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ÍNDICE
1. CENTRAL TÉRMICA DE CICLO COMBINADO…………….Pág.2
2. VENTAJAS DEL CICLO COMBINADO………………………Pág.3
3. PARTES FUNDAMENTALES DE UNA CENTRAL DE CICLO
COMBINADO..........................................................................Pág.4
4. FUNCIONAMIENTO DEL CICLO COMBINADO....................Pág.6
5. FACTORES CONDICIONALES PARA LA IMPLANTACIÓN DE
UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO..………………….Pág.7
6. IMPACTOS MEDIOAMBIENTALES DE LAS CENTRALES DE
CICLO COMBINADO………………………………...………….Pág.9
7. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS CENTRALES DE CICLO
COMBINADO………………………………………………….….Pág.10
8. EJEMPLOS DE CICLOS COMBINADOS……………………..Pág.10
8.1. CICLOS COMBINADOS EN PERÚ
8.2. CICLOS COMBINADOS EN ARGENTINA
9. BIBLIOGRAFIA…………………………………………………..Pág.14
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C E N T R A L E S T E R M I C A S A C I C L O C O M B I N A D O
1. CENTRAL TÉRMICA DE CICLO COMBINADO
En 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 energía eléctrica.
Normalmente durante el proceso de partida de estas centrales solo funciona la turbina de
gas; a este modo de operación se lo llama ciclo abierto. Si bien la mayoría de las centrales
de este tipo pueden intercambiar el combustible (entre gas y diésel) incluso en
funcionamiento.
Como la diferencia de temperatura 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 generaron el 32% de las necesidades españolas de energía eléctrica
en 2008.
La central térmica de ciclo combinado es aquella donde se genera electricidad mediante la
utilización conjunta de dos turbinas:
Un turbogrupo de gas.
Un turbogrupo de vaporEs decir, para la transformación de la energía del combustible en electricidad se superponen dos ciclos:
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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.
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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.
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ESQUEMA DE GENERACION ELECTRICA A CICLO COMBINADO
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Turbina de vapor del Bloque V de la Central Térmica de Ciclo Combinado
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.
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5. FACTORES CONDICIONADOS PARA LA IMPLANTACION DE UNA CENTRAL A CICLO COMBINADO
El cliente no puede normalmente influenciar los factores condicionados por el lugar de
implantación. En cambio, ellos han de considerase cuando repercutan sobre el proceso.
La frecuencia la impone la red eléctrica local. Esta tiene un valor de 50 ó 60 Hz e
influencian la elección de las turbinas de gas, dado que éstas por la estandarización se
dimensionan para una frecuencia determinada. Las condiciones ambientales del lugar de
implantación influencian igualmente la potencia y el rendimiento de las turbinas de gas.
Una turbina de gas que trabaja por ejemplo con una temperatura exterior de 0ºC produce
alrededor del 20% más de electricidad que la misma máquina con 30ºC. Cuando el lugar
de implantación se encuentre a una altitud de 100 metros sobre el nivel del mar, la
potencia de la turbina se reduce en 1% con respecto a la instalada a nivel del mar por
disminución de la presión atmosférica. Las condiciones pueden variar fuertemente, por lo
que se deberá determinar un punto de diseño que corresponda a las condiciones
promedio. No obstante, es importante conocer las condiciones extremas y las variaciones
características en el curso del año, a fin de poder determinar el ámbito de explotación y
considerar correctamente las condiciones extremas más importantes. La humedad del
aire dependiente del clima sólo tiene una influencia secundaria sobre la potencia y el
rendimiento de las turbinas de gas. Las condiciones ISO, 15ºC, 1.013 bar y 60% de
humedad relativa, sólo sirven de base para los cálculos de la potencia en general. Las
exigencias en materia de emisiones las fija normalmente la legislación local. La emisión
de óxidos de nitrógeno (NOx) se limita normalmente. La inyección de agua o de vapor a
la cámara de combustión pueden ciertamente reducir esta emisión, pero estas influencian
la potencia y el rendimiento de las turbinas de gas, aumentando al mismo tiempo el
consumo de agua y, por consiguiente, los costos. Para la explotación con gas natural, se
dispone de la técnica de quemadores EV "dry low NOx" de ABB que permite obtener los
valores de base de NOx exigidos sin inyección de agua. 45
Puede suceder que la temperatura del agua de refrigeración descargada o el aumento
de la temperatura del agua de refrigeración en el condensador estén limitados, lo que
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influencia el diseño del condensador e igualmente la potencia de la turbina de vapor. En
numerosos casos, el diseño de un sistema de refrigeración puede limitarse por la entrega
máxima admisible de calor a un río. Existen igualmente límites para gran número de
otras emisiones, como por ejemplo para el ruido y para las aguas descargadas. Estas
limitaciones tienen de todas maneras más repercusión sobre la concepción de
componentes individuales que sobre la potencia de los ciclos. Por consiguiente, ellas no
se consideran durante el procedimiento de selección. La elección de un proceso de ciclo
combinado depende de la disponibilidad de los recursos como combustible, agua de
refrigeración, y también en ciertos casos, de las condiciones de espacio disponibles. Por
razones técnicas y económicas, el combustible es un factor clave. El tipo de combustible
y su composición ejercen una influencia directa sobre la potencia de las turbinas de gas y
sobre sus emisiones. El contenido de azufre determina la temperatura admisible del agua
de alimentación en la entrada de la caldera de recuperación. La mayoría de las veces,
una instalación de ciclo combinado puede quemar dos tipos diferentes de combustible.
En este caso, se deberá determinar cuál es el combustible principal y saber con qué
frecuencia se puede utilizar el segundo. De esta manera, se puede determinar la
importancia de los dos combustibles utilizados para el aporte de energía al ciclo. Los
costos de explotación de la instalación y, con ello, el beneficio sobre el capital invertido,
dependen fuertemente del precio del combustible. Cuanto más elevado sea el
rendimiento, tanto menor será el consumo de combustible. De otra parte, cuanto mayor
sea el rendimiento, serán igualmente mayores los gastos de inversión. Cuando se utilicen
combustibles de bajo precio, no son rentables las inversiones suplementarias para
mejorar el rendimiento de la instalación. Cuando se conozca el precio del combustible, se
puede calcular si ciertos perfeccionamientos del ciclo son económicamente razonables o
no. La concepción del sistema de refrigeración depende de la disponibilidad de agua de
refrigeración. Cuando se disponga de grandes cantidades a un precio ventajoso, a
menudo agua de mar o de un río, se instala un sistema de refrigeración directo. Cuando
el agua sea escasa o cara, se deberá eventualmente reducir el consumo de agua,
utilizando un sistema de refrigeración indirecto con una torre de refrigeración. En
instalaciones que no dispongan de agua de refrigeración, se utilizan a menudo
condensadores refrigerados por aire o torres de refrigeración secas, sin consumo de
agua. Ahora bien, estos sistemas necesitan accionamientos auxiliares suplementarios y
son caros. El tipo de condensador determina el vacío realizable, lo que tiene una
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influencia directa sobre la potencia, ya que un vacío más intenso aumenta la potencia de
la turbina de vapor. De ello se deduce que la elección del sistema de refrigeración
influencia igualmente el rendimiento de la instalación. El espacio disponible sólo
influencia la concepción allá donde deban preverse edificios o partes de instalaciones
existentes. De ello pueden resultar gastos de inversión más bajos pero, al mismo tiempo,
pueden limitarse las posibilidades de mejora del rendimiento, dado que se restringe
eventualmente el tamaño de la caldera de recuperación o la elección de la configuración
de los ejes (una o varias líneas de ejes).
6. IMPACTOS MEDIOAMBIENTALES DE LAS CENTRALES DE CICLO COMBINADO
La utilización de gas natural para la generación de electricidad mediante la tecnología del
ciclo combinado se encuentra dentro de la política medioambiental de un gran número de
países, ya que ofrece un gran número de ventajas en comparación con el resto de
tecnologías de producción eléctrica.
En concreto, las emisiones de CO 2 en relación a los kWh producidos son menos de la mitad de las emisiones de una central convencional de carbón.
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7. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS CENTRALES DE CICLO COMBINADO
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 baratas (alcanzan el
50%) que una termoeléctrica convencional, aumentables calientes genera emisiones de
gases de efecto invernadero y de lluvia ácida a la atmósfera, junto a partículas volantes
que pueden contener metales pesados.
Los combustibles fósiles son una fuente de energía finita, por lo tanto su uso está limitado
por la disponibilidad de las reservas y/o por 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 éstos.
Su rendimiento es bajo, a pesar de haberse realizado grandes mejoras.
8.- EJEMPLOS DE CICLOS COMBINADOS:
8.1. CICLOS COMBINADOS EN PERÚ:
LA CENTRAL DE VENTANILLA CUENTA CON UNA PLANTA DE CICLO
COMBINADO
A partir de Octubre 2006, la Central Termoeléctrica de Ventanilla convirtió su planta
generadora a gas natural ciclo simple a ciclo combinado, con un incremento de su
capacidad instalada de 315 MW a 524 MW y, cuya producción será mayor en un 50%
empleando la misma cantidad de gas natural proveniente de Camisea.
En el marco del compromiso contractual del Estado y Etevensa (absorbida por
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Edegel), al mes de julio del año 2006 se concluyó la obra prevista, con una inversión
de 100 millones de dólares. Sin embargo, la empresa incrementó la inversión en 35
millones de dólares para acoplar la segunda turbina a gas al ciclo combinado.
Desde el año 2004, la Central Termoeléctrica de Ventanilla venía empleando el gas
natural de Camisea bajo el sistema de ciclo simple; es decir, el gas natural ingresaba
a sus dos turbinas, donde se originaba una combustión cuya fuerza movía un eje que
actuaba sobre un generador que producía energía eléctrica. Como resultado de ese
proceso se producía gases calientes que eran expulsados al ambiente a través de
dos chimeneas. Con el ciclo combinado, esos gases calientes – que mantienen una
temperatura de 540° C - se recuperan y pasan a dos calderos que contienen tuberías
con agua que, al recibir el calor de los gases, se transforma en vapor. Finalmente, el
vapor es trasladado hacia una tercera turbina acoplada a un generador donde se
produce energía eléctrica. Así, una misma cantidad de gas es aprovechada para
producir energía en dos formas: a través de dos turbinas a gas y con una turbina a
vapor.
De esta forma, la planta aumentó su eficiencia pues ahora genera más energía
empleando la misma cantidad de gas natural. En ese sentido, actualmente la planta
Ventanilla tiene una potencia instalada de 524 MW, convirtiéndose en la mayor, y más
eficiente central termoeléctrica del país.
El crecimiento en ritmo de producción de esta Planta ha sido significativo: de 5 GW.h
que generaba en el año 2003 empleando petróleo diesel ha pasado a generar 3 464
GW.h en los últimos 26 meses operando con gas natural. Ello ha permitido un ahorro
promedio de US$ 100 millones anuales en costos de producción al Sistema Eléctrico
Interconectado Nacional-SEIN.
Adicionalmente, el consumo de gas natural por parte de Edegel ha generado para el
Estado Peruano aproximadamente US$ 15,2 millones por concepto de regalías.
En el aspecto financiero, Edegel obtuvo un financiamiento total de US$ 125 millones.
Este monto financiado íntegramente por entidades peruanas es inédito en el sistema
financiero en cuanto a volumen otorgado a una empresa nacional.
Aspectos relevantes de la obra La construcción del ciclo combinado se cumplió en un
período de dos años y, debido a que se trataba de nueva tecnología en el país, tuvo
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que superarse desafíos importantes.
Más de 224 embarques con equipamientos de última generación arribaron con éxito
al Puerto del Callao. El generador, de 260 toneladas, marcó un hito para la ingeniería
y el transporte en el país, pues fue el mayor equipo descargado en puerto peruano y
transportado por tierra en una sola pieza. El transformador de esta moderna planta (de
260 MVA) tiene capacidad suficiente para suministrar energía eléctrica a un millón
doscientos mil limeños o a todo el departamento de Arequipa. Los responsables del
proyecto trabajaron con 20 empresas contratistas, nacionales y extranjeras, con más
de 700 trabajadores que acumularon un millón y medio de horas hombre de trabajo sin
ocurrencia de accidentes fatales.
La central de Ventanilla cuenta con personal capacitado con la nueva tecnología
Trabajadores peruanos tuvieron que viajar a capacitarse en países donde ya utilizan la
tecnología del ciclo combinado. Asimismo, profesionales de Alemania, Estados
Unidos, Chile y Argentina llegaron al Perú a brindar sus conocimientos a operadores y
supervisores. En total, se sumaron más de 9000 horas hombre de entrenamiento.
L.T. Ventanilla – Chavarría fue acondicionada
La indicada línea de 220 kV y de 11 km de longitud (doble terna), mediante convenio
MEM – REP, en el marco del Contrato de Concesión, y como Ampliación Menor N°2
fue acondicionada para el transporte de 500 MVA de potencia y en la actualidad
permite la evacuación oportuna de la capacidad plena de producción de energía
eléctrica de la CT Ventanilla – CC al SEIN.
8.2. CICLOS COMBINADOS EN ARGENTINA:
A continuación se indican los ciclos próximos, de la central de ciclo combi- combinados de Página 12
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mayor potencia en nado perteneciente a AES Paraná S.A. operación en la Argentina. Con
una potencia de 845 MW y una Está previsto el ingreso, en fecha eficiencia estimada
de 57
Empresa Potencia(MW)
Proveedor(CC o TG/TV)
Eficiencia(%) Observaciones
CAPEX-CT Agua del Cajón 628,3 Mitsubishi-Black & Veatch @47,6 “Repowering”Con agregado de TV
Central Costanera 851 Mitsubishi @57,9
Central Puerto 798 General Electric @57,8
Dock Sud 798,8 Babcock Wilcox (España)-ABB @56,3
GENELBA 673,6 Siemens-Babcock Wilcox @56,4
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BIBLIOGRAFIA
EDEGEL WIKIPEDIA OSINERGMIN MINISTERIO DE ENERGIA Y MINA
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