Fecha límite para el envío de resumenes: 21/Abril/2024

Estudio Termodinámico a un Ciclo Combinado Solar Integrado

La creciente demanda de energía eléctrica a nivel mundial ha impulsado la búsqueda de fuentes más eficientes y sostenibles de generación de electricidad. La tecnología más eficiente para la generación de potencia mediante combustibles fósiles son las centrales de ciclo combinado que se componen de una turbina de gas y un ciclo de vapor acoplados por una caldera de recuperación de calor. Las centrales de este tipo alcanzan altas eficiencias térmicas debido a la generación de dos cantidades de potencia a partir de un único suministro de combustible. Inicialmente, en la turbina de gas se genera una potencia eléctrica y posteriormente, los gases de escape se aprovechan en la caldera de recuperación de calor para generar vapor, que se expande en la turbina de vapor y se genera una potencia adicional. Sin embargo, para abordar los desafíos ambientales y diversificar la matriz energética, se ha explorado la integración de tecnologías renovables, como la energía solar, en estos sistemas. La idea de tener un sistema de potencia que combine a las energías renovables y no renovables es para aumentar la eficiencia de estas plantas, además de reducir las emisiones de efecto invernadero y la dependencia de los combustibles fósiles [1], [2].

En la literatura existen diversos estudios en donde realizan simulaciones con el propósito de evaluar la factibilidad de la integración de la tecnología solar a las centrales de ciclo combinado. Li y col. realizaron un análisis termodinámico a un ciclo combinado de dos niveles de presión, en donde se analizó el comportamiento de la central mediante la integración de la energía solar en los procesos de suministro de calor en el evaporador de alta y baja presión y, se determinó que bajo una presión de vapor vivo dada, la central incrementó tanto la eficiencia térmica y la eficiencia exergética global del sistema [3]. En el caso de Settino y col., ellos aprovecharon la energía solar en el ciclo de la turbina de gas para precalentar el aire comprimido antes de ingresarlo a la cámara de combustión. Los resultados mostraron que la eficiencia térmica del sistema global alcanzó un 69.5%, con un ahorro anual de combustible del 7.7% [4].

En México, la transición energética hacia un menor uso de combustibles fósiles y una mayor integración del uso de tecnologías renovables para la generación de energía es una realidad. En este sentido, este trabajo se realiza un estudio termodinámico a una central de ciclo combinado que tiene la integración de un campo solar y que actualmente está operando en el norte del país. La configuración del ciclo combinado está compuesta por dos turbinas de gas, dos calderas de recuperación de calor con tres niveles de presión y un ciclo de vapor. Con el campo solar se produce una parte del flujo de vapor de alta presión y está formado por concentradores parabólicos con una superficie de 72,000 m2. El estudio termodinámico de la central se simula en Thermoflex 31, y con base a los datos técnicos de los balances térmicos [5]; este estudio se hace para diferentes condiciones del medio ambiente. El análisis termodinámico evalúa el desempeño de la central a partir de parámetros como la eficiencia térmica, flujo de vapor, flujo de combustible, consumo específico de combustible y la eficiencia exergética del sistema. Los resultados muestran que, el ciclo combinado sin el uso del campo solar genera una potencia de 535 MW. Mientras que, a partir del acoplamiento del campo solar a dicha central, la generación de potencia aumenta 14 MW.

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