ES2604935T3 - Método de funcionamiento de una central eléctrica con Sistema de Energía Solar - Google Patents

Método de funcionamiento de una central eléctrica con Sistema de Energía Solar Download PDF

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Christoph Ruchti
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Abstract

Un método de funcionamiento de una central eléctrica (1) que comprende: calentar un fluido principal (10) por un miembro generador de calor, conectado operativamente con una turbina de gas (GT), una turbina de vapor (ST) y un generador de vapor de recuperación de calor (B); dirigir el fluido principal (10) calentado a al menos un circuito principal (10a, 10b, 10c) durante una rango de carga de central completo que incluye un funcionamiento en carga parcial y un funcionamiento en carga alta, en el que durante el funcionamiento de carga parcial el fluido principal (10) calentado es dirigido a través del circuito principal a un primer intercambiador de calor (12) para dirigir el calor a un fluido secundario (20) para transferir el calor a un intercambiador de calor principal (23) para calentar el aire de entrada (A) de la turbina de gas, en el que durante la operación de carga alta, el fluido principal (10) calentado es enviado a través del circuito principal a un segundo intercambiador de calor (15) para transferir el calor para alimentar un refrigerador de absorción (14) para enfriar el fluido secundario (20), y dirigir el fluido secundario (20) al intercambiador de calor principal (23) para enfriar aire de entrada (A) de la turbina de gas por el intercambiador de calor principal (23); desviar una parte del fluido principal (10) a un calentador (31) de agua de alimentación a través de una válvula móvil (32); calentar el agua de alimentación sobre la carga de central completa; y eliminar la utilización de vapor de estabilización extraído para precalentar el agua de alimentación en un ciclo de vapor de agua sobre todo el rango de cargas de la central.

Description

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DESCRIPCION
Metodo de funcionamiento de una central electrica con Sistema de Ene^a Solar CAMPO TECNICO
La invencion pertenece a un metodo de funcionamiento de una central electrica para la generacion de electricidad, y en particular un metodo de funcionamiento de una central electrica de ciclo combinado con una fuente de generacion de calor en particular un sistema de energfa solar.
TECNICA ANTERIOR
Las centrales electricas convencionales para la generacion de energfa electrica tales como las centrales electricas de ciclo combinado pueden ser hechas funcionar en combinacion con fuentes de energfa renovables con el fin de reducir las emisiones de CO2 para una produccion de energfa electrica dada. Cuando fuentes de energfa renovables tales como viento o energfa solar estan disponibles y hechas para contribuir a la produccion de energfa electrica, una central electrica de ciclo combinado alimentada con combustible fosil puede ser hecha funcionar en carga parcial y aun producir la energfa electrica completa. Sin embargo, la eficiencia de una central electrica de ciclo combinado durante su funcionamiento en carga parcial es tfpicamente menor que su eficiencia en carga completa. Las emisiones de CO2 especficas en funcionamiento en carga parcial de la central electrica de ciclo combinado son entonces aumentadas, y la reduccion en las emisiones de CO2 debida a la implementacion de fuentes de energfa renovables es de nuevo disminuida.
El documento DE 19627425 describe una central electrica de ciclo combinado, donde el agua de alimentacion del ciclo de agua-vapor de la turbina de vapor es conducida a un generador de vapor solar y el vapor solar resultante es anadido al vapor generado por el generador de vapor de recuperacion de calor de la central electrica. La mezcla de los dos flujos de vapor es sobrecalentada para su utilizacion en la turbina de vapor. Durante el funcionamiento que utiliza solo el generador de vapor solar, el agua de alimentacion precalentada es conducida al generador solar y el vapor generado es conducido directamente a la turbina de vapor.
La patente Norteamericana numero US2009/0235634 describe un sistema que permite extender el rango de carga de una turbo-maquina durante el funcionamiento en carga parcial. El rango de carga se ha definido como el rango de carga de la maquina, dentro del cual la maquina funciona mientras que mantiene el cumplimiento de las emisiones. La extension del rango de carga de funcionamiento en carga parcial es realizada por la utilizacion de una fuente de calor externa a la turbo-maquina, tal como calor solar, para el precalentamiento de aire de entrada al compresor de la turbo- maquina.
El precalentamiento del aire de entrada da como resultado una temperatura superior del aire que sale del compresor y que entra en la camara de combustion. Efectivamente, se necesita entonces menos combustible para alcanzar una temperatura de encendido necesaria de la turbina de gas.
El documento GB2449181 describe una central electrica que comprende una turbina de gas y un ciclo hfbrido solar, donde se proporcionar calor al aire despues de que el compresor de la turbina de gas y antes de que el proceso de combustion sea suministrado por calor solar directo. El calentamiento del aire es realizado por transferencia de calor directa de la radiacion solar al aire generando altas temperaturas de aire por encima de 350 °C. El concepto permite temperaturas superiores a las que se extrae la energfa procedente del ciclo termodinamico de las turbinas de gas y de vapor produciendo una salida de energfa superior y una mayor eficiencia de ciclo.
El documento EP 0 378 003 A1 describe un aparato y un metodo para optimizar la temperatura del aire de entrada de las turbinas de gas por medio de intercambio de calor en dos lugares. Esta solucion provoca perdidas de presion cuando hay una mezcla del fluido durante las diferentes aplicaciones, es decir, en carga alta y en carga baja.
El documento GB 2 364 553 describe un proceso para controlar el calentamiento o la refrigeracion del aire de entrada de la turbina de gas de acuerdo con una condicion de carga alta o de carga parcial de la central electrica. Durante el funcionamiento en carga parcial el calor es dirigido a un fluido secundario para transferir el calor a un intercambiador de calor principal para calentar el aire de entrada de la turbina de gas y durante el funcionamiento de carga alta; el fluido secundario es enfriado y dirigido al intercambiador de calor principal para refrigeracion del aire de entrada de la turbina de gas.
RESUMEN DEL INVENTO
De acuerdo con una realizacion ejemplar, se proporciona un metodo de acuerdo con la reivindicacion 1 con funcionamiento en carga parcial asf como en carga alta mejorado para hacer funcionar una central electrica para la generacion de electricidad.
Un aspecto proporciona un metodo para hacer funcionar una central electrica que comprende, calentar un fluido principal por un miembro generador de calor, conectado operativamente con una turbina de gas, una turbina de vapor y un generador de vapor de recuperacion de calor, y dirigir el fluido principal calentado a al menos uno de una pluralidad de
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circuitos principales durante un funcionamiento en carga parcial y un funcionamiento en carga alta. Durante el funcionamiento en carga parcial, el fluido principal calentado es dirigido a traves del circuito principal a un intercambiador de calor principal para calentar el aire de entrada de la turbina de gas, mientras que durante el funcionamiento en carga alta el fluido principal calentado es dirigido a traves del circuito principal a un intercambiador de calor para transferir el calor para alimentar un refrigerador de absorcion para refrigerar el fluido secundario, y dirigir el fluido secundario al intercambiador de calor principal para refrigerar el aire de entrada de la turbina de gas por el intercambiador de calor principal.
Tfpicamente, el fluido secundario utilizado para calentar el aire de entrada de la turbina de gas durante el funcionamiento en carga parcial y para enfriar el aire de entrada de la turbina de gas durante el funcionamiento en carga alta es hecho circular en un unico circuito cerrado que contiene el intercambiador de calor principal previsto para intercambiar calor entre el fluido secundario y el aire de entrada de la turbina de gas, el intercambiador de calor para calentar el fluido secundario, y el refrigerador de absorcion (sistema) para enfriar el fluido secundario. El miembro generador de calor puede ser una fuente de energfa solar o cualesquiera otras fuentes similares.
El metodo consigue una reduccion de las emisiones de CO2 asf como un aumento en el rendimiento total de las centrales electricas por ejemplo una central electrica de ciclo combinado, tanto durante el funcionamiento en carga parcial como durante el funcionamiento en carga alta. Durante los funcionamientos en carga parcial, las temperaturas de aire de entrada aumentadas a la turbina o turbinas de gas lleva a cabo un aumento de eficiencia de la central electrica de ciclo combinado, mientras en carga alta el funcionamiento del intercambiador de calor para calentar el aire de entrada esta apagado, y el vapor solar es utilizado para alimentar un refrigerador de absorcion para enfriar el fluido secundario, que a su vez enfna el aire de entrada durante el funcionamiento en carga alta. De este modo, el flujo de masa de vapor extrafdo de otra manera de la turbina de vapor o del generador de vapor de recuperacion de calor para fines de calentamiento puede ser utilizado por completo para accionar la turbina de vapor. Por consiguiente, se genera mas energfa.
El metodo de acuerdo con una realizacion ejemplar de la descripcion permite la alimentacion de energfa por ejemplo energfa termica solar a dos procesos de intercambio de calor diferentes utilizando un unico circuito de intercambio de calor de fluido secundario, donde ambos procesos aumentan el rendimiento de la central electrica y todo el rango de cargas esta cubierto.
El metodo de acuerdo con una realizacion ejemplar de la descripcion tiene por lo tanto la ventaja adicional de que puede ser realizado utilizando un miembro generador de calor tal como una unica instalacion solar que alimenta calor a diferentes procesos de central electrica y que sirve a todo el rango de carga de la central electrica. Ademas, el calor solar puede ser alimentado al refrigerador de absorcion y al aire de entrada que utiliza intercambiadores de calor existentes proporcionados para enfriar y calentar el fluido secundario para enfriar o calentar el aire de entrada. De este modo, el metodo puede ser realizado modernizando una instalacion de central electrica existente con costes de inversion limitados.
El metodo utiliza tfpicamente el unico circuito secundario y solo un intercambiador de calor para realizar tanto las funciones de refrigeracion como las de calefaccion sobre funcionamiento de carga diferentes que cubren todo el rango de cargas.
En un metodo ejemplar, durante el funcionamiento de la central electrica en cualquier carga, parte del miembro generador de calor tal como el sistema de energfa solar es utilizado para alimentar calor al agua de alimentacion para el ciclo de vapor-agua de la central electrica. En particular, parte o todo el vapor solar puede ser utilizado para calentar el agua de alimentacion en la central electrica en lugar de vapor de estabilizacion de alta calidad extrafdo de una turbina.
Alimentar el agua de alimentacion con calor solar es ademas particularmente ventajoso en el caso en el que se utilizan combustibles que contienen azufre para hacer funcionar la turbina de gas. Tal combustible requiere temperaturas de agua de alimentacion superiores con el fin de impedir la corrosion de la chimenea aumentando las temperaturas de gas de chimenea. En tal caso, la alimentacion de calor solar permite una reduccion significativa de la extraccion del flujo de masa de vapor aumentado de este modo el rendimiento de la central.
El fluido principal puede ser calentado a temperaturas en el rango de por ejemplo 90-120 °C para precalentar el aire de entrada a la turbina de gas a temperaturas de hasta 25 °C o mas, o para enfriar el aire de entrada a la turbina de gas a temperaturas de hasta 15 °C o mas.
Un aumento en la temperatura de entrada de aire en carga parcial de aproximadamente 20 °C puede dar como resultado una mejora de la eficiencia de ciclo combinado relativa de desde 0,945 a 0,954 mientras la eficiencia en carga parcial puede ser aumentada un 0,5%.
En una realizacion del metodo de acuerdo con la descripcion, un fluido principal calentado por el miembro generador de calor tal como un sistema de energfa solar es dirigido a traves de al menos uno de un circuito principal que contiene un calentador de agua de alimentacion. Una valvula movil permite variar, en cualquier carga, la parte de energfa solar utilizada en el calentador de agua de alimentacion y ademas en el generador de vapor de recuperacion de calor. La parte puede oscilar hasta completar la utilizacion de la energfa solar.
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El calentamiento del fluido principal a tales temperaturas puede ser realizado por un sistema de ene^a solar tal como, un campo solar que comprende elementos solares sin concentracion tales como elementos planos, y unidades solares ligeramente concentradas. Se pueden utilizar paneles solares sin concentracion, planos suficientes para generar temperaturas de, por ejemplo, hasta 90 °C - 120 °C, que es suficiente para hacer funcionar el intercambiador de calor para calentar el aire de entrada calentado asf como para alimentar el refrigerador de absorcion para enfriar el aire. Las unidades solares de concentracion generan temperaturas superiores y proporcionan refrigeracion/calentamiento superior durante el funcionamiento. El fluido principal puede alcanzar temperaturas alrededor de 200 °C o mas. Como tal, un sistema de energfa solar basado en calentamiento solar directo es adecuado.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
La fig. 1 muestra un esquema de una central electrica ejemplar de una realizacion de la invencion que integra un miembro generador de calor tal como un sistema de energfa solar de modo que sea capaz de realizar metodos ejemplares.
DESCRIPCION DETALLADA
La fig. 1 muestra una disposicion esquematica de una realizacion de una central electrica 1 para la generacion de electricidad. La central electrica 1 comprende una central de turbina de gas GP que tiene un compresor Cm, que comprime el aire ambiente A dirigido a la misma a traves de una tubena 2, una camara de combustion Cc y una turbina de gas GT, que expande el combustible quemado y acciona un generador G. Hay prevista una tubena para dirigir los gases evacuados por la turbina de gas GT a un generador B de vapor de recuperacion de calor, que utiliza gases de la turbina de gas de escape caliente para generar vapor para una turbina de vapor ST. Un ciclo de vapor de agua de la central electrica comprende un condensador C, pre-calentadores de condensado, una bomba P de agua de alimentacion, y pre-calentadores de agua de alimentacion, desde donde el agua de alimentacion es dirigida de nuevo al generador B de vapor de recuperacion de calor. En una realizacion ejemplar, la central electrica 1 es una central electrica de ciclo combinado.
La central electrica 1 esta conectada operativamente a un miembro generador de calor tal como un sistema de energfa solar Ssolar por medio de circuitos principales 10a, 10b, 10c y de un circuito secundario 20a.
El miembro generador de calor, tal como un sistema de energfa solar Ssolar integrado con la central electrica 1 de ciclo combinado, comprende una pluralidad de elementos solares tales como elementos solares planos para el calentamiento de un fluido principal 10 tal como agua, aguas desmineralizada o aceite que circula en una unica instalacion de los circuitos de intercambio de calor principales 10a, 10b, 10c. El sistema de energfa solar Ssolar es desplegado para generar agua caliente o bien fluido o bien vapor en la unica instalacion de los circuitos de intercambio de calor principales 10a, 10b, 10c. Hay prevista una bomba 11 para bombear el fluido principal 10 a traves de los circuitos principales 10a, 10b y 10c.
Ambos circuitos principales 10a, 10b con el sistema de energfa solar Ssolar proporcionan el calor a traves del fluido principal 10 para el calentamiento o refrigeracion del aire de entrada A dirigido al compresor Cm de la turbina de gas. Para esto, los circuitos principales 10a y 10b estan conectados, a traves de un intercambiador de calor 15 o 12 respectivamente, al circuito secundario 20a, que comprende una bomba 21 y un intercambiador de calor principal 23 configurado para intercambiar calor entre un fluido secundario 20, por ejemplo, agua, agua desmineralizada o aceite que circula en el circuito secundario 20a y el flujo de aire de entrada en la tubena 2.
Como se ha mostrado en la fig. 1, un circuito principal 10a esta conectado al intercambiador de calor 15 previsto para alimentar dentro de un refrigerador de absorcion 14, que esta previsto para enfriar el fluido secundario 20 en el circuito secundario 20a. El circuito secundario 20a a su vez dirige el fluido secundario 20 en la tubena 20A al intercambiador de calor principal 23, que enfna el flujo de aire de entrada en la tubena 2.
Como se ha mostrado en la fig. 1, un circuito principal 10b esta conectado al intercambiador de calor 12 que tambien esta previsto en el circuito secundario 20a para transferir calor al mismo fluido secundario 20 en la tubena 20A. El intercambiador de calor 12 esta previsto para calentar el fluido secundario 20. En este caso, el fluido secundario 20 en el circuito secundario 20a es calentado y cuando es dirigido al intercambiador de calor principal 23, transfiere calor al aire de entrada en la tubena 2.
En una realizacion ejemplar, el fluido secundario 20 es hecho circular en el circuito secundario 20a para intercambiar calor en el intercambiador de calor principal 23 sobre el rango de cargas completo.
En una realizacion ejemplar un circuito principal 10c configurado con el sistema de energfa solar Ssolar esta conectado con un intercambiador de calor 31 previsto para intercambiar energfa con un ciclo de vapor de agua por ejemplo para calentar agua de alimentacion.
En una realizacion ejemplar, un primer miembro regulador 34 esta previsto con un intercambiador de calor 16 y un segundo miembro regulador 36 esta previsto con el intercambiador de calor 12 en el circuito secundario 20.
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Un modulo de control 38 configurado con circuito principales 10a, 10b y 10c para controlar el fluido principal 10 tal como agua, agua desmineralizada o aceite que circula en la unica instalacion de los circuitos de intercambio de calor principales 10a, 10b, 10c.
El modulo de control 38 tiene un microcontrolador con memoria incorporada, un acondicionador de senal y un controlador de motor. El microcontrolador recibe senales a traves del acondicionador de senal, que esta conectado a distintos sensores (no mostrados) unidos en la unica instalacion de los circuitos de intercambio de calor principales 10a, 10b, 10c y en la central electrica 1 y el ciclo de vapor de agua.
El modulo de control 38 recibe senales de entrada desde los sensores ambientales (no mostrados) que representan la temperatura ambiente y la presion, cantidad de radiaciones solares recibidas por el sistema de energfa solar Ssolar. El modulo de control 38 tambien recibe senales de entrada desde los sensores (no mostrados) para clasificacion de combustible dentro de la camara de combustion, temperatura y presion dentro de los circuitos de intercambio de calor principales 10a, 10b, 10c, la central electrica 1 y el ciclo de vapor de agua junto con una senal que representa la demanda de energfa.
Basandose en la carga de central determinada por el sensor (no mostrado), una valvula 13 controlada a traves del modulo de control 38 alimenta el fluido principal 10 que ha de ser dirigido a cualquiera de los dos circuitos principales 10a o 10b. La valvula (13) esta prevista en las tubenas (10A, 10B) del circuito principal (10a, 10b) para controlar el flujo de un fluido principal (10) de acuerdo con la carga de funcionamiento de la central electrica 1.
La valvula (13) permite cambiar de una operacion del calentamiento del aire de entrada (2) durante el funcionamiento en carga parcial a una operacion de refrigeracion del aire de entrada (2) durante el funcionamiento en carga alta de la central electrica (1). Dependiendo de la carga de la central, el flujo de aire en la tubena 2 sera enfriado o calentado por el fluido secundario 20 en el circuito secundario 20a.
El fluido secundario (20) es hecho pasar a traves de la pluralidad de miembros reguladores (34, 36) en el circuito secundario (20a). El fluido secundario (20) puede ser calentado o enfriado de acuerdo con la carga de funcionamiento de la central electrica. El modulo de control (38) controla la pluralidad de miembros reguladores (34, 36) en el circuito secundario (20a) sobre el rango de cargas total de la central.
La tubena 10A en el circuito principal 10a conduce al refrigerador de absorcion 14 que tiene el primer intercambiador de calor 15 y el segundo intercambiador de calor 16, que estan configurados y previstos para enfriar el fluido secundario 20 en el circuito secundario 20a. Durante el funcionamiento en carga alta de la central electrica 1, la valvula 13 es ajustada para permitir al fluido principal 10 fluir a traves del circuito 10a activando de este modo el funcionamiento del refrigerador de absorcion. El fluido secundario 20 en el circuito secundario 20a sera enfriado por ejemplo a una temperatura de 0-15 °C. El fluido secundario 20 en el circuito secundario 20a fluye a traves del segundo miembro regulador 36 evitando el intercambiador de calor 12. Transfiriendo calor al fluido secundario 20 en el intercambiador de calor principal 23, el aire de entrada alcanzara por ejemplo temperaturas de 5-10 °C permitiendo una mayor salida de energfa y con emisiones de CO2 reducidas. Estas temperaturas estan basadas en una temperatura ambiente por ejemplo de alrededor de 15 °C. El sensor (no mostrado) que detecta el flujo en el circuito principal 10a proporciona senales al modulo de control 38, que regula el flujo a traves del segundo miembro regulador 36 a traves de la valvula de control 42, 44. Alternativamente, la entrada de aire puede ser enfriada en distintas etapas del compresor.
En una realizacion de la descripcion, la refrigeracion del flujo de aire de entrada A es realizada por refrigeracion sin contacto indirecta por intercambio de calor. En otra alternativa de la descripcion, la refrigeracion del aire de entrada A o del aire de compresor en las etapas de compresor puede ser realizada por medio de refrigeracion de contacto directo, es decir, inyeccion directa del fluido secundario 20 al flujo de aire A.
Durante el funcionamiento en carga parcial de la central, la valvula 13 es ajustada para permitir al fluido principal 10 fluir en el circuito principal 10b. El fluido secundario 20 en el circuito secundario 20 sera calentado para precalentar el aire de entrada A a la turbina de gas GT por ejemplo a temperaturas de hasta 25 °C o mas. El fluido secundario 20 fluye a traves del primer miembro regulador 34 evitando el intercambiador de calor 16. El calentamiento del aire de entrada A permite una mayor salida de energfa con emisiones de CO2 reducidas. El sensor (no mostrado) que detecta el flujo de fluido principal 10 en el circuito principal 10b proporciona senales al modulo de control 38, lo que regula el flujo de fluido secundario 20 a traves del primer miembro regulador 34 a traves de las valvula de control 46, 48.
El fluido secundario (20) enfriado es hecho pasar a traves del segundo miembro regulador (36) evitando el intercambiador de calor (12) en carga alta y en carga parcial el fluido secundario (20) calentado es hecho pasar a traves de un primer miembro regulador (34) evitando el intercambiador de calor (16) cubriendo de este modo el rango de cargas total de la central.
Durante el funcionamiento en carga parcial el calentamiento del flujo de aire de entrada A es realizado por medio del fluido secundario 20 que fluye a traves del circuito secundario 20a y a traves del fluido principal 10 caliente que fluye en el circuito principal 10b, algo del flujo del fluido principal 10 en el circuito principal 10b que tiene una temperatura de aproximadamente 90 °C puede ser desviado al circuito principal 10c a traves de una tubena 30 procedente de una valvula movil 32, que conduce a traves del intercambiador de calor 31 configurado y previsto para calentar el agua de
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alimentacion. La tubena 30 esta conectada ademas a la bomba 11 en el circuito principal 10c. Este metodo permite la utilizacion de calor solar para apoyar el calentamiento de agua de alimentacion y, permite la utilizacion reducida de vapor de estabilizacion procedente de la turbina de vapor ST.
La valvula movil 32 se puede mover a otra posicion 52 desde la posicion anterior 50 como se ha indicado en la fig. 1 donde algo del flujo del fluido principal 10 en el circuito principal 10a que tiene una temperatura de aproximadamente 90 °C puede ser desviado al primer circuito 10c por medio de la tubena 30 a traves de la valvula movil 32 al intercambiador de calor 31 cubriendo asf el rango de cargas total de la central y permitiendo la utilizacion de calor solar para apoyar el calentamiento de agua de alimentacion y, por ejemplo, permite la utilizacion reducida de vapor de estabilizacion extrafdo de la turbina de vapor ST. El ahorro de vapor de estabilizacion es calculado sobre el rango de carga total midiendo la cantidad de fluido principal 10 desviada al calentador de agua de alimentacion 31 a traves de la valvula movil 32 sobre el rango de carga total, la alimentacion de calor solar permite una reduccion significativa de la extraccion de flujo de masa de vapor aumentando de este modo el rendimiento de la central.
En una realizacion ejemplar, un sensor de clasificacion de combustible (no mostrado) en la camara de combustion proporciona informacion relativa a la cantidad de contenido de azufre en el combustible utilizado. Basandose en estas senales. Los circuitos principales 10a, 10b y 10c proporcionan calor solar para apoyar el calentamiento de agua de alimentacion y permiten, en una realizacion ejemplar, la utilizacion reducida de vapor de estabilizacion extrafdo de la turbina de vapor ST o, en otra realizacion ejemplar, la no utilizacion de vapor de estabilizacion. Esta eliminacion de la utilizacion de vapor de estabilizacion es conseguida proporcionando calor solar total para calentar agua de alimentacion, cubriendo de este modo todo el rango de la central.
El fluido principal 10 en los circuitos principales 10b, 10c es calentado a temperaturas del orden de 90-120 °C para precalentar el aire de entrada A en el rango de 25 °C o mas o si no para enfriar el aire de entrada A en el rango de 15 °C o mas.
El primer miembro regulador 34 y el segundo miembro regulador 36 reducen las perdidas de presion innecesarias, ya que el fluido secundario 20 solo tiene que fluir a traves de un intercambiador de calor 12 o 16 dependiendo de la carga de la central y reduce la transferencia de calor innecesaria cuando mezcla el fluido secundario 20 durante diferentes aplicaciones, por ejemplo, en carga alta, se puede evitar que el fluido secundario 20 enfriado sea calentado por el intercambiador de calor 12 y en carga parcial se puede evitar que el fluido secundario 20 calentado sea enfriado por el intercambiador de calor 16. Basandose en la carga de la central electrica creciente/decreciente, el primer miembro regulador 34 y el segundo miembro regulador 36 son controlados, para calentamiento y refrigeracion del aire de entrada A durante la condicion de carga parcial y carga alta respectivamente, cubriendo de este modo todo el rango de la central.
Basandose en la carga de la central determinada por el sensor, por ejemplo 10%-70% carga parcial, 70%-100% carga alta y 100% carga total, la unica instalacion de circuitos de intercambio de calor principales 10a, 10b, 10c junto con la unica fuente de energfa termica que alimenta el sistema de energfa solar para los tres procesos diferentes, cubriendo de este modo todo el rango de cargas de la central.
Los tres circuitos principales 10a, 10b y 10c pueden trabajar de forma separada o en combinacion para aumentar la flexibilidad operativa. La energfa solar es utilizada en carga parcial y en carga alta, por lo que la energfa solar sirve para precalentar el aire de entrada de la turbina de gas GT en carga parcial y para complementar el precalentamiento de agua de alimentacion en carga alta.
En una realizacion ejemplar, un unico campo solar es utilizado para generar calor solar para todas las aplicaciones diferentes que mejoran el rendimiento asf como mejorar el rendimiento de la central electrica 1 en el rango de cargas total de la central. Tambien, el unico campo solar tiene la capacidad de alimentar calor solar tanto en momentos de radiacion solar relativamente intensa como en momentos de radiacion solar disminuida, con el fin de alimentar las demandas de energfa de pico que no ocurren simultaneamente.
Se pueden utilizar intercambiadores de calor ya existentes que son empleados para prevenir la formacion de hielo. En efecto, en una realizacion ejemplar, el calor solar es anadido a traves de un pre-calentador de aire existente, obviando de este modo la necesidad de intercambiadores de calor nuevos. Ademas, en tal disposicion, la labor de precalentar el aire puede ser compartida entre el sistema de energfa solar y el ciclo de vapor de agua a un nivel de presion de agua similar, lo que permite la flexibilidad maxima. Se pueden utilizar distintos dispositivos de recogida de energfa solar, por ejemplo, paneles solares, colectores de baja presion parabolicos, colectores de placa plana y otros dispositivos similares. Las temperaturas pueden estar influenciadas por las condiciones ambientales, los tipos de combustible, y las condiciones de funcionamiento y el proceso en la descripcion.
Se espera que la ganancia debida a ahorros del coste del combustible compense los costes de inversion sobre el ciclo de vida util de la central electrica. Considerando que las centrales electricas funcionan en cargas parciales y si los precios de combustibles fosiles aumentan adicionalmente durante la vida util de una central electrica la ganancia es incluso superior durante funcionamiento en cargas parciales inferiores.
Las descripciones anteriores de realizaciones espedficas de la presente descripcion han sido presentadas con fines de ilustracion y descripcion. No pretenden ser exhaustivas o limitar la presente descripcion a las formas precisas descritas.
Son posibles muchas modificaciones y variaciones a la luz de las ensenanzas anteriores. Las realizaciones fueron elegidas y descritas con el fin de explicar mejor los principios de la presente descripcion y su aplicacion practica de modo que permitan al experto en la tecnica utilizar mejor la presente descripcion y distintas realizaciones con distintas modificaciones cuando son adecuadas para la utilizacion particular contemplada. Se entiende que se han contemplado 5 distintas omisiones y sustituciones de equivalencias cuando las circunstancias lo pueden sugerir o hacer conveniente, pero como tal estan destinadas a cubrir la aplicacion o implementacion sin salir del marco de las reivindicaciones de la presente descripcion. Sin embargo, el marco de la invencion esta indicado por las reivindicaciones adjuntas mas que por la descripcion anterior.
5
10
15
20
25
30
35
Terminos utilizados en las Figuras
1 central electrica
2 flujo de aire de entrada
A aire ambiente
B caldera o generador de vapor de recuperacion de calor
Cm compresor
C Condensador
GT Turbina de gas
CC camara de combustion
ST Turbina de vapor
P bomba
10 fluidos principales
10a circuito principal
10b circuito principal
10c circuito principal
10A tubena de flujo principal
10B tubena de flujo principal
10C tubena de flujo principal
11 bomba
12 intercambiador de calor
13 valvula
14 refrigerador de absorcion
15 intercambiador de calor
16 intercambiador de calor
20 fluido secundario
20a circuito secundario
20A tubena de flujo secundario
21 bomba
23 intercambiador de calor principal
30 tubena de alimentacion de agua al circuito de calentamiento
31 calentador de agua de alimentacion
32 valvula movil
Ssolar sistema de calentamiento solar o generador de vapor solar
34 Primer miembro regulador
36 Segundo miembro regulador
38 Modulo de control
42
valvula de control
44
valvula de control
46
valvula de control
48
valvula de control
50, 52
posiciones de valvula movil
10

Claims (8)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    REIVINDICACIONES
    1. Un metodo de funcionamiento de una central electrica (1) que comprende:
    calentar un fluido principal (10) por un miembro generador de calor, conectado operativamente con una turbina de gas (GT), una turbina de vapor (ST) y un generador de vapor de recuperacion de calor (B);
    dirigir el fluido principal (10) calentado a al menos un circuito principal (10a, 10b, 10c) durante una rango de carga de central completo que incluye un funcionamiento en carga parcial y un funcionamiento en carga alta,
    en el que durante el funcionamiento de carga parcial el fluido principal (10) calentado es dirigido a traves del circuito principal a un primer intercambiador de calor (12) para dirigir el calor a un fluido secundario (20) para transferir el calor a un intercambiador de calor principal (23) para calentar el aire de entrada (A) de la turbina de gas,
    en el que durante la operacion de carga alta, el fluido principal (10) calentado es enviado a traves del circuito principal a un segundo intercambiador de calor (15) para transferir el calor para alimentar un refrigerador de absorcion (14) para enfriar el fluido secundario (20), y dirigir el fluido secundario (20) al intercambiador de calor principal (23) para enfriar aire de entrada (A) de la turbina de gas por el intercambiador de calor principal (23);
    desviar una parte del fluido principal (10) a un calentador (31) de agua de alimentacion a traves de una valvula movil (32); calentar el agua de alimentacion sobre la carga de central completa; y
    eliminar la utilizacion de vapor de estabilizacion extrafdo para precalentar el agua de alimentacion en un ciclo de vapor de agua sobre todo el rango de cargas de la central.
  2. 2. El metodo segun la reivindicacion 1, en el que enfriar el aire de entrada (A) es realizado directamente, en una o mas inter-etapas de un compresor (Cm) de turbina de gas, por medio de una refrigeracion de contacto directo por inyeccion directa del fluido secundario 20 al aire de entrada (A) de la turbina de gas, e indirectamente por medio de una refrigeracion sin contacto directo, en el intercambiador de calor principal (23).
  3. 3. El metodo segun la reivindicacion 1 o 2, que incluye la operacion de controlar un flujo del fluido principal (10) en al menos un circuito principal (10a, 10b, 10c) de acuerdo con la carga de funcionamiento de la central electrica.
  4. 4. El metodo segun una de las reivindicaciones anteriores, que incluye la operacion de hacer circular el fluido secundario (20) en un circuito secundario (20a) para intercambiar calor en el intercambiador de calor principal (23) sobre todo el rango de cargas de la central.
  5. 5. El metodo segun la reivindicacion 4, que incluye las operaciones de:
    pasar el fluido secundario (20) a traves de una pluralidad de miembros reguladores (34, 36) en el circuito secundario (20a);
    calentar o enfriar el fluido secundario (20) de acuerdo con la carga de funcionamiento de la central electrica; y
    controlar la pluralidad de miembros reguladores (34, 36) en el circuito secundario (20a) a traves de un modulo de control (38) sobre todo el rango de cargas de la central.
  6. 6. El metodo segun la reivindicacion 5, que incluye las operaciones de pasar el fluido secundario (20) enfriado a traves de un segundo miembro regulador (36) de modo que evite el intercambiador de calor (12) en carga alta, mientras en carga parcial pasa el fluido secundario (20) calentado a traves de un primer miembro regulador (34) de modo que evite un intercambiador de calor (16), cubriendo de este modo todo el rango de cargas de la central.
  7. 7. El metodo segun una de las reivindicaciones anteriores, que incluye la operacion de calentar el fluido principal (10) en circuitos principales (10b, 10c) a temperaturas en un rango de 90-120 °C de modo que precaliente el aire de entrada A en un rango de 25 °C o mas para enfriar el aire de entrada A en el rango de 15 °C o mas.
  8. 8. El metodo segun una de las reivindicaciones anteriores, en el que el miembro generador de calor es una unica fuente de energfa solar Ssolar sobre todo el rango de cargas de la central.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9677546B2 (en) * 2011-06-21 2017-06-13 Carrier Corporation Solar energy driven system for heating, cooling, and electrical power generation incorporating combined solar thermal and photovoltaic arrangements
CN104727942A (zh) * 2015-03-25 2015-06-24 中国华电工程(集团)有限公司 一种利用太阳能进行进气冷却的燃气分布式供能系统
US10337357B2 (en) * 2017-01-31 2019-07-02 General Electric Company Steam turbine preheating system with a steam generator

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4951460A (en) * 1989-01-11 1990-08-28 Stewart & Stevenson Services, Inc. Apparatus and method for optimizing the air inlet temperature of gas turbines
US5042246A (en) * 1989-11-06 1991-08-27 General Electric Company Control system for single shaft combined cycle gas and steam turbine unit
US5669217A (en) * 1995-09-25 1997-09-23 Anderson; J. Hilbert Method and apparatus for intercooling gas turbines
DE19627425A1 (de) 1996-07-08 1998-01-15 Asea Brown Boveri Verfahren zum Betrieb einer Hybrid-Solar-Kombianlage sowie eine Hybrid-Solar-Kombianlage
US6000211A (en) * 1997-06-18 1999-12-14 York Research Corporation Solar power enhanced combustion turbine power plant and methods
JP4346213B2 (ja) * 2000-06-06 2009-10-21 株式会社東芝 コンバインドサイクル発電プラント
DE10033052A1 (de) * 2000-07-07 2002-01-24 Alstom Power Nv Verfahen zum Betreiben einer Gasturbinenanlage sowie Gasturbinenanlage zur Durchführung des Verfahrens
US7644573B2 (en) * 2006-04-18 2010-01-12 General Electric Company Gas turbine inlet conditioning system and method
GB0708963D0 (en) 2007-05-10 2007-06-20 Alstom Technology Ltd Solar hybrid power plant
US20090235634A1 (en) 2008-03-24 2009-09-24 General Electric Company System for extending the turndown range of a turbomachine
US8468830B2 (en) * 2008-12-11 2013-06-25 General Electric Company Inlet air heating and cooling system
US8356466B2 (en) * 2008-12-11 2013-01-22 General Electric Company Low grade heat recovery system for turbine air inlet
US8286431B2 (en) * 2009-10-15 2012-10-16 Siemens Energy, Inc. Combined cycle power plant including a refrigeration cycle

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