Universidad Nacional Autónoma de México
Hernández Ortiz Cuauhtémoc
“Planta Termoeléctrica”
15 de mayo del 2005
Planta termoeléctrica
Introducción
Se denominan plantas termoeléctricas clásicas o convencionales aquellas plantas que producen energía eléctrica a partir de la combustión de carbón, fuel-oil o gas en una caldera diseñada al efecto. El apelativo de "clásicas" o "convencionales" sirve para diferenciarlas de otros tipos de plantas termoeléctricas (nucleares y solares, por ejemplo), las cuales generan electricidad a partir de un ciclo termodinámico, pero mediante fuentes energéticas distintas de los combustibles fósiles empleados en la producción de energía eléctrica desde hace décadas y, sobre todo, con tecnologías diferentes y mucho mas recientes que las de las plantas termoeléctricas clásicas.
Independientemente de cuál sea el combustible fósil que utilicen (fuel-oil, carbón o gas), el esquema de funcionamiento de todas las plantas termoeléctricas clásicas es prácticamente el mismo. Las únicas diferencias consisten en el distinto tratamiento previo que sufre el combustible antes de ser inyectado en la caldera y en el diseño de los quemadores de la misma, que varían según sea el tipo de combustible empleado.
Una planta termoeléctrica clásica posee, dentro del propio recinto de la planta, sistemas de almacenamiento del combustible que utiliza (parque de carbón, depósitos de fuel-oil) para asegurar que se dispone permanentemente de una adecuada cantidad de éste. Si se trata de una planta termoeléctrica de carbón (hulla, antracita, lignito,...) es previamente triturado en molinos pulverizadores hasta quedar convertido en un polvo muy fino para facilitar su combustión. De los molinos es enviado a la caldera de la planta mediante
chorro de aire precalentado.kdnalkdjadjladjapsdjpajdpaijdpaijdpasjdapsdjapsdjapsdjpasj Si es una planta termoeléctrica de fuel-oil, éste es precalentado para que fluidifique,
siendo inyectado posteriormente en quemadores adecuados a este tipo de combustible. Si es una planta termoeléctrica de gas los quemadores están asimismo concebidos especialmente para quemar dicho combustible. hdlahdlakhdlakshdalksdhalkhdladlakshd
Hay, por último, plantas termoeléctricas clásicas cuyo diseño les permite quemar indistintamente combustibles fósiles diferentes (carbón o gas, carbón o fuel-oil, etc.). Reciben el nombre de plantas termoeléctricas mixtas.
agua en suspensión que transportaría serían lanzadas a gran velocidad contra los álabes, actuando como si fueran proyectiles y erosionando las paletas hasta dejarlas inservibles. El vapor de agua a presión, por lo tanto, hace girar los álabes de la turbina generando energía mecánica. A su vez, el eje que une a los tres cuerpos de la turbina (de alta, media y baja presión) hace girar al mismo tiempo a un alternador unido a ella, produciendo así energía eléctrica. Esta es vertida a la red de transporte a alta tensión mediante la acción de un transformador.
Por su parte, el vapor -debilitada ya su presión- es enviado a unos condensadores. Allí es enfriado y convertido de nuevo en agua. Esta es conducida otra vez a los tubos que tapizan las paredes de la caldera, con lo cual el ciclo productivo puede volver a iniciarse
Reseña Histórica.
La primera Planta termoeléctrica nace en Nueva York en (1882) construida con la primera estación generadora, inventada por Edison.
El principio de funcionamiento de una planta térmica se basa en el intercambio de energía calórica en energía mecánica y luego en energía eléctrica.
Las primeras plantas que se construyeron eran máquinas de vapor a pistón, similares en su funcionamiento a una locomotora y que movían al generador (una de éstas se conserva, todavía, en la escuela Otto Krause y se pone en funcionamiento una vez al año). Luego se reemplazó por una turbina de vapor, con la que se calienta agua en una caldera que produce vapor a presión, el cual se aplica sobre los álabes de la turbina que convierte energía potencial (presión) en energía cinética que acciona al generador.
Fuente de energía utilizada y sus características.
Estas plantas, generan energía eléctrica a partir de la combustión de carbón, fuel-oil o gas en una caldera diseñada al efecto y emplean la tradicional turbina de vapor y una turbina de gas que aprovecha la energía de los gases de escape de la combustión. Con ello se consiguen rendimientos termoeléctricos del orden del 55%, muy superior al de las plantas convencionales.
La ventaja que tiene el gas como sustituto del carbón es que elimina los parques de almacenamiento, las instalaciones de secado y molienda, la evacuación de escorias; aumenta la vida de las calderas por la ausencia de incrustaciones y corrosiones y facilita considerablemente el control de la combustión. Cuando sustituye al fuel oil permite suprimir los depósitos de almacenamiento, las instalaciones de bombeo, el consumo de vapor para el calentamiento de depósitos, tuberías e inyección en los mecheros de combustión.
Descripción detallada de las partes de la planta y su funcionamiento.
para calentar el agua, que se encuentra en la caldera, y producir el vapor. Este con una alta presión, hace girar los álabes de la turbina, cuyo eje rotor gira solidariamente con el de un generador que produce la energía eléctrica; esta energía se transporta mediante líneas de alta tensión a los centros de consumo. Por su parte, el vapor es enfriado en un condensador y convertido otra vez en agua, que vuelve a los tubos de la caldera, comenzando de nuevo el ciclo.
El agua en circulación que refrigera el condensador expulsa el calor extraído a la atmósfera a través de las torres de refrigeración, grandes estructuras que identifican estas plantas; parte del calor extraído pasa a un río próximo, lago o al mar.
Las torres de refrigeración son enormes cilindros contraídos a media altura (hiperboloides), que emiten constantemente, vapor de agua (que se forma durante el ciclo) no contaminante, a la atmósfera. Para minimizar los efectos contaminantes de la combustión sobre el entorno, la planta dispone de una chimenea de gran altura (llegan a los 300 m) y de unos precipitadores que retienen las cenizas y otros volátiles de la combustión. Las cenizas se recuperan para su aprovechamiento en procesos de metalurgia y en el campo de la construcción, donde se mezclan con el cemento.
Esquema de Funcionamiento de una planta Termoeléctrica Clásica
1. Cinta transportadora 2. Tolva
3. Molino 4. Caldera 5. Cenizas 6. Sobrecalentador 7. Recalentador 8. Economizador 9. Calentador de aire 10. Precipitador 11. Chimenea
12. Turbina de alta presión 13. Turbina de media presión 14. Turbina de baja presión 15. Condensador
16. Calentadores
17. Torre de refrigeración 18. Transformadores 19. Generador
20. Línea de transporte de energía eléctrica
[image:4.612.59.556.333.652.2]para ser triturado. Una vez pulverizado, se inyecta, mezclado con aire caliente a presión, en la caldera (4) para su combustión.
Dentro de la caldera se produce el vapor que acciona los álabes de los cuerpos de las
turbinas de alta presión (12), media presión (13) y baja presión (14), haciendo girar
el rotor de la turbina que se mueve solidariamente con el rotor del generador (19), donde se produce energía eléctrica, la cual es transportada mediante líneas de
transporta a alta tensión (20) a los centros de consumo.
Después de accionar las turbinas, el vapor pasa a la fase líquida en el condensador (15). El agua obtenida por la condensación del vapor se somete a diversas etapas de
calentamiento (16) y se inyecta de nuevo en la caldera en las condiciones de presión y
temperatura más adecuadas para obtener el máximo rendimiento del ciclo.
El sistema de agua de circulación que refrigera el condensador puede operarse en circuito cerrado, trasladando el calor extraído del condensador a la atmósfera mediante
torres de refrigeración (17), o descargando dicho calor directamente al mar o al río.
Para minimizar los efector de la combustión de carbón sobre el medio ambiente, la planta posee una chimenea (11) de gran altura -las hay de más de 300 metros-, que dispersa los contaminantes en las capas altas de la atmósfera, y precipitadores (10) que retienen buena parte de los mismos en el interior de la propia planta.
Impacto medioambiental.
Estas plantas suelen presentarse como tecnologías limpias debido a la reducción de las emisiones de contaminantes que en ellas se consiguen .Se alude en primer término al vertido casi nulo de Dióxido de Azufre (SO2) debido a que este elemento es prácticamente inexistente en el gas natural. Se insiste mucho en las reducciones que comportaba en las emisiones de Dióxido de Carbono (CO2) por Kwh. producido, con el consiguiente alivio del efecto invernadero. Hay que señalar que en nuestro país ya se superó en el año 1999 los límites fijados para el ¡2010! por el compromiso firmado en Kioto de emisión de gases de invernadero, y que la producción de electricidad ha sido uno de los responsables de este crecimiento.
Comentar que existe una contradicción entre las previsiones de reducir las emisiones de CH4 en casi un 24% en el 2010 con respecto a 1990, como preveía el Consejo Nacional del Clima, con la idea de aumentar mucho la red de gasoductos en nuestro país.
Un balance similar ofrecen las emisiones de óxidos de Nitrógeno (NOx).
Estas sustancias son componentes de las llamadas lluvias ácidas y se producen por reacción directa del Nitrógeno y el Oxígeno del aire al elevarse la temperatura. Una planta de aproximadamente 1000 MW. Que funcione unas 6.600 horas equivalentes al año emitiría del orden de 2.100 Tm.
Estas sustancias son también precursores de la formación de Ozono troposférico, un peligroso contaminante que está alcanzando valores alarmantes en la atmósfera. En bastantes de estos sitios se están superando los límites establecidos cuando las condiciones meteorológicas facilitan su formación (elevada insolación y temperatura). No es nada aventurado suponer que el caudal de emisión que representa la planta agravará de forma significativa el fenómeno hasta convertirlo en un problema grave de difícil o imposible control. Se provocarán con ello daños significativos sobre la salud de quienes allí habitan.
Un problema que deben enfrentar estas plantas son sus necesidades de refrigeración. Como quedó dicho más arriba necesitan evacuar aproximadamente el 45% de su potencia térmica total. Las técnicas convencionales son dos: circuito abierto y torres húmedas. En la primera se necesitan emplear ingentes cantidades de agua que es devuelta al medio después de sufrir un salto térmico significativo.
Con el fin de no dañar a los ecosistemas suelen existir dos límites a respetar. El primero es que dicho salto no supere en ningún caso los 3ºC, y el segundo que la temperatura total del agua no llegue a los 30ºC en ningún momento). No existe caudal suficiente en las cuencas altas o medias de ningún río peninsular para utilizar este sistema que es el más sencillo y barato de implantar. Su uso se limita a las plantas costeras. Es preciso estudiar siempre el impacto específico sobre los ecosistemas costeros ya que en algún caso pueden verse afectados por esta polución térmica.
El otro sistema tradicional (torres húmedas) "aprovecha" el calor residual para evaporar agua y necesita caudales menores. Aunque este es un uso consuntivo del agua de difícil encaje en cuencas que no pueden definirse en modo alguno como excedentes. El consumo, para los rangos de potencia demandados, se sitúa entre 0,15 y 0,7 m3/seg. A la limitación en la disponibilidad del recurso hay que añadir la necesidad de purgar las sales contenidas en el agua evaporada que en todas las circunstancias degrada su calidad y que en algún caso puede llevar el impacto hasta valores inasumibles. Tampoco deben olvidarse entonces las alteraciones del microclima del lugar debido a las nubes formadas.
traduce en sustanciales incrementos de los costes de construcción. Es preciso además estudiar el impacto sobre los ecosistemas y cultivos cercanos de este aire recalentado.
Nuevas Tecnologías
Se están llevando a cabo investigaciones para obtener un mejor aprovechamiento del carbón, como son la gasificación del carbón "in situ" o la aplicación de máquinas hidráulicas de arranque de mineral y de avance continuo, que permiten la explotación de yacimientos de poco espesor o de yacimientos en los que el mineral se encuentra demasiado disperso o mezclado.askdlakjsfakjsflajflakjflajsljfjasfjalskjalskjflaskfjalskfjal
El primero de los sistemas mencionados consiste en inyectar oxígeno en el yacimiento, de modo que se provoca la combustión del carbón y se produce un gas aprovechable para la producción de energía eléctrica mediante centrales instaladas en bocamina. El segundo, en lanzar potentes chorros de agua contra las vetas del mineral, lo que da lugar a barros de carbón, los cuales son evacuados fuera de la mina por medios de tuberías.
