Análisis exergético de una planta de cogeneración operando bajo ciclo combinado

Exergy analysis of cogeneration plant operating under combined cycle

En la actualidad, hay diversas formas para generar energía eléctrica, una de ellas consiste en aprovechar la cantidad de energía liberada al quemar un combustible y efectuar una serie de procesos de conversión de energía mediante un ciclo termodinámico. Para hacer estos procesos más eficientes, existen herramientas que permiten analizar en qué equipos de la planta se está desaprovechando energía, una de estas técnicas es el análisis exergético, que consiste en la aplicación simultanea de la primera y segunda ley de la termodinámica. En el presente trabajo se realiza el análisis exergético a una planta de generación de electricidad y calor a partir de la producción de vapor operando bajo un ciclo combinado. Inicialmente se definen conceptos importantes para realizar el análisis. Después de aplicar la primera y segunda ley de la termodinámica los resultados indican que la eficiencia exergética de la planta de ciclo combinado es 53% y se encuentra que la cámara de combustión es el componente del sistema que más exergía destruye y que las bombas son los dispositivos donde hay menor pérdida de energía útil.

1. INTRODUCCIÓN

La energía eléctrica tiene un papel clave en el desarrollo económico y social de un país, esto ha hecho que compañías empiecen a generar electricidad por medio de centrales termoeléctricas de ciclo combinado [1]. Las plantas de ciclo combinado acoplan el ciclo Brayton con el ciclo Rankine [2]. La idea básica consiste en utilizar la energía contenida en los gases de escape de la cámara de combustión, en un proceso de vapor conectado por medio de una caldera de recuperación aguas abajo de la turbina de gas [3]. En una central de ciclo combinado la caldera de recuperación HRSG (heat recovery steam generator) representa el elemento de la interfaz entre la turbina de gas y el ciclo de vapor. Aquí, los gases de escape de la turbina de gas se enfrían y el calor recuperado

Se utiliza para generar vapor. Con el fin de proporcionar una mejor recuperación de calor en la HRSG, se suele utilizar más de un nivel de presión [4]. Las plantas que operan bajo ciclo combinado presentan ventajas respecto a las de ciclo Rankine y Brayton independientes; algunas de estas ventajas son la relación costos beneficios y el bajo impacto ambiental; según [5] una central de ciclo combinado con gas natural requiere una inversión de unos 500 €/kW, y alcanza un rendimiento bruto cercano al 59% a plena carga, una central térmica de carbón, incluso las dotadas con calderas supercríticas de última generación y sistemas de depuración de gases de combustión, tienen un rendimiento del orden del 45% con costos de inversión en el entorno de los 1000 €/kW.