cómo funcionan las centrales
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Cómo funcionan las centrales térmicasUna central termoeléctrica o central térmica es una instalación empleada para la
generación de energía eléctrica a partir de la energía liberada en forma de calor,
normalmente mediante la combustión de combustibles fósiles como petróleo, gas
natural o carbón. Este calor es empleado por un ciclo termodinámico convencional para
mover un alternador y producir energía eléctrica. Este tipo de generación eléctrica es
contaminante pues libera dióxido de carbono.
Por otro lado, también existen centrales termoeléctricas que emplean fisión nuclear del
uranio para producir electricidad. Este tipo de instalación recibe el nombre de central
nuclear.
Centrales termoeléctricas de ciclo convencionalSe llaman centrales clásicas o de ciclo convencional a aquellas centrales térmicas que
emplean la combustión del carbón, petróleo (aceite) o gas natural para generar la
energía eléctrica. Son consideradas las centrales más económicas y rentables, por lo
que su utilización está muy extendida en el mundo económicamente avanzado y en el
mundo en vías de desarrollo, a pesar de que estén siendo criticadas debido a su
elevado impacto medioambiental. Este tipo de centrales eléctricas generan el 16,5%
de la energía eléctrica necesaria en España.
A continuación se muestra el diagrama de funcionamiento de una central térmica de
carbón de ciclo convencional:
Diagrama de una central térmica de carbón de ciclo convencional
1. Torre de refrigeración 10. Válvula de control de gases
19. Súper calentador
2. Bomba hidráulica 11.Turbina de vapor de alta presión
20. Ventilador de tiro forzado
3. Línea de transmisión (trifásica)
12. Desgasificador 21. Recalentador
4. Transformador (trifásico) 13. Calentador 22. Toma de aire de combustión
5. Generador eléctrico (trifásico)
14. Cinta transportadora de carbón
23. Economizador
6. Turbina de vapor de baja presión
15. Tolva de carbón 24. Precalentador de aire
7. Bomba de condensación 16. Pulverizador de carbón 25. Precipitado electrostático
8. Condensador de superficie 17. Tambor de vapor 26. Ventilador de tiro inducido
9. Turbina de media presión 18. Tolva de cenizas 27. Chimenea de emisiones
Centrales termoeléctricas de ciclo combinadoEn la actualidad se están construyendo numerosas centrales termoeléctricas de las
denominadas de ciclo combinado, que son un tipo de central que utiliza gas natural,
gasóleo o incluso carbón preparado como combustible para alimentar una turbina de
gas. Luego los gases de escape de la turbina de gas todavía tienen una elevada
temperatura, se utilizan para producir vapor que mueve una segunda turbina, esta vez
de vapor. Cada una de estas turbinas está acoplada a su correspondiente alternador
para generar la electricidad como en una central termoeléctrica clásica.
Normalmente durante el proceso de partida de estas centrales, sólo funciona la
turbina de gas, a este modo de operación se le llama ciclo abierto. Si bien la mayoría
de las centrales de este tipo pueden intercambiar de combustible (entre gas y diesel)
incluso en funcionamiento. Al funcionar con petróleo diesel ven afectada su potencia
de salida (baja un 10% aprox.), y los intervalos entre mantenimientos mayores y fallas,
se reducen fuertemente.
Como la diferencia de temperaturas que se produce entre la combustión y los gases
de escape es más alta que en el caso de una turbina de gas o una de vapor, se
consiguen rendimientos muy superiores, del orden del 55%.
Este tipo de centrales generan el 34% de las necesidades españolas de energía
eléctrica.
GICC
En los últimos tiempos se viene desarrollando una nueva tecnología, la Gasificación
integrada en ciclo combinado (GICC), que mediante un sistema de gasificación del
carbón, reduce ostensiblemente las emisiones contaminantes a la atmósfera.
Impacto ambientalLa emisión de residuos a la atmósfera y los propios procesos de combustión que se
producen en las centrales térmicas tienen una incidencia importante sobre el medio
ambiente. Para tratar de paliar, en la medida de lo posible, los daños que estas
plantas provocan en el entorno natural, se incorporan a las instalaciones diversos
elementos y sistemas.
El problema de la contaminación es máximo en el caso de las centrales
termoeléctricas convencionales que utilizan como combustible carbón. Además, la
combustión del carbón tiene como consecuencia la emisión de partículas y ácidos de
azufre.[3] En las de fueloil los niveles de emisión de estos contaminantes son menores,
aunque ha de tenerse en cuenta la emisión de óxidos de azufre y hollines ácidos,
prácticamente nulos en las plantas de gas.
En todo caso, en mayor o menor medida todas ellas emiten a la atmósfera dióxido de
carbono, CO2. Según el combustible, y suponiendo un rendimiento del 40% sobre la
energía primaria consumida, una central térmica emite aproximadamente:
Combustible Emisión de CO2
kg/kWh
Gas natural 0,44
Fuelóleo 0,71
Biomasa (leña, madera) 0,82
Carbón 1,45
Las centrales de gas natural pueden funcionar con el llamado ciclo combinado, que
permite rendimientos mayores (de hasta un poco más del 50%), lo que todavía haría
las centrales que funcionan con este combustible menos contaminantes.
Ventajas e inconvenientesVentajas
Son las centrales más baratas de construir (teniendo en cuenta el precio por
megavatio instalado), especialmente las de carbón, debido a la simplicidad
(comparativamente hablando) de construcción y la energía generada de forma masiva.
Las centrales de ciclo combinado de gas natural son mucho más eficientes (alcanzan
el 50%) que una termoeléctrica convencional, aumentando la energía eléctrica
generada (y por tanto, las ganancias) con la misma cantidad de combustible, y
rebajando las emisiones citadas más arriba en un 20%, 0,35 kg de CO2, por kWh
producido.
Inconvenientes
El uso de combustibles fósiles genera emisiones de gases de efecto invernadero y de
lluvia ácida a la atmósfera, junto a partículas volantes (en el caso del carbón) que
pueden contener metales pesados.
Al ser los combustibles fósiles una fuente de energía finita, su uso está limitado a la
duración de las reservas y/o su rentabilidad económica.
Sus emisiones térmicas y de vapor pueden alterar el microclima local.
Afectan negativamente a los ecosistemas fluviales debido a los vertidos de agua
caliente en estos.
Su rendimiento (en muchos casos) es bajo (comparado con el rendimiento ideal), a
pesar de haberse realizado grandes mejoras en la eficiencia (un 30-40% de la energía
liberada en la combustión se convierte en electricidad, de media).
Centrales térmicas:
El principio de función. ¿Qué es una central térmica convencional?
En las centrales térmicas convencionales (o termoeléctricas convencionales) se
produce electricidad a partir de combustibles fósiles como carbón, fueloil o gas
natural, mediante un ciclo termodinámico de agua-vapor. El término
‘convencionales’ sirve para diferenciarlas de otras centrales térmicas, como las
nucleares o las de ciclo combinado.
2. Componentes principales de una central térmica convencional
Caldera. En este espacio el agua se
transforma en vapor, cambiando su
estado. Esta acción se produce
gracias a la combustión del gas
natural (o cualquier otro combustible
fósil que pueda utilizar la central), con
la que se generan gases a muy alta
temperatura que al entrar en contacto
con el agua líquida la convierten en
vapor.
El agua que se transforma en vapor circula
por unas cañerías
llamadas serpentines, donde se produce
el intercambio de calor entre los gases de
la combustión y el agua.
Turbina de vapor. Máquina que
recoge el vapor de agua y que, gracias a un complejo sistema de
presiones y temperaturas, consigue que se mueva el eje que la
atraviesa. Esta turbina normalmente tiene varios cuerpos, de alta,
media y baja presión, para aprovechar al máximo el vapor de agua.
El eje que atraviesa los diferentes cuerpos está conectado con el
generador.
Generador . Máquina que recoge la energía mecánica generada en el eje
que atraviesa la turbina y la transforma en eléctrica mediante inducción
electromagnética. Las centrales eléctricas transforman la energía
mecánica del eje en una corriente eléctrica trifásica y alterna.
3. Funcionamiento de una central térmica convencional
El funcionamiento de las centrales termoeléctricas convencionales es el
mismo independientemente del combustible que se utilice.
Sin embargo, sí hay diferencias en el tratamiento previo que se hace al
combustible y del diseño de los quemadores de las calderas de las centrales.
Centrales de carbón. Donde el combustible debe
ser triturado previamente.
Centrales de fueloil. Donde el combustible se calienta para una
utilización más fácil.
Centrales de gas natural. Que no precisa almacenaje, llegando así
directamente por gaseoductos.
Centrales mixtas. Que pueden utilizar diferentes combustibles, siendo
necesarios los tratamientos previos anteriormente citados.
Amiento de una central térmica se basa en el intercambio de energía calórica en energía mecánica y luego en energía eléctrica.
Existen centrales, más antiguas, que en sus orígenes eran máquinas de vapor a pistón, similares en su funcionamiento a una locomotora y que movían al
generador. Una de éstas, centenaria, se conserva en la escuela Otto Krause y se pone en funcionamiento una vez al año.
Luego se reemplazó por una turbina de vapor, en la cual se calienta agua en una caldera que produce vapor a presión, el cual se aplica sobre los álabes de la turbina que convierte energía potencial (presión) en energía cinética que
acciona al generador.
Otro tipo es la turbo-gas en donde un compresor de flujo axial comprime el aire de entrada, inyectándolo en la cámara de combustión ahí se quema gas natural aumentando la velocidad de salida de los gases, (como un motor de
acción a reacción) que mueve a una turbina que mueve a su vez al generador. La de ciclo combinado aprovecha los gases de salida de la turbo-gas (500°C)
para realizar el calentamiento del agua y producir vapor accionando un generador movido por una turbina de vapor cuya potencia se suma a la del generador de turbo-gas, se logra así un aprovechamiento de energía mucho
más alto.
También existe otro tipo de centrales térmicas en las cuales se utilizan motores diesel para realizar el proceso de calentamiento del agua y su posterior
generación de energía eléctrica.
. ¿Qué es una central térmica de ciclo combinado?
La central térmica de ciclo combinado es aquella donde se genera electricidad
mediante la utilización conjunta de dos turbinas:
Un turbo grupo de gas
Un turbo grupo de vapor
Es decir, para la transformación de la energía del combustible en electricidad se
superponen dos ciclos:
El ciclo de Brayton (turbina de gas): toma el aire directamente de la
atmósfera y se somete a un calentamiento y compresión para
aprovecharlo como energía mecánica o eléctrica.
El ciclo de Rankine (turbina de vapor): donde se relaciona el consumo
de calor con la producción de trabajo o creación de energía a partir
de vapor de agua.
2. Ventajas del Ciclo Combinado
Las características principales de las centrales térmicas de ciclo combinado son:
Flexibilidad. La central puede operar a plena carga o cargas parciales,
hasta un mínimo de aproximadamente el 45% de la potencia máxima.
Eficiencia elevada. El ciclo combinado proporciona mayor eficiencia
por un margen más amplio de potencias.
Sus emisiones son más bajas que en las centrales térmicas
convencionales.
Coste de inversión bajo por MW instalado.
Periodos de construcción cortos.
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.
Ahorro energético en forma de combustible
3. Partes fundamentales de una central de 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:o Compresor, cuya función es inyectar el aire a presión para la
combustión del gas y la refrigeración de las zonas calientes.o Cámara de combustión, donde se mezcla el gas natural
(combustible) con el aire a presión, produciendo la combustión.o 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 1.400ºC 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.
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.
Turbina de vapor del Bloque V de la Central Térmica de Ciclo Combinado de
Besós
4. Funcionamiento de una central de ciclo combinado
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.
TEBSA con la construcción de la nueva planta de generación térmica cuya capacidad es de 750 MW, se constituye en el generador térmico más grande, eficiente y con mayor disponibilidad en Colombia. Generamos electricidad siguiendo los estándares mundiales más exigentes, para lograr una alta seguridad en el trabajo y un bajo impacto ambiental.
La Planta está constituida por siete unidades generadoras que operan en un gran bloque de generación de cinco unidades turbo gases en ciclo combinado con dos turbinas a vapor para alcanzar 750 MW, a los que se adicionan los 140MW de las unidades antiguas de vapor, para un total de 890MW.
TEBSA desarrolla todos los procesos y actividades relacionados con el negocio, dentro de un marco participativo de mejoramiento continuo, en el que su equipo de empleados idóneos, responsables y comprometidos producen resultados de altísima calidad, contribuyendo positivamente con el desarrollo regional y nacional.
Generación térmica, un negocio que se toma confianzaEnero 27 de 2013 - 5:49 pm
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La construcción de proyectos de plantas de generación de energía en Colombia no se detiene. Foto: Agencias
Para el corto plazo, se adelantan cuatro proyectos que aportarán al país más de 800 megavatios de energía eléctrica. La sequía duplica la contribución de esta desde las centrales.
Colombia le perdió el miedo a la generación de energía térmica y lo que en la década de 1990 fue un ‘coco’, hoy es mirado como una garantía para evitar apagones, pero además, el sistema evolucionó al punto que en la actualidad crear proyectos de generación térmica, con combustibles como gas natural, carbón o fuel oil, no representa temor para los empresarios ni para el país.
Y es que sólo en el corto plazo ya hay proyectos para adicionar al sistema más de 800 megas de capacidad instalada térmica en cuatro plantas.
Esa capacidad de energía puede alimentar una ciudad como Barranquilla, según explica el consultor, Juan Vicente Saucedo.
En efecto, en el plan de expansión de la Unidad de Planeación Minero Energética (Upme), figura el estado de adelanto en el que se encuentra la central Termocol, que busca generar 202 megavatios, y está localizada en Santa Marta.
Pero como ella están, Gecelca 3, con 164 megas localizada en Puerto Libertador (Córdoba), proyecto que tiene avances muy superiores al 60 por ciento; en el mismo municipio se desarrolla Gecelca 3.2 con 250 megas de capacidad.
También está Termo norte, en Santa Marta que proyecta producir 88 megas y contempla producir con dos fuentes de combustibles: fuel oil y gas natural.
Aunque el grueso de los proyectos de generación de energía en el país sigue siendo hidráulico, el país aprendió la lección, y las oportunidades para construir generación térmica se ganaron un espacio en el mundo de los negocios local.
Así las cosas, según un reporte de la Upme, entre hoy y los próximos dos años, deberán entrar al sistema siete proyectos hidráulicos que aportarán 1.500 megas nuevas al sistema.
Estas señales permiten ver que el país sigue la ruta para convertirse en un fuerte jugador en materia de energía para centro y Suramérica, ya no solo para abastecer su demanda interna.
De hecho, los proyectos en mención, son pequeños frente a las grandes obras de energía que también se adelantan en el país, pero que no entrarán en operación en el inmediato futuro.
LA REALIDAD DEL 2013
Con la llegada del verano, que ha tenido una mayor intensidad, particularmente durante diciembre y enero, se aumentó el costo de energía eléctrica en la bolsa, lo que ha llevado a las entidades encargadas de los despachos a llamar a los generadores térmicos para que incrementen sus aportes, con el fin de cubrir la demanda.
Desde noviembre del año pasado, estos operadores comenzaron a incrementar sus contribuciones, pero en enero, según las estadísticas de la firma XM, filial de Interconexión Eléctrica (ISA), la actividad de las centrales térmicas se duplicó frente al mismo mes del 2012.
En lo que va de enero, estas plantas ya están aportando un 107 por ciento más al sistema interconectado, frente a igual mes del 2012. Según los datos, con corte al 23 de enero, estos operadores despacharon en promedio un total de 49,8 giga vatios hora, mientras en el primer mes del año pasado su aporte fue de 24,04 giga vatios hora, en promedio.
Las operaciones de las térmicas han seguido al alza en los últimos días, ya que el pasado 24 de enero su despacho al sistema interconectado bordeó los 56 giga vatios hora.
Eduardo Pizano, presidente de la Asociación Colombiana de Gas Natural (Naturgas), señala que se está utilizando el esquema de respaldo a la generación hidráulica, para lo cual las térmicas ubicadas en el norte del país no tienen dificultades, pues tienen el suministro de gas para realizar su generación.
Por su parte, las centrales ubicadas en el Magdalena Medio, como Termo sierra (de Empresas Públicas de Medellín), Merieléctricas (de Celsia) y Termo centro (de Isagén), que se abastecen de líquidos como el fuel oil y el diesel para generar, también están atendiendo los despachos que les solicitan.