TECNOLOGIAS ENERGETICAS

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TECNOLOGIAS ENERGETICAS

• Docente Ing. Robert Guevara Chinchayán
• Postgrado en Uso Eficiente y Ahorro de Energía

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MARCO REFERENCIAL

• La presente asignatura tiene el propósito de
  brindar a los estudiantes de la Escuela
  Académico Profesional de Ingeniería en Energía
  los conocimientos científico tecnológicos de los
  sistemas energéticos actuales en lo referente a
  generación y autoabastecimiento de energía ,
  existentes en el mercado nacional e
  internacional, así como los tópicos de
  cogeneración ,trigeneracion , plantas de
  licuefacción de gases , balances exergeticos y
  principios de termo economía, bajo el criterio de
  alto rendimiento técnico y control del medio
  ambiente.

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PROGRAMACION POR UNIDADES

• PRIMERA UNIDAD Generación de Energía.
• SEGUNDA UNIDAD Autoabastecimiento de Energía.
• TERCERA UNIDAD Tópicos Selectos.

• VISITAS
• Visita Técnica Nº 1
• Ruta 1 Central Termoeléctrica de Ciclo
  combinado ENERSUR , Refinería de Petroperú La
  Pampilla , Planta de Licuefacción de Pisco y al
  Instituto Peruano de Energía Nuclear
• Ruta 2 Complejo de ETANOL de Caña
  Brava(Sullana) , Planta Criogénica (Pariñas) y
  Planta de Fosfatos (Bayobar).
• Visita Técnica Nº2 Complejo de la Empresa
  SIDERPERU . Planta Criogénica de Oxigeno de
  Messer Gases.

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I UNIDAD GENERACION DE ENERGIA

• Semana Nº1 Ciclos Combinados. Descripción
  Técnica. Arreglos. Factores de Ponderación.
  Eficiencia . Pitch Point. Adición suplementaria
  de combustible . Generación Dual y Trial de
  Vapor.
• Semana Nº 2 Arreglos eficientes y Estado del
  Arte de Ciclos Combinados de Alta Eficiencia.
  Disposición 221 y 331 . Diseño Técnico
  Económico de una central de Generación de Ciclo
  Combinado con GN.
• Semana Nº 3 Características de Ciclos
  Combinados de gasificación Integrada GICC.
  Integración de la Unidad de Gasificación, Planta
  de oxigeno y Planta de Generación de Ciclo
  Combinado con Gas de Carbón.
• Semana Nº 4 Centrales de Generación
  Especiales Centrales Geotérmicas( Arreglos y
  Disposiciones ) ,Instalaciones Magneto
  hidrodinámicas , Centrales Nucleoeléctricas y
  Pilas combustibles.
• Semana Nº 5 Formación de los Precios de Energía
  , Precio de barra . Características del despacho
  económico de energía mediante teoría de costos
  marginales.
• Semana Nº 6 Examen de la I Unidad. Presentación
  de Trabajo Monográfico de I Unidad.

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2 UNIDAD AUTOABASTECIMIENTO DE ENERGIA

• Semana Nº 7 Sistemas de cogeneración de
  Energía. Características .Tipos . Arreglos.
  Normatividad Peruana. Generación de Energía
  Distribuida.
• Semana Nº 8 Diseño de Sistemas de Cogeneración
  de Energía con Turbinas de Vapor y Grupos
  Electrógenos. Rentabilidad. Visita Técnica Nº 1.
• Semana Nº 9 Sistemas de refrigeración por
  absorción . Arreglos. Sistema Amoniaco agua ,
  sistema bromuro de litio-agua. Absorción de
  gases. Capacidad Térmica necesaria.
• Semana Nº 10 Trigeneracion de Energía.
  Autoabastecimiento de Calor, Energía Eléctrica y
  Frio. Diseño de un Sistema de Trigeneracion.
• Semana Nº 11 Examen de la II Unidad.
  Presentación de Trabajo Monográfico de II
  Unidad.

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3 UNIDAD TOPICOS ESPECIALES

• Semana Nº 12 Plantas de licuefacción de gases.
  Ciclos de cascada con refrigerante mixto para GLP
  y GN. Visita Técnica Nº 2.
• Semana Nº 13 Plantas de licuefacción de gases a
  temperaturas criogénicas. Arreglos y
  disposiciones.
• Semana Nº 14 Balances Exergeticos. Principios y
  aplicaciones de la 2ª Ley de la Termodinámica.
• Semana Nº 15 Principios Básicos de termo
  economía.
• Semana Nº 16 Examen de la III Unidad.
  Presentación de Trabajo Monográfico de III
  Unidad.
• Semana Nº 17 Exámenes Sustitutorios y Entrega
  de Actas.

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I UNIDAD

• TECNOLOGIAS ENERGETICAS DE GENERACION DE ENERGIA

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CENTRALES DE GENERACION DE ENERGIA

• Centrales Ciclo Rankine Petróleo ,
  Carboelectricas , Nucleares , Solares
  fototérmicas , Geotérmicas.
• Centrales- Ciclo Joule Brayton Gas Natural ,
  Diesel.
• Centrales Ciclo Diesel Diesel2.
• Centrales Ciclo Combinado Gas Natural , Diesel.
• Centrales de Gasificación Integrada.
• Centrales Hidráulicas.
• Centrales Eólicas.
• Centrales con Biomasa -RSU
• Centrales a futuro Cero Emisiones , Ciclos
  Triple., Pilas combustibles , MHD ,
  Mareomotrices, hidrotermicas,etc.

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GENERACION DE ENERGIA AL 2010-PERU

• MES DE JULIO-2011
• Máxima Demanda 4690.8 MW
• Potencia Firme Despachada 5404.1 MW
• Potencia Firme 6243.2 MW
• Reserva Disponible 24.9 (14 )
• Tasa de Crecimiento de Potencia 7
• Factor de Carga 80
• Centrales Hidroeléctricas (50 )
• Central de Mantaro 650 MW
• Central de Restitución 215 MW
• Central de Cañon del Pato 263.5 MW
• Central de Huinco 257 MW
• Central El Platanal 220 MW ( Marzo-10)
• Centrales Termoeléctricas(50 )
• Central TG Chilca 1-2-3 528 MW (GN)
• Central TG Kallpa 1-2 360 MW (GN)
• Central TV Ilo 2 147 MW(Carbon)
• Central TG Las Flores 190 MW
• Central TG Santa Rosa 180 MW

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PROBLEMÁTICA DE LA CENTRAL DE MAYOR POTENCIA
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PROBLEMÁTICA DE LA CENTRAL DE MAYOR POTENCIA
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GENERACION DE ENERGIA FUTUROPERU
RESERVA FRIA TALARA-200MW
Central TG de Nueva Esperanza-160 MW
Central TG Diesel de Trujillo 60 MW
RESERVA FRIA ETEN-200MW
PROYECTO KUNTUR GAS
Centrales de Cogeneración GN.(PE Atocongo ,
Gloria,etc)
Central TG de 200 MW Quillabamba
Central CC CHILCA -810 MW
Central TG de Ilo-200 MW Moquegua
Central CC KALLPA- 855 MW 1 TG adicional de
190 MW
Central de CC TERMOCHILCA-Santo Domingo de los
Olleros 840 MW
Central de CC FENIX 840 MW
Central de CC LAS FLORES 192 MW
RESERVA FRIA ILO -400MW
Central TG de EL FARO 60MW
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GENERACION DE ENERGIA FUTUROPERU
300 MW adicionales en pequeñas CH
Proyecto marañon (20 CH 12.4 GW)-2040
CH Marañon 96 MW-2013
CH QUITARACSA 112 MW 88 MW-2014
CH Chaglla 400 MW (Huallaga)
CH INAMBARI 2200 MW
CH Huanza 86 MW-2013
CH Mayush 150 MW
CH CHEVEZ ( Oyon) 180 MW-2014
CH Pucara 130 MW-2011
CH CERRO DEL AGUILA 400 MW-2015
CH San Gaban II 196 MW
CH Molloco 200 MW
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GENERACION DE ENERGIA FUTUROPERU-2012
Central Eolica de Talara 30 MW
Central de Cogeneración BIOMASA Paramonga 23 MW
Central Eolica de Cupinisque 80 MW
Central RSU HUAYCOLORO 4.4 MW
Central Geotérmica Calientes 150 MW Botaderas
50 MW
Central Eolica de Marcona 30 MW
Central Solar de Majes 20 MW
Central Solar Tacna 20 MW
Central Solar Panamericana de ILO 20 MW
Central Solar Repartición 20 MW
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GENERACION DE ENERGIA FUTUROPERU-2014
Central RSU La Gringa V 2 MW
Central Eolica Tres Hermanas 90 MW
Central Solar MOQUEGUA FV 16 MW
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CICLOS DE POTENCIA CON TURBINAS A VAPOR

• El esquema representa los equipos y componentes
  de una instalación que verifica un ciclo de
  potencia Rankine

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Detalles

• El rendimiento global del ciclo será tanto más
  alto cuanto
• Mayor sea la temperatura del vapor de entrada a
  la turbina.
• Menor sea la presión de condensación del vapor, a
  la salida de la turbina.
• Mayor sea la presión del vapor de entrada a la
  turbina.
• Mayores sean los rendimientos de la turbina de
  vapor y bombas del ciclo.
• La presión del vapor de entrada a la turbina
  estará limitada por el consecuente contenido de
  humedad en su vapor de salida.
• La máxima temperatura del vapor de entrada a la
  turbina dependerá de la calidad de los materiales
  empleados en los equipos del ciclo que están en
  contacto con el fluido.
• La presión de condensación del vapor, íntimamente
  relacionada a la temperatura obtenible del mismo
  a la salida de la turbina, estará relacionada a
  la temperatura del medio refrigerante disponible
  (agua o aire).
• La temperatura de condensación del vapor, será
  del orden de los 60 ºC si el enfriamiento es con
  aire y del orden de los 30 ºC si se refrigera con
  agua.

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Recursos tecnologicos para mejorar el
rendimiento-Recalentamiento
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Recursos tecnologicos para mejorar el
rendimiento-Regeneracion
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Ciclo de Rankine con recalentamiento.47,60 de
? máx. obtenible
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Rendimiento de los Ciclos de Turbinas a Vapor
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CICLOS DE POTENCIA CON TURBINAS A GAS

• El esquema representa los equipos y componentes
  de una instalación que verifica un ciclo de
  potencia Joule Brayton Abierto

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Rendimiento

• El diseño de un ciclo de TG permite definir dos
  parámetros básicos de funcionamiento del
  equipamiento que lo especifica
• La relación de compresión que el compresor le
  imprime al aire de entrada.
• La temperatura de entrada de la turbina (máxima
  del ciclo).
• El rendimiento del ciclo y la potencia
  específica sondependientes de estos parámetros.

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EFECTOS DE LA MAXIMA TEMPERATURA DE CICLO
EVOLUCION DE LA MAXIMA TEMPERATURA DEL CICLO
VALORES MAXIMOS ALCANZADOS DEL RENDIMIENTO Y
TRABAJO ESPECIFICO
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EFECTOS DE LA RELACION DE COMPRESION

• La relación de compresión se definirá de acuerdo
  a la utilizaciónque se hará de la turbina
• Será elevada para obtener los mejores
  rendimientos del ciclo, objetivo para el empleo
  en centrales eléctricas de base o en aviones.
• Será baja en usos como los siguientes cuando el
  objetivo sea lograr elevadas potencias
  específicas como es el caso de las centrales
  eléctricas de punta con la finalidad de poder
  reducir los costos de inversion y cuando se
  requiera una elevada temperatura de los gases de
  escape de la turbina, por ejemplo en un ciclo
  combinado o en una planta de cogeneracion.

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Evolución del rendimiento y potencia específica
de acuerdo a la relación de compresión
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ARREGLOS PARA UNA MEJORA DEL CICLO

• Las posibilidades de mejoras en un ciclo Joule
  Braytonparaincrementar su eficiencia son
• Recalentado este proceso divide la expansión de
  los gases en varias etapas de la turbina,
  aportando energía térmica adicional entre ellas.
• Interrefrigerado es el enfriamiento del aire
  entre etapas del compresor, reduciendo la demanda
  de trabajo para su compresión.
• Regeneración se precalienta el aire de salida
  del compresor con los gases de escape de la
  turbina, resultando un ahorro de energía térmica
  de aporte en la cámara de combustión.

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El rendimiento y el trabajo específico en una
C.T.G

• Comparación entre ciclos

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El rendimiento y el trabajo específico en una
C.T.G

• Rendimiento de ciclos con temperatura entrada en
  la turbina de gas

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QUE ALTERNATIVAS ENERGETICAS SURGEN?
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REPOTENCIACION EN SERIE
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DETALLES

• Es el proceso convencional de repotenciación de
  una planta térmica del tipo TV, con el objeto de
  aumentar su rendimiento y potencia.
• Se agrega una TG en cabecera de un ciclo Rankine.
• La potencia de la TG resulta del orden del 10 al
  30 de la potencia total del nuevo CC obtenido.
• Los ciclos Rankine preexistentes son muy
  regenerativos.
• En este tipo de repotenciación, este recurso de
  mantiene ya que contribuye a aumentar el
  rendimiento de su ciclo, dado que en este caso la
  mayor parte de la energía térmica se aporta a la
  caldera del ciclo Rankine con la combustión del
  combustible utilizado en la planta antes de la
  repotenciación.
• En estos esquemas, se sustituye parcialmente el
  aire para la combustión en la caldera del ciclo
  de la TV por los gases calientes de salida de la
  TG.
• La temperatura de los gases calientes de salida
  de la TG eleva la temperatura del comburente de
  la caldera convencional. Por ello, no tiene
  sentido la utilización de un precalentador
  deaire, habitualmente presente en las calderas de
  ciclos TV.
• Esta energía no empleada en el precalentador de
  aire se utiliza para mejorar el rendimiento del
  CC.
• Es así que el caudal de agua que en los ciclos
  convencionales es precalentada en forma
  regenerativa en los precalentadores del ciclo
  Rankine, se divide en dos circuitos uno que
  continúa por los precalentadores y otro que
  precalienta el agua con los gases de escape de la
  caldera.

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REPOTENCIACION EN PARALELO
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VENTAJAS

• Esta propuesta tecnológica se originó a comienzo
  de los años 90, para resolver los problemas que
  la evolución de las TG y las mayores exigencias
  medioambientales produjeron en los esquemas de
  repotenciación en serie.
• En este tipo de repotenciación la potencia de la
  TG es del orden del 10 al 40 de la potencia
  total del CC.
• Se combinan las características del CC TGTV con
  HRSG y las de la repotenciación en serie,
  permitiendo la utilización de cualquier
  combustible en la caldera convencional.
• En este esquema, el agua condensada del ciclo
  Rankine se precalienta, evapora y sobrecalienta
  en paralelo, por medio de los gases de escape de
  la TG en la HRSG y por la caldera convencional
  del ciclo Rankine.
• Se obtienen rendimientos comparables a los de la
  repotenciación en serie y la prolongación de la
  vida útil de la caldera convencional.
• Con la energía térmica de salida de la caldera
  del ciclo de Rankine se precalienta el aire de
  combustión.
• Esta configuración no precalienta el agua del
  ciclo de Rankine con los gases de salida de la
  caldera convencional (lo hace la HRSG). Por esto,
  es posible utilizar los SCR en la vena de gases
  calientes de la combustión, antes del sistema de
  desulfuración.

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CICLOS COMBINADOS

• Se denomina CICLO COMBINADO cuando una máquina de
  generación o central emplean en su diseño más de
  un ciclo termodinámico.
• Tambien suele identificarse como planta CCPP
  (Combined Cycle Power Plant), o planta CCGT
  (Combined Cycle Gas Turbine).

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ESQUEMA BASICO
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Esquema básico
CICLO INFERIOR
CICLO SUPERIOR
Relacion de Potencias 2/1
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VENTAJAS

• Flexibilidad. Son capaces de operar en cualquier
  régimen de funcionamiento, con gran rapidez de
  adaptación a las variaciones de carga.
• Arranque rápido. Están equipadas con dispositivos
  que permiten tiempos de arranque muy cortos.
• Diseño fiable y alta disponibilidad. El diseño
  está probado y, normalmente, cada grupo cuenta
  con redundancias del 100 en los equipos
  auxiliares importantes.
• Alto rendimiento. Las modernas turbinas de gas y
  las de vapor hacen que los grupos de ciclo
  combinado tengan un rendimiento más elevado que
  el de cualquier otra central. El rendimiento
  global, en energía primaria, puede ser un 57
  superior.
• Costes de operación bajos. Como resultado de las
  características y optimización de los nuevos
  grupos, la operación es más sencilla y los costes
  de generación, inferiores.
• Tiempo de construcción reducido. Debido a que los
  proyectos siguen diseños estándar, los plazos de
  construcción se reducen de forma muy importante.

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BENCHMARKING ENTRE CENTRALES TERMOELECTRICAS-PERU

• ENTRE CENTRALES CICLO COMBINADO
• CC Ventanilla 52 -228 MW-6.763 MMBtu/KWh y CVC
  18.31 U/MWh s/f.a y 50 -246 MW-7.093
  MMBtu/KWh y CVC 18.93 U/MWh c/f.a para un
  precio de 2.9698 U/MMBtu.
• CC Chilina Diesel 50- 16.7 MW- 0.278 Kg
  Diesel/KWh y CVC 126.43 U/MWh para un precio de
  1.25 U/Galón.

• ENTRE CENTRALES DE DISTINTA TECNOLOGIA

TIPO NOMBRE POTENCIA(MW) CVC (U/MWh)  
Ciclo Combinado GN Ventanilla 3 228 18,31 (s f.a)
Ciclo Joule Brayton Simple Abierta GN Chilca 1 176 25,33 Nueva
Ciclo Joule Brayton Simple Abierta GN Aguaytia 1 88 23,89 El GN es de Aguaytia
Ciclo Joule Brayton Simple Abierta GN Santa Rosa UTI 5 52,6 36,51 Reconvertida
Ciclo Joule Brayton Simple Abierta GN Malacas 1 88 39,53 Dueños del GN pero T.A
Ciclo Joule Brayton Simple Abierta D2 Chimbote (1-2-3) 62,8 158,64  
Ciclo Rankine Sobrecalentado-Carbon Ilo 2 141,9 53,88  
Ciclo Rankine Sobrecalentado-Residual 500 Ilo 1 TV 4 69 97,95  
Ciclo Rankine Sobrecalentado-Residual500 Shougesa-Marcona 63 101,12  
Ciclo Diesel S.A con Residual 6 Tumbes 1 9,2 77,53  
Ciclo Diesel S.A con D2 Sullana 8,6 115,99  
C.Cogeneracion GN Oquendo 26 ? Menor C.C
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TIPOS DE DISPOCISIONES O ARREGLOS

• 1 Unidad Turbo Gas 1 Unidad HRSG 1 Unidad
  Turbo Vapor 111
• 2 Unidades Turbo Gas 2 Unidades HRSG 1 Unidad
  Turbo Vapor 221
• 3 Unidades Turbo Gas 3 Unidades HRSG 1 Unidad
  Turbo Vapor 331

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GENERACION DE VAPOR CON UNICA PRESION

1. Compresor
2. Turbina de Gas
3. Sobrecalentador
4. Evaporador
5. Economizador
6. Domo
7. Turbina de Vapor
8. Bypass
9. Condensador
10. Bomba de Condensado
11. Tanque desareador
12. Bomba de agua
13. Enfriador de gases
14. Linea de vapor

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Diagrama Energia y Temperatura para Generacion de
Vapor a 1 sola presion

• El pitch point o punto de estriccion es la
  diferencia de las temperaturas entre los gases
  de la combustion y el vapor de agua

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Diagrama Energia y Temperatura para Generacion de
Vapor a 1 sola presion

• El pitch point o punto de estriccion es la
  diferencia de las temperaturas entre los gases
  de la combustion y el vapor de agua

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Diagrama Energia Temperatura para un Ciclo de
Generacion de Vapor a 1 sola presion
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GVRC-HRSG
46
(No Transcript)
47
GRACIAS