DISEÑO DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO CON GAS NATURAL PARA CUBRIR LA DEMANDA BASE DE ENERGÍA EN LA REGIÓN CHAVIN

INFORME FINAL

PROYECTO DE INVESTIGACION 2006

DISEÑO DE UNA CENTRAL DE CICLO

COMBINADO CON GAS NATURAL PARA

CUBRIR LA DEMANDA BASE DE ENERGÍA

EN LA REGIÓN CHAVIN

RESPONSABLE : Ing. Serapio Quillos Ruiz

CORESPONSABLES :

Ing. Robert Guevara Chinchayan.

Ing. Julio Escate Ravello

REALIDAD PROBLEMATICA

La industria de gas natural en el Perú tuvo poco desarrollo antes de la puesta en marcha del Proyecto Camisea. En el período previo a la explotación de las reservas de Camisea la industria de gas natural se desarrolló básicamente en dos zonas, el yacimiento de Aguaytía localizado en la selva central y el conjunto de yacimientos localizados en la costa norte.La industria del gas natural involucra una serie de actividades relacionadas verticalmente que se pueden resumir en cuatro fases: la exploración, la explotación, el transporte y la distribución del gas a los consumidores finales.

La generación de energía a través de los ciclos convencionales dio lugar a la limitante de eficiencia de los Ciclos Joule Brayton y Rankine, el cual dio lugar al diseño del Ciclo de Field, con una Planta como Ciclo Superior y otra Planta como Ciclo Inferior, conocida como Ciclo Combinado, de mayor eficiencia llegando según la disposición de sus sistemas a eficiencias de planta reales de 52 a 54%.

• La idea es diseñar una Planta de Ciclo Combinado con Gas Natural , que

permita cubrir la demanda de energía en Base ( de 23.00 Horas a 18.00 Horas )en la Región Chavin , el cual presenta un anillo industrial conformado por la Empresa SiderPeru, Cia Minera Antamina y Cia Minera Barrick ( 120 MW ) , las cuales necesitan tener una confiabilidad de su suministro por una Central de energía , teniendo en cuenta de que la Central Hidroeléctrica de Huallanca da cobertura a todo el sistema y no a una zona en especial.

Es importante entonces diseñar un sistema de generación de ciclo combinado con Gas Natural, teniendo en cuenta las tecnologías modernas de presión dual o presión trial, generadores de vapor recuperadores de calor, entre otros.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

• Diseñar una Central de Ciclo Combinado con Gas Natural de 100 MW

para cubrir la demanda base de energía en la Región Chavin.  

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Identificar las características del Mercado de generación en el Perú, bloque

de horas, mercado spot, mercado regulado, mercado libre y costo marginal.

• Identificar las demandas de energía en los Centros de Alto Consumo de

energía , Clientes Libres de la Región Chavin con demanda superior a 10 MW

• Seleccionar los parámetros Marco de la Central de Ciclo combinado que

cubrirá la demanda base en los Potenciales consumidores de energía en la Región Chavin.

• Diseñar las características técnicas óptimas de la Central de ciclo

Combinado con Gas Natural.

• Efectuar una evaluación económica de la Inversión y el cálculo de su costo

PARAMETROS MARCO DE LA

REGION

Parámetro Unidad Numero de Habitantes 1 139 083 Hab.

Participación de Habitantes en relación al total 4 %

Consumo de Energía Eléctrica 715.19 GWh

Participación en relación a la Energía Total consumida en el Perú _{3.4 %} Consumo de Energía Eléctrica per cápita KWh/ hab. 627.9

Grado de Electrificación Regional 63.3%

Grado de Electrificación Nacional _75.0%

Potencia Instalada Mercado Eléctrico 343.86 MW

Potencia Instalada Pequeño Sistemas Aislados 67.43 MW

Venta de Energía Eléctrica al Mercado Eléctrico 621.11 GWh

Numero de Clientes Regulados 133 971

DEMANDA POTENCIAL

Empresas Pesqueras ( 07) 12 Hidrandina,Egenor ,Edeg el

CICLOS COMBINADOS

• Consiste en la combinación de dos

Ciclos

de

Potencia

normalmente

independientes entre si : Una Central con

Turbinas de Vapor del Tipo Rankine y

Una Central con Turbinas de Gas del

Tipo Joule Brayton.

• Son Centrales de Alta Eficiencia

bordeando los 55%

• En este proceso se utiliza los gases

calientes expansionados en un a Turbina

de gas , el cual escapan a altas

temperaturas

,

los

cuales

son

aprovechados

en

Calderas

de

Recuperación llamadas Generadores de

Vapor Recuperadores de Calor GVRC ,

en

el

cual

se

genera

vapor

sobrecalentado en dos o tres niveles de

presión distinta ,los cuales accionan a

las Turbinas de Vapor. Según el tipo de

sistema de recuperación pueden ser con

o

sin

adición

suplementaria

de

CENTRAL CICLO COMBINADO

2*2*1 GENERACION DUAL

COMBUSTION _ELECTRICAPOTENCIA

GASES DE COMBUSTION RELACION DE POTENCIAS 2/3 TOTAL CICLO BRAYTON

ESQUEMA PARA LA

REESTRICCIONES PARA

DISEÑO

RESUMEN

CENTRAL CICLO COMBINADO

• Potencia

: 100 MW

• Configuración

: 2*2*1

• Ubicación

: Planta Siderurgica de Chimbote.

• Combustible

: Gas Natural.

• Eficiencia

: 53.53%

• Factor de Ponderación Ciclo Superior ( Qu) : 0.809

• Factor de Ponderación Ciclo Inferior ( Ql)

: 0.872

• Eficacia de los generadores electricos

: 0.95

• Eficiencia de Transmisión mecánica

: 0.99

CICLO SUPERIOR

• Tipo de Planta : Ciclo Joule

• Tipo de Planta : Brayton Simple

• Relación de Trabajos ( Compresor/Turbina) : 0.71

• Combustible : Gas Natural.

• Eficiencia de Ciclo : 29.7 %

• Potencia generada : 40.6 MW

• Exceso de aire : 380 %

• Eficiencia de cámara de combustión : 0.89

• Eficiencia de Turbina : 0.90

• Eficiencia del Compresor : 0.88

• Relación de compresión : 15.4 • Límite Metalúrgico : 3.94 • T1 : 298 °K • T2 : 651 °K • T3 : 1174 °K • T4 : 540 °K • a : 45.69 Kmol de aire/ Kmol de CH4 • R ma/mc : 82.81 Kg de aire/ Kg de CH4

• Wcompresor : 11.77 MJ/Kmol aire

• W turbina : 16.45 MJ/ Kmol aire

• Flujo de combustible : 1.52 Kg CH4/seg.

CICLO INFERIOR

• Eficiencia

: 33.84 %

• Potencia

: 59.4 MW

• Flujo de agua de enfriamiento

: 3101.75 Kg de

agua/sg.

• Generación de Vapor

: Dual

• Vapor de Alta Presión

: 80 Bar y 560 °C

• Vapor de Baja Presión

: 10 Bar y 240 °C

• Presión de escape del condensador

: 0.08 Bar

• Cuerpo de Alta Presión

: Economizador +

: Evaporador

+Sobrecal.

• Cuerpo de Baja Presión

: Economizador +

: Evaporador

+Sobrecal.

• Cuerpo de Turbina de A.P

: masa1

• Cuerpo de Turbina de B.P

: masa 1 + masa2

• Eficiencia del Generador de Vapor Recuperador de Calor

: 0.88

• Eficiencia Global de Turbina

: 0.90

POSIBLES IMPACTOS DEL

PROYECTO

CALIDAD DEL AIRE _{Construcción Operación}

Aumento de niveles de emisión de partículas _{Significativo Ausente} Aumento de niveles de emisiones de materiales pesados _{Moderado Ausente}

RUIDOS

Incremento de niveles sonoros continuos y puntuales _{Significativo Moderado}

CLIMA

Cambios micro climáticos _{Presente Moderado} Cambios meso climáticos y por acumulación de vientos _{Ausente Ausente}

GEOLOGIA Y GEOMORFOLOGIA

Aumento de la inestabilidad de las laderas _{Ausente Ausente} Destrucción directa _{Moderado Ausente} Compactación _{Moderado Ausente} Aumento de la erosión _{Moderado Ausente} Disminución de la calidad _{Presente Moderado}

POSIBLES IMPACTOS DEL

PROYECTO

VEGETACION

Destrucción directa de la vegetación _{Presente Ausente}

Degradación de las comunidades vegetales _{Moderado Ausente}

Destrucción de poblaciones de especies protegidas _{Ausente Ausente}

Perdidas productivas por partículas _{Moderado Ausente}

Cambio en las comunidades vegetales por pisoteo _{Presente Ausente}

Aumento de riesgos por incendios _{Ausente Ausente}

FAUNA

Destrucción directa de la fauna _{Ausente Ausente}

Detracción del hábitat de especies terrestres _{Ausente Ausente}

Efecto barrera para la dispersión o movimientos locales _{Presente Ausente}

Incremento de la caza y de la pesca _{Presente Ausente}

Incrementa el riesgo de atropello _{Ausente Ausente}

FACTORES SOCIO CULTURALES

Alteración en los modos de vida tradicional _{Presente Moderado}

Efectos en el patrimonio histórico y cultural _{Moderado Presente}

EVALUACION ECONOMICA

• Tomando como referencia 400 Euros/KW ,

la Inversión del montaje de planta estará

dada en 400 00 000 de Euros .

• Así mismo el coste de operación y

generación será en promedio de 3.85

centavos de Euro/KWh.

CONCLUSIONES

• Se tiene un potencial Mercado Libre que cubrir en forma constante en la Región Ancash , en el orden de 120 MW , Clientes los cuales difieren con las Empresas Pesqueras que solo operan estacionalmente.

• Se debe diseñar una Planta de Ciclo Combinado de 100 MW la cual debe operar como Central Base para poder cubrir la demanda de las tres principales empresas de la Región : Compañía Minera Antamina , Compañía

Minera Barrica y Empresa SiderPeru.

• El combustible a utilizar debe ser Gas Natural , el cual justificaría la construcción de un gasoducto a instalaciones cercanas a la Empresa SiderPeru ,donde iría montada la Planta de Ciclo Combinado . Esto debido a que hay agua cerca para generación y enfriamiento , así como se podría utilizar la Subestación de Potencia de Siderperu para interconectar la Central con todo el SEIN.

• La Central de Ciclo combinado tendría una configuración 2*2*1 , el cual indica que tendría dos unidades turbotas , dos generadores de vapor recuperadores de calor y una turbina de gas.

• La generación de vapor se realiza en el GVRC a dos niveles de presión de 80 y 10 Bars. , con lo cual se

aprovecharía al máximo los gases calientes provenientes de la turbina de gas , no descarta que tenga un sistema trial de generación de vapor.

• La eficiencia de Planta bordea el 54% , y esta dentro de los límites aceptables , así como las Eficiencias del Ciclo Superior y del Ciclo Inferior.

• El Estudio básico de Impacto Ambiental nos indica que el proyecto puede ejecutarse sin temor a un impacto al medio.

• Este primer estudio será la base para un trabajo futuro , el cual seria la determinación de un algoritmo que nos permita calcular la Planta de Ciclo combinado óptima.