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EFICIENCIA ENERGETICA DE LOS CICLOS COMBINADOS TEMA: CICLOS COMBINADOS EQUIPO 4

DEFINICION:

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Es el procedimiento mediante el cual se obtiene simultáneamente energía eléctrica y energía térmica útil (vapor, agua caliente sanitaria). Si además se produce frío (hielo, agua fría, aire frío, por ejemplo) se llama trigeneración. La microcogeneración hace referencia a unidades de cogeneración de una potencia máxima inferior a 50 kw. Es apropiada en instalaciones del sector terciario como pueden ser hoteles, edificios de viviendas, oficinas, hospitales así como en algunas aplicaciones industriales como pueden ser plantas de biogás. Se denomina ciclo combinado en la generación de energía a la coexistencia de dos ciclos termodinámicos en un mismo sistema, uno cuyo fluido de trabajo es el vapor de agua y otro cuyo fluido de trabajo es un gas producto de una combustión.

CARACTERISTICAS:

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Alta eficiencia energética

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Ahorro de energía primaria

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Generacion distribuida de electricidad

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Reduccion de emisiones

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La cogeneración contribuye de forma importante a la seguridad del abastecimiento energético y al desarrollo sostenible. Es un sistema distribuido de producción de electricidad (muchas plantas de pequeña potencia cerca de los centros de consumo), lo que produce:

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Un ahorro de inversión en líneas de transporte y distribución.

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Una disminución de las pérdidas de las líneas de transporte y distribución.

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Una importante contribución a la estabilidad del sistema (muchas plantas, pequeñas y muy distribuidas)

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Un aumento de la competencia entre los productores

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Permite crear nuevas empresas

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Se adapta bien a las zonas aisladas o ultraperifíricas

BENEFICIOS:

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- Eficiencia energética: ahorra en consumo de combustibles hasta 340-440 millones de € anuales. - Tecnología limpia: ahorra en emisiones de CO2 de 170-300 millones de € anuales. - Generación distribuida: ahorra en costes de redes de transporte y distribución hasta 440 millones de € anuales. - Una serie de estudios concluyen que la cogeneración proporciona aumento de empleo. - En algunos casos, se pueden utilizar como combustibles la biomasa y algunos materiales de desecho (gases de refinería, residuos agrícolas...), lo que aumenta la rentabilidad y reduce la necesidad de la eliminación de los estos residuos.

TIPOS DE PLANTAS DE COGENERACIÓN:

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Cogeneración con turbina de gas o fuel en ciclo simple En estos sistemas se quema combustible en un turbogenerador, produciendose energía mecánica, que se transforma en electricidad; y gases de escape, a unos 500 ºC, que producen vapor en una caldera de recuperación. Se utiliza en industrias químicas, papeleras y de alimentación. Tienen gran fiabilidad y son económicamente rentables. Su economía está directamente ligada al sistema de recuperación de calor.

COGENERACIÓN CON TURBINA DE VAPOR

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En estos sistemas, se produce energía mecánica por la expansión del vapor de alta presión que procede de una caldera convencional. Su aplicación está limitada como complemento para ciclos combinados o en instalaciones que utilizan combustibles residuales, como la biomasa. Se clasifican según la presión de salida del vapor de la turbina, en turbinas a contrapresión, y turbinas a condensación, provistas de un condensador. En ellas la presión está por encima o por debajo de la atmosférica, respectivamente. En ambos casos se puede disponer de salidas intermedias, para obtener vapor a diferentes niveles de presión.

COGENERACIÓN EN CICLO COMBINADO CON TURBINA DE GAS: •

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La aplicación conjunta de una turbina de gas y otra de vapor es lo que se denomina ciclo combinado. La denominación ciclo combinado proviene de que se combinan dos ciclos: el ciclo de gas (ciclo Bryton de la turbina de gas) y el ciclo agua-vapor (ciclo Rankine de la turbina de vapor). El proceso de vapor es esencial para lograr la eficiencia del ciclo combinado. Siguiendo criterios de eficiencia y economía se realiza una selección de las turbinas de gas y vapor en función de la presión y la temperatura del vapor necesarias. Por ello hace falta que la ingeniería sea capaz de crear procesos adaptados al consumo de la planta industrial asociada a la cogeneración, pero que realice un trabajo eficiente en situaciones distintas para las que fue diseñada.

COGENERACIÓN CON MOTOR ALTERNATIVO DE FUEL O GAS EN CICLO SIMPLE •

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Utilizan como combustibles gas, gasóleo o fuel-oil . Son muy eficientes eléctricamente, pero poco térmicamente. El sistema de recuperación térmica se basa en la producción de vapor a baja presión (hasta 10 bares), aceite térmico y en el aprovechamiento del circuito de alta temperatura del agua de refrigeración del motor, y se diseñan en función de los requisitos de la industria. También se utilizan para la producción de frío por absorción. Estas instalaciones son convenientes para potencias bajas (hasta 15 MW) en las que es muy importante la generación eléctrica. Los motores son la máquina térmica que más rendimiento tiene, pues es capaz de convertir hasta el 45% de la energía química contenida en el combustible en energía eléctrica.

CICLO SIMPLE PARA APROVECHAMIENTO DE GASES DIRECTOS

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En estos sistemas se aprovecha directamente el calor de los gases de escape sin que pasen por una caldera. Estos gases se pueden utilizar como secaderos, directamente aplicando el gas sobre el material a secar o mediante un intercambiador gas-aire.

COGENERACIÓN EN CICLO COMBINADO CON MOTOR ALTERNATIVO

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En estos sistemas, el calor que contienen los humos de escape del motor se recuperan en una caldera, y el vapor que se produce se utilizado en una turbina de vapor para conseguir más energía eléctrica o mecánica. En intercambiadores se recupera el circuito de refrigeración de alta temperatura del motor, y ese calor se utiliza directamente en la industria. El rendimiento eléctrico en esta planta es alto, mientras que el térmico disminuye considerablemente. Se utiliza en plantas con demandas de calor bajas, y que rentabilizan la inversión por la venta de energía eléctrica.

TRIGENERACIÓN:

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Se basa en la producción conjunta de calor, electricidad y frío. Una planta de trigeneración es una de cogeneración, a la que se le ha añadido un sistema de absorción para la producción de frío. La trigeneración, permite la utilización de cogeneración en el sector terciario (hoteles, hospitales, etc.) donde además de calor se requiere frío para climatización, y que debido a la estacionalidad de estos consumos (calor en invierno, frío en verano) impedía la normal operación de una planta de cogeneración clásica.

COGENERACIÓN CON CICLO COMBINADO •

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Los ciclos combinados son un tipo de central que utiliza gas natural, gasóleo o incluso carbón preparado como combustible para alimentar una turbina de gas. Se caracterizan porque emplean una turbina de gas y otra de vapor. En este sistema los gases producidos en la combustión de la turbina de gas, se emplean para producir vapor a alta presión mediante una caldera de recuperación, utilizado posteriormente para alimentar la turbina de vapor, sea de contrapresión o extraccióncondensación y producir por segunda vez energía eléctrica, utilizando el vapor a la salida de la turbina o de las extracciones para los procesos de que se trate.

CARACTERISTICAS DE LOS CICLOS COMBINADOS. •

- Menores emisiones de CO2. - Apenas emite partículas y no emite dióxido de azufre. - Emisiones de NOx muy inferiores a las centrales de carbón. - Rendimiento (57%) superior a las centrales de carbón (37%). - Utilizan el gas natural como combustible (el combustible fósil más limpio de la Naturaleza) - Consumen un 35% menos de combustible que una central convencional - Consumo de agua reducido porque la turbina de gas no necesita refrigeración alguna y únicamente hace falta agua para el ciclo de vapor. - Costes de inversión moderados. - Son las generadoras de energía más adecuadas para cumplir con los objetivos del Protocolo de Kyoto. - Inconveniente: dependencia del abastecimiento de gas natural.