Turbinas de Gas: La búsqueda permanente de la eficiencia

Turbinas de Gas: La búsqueda permanente de la eficiencia Desde la década de los 90 el gas natural ha ido posicionándose con mayor fuerza como el combustible de elección en las nuevas plantas de energía. Además de ser un combustible más limpio que el carbón, puede ser utilizado para generar electricidad a través de turbinas de gas, una tecnología que ha ido evolucionando a lo largo del tiempo y que se ha vuelto cada vez más popular. Como resultado, los expertos apuntan a que la dependencia mundial en turbinas de gas seguirá incrementándose en los próximos años, mientras que el uso del carbón continua reduciéndose progresivamente en Europa y Estados Unidos, dado el cada vez mayor apoyo gubernamental a la producción de energía renovable. Un dato que nos ha resultado interesante, ha sido el informe realizado por la Administración de Información Energética de Estados Unidos (EIA), en el que señala que la cuota de gas natural utilizada supuso el 16% del total de la generación de energía mundial en el año 2000, aumentando al 24% en 2010 yestimando que continúe creciendo al 27% en 2020, así como al 30% en 2040. Llegados a este punto, merece la pena aclarar de forma clara y concisa el funcionamiento de las turbinas de gas. En primer lugar se introduce aire en la propia turbina que es comprimido al pasar a través de unas cuchillas rotativas, siendo conducido posteriormente hacia una cámara de combustión donde se le añade el combustible, quemándose y produciendo gas caliente. El calor generado por la combustión aumenta la presión dentro de la cámara produciéndose una expansión de los gases al salir de la misma. Como resultado, a medida que el gas pierde presión gana simultáneamente velocidad que es aprovechada por los álabes de la turbina haciendo que esta gire, mientras que un generador convierte la energía mecánica producida en electricidad. Los fabricantes de turbinas de gas se encuentran en una búsqueda sin fin para aumentar la eficiencia con el objetivo de reducir los costes mientras se aumenta los niveles de producción, tendencia que ha ayudado a que las plantas de energía basada en turbinas de gas sean relativamente más baratas en comparación con los costes de construcción de una planta a carbón. Aunque pueda parecer lo contrario, una pequeña mejora en la eficiencia es muy valiosa para la vida útil de las turbinas. En la actualidad, las investigaciones realizadas por los ingenieros se están centrando en incrementar el valor de la eficiencia entre el 1 y el 2% en los sistemas de refrigeración para los componentes que trabajan en las zonas de mayor temperatura de la turbina, así como en los revestimientos de la barrera térmica. Como resultado, ambas de estas técnicas son las que permiten que la turbina funcione a temperaturas más altas y por lo tanto obtengan una mayor eficiencia, mientras se garantiza la preservación de la vida de los componentes. En los últimos años también se ha invertido un gran esfuerzo en aumentar la flexibilidad operativa de las turbinas de gas de ciclo combinado, para permitir que las plantas puedan operar más rápidamente en su puesta en marcha, así como en las tareas de carga y descarga. Esta flexibilidad es cada vez más importante en los mercados con altos niveles de generación de energía renovable eólica y solar, debido a la imprevisibilidad de estas para mantener unos niveles constantes y elevados de producción eléctrica. Actualmente los principales actores que lideran el mercado en el desarrollo de tecnologías de turbinas de gas para la generación de energía a gran escala son GE, Alstom y Mitsubishi Heavy Industries, sin olvidarnos de Siemens. De ellos, analizaremos resumidamente los principales modelos de ciclo combinado de última generación. Turbinas de Gas 7F 7-Series de General Electric: El mayor fabricante mundial de turbinas de gas, General Electric (GE), cuenta con la nueva evolución de su plataforma de clase F, dando lugar a los nuevos modelos 7F 7-Series dentro de su gama FlexEfficiency* 60 Portfolio. Cuenta con una eficiencia de ciclo combinado neto superior al 61%y un mayor nivel de producción que el promedio de los competidores de su clase, requiriendo un menor consumo de combustible que permite disminuir las emisiones en MW-hr (2 ppm en ciclo combinado/ 9 ppm en ciclo simple). Además, cuenta con 4 etapas de gas caliente con refrigeración avanzada y sellado para aumentar el rendimiento, así como un novedoso compresor aerodinámico 3D para mejorar la flexibilidad de funcionamiento. Cabe destacar que al iniciarse toma diez minutos de carga base y puede alcanzar velocidades de50MW/minuto por turbina de gas dentro de las garantías de emisiones. Las turbinas han sido testadas al límite de sus capacidades en las instalaciones de prueba de GE en Greenville, Carolina del Sur (Estados Unidos), la cual cuenta con uno de los mejores sistemas de validación de turbinas de gas del mundo que ha costado 130 millones de euros llevarla a la realidad. Con ello, los ingenieros de GE han podido poner a prueba su gama FlexEfficiency* 60 Portfolio en todo tipo de situaciones, analizando más de 7.000 datos en tiempo real durante el funcionamiento de las turbinas de gas. Turbinas de Gas J-Series de Mitsubishi: La nueva generación de turbinas de gas de Mitsubishi denominada J-Series, incluye la M501J de 60Hz y la M701J de 50Hz, las cuales registran una eficiencia de ciclo combinado del 61,5%, un 6,5% más que la generación anterior (clase G y F). En el desarrollo de estas nuevas turbinas los ingenieros se centraron principalmente en el aumento de la presión de combustión permitiendo un aumento de la temperatura a 1.600 grados, es decir, 100 grados más que la serie de la clase G, gracias al avanzado revestimiento de barrera térmica implementado. Mitsubishi, en el marco del Programa de Energía Nacional de Japón, un proyecto de investigación y desarrollo que se inició en 2004 orientado al desarrollo de tecnologías de turbinas de gas, ha dado lugar a importantes mejoras en la estructura de refrigeración en las nuevas turbinas. Esto es sumamente importante en el diseño, ya que, si mejoras la temperatura de combustión sin mejorar previamente los sistemas de refrigeración, los componentes se deterioran muy rápidamente acortando de forma drástica la vida útil de la turbina de gas. Por otro lado, la compañía ha indicado que la reducción de las emisiones de CO2 en las operaciones de ciclo combinado es aproximadamente un 60% menor en comparación con las plantas convencionales de carbón. Turbinas de Gas KA24 de Alstom: Alstom ha conseguido evolucionar su tecnología para ofrecer las nuevas turbinas de gas de clase avanzada denominadas KA24-Series, para el mercado de 60Hz. Con el fin de mejorar la eficiencia, en vez de ir por el camino tradicional de elevar la temperatura de combustión en la entrada de la turbina, los ingenieros de Alstom optaron por algo que se denomina combustión secuencial. Mediante la inyección del gas natural en dos sistemas de combustión en serie, es posible aumentar la producción y la eficiencia del ciclo sin incrementar significativamente las emisiones en cargas total y parcial. La configuración dos en uno significa que tiene la capacidad de producir 450 MW en sólo diez minutos, un aspecto especialmente interesante para los mercados que buscan la máxima flexibilidad de cara su utilización cuando existe baja producción en energías renovables, así como aquellos clientes que buscan una reducción de los costos de combustible y mantenimiento. A nivel de rendimiento, cuenta con un 15% más en la potencia de salida que la generación anterior, el equivalente a suministrar electricidad extra a más de 85.000 personas. Además, ofrece hasta un 30% más de tiempo de operación entre las inspecciones programadas, aumentando la disponibilidad y reduciendo los costes de mantenimiento. Fuente: http://www.fierasdelaingenieria.com/