Posteriormente se hará un comentario general sobre la herramienta GT Pro que es la hemos utilizado para realizar todas las simulaciones.

Transcripción

1 CAPÍTULO 6: CONCLUSIONES FINALES 6.1 INTRODUCCIÓN Una vez concluida la implementación de un sistema de enfriamiento del aire a la entrada de la turbina de gas para la planta de ciclo combinado que hemos diseñado, habiendo demostrado su viabilidad económica y su validez tecnológica, vamos a pasar a comentar de modo general las conclusiones sobre estos sistemas para que tener una comparativa de los mismos, así como la metodología empleada para la elección de un sistema óptimo. Posteriormente se hará un comentario general sobre la herramienta GT Pro que es la hemos utilizado para realizar todas las simulaciones. Finalmente comentaremos que posibles trabajos o líneas de investigación futuras se podrían encontrar en este campo de aplicación a los ciclos combinados. 6.2 COMPARATIVA ENTRE LOS SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO DEL AIRE A LA ENTRADA DEL AIRE DE LA TURBINA DE GAS Como dijimos en capítulos anteriores, la introducción de un sistema de enfriamiento a la entrada de la turbina de gas implica necesariamente un estudio de viabilidad económica y tecnológica para tener una elección correcta de un sistema. Sin embargo se hace necesario disponer de una información general o comparativa que nos facilite el estudio de viabilidad económica y validez tecnológica de sistema a estudio. Por lo tanto y dado que hemos visto, mediante simulaciones, como funcionan estos sistemas para varias condiciones operativas, y hemos indagado sobre cada tecnología, se puede llegar a plantear, a modo de resumen, una breve descripción sobre los mismos y presentar las ventajas y desventajas.

2 6.2.1 Enfriamiento de medio evaporativo Este sistema consiste la introducción tras la casa de filtros, de unos paneles, normalmente hechos de celulosa, que se están continuamente humedeciendo. La corriente de aire al pasar por el medio se enfría al evaporar el agua presente en el medio. Los costes de instalación de estos sistemas oscilan entre los 25 $ y 50 $ por kwe añadido [5] y tienen unos costes de operación bajos. La potencia se puede incrementar hasta en un 5 % a 10 % [5], favoreciéndose este incremento cuanto más seco sea el clima. Como ventajas de este sistema podemos señalar las siguientes: Presentan bajo riesgo de saturar el aire a la entrada del compresor. En climas relativamente húmedos funcionan mejor que los sistemas de neblina de alta presión. No necesitan la utilización de agua con tratamientos especiales. No es necesario la utilización de un sistema de control electrónico. Y a modo de desventajas podemos señalar que: No es viable si los climas son cálidos y húmedos. Típicamente el control es manual y se hace necesario la atención de operadores. Ganancia de potencia pequeña en comparación con los demás sistemas. Añade una perdida de carga adicional a la entrada de la turbina Sistemas de neblina de alta presión La corriente de aire es enfriada mediante la inyección de agua a presión, realizada por una serie de toberas distribuidas a lo largo de entrada de la turbina. Esta agua se evapora y provoca el enfriamiento de la corriente de aire.

3 Los costes de instalación de estos sistemas oscilan entre los 45 $ y los 70 $ por kwe añadido [5]. En cuanto a los costes de operación, éstos son bajos. La potencia se puede incrementar hasta en un 10 % [5], siendo los climas secos los mas favorecidos. Las ventajas de estos sistemas son: Consiguen temperaturas más bajas a la entrada de la turbina que el anterior sistema. El sistema de funcionamiento de bombas es más sencillo que en el anterior sistema. Existencia de un sistema de control para adecuar el funcionamiento. Según las condiciones ambientales, el sistema de control elige la operación óptima de las bombas. No añade una perdida de carga considerable a la entrada de la turbina. Sistema hidráulico muy pequeño en comparación a los otros sistemas. Y como desventajas presenta: Muy perjudicado cuando las condiciones ambientales son relativamente húmedas, incluso más que cuando que el anterior sistema. Se requiere la utilización de agua desmineralizada. Las gotas que no se hayan evaporado pueden tener efectos perjudiciales sobre los alabes del compresor Compresión húmeda Este sistema consiste la inyección mediante toberas de agua a la corriente de aire, de manera que se consigue la sobresaturación del aire (hasta en un 3% [22]) antes de la entrada del compresor, lo cual consigue que la potencia requerida por el mismo baje sustancialmente. Los costes de operación son altos, de hasta 100 $/kwe añadido, siendo los costes de operación no muy altos. Se consiguen aumentos de la potencia de hasta un 25 %, lo cual supone una gran ventaja de este sistema. Como gran desventaja presenta que la implementación de este sistema hace necesario la utilización de turbinas de gas con

4 compresores adaptados a unas condiciones operativas húmedas, que normalmente suelen ser turbinas de gas aeroderivadas Enfriamiento mediante compresión mecánica La corriente de aire se enfría al hacerla pasar por una serie de intercambiadores donde normalmente circula agua (puede usarse también aire, aunque no es muy habitual) que previamente ha sido enfriada mediante la utilización de enfriadores eléctricos. Los costes de instalación suelen ser caros si se hace necesario una obra civil adicional, los cuales pude llegar hasta los 100 $/kwe añadido [5] en condiciones muy desfavorables. Los costes de operación son altos. Sin embargo la ganancia de potencia puede llegar a ser de hasta un 15 %. Como ventajas presentan: La temperatura a la entrada del compresor puede llegar a reducirse hasta 5 ºC, independientemente de las condiciones ambientales. No requiere la utilización de una fuente de agua exterior. Puede utilizarse en conjunción al TES en plantas de grado de carga variable. Y las desventajas: Normalmente se hace necesaria una obra civil para implementar todos los equipos. Consumos de auxiliares considerables. Requiere seccionen a la entrada grandes para los intercambiadores. Perdida de carga adicional considerable Enfriamiento mediante sistema de absorción La corriente de aire se enfría al hacerla pasar por una serie de intercambiadores donde normalmente circula agua enfriada mediante la utilización de un sistema de absorción. Los costes de instalación suelen ser caros, incluso más que los de enfriadores eléctricos. Al igual que el anterior sistema también es necesario una obra civil lo cual pude llegar

5 hacer que los costes asciendan hasta los 100 $/kwe [5]. Los costes de operación son altos. La ganancia de potencia puede llegar a ser de hasta un 15 %. Como ventajas presentan: La temperatura a la entrada del compresor puede llegar a reducirse hasta 5 ºC, independientemente de las condiciones ambientales. No requiere la utilización de una fuente de agua exterior. Puede utilizarse en conjunción al TES en plantas de grado de carga variable. El rendimiento de planta aumenta si se utiliza en un ciclo combinado, debido a una utilización mas eficiente del vapor producido en la CRC. Como desventajas presenta: Obra civil necesaria para implementar todos los equipos. Consumos de auxiliares considerables. Requiere seccionen a la entrada grandes para los intercambiadores. Perdida de carga adicional considerable Elección del sistema óptimo y metodología empleada A lo largo del proyecto se ha seguido una metodología para, dada la situación existente en una central de ciclo combinado y su dependencia con la condiciones climatológicas, elegir una tecnología existente, sistema de enfriamiento del aire de la entrada de la turbina de gas, que consiga paliar el problema que las condiciones climatológicas presentan, caída de la potencia con el ascenso de la temperatura ambiente. Esta metodología, aplicable a otro tipo de instalaciones térmicas, ha consistido en el diseño de una central de ciclo combinado que ha servido de planta piloto para el ensayo de las diferentes tecnologías mediante diversas simulaciones con el programa GT Pro. A lo largo de dichas simulaciones hemos podido analizar en detalle la influencia de las diferentes alternativas sobre los parámetros termodinámicos y económicos y así, una vez recopilados dichos datos, llegar a la elección de un sistema óptimo para resolver el problema presente.

6 6.3 COMENTARIOS SOBRE GT PRO Para la realización del diseño de la planta de ciclo combinado, la introducción de un sistema de enfriamiento del aire a la entrada de la turbina de gas y todas las simulaciones pertinentes, se utilizo este programa, el cual nos facilito la adquisición de datos de una manera fiable. Este programa es una herramienta adecuada para la todo aquel que desee hacer estudios sobre ciclos combinados, ya que ofrece unos resultados que conseguirlos de otra forma puede suponer un coste de tiempo muy alto. Sin embargo la curva de aprendizaje del mismo es algo larga, si lo que se pretende es dominarlo en toda su extensión. Se puede decir, por otra parte, si lo que se prefiere es solo tener una herramienta de cálculos termodinámicos, GT Pro se convierte en un programa bastante apto para dicha función, ya que tan solo dominando una pequeña parte de entrada de datos del programa, podemos tener una información termodinámica de planta que estamos simulando bastante amplia. Decir también a su favor que además de poder hacer el diseño de una planta de ciclo combinado en su totalidad, GT Pro permite la uso de sistemas de gasificación y desalinización, lo cual amplía más los posibles horizontes de diseños de la plantas. Este programa dispone también de otros módulos como son el PEACE y el GT Master que hace que el programa se haga más versátil. En cuanto a los posibles inconvenientes que hemos encontrado durante la utilización del programa destacamos principalmente, aunque en el presente trabajo no ha afectado, la falta de cálculos de los procesos de combustión, el cual es muy simple, para hacer valoraciones ambientales, que actualmente son tan necesarias. Se echa en falta la elección de un modelo comercial de turbina de vapor, lo cual complementaria perfectamente a la elección de un modelo comercial de la turbina de gas. En cuanto a los sistemas de enfriamiento de la turbina de gas, estos llevan un orden previamente establecido en la entrada de la turbina de gas, lo cual supone una desventaja a la hora de hacer distintas pruebas con estos sistemas. Además los sistemas de enfriamiento

7 evaporativo y fogging son mejorables en cuanto a datos técnicos y económicos. Finalmente decir que otro aspecto a mejorar seria el de los estudios paramétricos los cuales solo se pueden hacer con un solo modelo de turbina de gas. En resumen, hemos dispuesto de una herramienta altamente versátil la cual nos permitió analizar con una gran facilidad diferentes parámetros de funcionamiento de una central y ver la respuesta de los mismos ante los diferentes cambios que podían ocurrir. 6.4 TRABAJOS FUTUROS A raíz del trabajo realizado surgen diversas vías de posibles investigaciones que se pueden hacer en este campo que permitan de algún modo complementar el presente trabajo o abrir nuevos objetivos de optimización. Entre estas nuevas líneas podemos destacar. Estudiar la configuración monoeje, es decir con una sola turbina de gas y una sola turbina de vapor. Esta configuración se encuentra en España y es utilizada como una configuración para regular la carga o para tener planta de potencias menores. Buscar optimizar los costes iniciales. Optimización los flujos de caja o la inversión Hacer un barrido de condiciones climatológicas para comprobar bajo que condiciones trabaja mejor cada sistema de enfriamiento. Realizar un estudio sobre la dependencia de los costes por kwe con la potencia neta de la planta, ya que como se ha podido comprobar estos varían al movernos en diferentes rangos de potencia. Comprobar la viabilidad de la implantación de un sistema que sustituya a los de enfriamiento como puede ser un sistema de aumento de la presión a la entrada de la turbina de gas (supercharging).