DISEÑO DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO CON GAS NATURAL PARA CUBRIR LA DEMANDA BASE DE ENERGÍA EN LA REGIÓN CHAVIN

Transcripción

1 INFORME FINAL PROYECTO DE INVESTIGACION 2006 DISEÑO DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO CON GAS NATURAL PARA CUBRIR LA DEMANDA BASE DE ENERGÍA EN LA REGIÓN CHAVIN RESPONSABLE : Ing. Serapio Quillos Ruiz CORESPONSABLES : Ing. Robert Guevara Chinchayan. Ing. Julio Escate Ravello Ing. Leonidas Yauri García

2 REALIDAD PROBLEMATICA La industria de gas natural en el Perú tuvo poco desarrollo antes de la puesta en marcha del Proyecto Camisea. En el período previo a la explotación de las reservas de Camisea la industria de gas natural se desarrolló básicamente en dos zonas, el yacimiento de Aguaytía localizado en la selva central y el conjunto de yacimientos localizados en la costa norte.la industria del gas natural involucra una serie de actividades relacionadas verticalmente que se pueden resumir en cuatro fases: la exploración, la explotación, el transporte y la distribución del gas a los consumidores finales. La generación de energía a través de los ciclos convencionales dio lugar a la limitante de eficiencia de los Ciclos Joule Brayton y Rankine, el cual dio lugar al diseño del Ciclo de Field, con una Planta como Ciclo Superior y otra Planta como Ciclo Inferior, conocida como Ciclo Combinado, de mayor eficiencia llegando según la disposición de sus sistemas a eficiencias de planta reales de 52 a 54%. La idea es diseñar una Planta de Ciclo Combinado con Gas Natural, que permita cubrir la demanda de energía en Base ( de Horas a Horas )en la Región Chavin, el cual presenta un anillo industrial conformado por la Empresa SiderPeru, Cia Minera Antamina y Cia Minera Barrick ( 120 MW ), las cuales necesitan tener una confiabilidad de su suministro por una Central de energía, teniendo en cuenta de que la Central Hidroeléctrica de Huallanca da cobertura a todo el sistema y no a una zona en especial. Es importante entonces diseñar un sistema de generación de ciclo combinado con Gas Natural, teniendo en cuenta las tecnologías modernas de presión dual o presión trial, generadores de vapor recuperadores de calor, entre otros.

3 OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Diseñar una Central de Ciclo Combinado con Gas Natural de 100 MW para cubrir la demanda base de energía en la Región Chavin. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Identificar las características del Mercado de generación en el Perú, bloque de horas, mercado spot, mercado regulado, mercado libre y costo marginal. Identificar las demandas de energía en los Centros de Alto Consumo de energía, Clientes Libres de la Región Chavin con demanda superior a 10 MW Seleccionar los parámetros Marco de la Central de Ciclo combinado que cubrirá la demanda base en los Potenciales consumidores de energía en la Región Chavin. Diseñar las características técnicas óptimas de la Central de ciclo Combinado con Gas Natural. Efectuar una evaluación económica de la Inversión y el cálculo de su costo de operación, simulando su costo marginal de corto plazo.

4 PARAMETROS MARCO DE LA REGION Parámetro Unidad Numero de Habitantes Hab. Participación de Habitantes en relación al total 4 % Consumo de Energía Eléctrica GWh Participación en relación a la Energía Total consumida en el Perú 3.4 % Consumo de Energía Eléctrica per cápita KWh/ hab Grado de Electrificación Regional 63.3% Grado de Electrificación Nacional 75.0% Potencia Instalada Mercado Eléctrico Potencia Instalada Pequeño Sistemas Aislados Venta de Energía Eléctrica al Mercado Eléctrico MW MW GWh Numero de Clientes Regulados Numero de Clientes Libres 10

5 DEMANDA POTENCIAL EMPRESA MAXIMA DEMANDA MW SUMINISTRADOR Compañía Minera 85 EGENOR Antamina Empresa SiderPeru 20 EDEGEL Compañía Minera Barrick 8 EGENOR Empresas Pesqueras ( 07) 12 Hidrandina,Egenor,Edeg el TOTAL 125

6 CICLOS COMBINADOS Consiste en la combinación de dos Ciclos de Potencia normalmente independientes entre si : Una Central con Turbinas de Vapor del Tipo Rankine y Una Central con Turbinas de Gas del Tipo Joule Brayton. Son Centrales de Alta Eficiencia bordeando los 55% En este proceso se utiliza los gases calientes expansionados en un a Turbina de gas, el cual escapan a altas temperaturas, los cuales son aprovechados en Calderas de Recuperación llamadas Generadores de Vapor Recuperadores de Calor GVRC, en el cual se genera vapor sobrecalentado en dos o tres niveles de presión distinta,los cuales accionan a las Turbinas de Vapor. Según el tipo de sistema de recuperación pueden ser con o sin adición suplementaria de combustible en el GVRC.

7 CENTRAL CICLO COMBINADO 2*2*1 GENERACION DUAL UNIDAD TURBINA DE GAS SIM PLE POTENCIA ELECTRICA G.V.R.C GASES DE COMBUSTION POTENCIA ELECTRICA UNIDAD TURBINA DE GAS SIM PLE POTENCIA ELECTRICA GASES DE COMBUSTION G.V.R.C RELACION DE POTENCIAS 2/3 TOTAL CICLO BRAYTON 1/3 TOTAL CICLO RANKINE

8 ESQUEMA PARA LA GENERACION DUAL DE VAPOR

9 REESTRICCIONES PARA DISEÑO

10 RESUMEN CENTRAL CICLO COMBINADO Potencia : 100 MW Configuración : 2*2*1 Ubicación : Planta Siderurgica de Chimbote. Combustible : Gas Natural. Eficiencia : 53.53% Factor de Ponderación Ciclo Superior ( Qu) : Factor de Ponderación Ciclo Inferior ( Ql) : Eficacia de los generadores electricos : 0.95 Eficiencia de Transmisión mecánica : 0.99

11 CICLO SUPERIOR Tipo de Planta : Ciclo Joule Tipo de Planta : Brayton Simple Relación de Trabajos ( Compresor/Turbina) : 0.71 Combustible : Gas Natural. Eficiencia de Ciclo : 29.7 % Potencia generada : 40.6 MW Exceso de aire : 380 % Eficiencia de cámara de combustión : 0.89 Eficiencia de Turbina : 0.90 Eficiencia del Compresor : 0.88 Relación de compresión : 15.4 Límite Metalúrgico : 3.94 T1 : 298 K T2 : 651 K T3 : 1174 K T4 : 540 K a : Kmol de aire/ Kmol de CH4 R ma/mc : Kg de aire/ Kg de CH4 Wcompresor : MJ/Kmol aire W turbina : MJ/ Kmol aire Flujo de combustible : 1.52 Kg CH4/seg. Flujo de aire : Kg aire/seg.

12 CICLO INFERIOR Eficiencia : % Potencia : 59.4 MW Flujo de agua de enfriamiento agua/sg. : Kg de Generación de Vapor : Dual Vapor de Alta Presión : 80 Bar y 560 C Vapor de Baja Presión : 10 Bar y 240 C Presión de escape del condensador : 0.08 Bar Cuerpo de Alta Presión : Economizador + : Evaporador +Sobrecal. Cuerpo de Baja Presión : Economizador + : Evaporador +Sobrecal. Cuerpo de Turbina de A.P : masa1 Cuerpo de Turbina de B.P : masa 1 + masa2 Eficiencia del Generador de Vapor Recuperador de Calor : 0.88 Eficiencia Global de Turbina : 0.90 Temperatura de pinzamiento : 17 C

13 POSIBLES IMPACTOS DEL PROYECTO CALIDAD DEL AIRE Aumento de niveles de emisión de partículas Construcción Significativo Operación Aumento de niveles de emisiones de materiales pesados RUIDOS Incremento de niveles sonoros continuos y puntuales Significativo CLIMA Cambios micro climáticos Cambios meso climáticos y por acumulación de vientos Presente GEOLOGIA Y GEOMORFOLOGIA Aumento de la inestabilidad de las laderas Destrucción directa Compactación Aumento de la erosión Disminución de la calidad Presente

14 POSIBLES IMPACTOS DEL PROYECTO Destrucción directa de la vegetación Degradación de las comunidades vegetales VEGETACION Presente Destrucción de poblaciones de especies protegidas Perdidas productivas por partículas Cambio en las comunidades vegetales por pisoteo Presente Aumento de riesgos por incendios FAUNA Destrucción directa de la fauna Detracción del hábitat de especies terrestres Efecto barrera para la dispersión o movimientos locales Presente Incremento de la caza y de la pesca Incrementa el riesgo de atropello FACTORES SOCIO CULTURALES Presente Alteración en los modos de vida tradicional Presente Efectos en el patrimonio histórico y cultural Presente TOTAL 36 14

15 EVALUACION ECONOMICA Tomando como referencia 400 Euros/KW, la Inversión del montaje de planta estará dada en de Euros. Así mismo el coste de operación y generación será en promedio de 3.85 centavos de Euro/KWh. Periodo de construcción : Máximo 2 años

16 CONCLUSIONES Se tiene un potencial Mercado Libre que cubrir en forma constante en la Región Ancash, en el orden de 120 MW, Clientes los cuales difieren con las Empresas Pesqueras que solo operan estacionalmente. Se debe diseñar una Planta de Ciclo Combinado de 100 MW la cual debe operar como Central Base para poder cubrir la demanda de las tres principales empresas de la Región : Compañía Minera Antamina, Compañía Minera Barrica y Empresa SiderPeru. El combustible a utilizar debe ser Gas Natural, el cual justificaría la construcción de un gasoducto a instalaciones cercanas a la Empresa SiderPeru,donde iría montada la Planta de Ciclo Combinado. Esto debido a que hay agua cerca para generación y enfriamiento, así como se podría utilizar la Subestación de Potencia de Siderperu para interconectar la Central con todo el SEIN. La Central de Ciclo combinado tendría una configuración 2*2*1, el cual indica que tendría dos unidades turbotas, dos generadores de vapor recuperadores de calor y una turbina de gas. La generación de vapor se realiza en el GVRC a dos niveles de presión de 80 y 10 Bars., con lo cual se aprovecharía al máximo los gases calientes provenientes de la turbina de gas, no descarta que tenga un sistema trial de generación de vapor. La eficiencia de Planta bordea el 54%, y esta dentro de los límites aceptables, así como las Eficiencias del Ciclo Superior y del Ciclo Inferior. El Estudio básico de Impacto Ambiental nos indica que el proyecto puede ejecutarse sin temor a un impacto al medio. Este primer estudio será la base para un trabajo futuro, el cual seria la determinación de un algoritmo que nos permita calcular la Planta de Ciclo combinado óptima.

17 GRACIAS