Generalidades de los sistemas de energa elctrica

Centrales trmicas en Espaa

Centralestrmicas

Jos Manuel Arroyo Snchez

rea de Ingeniera ElctricaDepartamento de Ingeniera Elctrica, Electrnica, Automtica y Comunicaciones Universidad de Castilla La Mancha

10Contenidos

Centrales trmicas convencionales

ElementosEsquema de funcionamiento

Centrales trmicas especiales

Con turbina de gasCiclo combinadoCon motor diesel

Principio de funcionamientoConversinenergticaqumica-trmica- mecnica-elctrica:El combustible (carbn, fuel, gas) se quema en la caldera Vapor de aguaTurbina de vapor Energa mecnica a partir del vapor a alta presin (expansin adiabtica)

Generador Conversin energa mecnica en elctrica

Centrales trmicas convencionales

Esquema

1. Caldera:SequemacombustibleConversin energa qumica a trmica CalorAguaVaporaaltastemperaturay presin (alrededor de 540 C y 170 bar)GasesdecombustinaatmsferaEquipos de reduccin de emisiones

Centrales trmicas convencionalesComponentes

1. Caldera:

Generador de vapor

Alimentador de agua a la caldera

Depurador del agua de alimentacin

PrecalentadoresPrecalienta el aire de combustin con vaporPrecalientaelaguaconelairede combustinEconomizadorPrecalientaelaguacon gases de combustinSobrecalentadororecalentadorprimarioDeja el vapor sin humedad

Centrales trmicas convencionalesrendimiento de la caldera

2. Parque de almacenamiento de combustible descarga y alimentacin

Slido (carbn)

Lquido (fuel-oil)

Gaseoso (gas natural)

Centrales trmicas convencionalesComponentes

3. Turbina de vapor:

CiclodeRankineDiferenciadeentalpaMovimiento de labes Giro de turbinaEnerga mecnica de rotacin

Acoplada al eje del generador

rendimientoGruposdealta,mediay baja presin

Recalentador(recalentadorsecundario)Calienta parte del vapor de salida de la turbina de alta presin

Centrales trmicas convencionalesGrupos de alta, media y baja presin

4. Alternador:

Conversindeenergamecnicade rotacin en energa elctrica

2 polos 3000 rpm

Dimetro pequeo, gran longitud axial

Alojadoeneledificiodeturbinasjuntoconla turbina y el condensador

Centrales trmicas convencionalesComponentes

5. Transformador Tensin(de6-20kVa132, 220, 400 kV)

6. Red de transporte7. CondensadorTransforma vapor de agua en agua lquida (incorporacin al ciclo)Agua(mar,ro)ocircuitocerrado refrigerado por aire (torre de refrigeracin)

8. Bomba Circulacin agua de refrigeracin9. Equipo de reduccin de emisionesCaptacin de contaminantes de gases de combustinPrecipitadores electrostticos (uso de camposelctricos, 99%), plantas de desulfuracin (SOx yeso)

10. Chimenea Envodegases(CO2)aatmsfera

11. TorrederefrigeracinEnfraelaguadel circuito de refrigeracin

Aire recorre interior en sentido ascendente

Agua cae en forma de gotas

Departamento elctricoCuadros de maniobra y medidasSubestacin transformadora elevadoraEdificio de servicios auxiliaresParquedetransformadoresdeservicios auxiliaresAparamenta de media y baja tensin

Centrales trmicas convencionalesOtros componentes

Circuito aire-combustible-gases-cenizas

Circuito agua-vapor

Circuito agua de refrigeracin

Circuitos elctricos

Circuitosauxiliares(tratamientodelagua, circuitos de mando)

Centrales trmicas convencionalesCircuitos

Circuito aire-combustible-gases-cenizas

Circuito agua-vapor

Circuito energa elctrica

Combustin del carbn en lecho compuesto de:Partculas de carbnCenizas de carbnAbsorbente alcalino (caliza) suspendido por una corriente ascendente de airesuperficiedecontactoaire-partculas reaccionantes rendimiento de combustin

Centrales trmicas convencionalesTecnologa de lecho fluidizado

InconvenientesDependenciadelpodercalorficodel combustible Poco eficientes (45%)Rigidez en su conexin y desconexinHumos: desulfurizador de humosPartculas slidas Precipitador electrostticoResiduos Tecnologa de lecho fluidizadoconsumo propio de energa (6-8%)

Centrales trmicas convencionales

Centrales con turbina de gasCompresorAspiraycomprimeaireInyeccin a cmara de combustinSe quema combustible Chorro de gases calientes(1300 C) a alta presin (30 bar) Movimientoturbina de gas (ciclo Brayton) Alternador giraCombustible lquido, gaseoso (gas natural) e incluso slido (carbn pulverizado)costes de operacin, costes de inversin

Centrales trmicas especiales

Cmara de combustin sustituye a calderaTurbina accionada por gases de combustin en lugar de vapor

Centrales trmicas especialesTurbina de gas vs. turbina de vapor

Mecnicamente ms sencilla que la de vaporMenor contaminacinNo requiere un motor elctrico o de combustin interna para el arranqueApenas consume agua de refrigeracinTiempo de arranque 50 segundosPuestaenmarchaen15-20segundostras arranque

Centrales de ciclo combinado

Ciclo de turbina de gas y ciclo de turbina de vapor

Gases de salida de la turbina de gas Produccinde vapor de agua Turbina de vapor

Puede haber 1 2 generadores

Centrales trmicas especiales

1. Estacin de Regulacin y Medida (ERM)Purificacin del gas y medida de cantidad y calidad (poder calorfico)Regulacin de presin (30-45 atmsferas)2. Turbina de gasCombustindegasnaturalMovimiento de labes de turbina Giro de alternadorGasesdeescape(650C,presin atmosfrica)

3. Casa de filtrosPurificacin del aire aspirado por compresor4. Alternador acoplado a turbina de gas5. Transformador6. Red elctrica de transporte o distribucin7. Caldera de recuperacinUso energa calorfica de gases de escape

27

8. Turbina de vapor

9. Alternador acoplado a turbina de vapor

10. Condensador

11. Bomba

12. Torre de refrigeracin

rendimiento global (60%)Eliminacin del ventilador del aire que alimenta lacaldera, y del ventilador aspirante de los gasesde la combustin (reemplazados por la turbina de gas)Arranque ms rpido y gradiente de cargaContaminacin

Centrales de ciclo combinadoVentajas

Costes de inversin razonables

Ms flexibles, gran modularidad

Menor tamao y menor tiempo de construccin

Mdulo de gasificacin: combustible gasMdulo de ciclo combinadoUnidad de fraccionamiento de aire Oxgeno requerido en la combustin

Centrales trmicas especialesELCOGAS

Mquinamotriz:motordieselacopladoal generador

Centralesdemediaypequeapotencia (empleadas en la industria privada)

Centrales trmicas especialesCentrales con motor diesel

Puesta en marcha rpida

Rendimiento elevado economa de servicio

Seguridadyelasticidaddemarchacentrales de reserva o de punta

Instalacin simple

Pequeo consumo de agua refrigerante

Centrales con motor dieselVentajas

Coste de adquisicin

Velocidad de funcionamiento para potencias elevadasespacio, peso, instalacin ms cara

Coste de mantenimiento

Centrales con motor dieselDesventajas vs. turbina de gas

NombrePotencia (MW)Primera conexin a red

Puentes14681976

Compostilla II11701961

Teruel11011979

Castelln I10831973

San Adrin10501973

Santurce9191969

Baha de Algeciras7531970