The baseline model

Le generación eléctrica usando gas natural implica una serie de procesos e infraestructura

que se describe seguidamente.

2.8.1.1. TURBINA ESTACIONARIA

La Central Térmica de la Costa usa turbinas estacionarias que usan gas natural para su

funcionamiento. Las turbinas de gas, también llamadas "turbinas de combustión", se

utilizan en un amplio espectro de aplicaciones que incluyen generación de energía

eléctrica, cogeneración, transmisión de gas natural y diversas aplicaciones de procesos. Las

turbinas de gas están disponibles con potencias que varían en tamaño de 300 caballos de

fuerza (hp) a más de 268,000 hp, con un tamaño promedio de 40,200 hp. Los combustibles

primarios utilizados en las turbinas de gas son gas natural y diésel. El presente trabajo se

enfoca en una turbina dual, la cual puede usar gas natural o diésel (EPA, 1993).

2.8.1.2. TIPOS DE COMBUSTIÓN EN UNA TURBINA A GAS NATURAL

El proceso de combustión en una turbina de gas puede clasificarse como combustión de

llama de difusión o combustión con pre mezcla pobre por etapas (Honegger, 2007). En la

combustión por difusión de llama, la mezcla de combustible / aire y la combustión tienen

lugar simultáneamente en la zona de combustión primaria. Esto genera regiones de

mezclas de combustible / aire casi estequiométricas donde las temperaturas son muy altas.

Para los combustores de premezcla pobre, el combustible y el aire se mezclan a fondo en

una etapa inicial, dando como resultado una mezcla de combustible / aire uniforme, pobre,

sin quemar, que se envía a una etapa secundaria donde tiene lugar la reacción de

combustión. Los fabricantes usan diferentes tipos de estadificación de combustible / aire,

incluyendo estadificación de combustible, estadificación de aire, o ambos; sin embargo, se

aplica el mismo principio escalonado, premezcla pobre. Las turbinas de gas que usan

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lo muestra Sigfrid (2013) en su investigación “Investigation of a prototype industrial gas

turbine combustor using alternative gaseous fuels”.

Figura 3: (a) Tipos de Combustión en una Turbina a Gas y (b) la Influencia de la

Temperatura de la Zona Primaria en las Emisiones de CO y NOX.

FUENTE: (a) Honegger, 2007 y (b) Sigfrid, 2013.

La mayoría de las turbinas de gas actualmente fabricadas son turbinas de combustión

premezcladas, al igual que la turbina en la que se trabajó. En la Figura 3 se muestra los dos

tipos de combustión descritas anteriormente (a) y la influencia de la temperatura en las

emisiones de CO y NOX.

2.8.1.3. GENERACIÓN BAJO CICLO SIMPLE, CICLO REGENERATIVO Y

CICLO COMBINADO

Los gases calientes de la sección de combustión se diluyen con aire adicional de la sección

del compresor y se dirigen a la sección de la turbina de potencia a temperaturas de hasta

2600 ° F. El contenido de calor de los gases de escape que salen de la turbina puede ser

descartado sin recuperación de calor (ciclo simple); recuperado con un intercambiador de

calor para precalentar el aire de combustión que ingresa al combustor (ciclo regenerativo);

recuperado en un generador de vapor de recuperación de calor para elevar el vapor de

proceso, con o sin combustión adicional (cogeneración); o recuperado, con o sin fuego

adicional, para elevar el vapor de una turbina de vapor del ciclo de Rankine (ciclo

combinado o repotenciación) (EPA, 1997). El ciclo simple es el ciclo operativo más básico

de las turbinas de gas con una eficiencia térmica que varía entre 15 y 42 por ciento. La

eficiencia térmica del ciclo se define como la relación entre la energía útil del eje y la

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entrada de energía del combustible. Las turbinas de gas de ciclo simple se usan típicamente

para aplicaciones de caballos de fuerza sin recuperación del calor del escape. Por ejemplo,

las empresas eléctricas utilizan turbinas de gas de ciclo simple para la generación de

electricidad durante emergencias o durante los períodos de mayor demanda (EPA, 1997).

Un ciclo regenerativo es una turbina de gas de ciclo simple con un intercambiador de calor

adicional. El intercambiador de calor utiliza los gases de escape de la turbina para calentar

el aire de combustión, lo que reduce la cantidad de combustible requerida para alcanzar las

temperaturas del combustor. La eficiencia térmica de un ciclo regenerativo es

aproximadamente del 35 por ciento. Sin embargo, la cantidad de eficiencia y ahorro de

combustible puede no ser suficiente para justificar el costo de capital del intercambiador de

calor, lo que hace que el proceso no sea atractivo (EPA, 1997).

Un ciclo de cogeneración consiste en una turbina de gas de ciclo simple con un generador

de vapor de recuperación de calor (HRSG). La eficiencia térmica del ciclo puede llegar al

84 por ciento. En un ciclo de cogeneración, el vapor generado por el HRSG se puede

suministrar a una variedad de presiones y temperaturas a otros procesos térmicos en el

sitio. Para situaciones donde se requiere vapor adicional, se puede colocar un quemador

suplementario o un quemador de ducto (Duct Burner) en la corriente del conducto de

escape del HRSG para cumplir con los requisitos de vapor del sitio (EPA, 1997).

Figura 4: Arreglo de una Turbina y un HRSG.

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En la Figura 4 se muestra la disposición típica de un arreglo de una turbina y un HRSG.

Cabe destacar que el quemador del ducto esta después de la chimenea de ciclo abierto. Es

decir, las emisiones en la operación en ciclo combinado tendrán una fuente adicional a las

del ciclo abierto, razón por la cual deben tratarse de forma diferente.

Figura 5: Esquema Simplificado De Un Ciclo Combinado.

FUENTE: Prieto, 2006.

Una turbina de gas de ciclo combinado es una turbina de gas con un HRSG aplicado en los

sitios de servicios eléctricos. La turbina de gas impulsa un generador eléctrico, y el vapor

del HRSG impulsa una turbina de vapor que también impulsa un generador eléctrico. Se

puede usar una caldera de combustión suplementaria para aumentar la producción de

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vapor. La eficiencia térmica de una turbina de gas de ciclo combinado está entre 38 por

ciento y 60 por ciento (EPA, 1997).

La unidad de generación con la cual se trabajó opera la mayoría del año en ciclo

combinado, salvo ciertas circunstancias en las que opera a ciclo simple o ciclo abierto. A

continuación, en la Figura 5 se muestra el esquema de un ciclo combinado.

Después de explicar los componentes de una turbina a gas para generación eléctrica y su

disposición, a continuación explicaremos el origen de las principales emisiones gaseosas y

las que se analizaran en el presente trabajo, NOX, SO2 y CO.

2.8.2.

EMISIONES GASEOSAS DE UNA CENTRAL TÉRMICA DE

In document Essays in International Macroeconomics (Page 125-132)