Tesis:
Optimización termoeconómica de plantas integradas de gasificación y ciclo combinado.
- Autor: NALES TUDURI, Francisco Javier
- Título: Optimización termoeconómica de plantas integradas de gasificación y ciclo combinado.
- Fecha: 2004
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE MINAS
- Departamentos: INGENIERIA QUIMICA Y COMBUSTIBLES
- Acceso electrónico:
- Director/a 1º: MONTES VILLALON, José María
- Resumen: La nueva era de la energía se, caracteriza por una apuesta decidida por las tecnologías limpias y eficientes. En lo relativo al sector refino, éste se encuentra en una situación delicada, en la que cada vez es mayor el incremento de la demanda de productos petrolíferos de más alta calidad, quedando los de menor calidad fuera de mercado. En lo relativo al sector eléctrico, la situación es análoga, si cabe aún más acuciante debido a la escasez de recursos energéticos limpios y de bajo coste. Es por tanto en este sentido en el que se orientan las nuevas tecnologías en fase de desarrollo. Las plantas integradas de gasificación y ciclo combinado (IGCC) generan energía eléctrica de un modo limpio y eficiente a partir de una materia prima de bajo coste, en nuestro caso residuo de la unidad viscoreductora procedente de una refinería. De esta manera se resuelven dos problemas al mismo tiempo, por un lado liberamos a las refinerías de un residuo de cada vez peor salida comercial y por otro generamos energía eléctrica de una manera limpia y eficiente a partir de un recurso de bajo coste. Esta tesis desarrolla primeramente el análisis exergético y termoeconómico de este tipo de plantas, analizando diferentes esquemas, para posteriormente realizar una optimización termoeconómica de las áreas de planta identificadas como susceptibles de mejora. En primer lugar, se realiza el análisis termodinámico de los diferentes esquemas de planta, así como un estudio de los parámetros identificados como significativos. Una vez finalizado el análisis, se ha procedido a la selección del esquema idóneo, con lo que se completa la fase estructural del proceso. Para dicho esquema se realiza un posterior análisis económico y termoeconómico. Como consecuencia del bajo coste de la materia prima, el coste asociado a la exergía destruida en las unidades de la planta no es tan grande como en otros casos en los que materia prima tiene un coste mayor, véase carbón o gas natural. Esto motiva que se lograr ahorros del coste de generación de energía eléctrica reduciendo la inversión de capital global de la planta, aunque esto repercuta negativamente en la ciencia termodinámica del sistema. Además, debido a la elevada inversión requerida este tipo de plantas, es condición necesaria para la viabilidad de la misma el que ésta opere en base. En otras palabras, la fiabilidad y disponibilidad de este tipo de plantas es un factor clave. La conclusión inmediata es construir entonces la planta más sencilla y fiable posible, para luego mejorar la eficiencia sólo en las unidades que se identifiquen como más prometedoras, que han resultado ser la turbina de gas y la caldera de recuperación de calor. Las variables más significativas para la optimización paramétrica de las unidades identificadas en el anterior análisis son: 1.- Temperatura de entrada de los gases al expansor de la TG. 2.- Temperatura máxima del vapor en la CRCC. 3.- Nivel de alta presión de vapor en la CRCC. 4.- Nivel de media presión de. vapor en la CRCC. 5.- Nivel de baja presión de vapor en la CRCC. Para una identificación más definida de los resultados obtenidos mediante el análisis termodinámico realizado, se han dimensionado tres casos: uno que considera solamente las mejoras atribuibles a la turbina de gas, subóptimo I, otro que considera solamente las mejoras atribuibles a la caldera de recuperación de calor, subóptimo II, y finalmente otro que combina las mejoras atribuibles tanto a la turbina de gas como a la caldera de recuperación de calor. El óptimo termodinámico global produce en la planta IGCC un 14 por ciento más de energía eléctrica sobre el caso base, con una eficiencia neta de la planta 1,4 puntos porcentuales mayor. Además, los resultados del análisis económico y termoeconómico confirman que se ha logrado un aumento de eficiencia de la planta y una reducción del coste de generación de la energía eléctrica. La tecnología IGCC está muy cerca de su techo en términos de eficiencia, ya que las mejoras que pueden obtenerse por optimización, aunque significativas, no dejan de ser marginales. Muchas de las conclusiones obtenidas en esta optimización termoeconómica son extrapolables con pequeños matices también a las centrales de ciclo combinado. En general, salvo que la materia prima sea muy barata, la planta IGCC no será económicamente viable mientras no se logre una reducción apreciable en el coste de la electricidad generada. Esta reducción no se conseguirá con la mejora en la eficiencia termodinámica de los equipos, el factor decisivo será el coste de inversión de los equipos, que deberá reducirse probablemente gracias a la experiencia de nuevas plantas en operación.