miércoles, 31 de octubre de 2012

EFICIENCIA DEL CICLO DE VAPOR

Resumen: Plantas Térmicas que queman carbón y su impacto ambiental. Perspectivas a corto y mediano plazo.  

¿Conoces el porciento mundial de las Plantas Térmicas Generadoras de Electricidad que queman carbón?

Alrededor del 40 % de la Generación Eléctrica Mundial, unos 23 000 TWh eléctrico (que equivalen a 9500 a 10000 Terawatt-hours), se produce en Plantas Térmicas que queman carbón

  ¿Y qué promedio de eficiencia energética tiene en la actualidad el ciclo de vapor de estas Plantas.
La eficiencia actual estimada es 30 % o inferior  

¿Sabes la cifra estimada del carbón mundial que se quema actualmente para generar electricidad?

 La cifra es de 3 000 a 3 500 millones de toneladas de carbón y derivados sólidos (lignitos, antracitas,..). Mundialmente se generan unos 23 000 TWh eléctrico y el 40 % de esa cifra es de 9 200 TWh. Una TON de carbón con un poder calórico neto de unos 30 a 32 Gjoule/ton puede generar entre 2.5 y 3 MWh de electricidad en un ciclo térmico con eficiencia entre el 30 y el 33 %. El índice de consumo en kg de carbón por kwh es de 0.330 a 0.400. Las emisiones de CO2 inducidas en kg de CO2 por kwh son aproximadamente de 1 a 1.2

 ¿Y qué cantidad de toneladas de emisiones de C02 se generan por este concepto?

 La cifra estimada es cercana a los 9 000 MM Ton de CO2, lo que equivale a cerca del 30 % del valor del total mundial de emisiones a la atmósfera. Comprueba si coincidimos o nos acercamos. El índice de emisiones en kg de gas carbónico por kwh es de 1.1 a 1.2. Si se generaron 9 200 TWh de electricidad base carbón, las emisiones de CO2 inducidas se estiman están en el orden de los 10 000 MM Ton de CO2, lo que equivale a cerca del 30 % del valor del total mundial de emisiones a la atmósfera. Si tenemos en cuenta que el consumo mundial de carbón seguirá creciendo en los próximos años y en algunos países como China e India es la base del desarrollo energético, nos damos cuenta de la importancia de poder operar estas Plantas con la mayor eficiencia posible.  

¿Sabes cuál es la alternativa más productiva para incrementar la eficiencia energética de estas Plantas?

 La alternativa que mayor efecto produce en el incremento de la eficiencia energética del ciclo de vapor es la de aumentar ila t y p del ciclo. Las Plantas que operan a condiciones super_críticas 250 atm y 565 ºC, alcanzan eficiencias superiores al 35 %. Otras alternativas son: a) reducir la presión de condensación b) incrementar la temperatura del agua de alimentar c) reducir pérdidas en la turbina d) reducir temperatura de los humos e) reducir exceso aire de combustión f) reducir pérdidas por superficies g) reducir la humedad del carbón

  ¿Estás informado sobre qué problemas tecnológicos hay que resolver para poder incrementar los parámetros operacionales (presión y temperatura) de estas Plantas?

 El principal problema a resolver para alcanzar condiciones super_cr íticas y hasta ultra super_críticas, es disponer de aceros aleados que resistan las tensiones mecánicas que se producirán a valores de operación superiores a los actuales, proyectándose alcanzar en los próximos años temperaturas mayores de 700 ºC y presiones superiores a 300 atm. Se espera con estos incrementos eficiencias sobre el 40%. Lamentablemente, los metales a utilizar para poder alcanzar regímenes superiores de operación, son mucho más costosos que los aceros tradicionales y durante un buen tiempo mantendrán esta desventaja.

 ¿Conoces sobre las otras alternativas que de aplicarse incrementarían la eficiencia del ciclo de vapor?

Ya enumeramos algunas antes. Cada una de las alternativas que son factibles de aplicarse tienen su peso en el incremento de la eficiencia y cada resultado dependerá del punto de partida del sistema. Por ejemplo, si los humos escapan a una temperatura sobre los valores nominales, es seguro que reducir su valor influirá significativamente en el incremento de la eficiencia del ciclo, más que en un sistema dónde este valor esté controlado. Comentaremos brevemente el posible impacto de estas alternativas en las mejoras de la eficiencia:
1- Reducir la presión de condensación. En la medida que el vapor agotado entre al condensador a una presión más baja, mayor es la energía de entrada que se transformó en trabajo en la turbina
2- Incrementar la temperatura del agua de alimentar. Si esta solución se alcanza recuperando el calor de los humos de escape, o se precalienta utilizando la recuperación de condensado, o el calor de las extracciones de caldera, el aumento de temperatura del agua resultará en disminución de las pérdidas de calor del sistema.
3- Reducir pérdidas en la turbina. Al reducir las pérdidas mecánicas o de calor, aumentamos la energía que recibe el generador.
4- Reducir la temperatura de humos. Una de las fuentes mayores de pérdidas en las Plantas Térmicas es la energía que se pierde a la atmósfera junto a los productos de la combustión. Al reducir la temperatura de escape, se contribuye a disminuir estas pérdidas.
 5- Reducir el exceso aire de combustión. Utilizar la relación Aire/Combustible óptima, reduce el volumen de nitrógeno (gas inerte) que se incorpora a los productos de la combustión y la humedad que acompaña al aire ambiente. Ambas sustancias absorben y arrastran calor a la atmósfera, aumentando las pérdidas de energía del sistema.
6- Reducir pérdidas por superficies. Debido al mal aislamiento o a su deterioro, dónde quiera que existan áreas calientes, están presentes las pérdidas de energía y es proporcional al tamaño de la superficie expuesta y a la temperatura que alcanzan.
7- Reducir el contenido de agua en el carbón. En la medida que el carbón contenga mayor cantidad de agua, más energía se consume en evaporarla y convertirla en gas. Por cada kg de agua en exceso, se requiere más de 1.5 kWh en su gasificación a la temperatura del hogar (unos 3000 ºF). Si un carbón inicialmente contiene 40 % de humedad (poder calórico de estimado de 12000 Btu/lb) y se puede reducir al 5 % antes de quemarlo, entonces estaremos disminuyendo las pérdidas por este concepto en no menos de 0.4 a 0.5 kwh en cada kg de carbón y esto equivale a un 6 o 7 % de ahorro de energía.

 Podemos evaluar cada una de las variantes anteriores. Puedes visitar los calculadores publicados en nuestro sitio www.energianow.com y conocer más sobre cómo influye cada una de estas soluciones en la eficiencia del ciclo de vapor. Podrás consultar procesadores de cálculo para: Aire primario para la combustión de combustibles sólidos, líquidos y gaseosos Cálculo del poder calorífico de los combustibles Cálculo de los productos de la combustión o humos generados Cálculo de la temperatura de la combustión Pérdidas en humos Pérdidas por extracciones o purgas Pérdidas por superficies Generadores de Vapor - Balance Energético Ciclo Vapor en Plantas Térmicas. Su eficiencia energética Eficiencia energética de los Generadores de Vapor y Calderas La información es gratuita, solo requiere registrarse.

  ¿Conoces hasta que valores de eficiencia se espera alcanzar en un mediano plazo, y cuánto eso representa?

Ya existen Plantas Térmicas que queman carbón funcionando a temperaturas y presiones del ciclo de vapor que las clasifican en régimen Ultra Super Crítico y con eficiencias aproximadas del 45% y hasta superiores. La meta que necesita alcanzar en los años venideros es del 50 % de eficiencia. Llegar a esos niveles significará reducir las emisiones de CO2 por kwh a la atmósfera desde los niveles actuales de 1.2 kg CO2 a 0.75 kg de CO2 en este tipo de Plantas que queman carbón. Eso equivale a casi un 38 porciento de reducción de emisiones de CO2. Si tenemos en cuenta que la generación mundial base carbón es responsable de unas 10 000 MM Ton de gas CO2 anuales, la cifra representa 3800 MM Ton anuales que dejaríamos de emitir.

 También se plantea dentro de las líneas de desarrollo del ciclo de vapor de las Plantas Térmicas, que considerando una serie de mejoras y nuevas prácticas, se podrá reducir las emisiones por debajo de 0.5 kg de CO2 por kWh, lo que si marcará una disminución notable en el total de emisiones mundiales de CO2 y a la vez abrirá paso a la utilización de grandes fuentes de recursos de combustibles sólidos que están presentes en la tierra y que son el vehículo para el avance industrial de varias regiones del Planeta.

Cualquier pregunta adicional, envíenme un email.
Gracias por la atención,
 René Ruano Domínguez
 info@energianow.com
 www.energianow.com

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