Planta de ciclo combinado
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La turbina de gas de ciclo combinado (CCGT) es una parte de una estación generadora de energía eléctrica (TPP, CHP, GRES), que se utiliza para generar electricidad .
Principio de funcionamiento y dispositivo
La planta de ciclo combinado contiene dos motores separados : de vapor y de turbina de gas . En una planta de turbina de gas, la turbina es rotada por productos gaseosos de la combustión del combustible; también se están considerando proyectos con un motor de turbina de gas nuclear, donde la cámara de combustión es reemplazada por un reactor nuclear de diseño especial, diseñado para operar a muy alta temperaturas (por el momento no se ha implementado ni siquiera en forma de dibujos, pero en teoría es posible crear un motor de turbina de gas de este tipo, sin embargo, debido a la alta radiactividad de los gases de escape, será necesario utilizar un ciclo Brayton cerrado ). El combustible puede ser tanto gas natural como productos de la industria petrolera ( combustible diesel ). En el mismo eje de la turbina se encuentra un generador , el cual, debido a la rotación del rotor, genera corriente eléctrica . Al pasar por una turbina de gas, los productos de la combustión ceden solo una parte de su energía ya la salida de ésta, cuando su presión ya es cercana a la atmosférica y no pueden realizar trabajo, todavía tienen una temperatura elevada. Desde la salida de la turbina de gas, los productos de la combustión entran en la central térmica de vapor, en la caldera de calor residual , donde calientan el agua y el vapor resultante . La temperatura de los productos de la combustión es suficiente para llevar el vapor al estado requerido para su uso en una turbina de vapor ( una temperatura de los gases de combustión de unos 500 °C permite obtener vapor sobrecalentado a una presión de unas 100 atmósferas ). La turbina de vapor impulsa el segundo generador eléctrico (esquema de múltiples ejes).
Las plantas de ciclo combinado están muy extendidas, en las que las turbinas de vapor y gas están ubicadas en el mismo eje, en este caso solo se usa uno, generalmente un generador de dos motores (esquema de un solo eje). Tal instalación puede operar tanto en un ciclo de gas combinado como simple con una turbina de vapor parada. Además, a menudo, el vapor de dos unidades de turbina de gas: la caldera de calor residual se envía a una planta de energía de vapor común (esquema dúplex).
A veces, las centrales de ciclo combinado se construyen sobre la base de antiguas centrales eléctricas de vapor existentes (esquema topping). En este caso, los gases de escape de la nueva turbina de gas se descargan en la caldera de vapor existente, que se actualiza en consecuencia. La eficiencia de este tipo de centrales, por regla general, es inferior a la de las nuevas centrales de ciclo combinado diseñadas y construidas desde cero.
En las centrales eléctricas pequeñas , una máquina de vapor recíproca suele ser más eficiente que una turbina de vapor axial o radial con álabes , y existe una propuesta para utilizar modernas máquinas de vapor recíprocas como parte de una CCGT [1] .
Beneficios
- Las centrales de ciclo combinado permiten alcanzar una eficiencia eléctrica superior al 60%. A modo de comparación, para plantas de energía de vapor que operan por separado, la eficiencia suele estar en el rango de 33-45%, para plantas de turbinas de gas, en el rango de 28-42%.
- Bajo costo por unidad de capacidad instalada
- Las centrales de ciclo combinado consumen significativamente menos agua por unidad de electricidad generada en comparación con las centrales térmicas de vapor
- Corto tiempo de construcción (9-12 meses)
- No hay necesidad de un suministro constante de combustible por ferrocarril o mar.
- Las dimensiones compactas permiten construir directamente en el consumidor (fábrica o dentro de la ciudad), lo que reduce el costo de las líneas eléctricas y el transporte de electricidad. energía
- Más respetuosa con el medio ambiente en comparación con las plantas de turbinas de vapor
Desventajas de CCGT
- La necesidad de filtrar el aire utilizado para la combustión del combustible.
- Restricciones en los tipos de combustible utilizados. Como regla general, el gas natural se usa como combustible principal y el combustible diesel se usa como respaldo. El uso de carbón como combustible solo es posible en plantas con gasificación intraciclo de carbón, lo que aumenta considerablemente el costo de construcción de tales plantas de energía. De ahí la necesidad de construir costosas comunicaciones de transporte de combustible: oleoductos.
- Restricciones de energía estacionales. Máximo rendimiento en invierno.
Aplicaciones en centrales eléctricas
A pesar de que las ventajas del ciclo vapor-gas fueron probadas por primera vez en la década de 1950 por el académico soviético S. A. Khristianovich , este tipo de instalaciones generadoras de energía no ha sido ampliamente utilizada en Rusia . Varios CCGT experimentales fueron construidos en la URSS . Un ejemplo son las unidades de potencia con una capacidad de 170 MW en Nevinnomysskaya GRES y con una capacidad de 250 MW en Moldavskaya GRES . En los últimos 10 años, se han puesto en funcionamiento en Rusia más de 45 potentes centrales eléctricas de ciclo combinado. Entre ellos:
- 3 CCGT con una capacidad de 450 MW cada uno: 2 en CHPP-27 [2] [3] y 1 en CHPP-21 [4] ; 3 unidades CCGT con una capacidad de 420 MW cada una: 1 en CHPP-16 , 1 en CHPP-20 , 1 en CHPP-26 ; 1 CCGT con una capacidad de 220 MW en CHPP-12 ; 2 CCGT con una capacidad de 121 MW cada uno en TPP Mezhdunarodnaya [5] en Moscú
- 2 unidades de potencia con una capacidad de 450 MW cada una en Severo-Zapadnaya CHPP , unidades de potencia con una capacidad de 450 MW en Yuzhnaya CHPP y Pravoberezhnaya CHPP , una unidad de potencia que consta de dos CCGT-180 en Pervomaiskaya CHPP - en San Petersburgo
- 3 unidades de potencia del Nyaganskaya GRES con una capacidad total de 1269,8 MW [6]
- 3 unidades de potencia en Sochi TPP . Dos unidades de potencia con una capacidad de 39 MW cada una (1ra etapa de construcción). Una unidad de potencia de 80 MW (2da etapa de construcción) [7] .
- 3 unidades de potencia en Chelyabinsk CHPP-4 , con una capacidad de 247, 247,5 y 263 MW, respectivamente [8] .
- 2 CCGT con una capacidad de 450 MW cada uno en Kaliningrado CHPP-2 [9]
- 2 CCGT con una capacidad de 220 MW cada uno en Tyumen CHPP-1 [10]
- 2 CCGT con una capacidad de 325 MW cada uno en Ivanovskaya GRES [11] basado en GTD-110
- 2 CCGT con una capacidad de 123 MW cada uno en Kazan CHPP-1
- 2 CCGT con una capacidad de 110 MW cada uno en Kazan CHPP-2
- 2 CCGT con una capacidad total de 100 MW en Shakhtinskaya GTPP
- 1 unidad CCGT con una capacidad de 400 MW en Shaturskaya GRES [12]
- 1 unidad CCGT con una capacidad de 440 MW en Krasnodar CHPP [13]
- 1 unidad CCGT con una capacidad de 230 MW en Chelyabinsk CHPP-3 [14]
- 1 unidad CCGT con una capacidad de 410 MW en Sredneuralskaya GRES OJSC Enel OGK-5
- 1 unidad CCGT con una capacidad de 410 MW en Nevinnomysskaya GRES OJSC Enel OGK-5
- 1 unidad CCGT con una capacidad de 220 MW en Novgorod CHPP
- 1 unidad CCGT con una capacidad de 110 MW en Vologda CHPP
- 1 unidad CCGT con una capacidad de 424,6 MW en Yaivinskaya GRES
- 1 unidad CCGT con una capacidad de 330 MW en Novogorkovskaya CHPP
- 1 unidad CCGT con una capacidad de 450 MW en Cherepovetskaya GRES
- 1 unidad CCGT con una capacidad total de 800 MW en Kirishskaya GRES (la central de ciclo combinado más potente de Rusia en 2014-2017)
- 1 CCGT con una capacidad total de 903 MW en Permskaya GRES (la central de ciclo combinado más potente de Rusia desde 2017)
- 2 CCGT con una capacidad total de 235 MW en Astrakhan CCGT-235 y 2 CCGT en Astrakhan CCGT-110 (antiguo Astrakhan GRES ) con una capacidad total real de 121 MW, con una capacidad de diseño de 110 MW.
-
- alrededor de 10 CCGT se encuentran en diversas etapas de diseño o construcción.
En comparación con Rusia, en los países de Europa Occidental y EE. UU., las plantas de ciclo combinado comenzaron a usarse mucho antes. En las centrales térmicas occidentales que utilizan gas natural como combustible, las instalaciones de este tipo se utilizan con mucha más frecuencia.
Usos alternativos
BMW hizo una suposición sobre la posibilidad de utilizar el ciclo combinado en los automóviles. Se propone utilizar los gases de escape de un automóvil para hacer funcionar una pequeña turbina de vapor. [quince]
Mayor desarrollo
En el desarrollo de la idea CCGT, se propuso utilizar un generador de gas para producir gas combustible a partir de carbón , biomasa, etc.
Notas
- ↑ Trokhin, Ivan Planta de energía de pistón de gas-turbo-vapor: la eficiencia de la turbina aumentará con una "locomotora de vapor" (enlace inaccesible) . Energía e Industria de Rusia (febrero de 2013). Consultado el 28 de marzo de 2013. Archivado desde el original el 4 de abril de 2013. (indefinido)
- ↑ Reportaje fotográfico sobre el lanzamiento de CCGT-450T en CHPP-27 de Mosenergo (enlace inaccesible) . Consultado el 1 de julio de 2011. Archivado desde el original el 1 de mayo de 2011. (indefinido)
- ↑ Artículo sobre CHPP-27 en el sitio web de Mosenergo (enlace inaccesible) . Consultado el 1 de julio de 2011. Archivado desde el original el 13 de diciembre de 2010. (indefinido)
- ↑ Artículo sobre CHPP-21 en el sitio web de Mosenergo (enlace inaccesible) . Consultado el 1 de julio de 2011. Archivado desde el original el 17 de octubre de 2009. (indefinido)
- ↑ Artículo sobre las características de diseño del TPP "Internacional" en el sitio web de la empresa "TechnoPromExport" (enlace inaccesible)
- ↑ Nyaganskaya GRES | Fortum . Fecha de acceso: 4 de diciembre de 2014. Archivado desde el original el 22 de diciembre de 2014. (indefinido)
- ↑ Entrevista con el director de la sucursal de Sochi de Inter RAO UES V. A. Belosevich para la publicación Lights of Greater Sochi (enlace inaccesible)
- ↑ Esquema de suministro de calor dentro de los límites administrativos de la ciudad de Chelyabinsk para el período hasta 2034 (actualizado para 2019) . Sitio oficial de la Administración Municipal de Chelyabinsk . Fecha de acceso: 30 de noviembre de 2018. (indefinido)
- ↑ Se puso en funcionamiento la segunda unidad del Kaliningrado CHP-2 . Fecha de acceso: 1 de julio de 2011. Archivado desde el original el 4 de enero de 2014. (indefinido)
- ↑ Lanzamiento de CCGT-190/220 en Tyumen CHPP-1 (enlace inaccesible) . Consultado el 1 de julio de 2011. Archivado desde el original el 22 de septiembre de 2013. (indefinido)
- ↑ Puesta en marcha de CCGT-325 en Ivanovskaya GRES . Consultado el 1 de julio de 2011. Archivado desde el original el 28 de diciembre de 2014. (indefinido)
- ↑ CCGT-400 en Shaturskaya GRES (enlace inaccesible)
- ↑ Se llevó a cabo un lanzamiento ceremonial de la unidad CCGT-410 en Krasnodar CHPP (enlace inaccesible) . Fecha de acceso: 17 de enero de 2012. Archivado desde el original el 22 de noviembre de 2011. (indefinido)
- ↑ JSC "Fortum" - Producción de electricidad en la región de Chelyabinsk (enlace inaccesible) . Consultado el 14 de febrero de 2012. Archivado desde el original el 24 de febrero de 2012. (indefinido)
- ↑ "BMW Turbosteamer se calienta y se apaga" . Consultado el 5 de septiembre de 2007. Archivado desde el original el 18 de junio de 2017. (indefinido)
Enlaces
Literatura
- Zysin V.A., Plantas y ciclos combinados de vapor y gas, M. - L., 1962.