PLANTAS O CENTRALES TERMOELÉCTRICASDEFINICIÓN

Una central termoeléctrica o planta termoeléctrica es una instalación empleada en la generación de energía eléctrica a partir de la energía liberada en forma de calor, generalmente mediante la combustión de combustibles fósiles tales como gas natural (el más sencillo), combustóleo (el más sucio y contaminante), o carbón (el más complejo). Dicho calor es empleado dentro de un ciclo termodinámico para mover una turbina y finalmente producir energía eléctrica. La eficiencia de este tipo de plantas ronda alrededor del 39%.

FUNCIONAMIENTO

El proceso consiste en la quema de un combustible para calentar un fluido hasta generar vapor, a continuación se transforma la energía cinética del vapor en energía mecánica haciéndolo pasar a través de una turbina, que a su vez está conectada a un generador eléctrico proporcionándole el par mecánico necesario para finalmente transformar esa energía mecánica en energía eléctrica.

LAS CENTRALES TERMOELÉCTRICAS SE DIVIDEN EN

CENTRALES TERMOELÉCTRICAS CONVENCIONALES

Carbón Fuel-Oil Gas

CENTRALES TERMOELÉCTRICAS NO CONVENCIONALES

Ciclo combinado Combustion de lecho fluidizado GIcc gasificación de carbón integrada en el ciclo combinado

CENTRALES TERMOELÉCTRICAS CONVENCIONALES

Se 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.

El esquema básico de funcionamiento de todas las centrales térmicas convencionales es prácticamente el mismo, independientemente de que utilicen carbón, fuelóleo o gas. Las únicas diferencias sustanciales consisten en el distinto tratamiento previo que sufre el combustible antes de ser inyectado en la caldera y el diseño de los quemadores de la misma, que varía según el tipo de combustible empleado.

En el caso de una central térmica de carbón, el combustible se reduce primero a un polvo fino y se bombea después dentro del horno por medio de unos chorros de aire precalentados.

Si es una central térmica de fuelóleo, el combustible es precalentado para que fluidifique e inyectado posteriormente en quemadores adecuados a este tipo de derivados del petróleo.

Finalmente, si se trata de una central térmica de gas, tenemos otro tipo de quemadores específicos.

En definitiva, la energía liberada durante la combustión en la cámara de la caldera, independientemente del tipo de combustible, hace evaporarse el agua en los tubos de la caldera y produce vapor.

Este vapor entra a gran presión en la turbina a través de un sistema de tuberías. La turbina consta de tres cuerpos; de alta, media y baja presión respectivamente. El

objetivo de esta triple disposición es aprovechar al máximo la fuerza del vapor, ya que este va perdiendo presión progresivamente. Así pues, el vapor de agua a presión hace girar la turbina, generando energía mecánica. Hemos conseguido transformar la energía térmica en energía mecánica de rotación.

El vapor, con el calor residual no aprovechable, pasa de la turbina al condensador. Aquí, a muy baja presión (vacío) y temperatura (40ºC), el vapor se convierte de nuevo en agua, la cual es conducida otra vez a la caldera a fin de reiniciar el ciclo productivo. El calor latente de condensación del vapor de agua es absorbido por el agua de refrigeración, que lo entrega al aire del exterior en las torres de enfriamiento.

La energía mecánica de rotación que lleva el eje de la turbina es transformada a su vez en energía eléctrica por medio de un generador síncrono acoplado a la turbina.

Partes

En el siguiente dibujo podremos observar las partes mencionadas anteriormente:

CENTRALES TERMOELÉCTRICAS NO CONVENCIONALES

CICLO COMBINADO

Una central de ciclo combinado es aquella en la que la energía térmica del combustible es transformada en electricidad mediante el acoplamiento de dos ciclos termodinámicos individuales, uno que opera a alta temperatura y otro con menores temperaturas de trabajo. El calor residual del proceso de generación de trabajo neto en el ciclo de alta temperatura se aprovecha en su mayor parte en un intercambiador de calor para producir trabajo en un ciclo termodinámico de baja temperatura.

La justificación de los ciclos combinados reside en que, desde un punto de vista tecnológico, resulta difícil conseguir un único ciclo termodinámico que trabaje entre las temperaturas medias de los focos caliente y frío usuales. Es por ello que, como solución se acude al acoplamiento de dos ciclos: uno especializado en la producción de trabajo con alta eficiencia en rangos altos de temperaturas de trabajo (Brayton) y otro para temperaturas mediasbajas (Rankine).

Combustión de carbón en lecho fluidizado: Plantas FBC.

La tecnología de combustión de lecho fluidizado es parte de las “Tecnologías de Carbón Limpias” (Clean Coal Technologies), que nacieron en respuesta a los altos niveles de contaminación que inherentemente produce la combustión en las centrales a carbón convencionales (carbón pulverizado). Estas tecnologías buscan, al mismo tiempo, alcanzar una alta eficiencia y obtener mínimas emisiones sin tener que para ello implementar filtros de contaminantes externos al proceso de combustión.

Funcionamiento del proceso.

El nombre de lecho fluidizado se debe a que en las calderas de este tipo la combustión del carbón se produce sobre corrientes de aire ascendente generadas por inyectores de aire (jets) en la base del horno. Así, el carbón ardiente dentro del

horno queda suspendido en el aire formando una “cama” que está en constante movimiento, es decir, tiene un comportamiento fluido.

En éstas centrales, con el objetivo de eliminar los sulfuros (SO 2) presentes en el carbón (que constituyen una de las principales fuentes de contaminación de las centrales a carbón convencionales), se inyecta con el combustible un absorbente (caliza), el cual mientras flota con el carbón ardiente (entre 800 y 900ºC) reacciona químicamente con los gases sulfurosos, generando residuos sólidos que son retirados en la base del horno.

Además, debido a las altas velocidades de los gases en el proceso, hay combustible no quemado que sale junto con los gases de combustión, por lo que para reutilizarlo se recicla la mezcla en un ciclón (separador), retornándose luego el combustible recapturado al horno (lecho circulante).

Así, de la combustión en el horno se obtiene vapor y gases calientes que alimentan turbinas de vapor y gas, generando un sistema de ciclo combinado de alta eficiencia. Un esquema de éste tipo de centrales se muestra a continuación.

Figura 1: Diagrama de flujo simplificado de una planta de lecho fluidizado presurizado.

Dependiendo de la presión a la que opera la caldera, se pueden definir dos tipos de plantas de lecho fluidizado: plantas de lecho fluidizado con combustión a presión atmosférica (AFBC) y plantas de lecho fluidizado con combustión presurizada (PFBC).

A su vez, en las plantas AFBC dependiendo de si existe reciclado ó no de los gases a la salida del horno, se tendrán plantas CFBC (Circulating Fluidized Bed Combustion) en las que sí hay reciclado, ó BFBC (Bubbling Fluidized Bed Combustion), en las que no hay reciclado. Dentro de estas tecnologías, las plantas PFBC tienen una mayor

eficiencia, un menor tamaño y mejor control de contaminantes que las plantas de tipo AFBC, pero esto hasta el momento también ha estado asociado con mayores costos de inversión.

Gasificación de carbón: Plantas IGCC.

La tecnología de gasificación de carbón es bastante antigua, de hecho data desde el siglo XIX, en donde el “gas ciudad” (obtenido a partir de la gasificación de hidrocarburos de desecho) era utilizado para iluminación y para cocinar. Luego, con la llegada del gas natural y la electricidad, el “gas ciudad” dejó de tener aplicaciones prácticas. No sería hasta mediados del siglo XX en que la gasificación de carbón retomaría importancia, ésta vez como método de obtención de energía del carbón para generación eléctrica.

La tecnología de IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle), al igual que la FBC, es parte de las “Tecnologías de Carbón Limpias”.

Funcionamiento del Proceso.

En este tipo de centrales se realiza un proceso llamado “gasificación”, en el cual se convierte combustibles como el carbón, petcoke, biomasa (subproductos de industria maderera por ejemplo), y en general cualquier tipo de materias basadas en carbono, a un gas sintético llamado syngas compuesto principalmente por monóxido de carbono e hidrógeno.

Esto se logra mediante un proceso de oxidación parcial (a alta temperatura) del carbono presente en el combustible. El calor obtenido de la reacción de gasificación (oxidación parcial) es utilizado para calentar vapor y alimentar una turbina de vapor de alta presión, mientras que el syngas es utilizado para alimentar otra turbina de gas, obteniéndose así una planta de ciclo combinado de alta eficiencia.

La planta total consiste en cuatro bloques principales: una unidad de separación del aire ("ASU"), una planta de la gasificación, un sistema de la limpieza del gas, y una central eléctrica de ciclo combinado.

El ASU separa el aire y alimenta al gasificador con una corriente de oxígeno puro, mientras que el nitrógeno se inyecta a la cámara de combustión de la turbina a gas para mejorar su comportamiento general.

El gasificador a alta temperatura ( 1.600 °C) se alimenta con la materia prima pulverizada y oxígeno, obteniéndose como producto syngas y desechos sólidos que se acumulan en el fondo de la caldera y pueden ser reutilizados como agregado para caminos ó concretos.

Una pequeña porción de estos desechos sólidos permanece en el syngas como partículas (sulfurosas y metales pesados esencialmente), por lo que es necesario filtrarlo antes de quemarlo en el ciclo combinado. De este último filtrado se puede obtener hasta el 99% del azufre presente en el carbón, el que puede ser

comercializado posteriormente como subproducto. En la figura 3 se muestra el diagrama de flujo simplificado de la planta.

 

Funcionamiento del Proceso.

Ventajas y desventajas de las centrales termoeléctricas.

Ventajas:

Son las centrales más baratas de construir (teniendo en cuenta el precio por megavatio instalado).

Las centrales de ciclo combinado de gas natural son mucho más baratas (alcanzan el 50%) que una termoeléctrica convencional, aumentando la energía.

Rebajando las emisiones citadas más arriba en un120%.

Desventajas

El uso de combustibles fósiles genera emisiones de gases de efecto invernadero y de lluvia ácida a la atmósfera.

Al ser los combustibles fósiles una fuente de energía finita, su uso está ilimitado a la duración de las reservas.

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

BIBLIOGRAFIA

http://ingenieriaelectricaexplicada.blogspot.mx/2010/02/funcionamiento-de-una-central.html

https://centralestermoelectricas.wordpress.com/centrales-termoelectricas/tipos-de-termoelectricas-2/

http://ocw.unican.es/ensenanzas-tecnicas/centrales-de-generacion-de-energia-electrica/materiales/bloque-energia-IV.pdf

https://energiasorolla.wikispaces.com/combustion+en+lecho+fluido

http://web.ing.puc.cl/power/alumno06/GNLalternatives/alternativas%20gnl.htm

https://prezi.com/ldr5-cmrbd6w/plantas-termoelectricas-e-hidroelectricas-en-mexico/