Title: TECNOLOGIAS ENERGETICAS
1TECNOLOGIAS ENERGETICAS
- Docente Ing. Robert Guevara Chinchayan
- Postgrado en Uso Eficiente y Ahorro de Energia
2MARCO 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.
3PROGRAMACION POR UNIDADES
- PRIMERA UNIDAD Generación de Energía.
- SEGUNDA UNIDAD Autoabastecimiento de Energía.
- TERCERA UNIDAD Tópicos Selectos.
- VISITAS
- Visita Técnica Nº 1
- Ruta 1 Central de Cogeneración OQUENDO ,
Refinería de Petroperú La Pampilla , Planta de
Licuefacción de Pisco y al Instituto Peruano de
Energía Nuclear . - Ruta 2 Central Térmica de Malacas , Refinería
de Talara y Planta Criogénica de Pariñas. - Visita Técnica Nº2 Complejo de la Empresa
SIDERPERU . Planta Criogénica de Oxigeno de
Messer Gases.
4I 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 y Estado del
Arte de Ciclos Combinados de Alta Eficiencia.
Disposición 221 y 331 . 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 Geotérmicas( Arreglos y
Disposiciones ) ,Instalaciones Magneto
hidrodinámicas , Centrales Nucleoeléctricas 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.
52 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.
63 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.
7I UNIDAD
- TECNOLOGIAS ENERGETICAS DE GENERACION DE ENERGIA
8CENTRALES DE GENERACION DE ENERGIA
- Centrales Ciclo Rankine Petróleo ,
Carboelectricas , Nucleares , Solares
fototérmicas , Geotérmicas. - Centrales- Ciclo Joule Brayton Gas Natural ,
Diesel. - Centrales Ciclo Diesel Diesel2.
- Centrales Ciclo Combinado Gas Natural , Diesel.
- Centrales de Gasificación Integrada.
- Centrales Hidráulicas.
- Centrales Eólicas.
- Centrales con Biomasa -RSU
- Centrales a futuro Cero Emisiones , Ciclos
Triple., Pilas combustibles , MHD ,
Mareomotrices, hidrotermicas,etc.
9GENERACION DE ENERGIA AL 2010-PERU
- MES DE JUNIO-2010
- Máxima Demanda 4435 MW
- Potencia Firme Despachada 5235 MW
- Potencia Firme 6267 MW
- Reserva Disponible 30
- Tasa de Crecimiento de Potencia 7
- Factor de Carga 80
- Centrales Hidrolectricas (50 )
- Central de Mantaro 650 MW
- Central de Restitucion 215 MW
- Central de Cañon del Pato 263.5 MW
- Central de Huinco 257 MW
- Central El Platanal 220 MW ( Marzo-10)
- Centrales Temoelectricas(50 )
- Central TG Chilca 1-2-3 528 MW (GN)
- Central TG Kallpa 1-2 360 MW (GN)
- Central TV Ilo 2 147 MW(Carbon)
- Central TG Las Flores 190 MW
- Central TG Santa Rosa 180 MW
10GENERACION DE ENERGIA FUTUROPERU
Central TG de Nueva Esperanza-160 MW
Central TG Diesel de Trujillo 60 MW
PROYECTO KUNTUR GAS
Centrales de Cogeneración GN.(PE Atocongo ,
Gloria,etc)
Central TG de 200 MW Quillabamba
Central CC CHILCA -810 MW
Central TG de Ilo-200 MW Moquegua
Central CC KALLPA- 855 MW 1 TG adicional de
190 MW
Central de CC TERMOCHILCA-Santo Domingo de los
Olleros 840 MW
Central de CC FENIX 840 MW
Central de CC LAS FLORES 192 MW
Central TG de EL FARO 60MW
11GENERACION DE ENERGIA FUTUROPERU
300 MW adicionales en pequeñas CH
CH Marañon 96 MW
CH QUITARACSA 112 MW 88 MW
CH Chaglla 400 MW (Huallaga)
CH INAMBARI 2200 MW
CH Huanza 86 MW
CH Mayush 150 MW
CH CHEVEZ ( Oyon) 180 MW
CH Pucara 130 MW
CH CERRO DEL AGUILA 400 MW
CH San Gaban II 196 MW
CH Molloco 200 MW
12GENERACION DE ENERGIA FUTUROPERU
Central Eolica de Talara 30 MW
Central de Cogeneración BIOMASA Paramonga 23 MW
Central Eolica de Cupinisque 80 MW
Central RSU HUAYCOLORO 4.4 MW
Central Geotérmica Calientes 150 MW Botaderas
50 MW
Central Eolica de Marcona 30 MW
Central Solar de Majes 20 MW
Central Solar Tacna 20 MW
Central Solar Panamericana de ILO 20 MW
Central Solar Repartición 20 MW
13CICLOS DE POTENCIA CON TURBINAS A VAPOR
- El esquema representa los equipos y componentes
de una instalación que verifica un ciclo de
potencia Rankine
14Detalles
- 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.
15Recursos tecnologicos para mejorar el
rendimiento-Recalentamiento
16Recursos tecnologicos para mejorar el
rendimiento-Regeneracion
17Ciclo de Rankine con recalentamiento.47,60 de
? máx. obtenible
18Rendimiento de los Ciclos de Turbinas a Vapor
19CICLOS 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
20Rendimiento
- 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.
21EFECTOS DE LA MAXIMA TEMPERATURA DE CICLO
EVOLUCION DE LA MAXIMA TEMPERATURA DEL CICLO
VALORES MAXIMOS ALCANZADOS DEL RENDIMIENTO Y
TRABAJO ESPECIFICO
22EFECTOS 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.
23Evolución del rendimiento y potencia específica
de acuerdo a la relación de compresión
24ARREGLOS 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.
25El rendimiento y el trabajo específico en una
C.T.G
26El rendimiento y el trabajo específico en una
C.T.G
- Rendimiento de ciclos con temperatura entrada en
la turbina de gas
27QUE ALTERNATIVAS ENERGETICAS SURGEN?
28REPOTENCIACION EN SERIE
29DETALLES
- 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.
30REPOTENCIACION EN PARALELO
31VENTAJAS
- 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 TGTV 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.
32CICLOS 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).
33ESQUEMA BASICO
34DIAGRAMA T vs S
35Ciclos termodinamicos
36Esquema básico
CICLO INFERIOR
CICLO SUPERIOR
Relacion de Potencias 2/1
37VENTAJAS
- 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.
38BENCHMARKING ENTRE CENTRALES TERMOELECTRICAS-PERU
- ENTRE CENTRALES CICLO COMBINADO
- CC Ventanilla 52 -228 MW-6.763 MMBtu/KWh y CVC
18.31 U/MWh s/f.a y 50 -246 MW-7.093
MMBtu/KWh y CVC 18.93 U/MWh c/f.a para un
precio de 2.9698 U/MMBtu. - CC Chilina Diesel 50- 16.7 MW- 0.278 Kg
Diesel/KWh y CVC 126.43 U/MWh para un precio de
1.25 U/Galon.
- ENTRE CENTRALES DE DISTINTA TECNOLOGIA
TIPO NOMBRE POTENCIA(MW) CVC (U/MWh)
Ciclo Combinado GN Ventanilla 3 228 18,31 (s f.a)
Ciclo Joule Brayton Simple Abierta GN Chilca 1 176 25,33 Nueva
Ciclo Joule Brayton Simple Abierta GN Aguaytia 1 88 23,89 El GN es de Aguaytia
Ciclo Joule Brayton Simple Abierta GN Santa Rosa UTI 5 52,6 36,51 Reconvertida
Ciclo Joule Brayton Simple Abierta GN Malacas 1 88 39,53 Dueños del GN pero T.A
Ciclo Joule Brayton Simple Abierta D2 Chimbote (1-2-3) 62,8 158,64
Ciclo Rankine Sobrecalentado-Carbon Ilo 2 141,9 53,88
Ciclo Rankine Sobrecalentado-Residual 500 Ilo 1 TV 4 69 97,95
Ciclo Rankine Sobrecalentado-Residual500 Shougesa-Marcona 63 101,12
Ciclo Diesel S.A con Residual 6 Tumbes 1 9,2 77,53
Ciclo Diesel S.A con D2 Sullana 8,6 115,99
C.Cogeneracion GN Oquendo 26 ? Menor C.C
39TIPOS DE DISPOCISIONES O ARREGLOS
- 1 Unidad Turbo Gas 1 Unidad HRSG 1 Unidad
Turbo Vapor 111 - 2 Unidades Turbo Gas 2 Unidades HRSG 1 Unidad
Turbo Vapor 221 - 3 Unidades Turbo Gas 3 Unidades HRSG 1 Unidad
Turbo Vapor 331
40GENERACION 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
41Diagrama 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
42Diagrama 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
43Diagrama Energia Temperatura para un Ciclo de
Generacion de Vapor a 1 sola presion
44GVRC-HRSG
45GENERACION 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
46DIAGRAMA TEMPERATURA ENERGIA CICLO DUAL
47Diagrama Energia Temperatura para un Generador
de Vapor Convencional
48GENERACION TRIAL DE VAPOR EN UN HRSG
- Compresor
- Turbina de Gas
- Sobrecalentador HP/IP
- Evaporador HP
- Economizador HP Sobrecalentador IP
- Evaporador LP
- Economizador HP
- Evaporador LP
- Economizador IP
- Domo HP
- Domo IP
- Domo LP
- Turbina de Vapor
- Bypass HP
- Bypass IP
- Bypass LP
- Condensador
- Bomba de Condensado
- Tanque desareador
49DIAGRAMA TEMPERATURA ENERGIA CICLO TRIAL
50(No Transcript)
51Los 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.
52Los 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 TGTV. - 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).
53Los 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.
54Ciclos combinados TG TV en serie
- Caso 1Los 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 2Antes 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.
55(No Transcript)
56(No Transcript)
57(No Transcript)
58Comparacion de precios llave en mano
59Eficiencias Netas según la Potencia
60Tiempo de Construccion para varias Plantas
Dependencia del Costo de Electricidad con las
horas anuales de uso
61Costos Variables de Operación y Costos de
Mantenimiento
62Efecto 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
63EFECTOS DE LA PRESION DE VAPOR SOBRE LA
EFICIENCIA DEL HRSG , POTENCIA DE LA TURBINA DE
VAPOR Y DE HUMEDAD DEL VAPOR A LA SALIDA
64 Efectos del Pitch Point del EvaporadorHP sobre
la Potencia de la Turbo Vapor
Optimizacion de la Temperatura del Vapor para
Ciclo Trial
65Diagrama Temperatura Energia para diversas
temperaturas de los gases entrantes al HRSG
66Performance de comparacion
67Ciclo combinado con inyeccion de vapor en la
camara de combustion del Ciclo Brayton
68 DESAGREGADOS DE COSTOS EN EL MONTAJE DE UN C.C
69Tabla comparativo combustibles
70GRACIAS