para un Ciclo de Generacion de Vapor a 1 sola presion

53 GENERACION DUAL DE VAPOR EN UN HRSG
Compresor Turbina de Gas Sobrecalentador HP Evaporador HP Economizador HP Evaporador LP Domo HP Domo LP Turbina de Vapor Bypass HP Bypass LP Condensador Bomba de Condensado Tanque desareador Bomba de agua LP Bomba de agua HP Precalentadores

54 DIAGRAMA TEMPERATURA ENERGIA CICLO DUAL

55 GENERACION TRIAL DE VAPOR EN UN HRSG
Compresor Turbina de Gas Sobrecalentador HP/IP Evaporador HP Economizador HP Sobrecalentador IP Evaporador LP Economizador HP Economizador IP Domo HP Domo IP Domo LP Turbina de Vapor Bypass HP Bypass IP Bypass LP Condensador Bomba de Condensado Tanque desareador Bomba de agua IP Bomba de agua HP

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57 DIAGRAMA TEMPERATURA ENERGIA CICLO TRIAL

58 Efectos del Pitch Point del EvaporadorHP sobre la Potencia de la Turbo Vapor
Optimizacion de la Temperatura del Vapor para Ciclo Trial

59 Diagrama Temperatura Energia para diversas temperaturas de los gases entrantes al HRSG

60 Performance de comparacion

61 Ciclo combinado con inyeccion de vapor en la camara de combustion del Ciclo Brayton

62 % DESAGREGADOS DE COSTOS EN EL MONTAJE DE UN C.C

63 Tabla comparativo combustibles

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