CONFIGURACIONES HABITUALES EN CENTRALES DE CICLO COMBINADO

En la configuración de un ciclo combinado gas-vapor es relativamente frecuente que varias turbinas de gas alimenten con el vapor que producen sus calderas de recuperación de calor a una única turbina de vapor. Este hecho obliga a presentar una clasificación atendiendo al número de equipos principales existentes en la central.

La disposición relativa de los ejes de la turbina de gas y de la turbina de vapor, según se encuentren alineados o no, hace que se pueda establecer otra clasificación atendiendo al número de ejes principales de que consta el tren de potencia:

  • Centrales monoeje
  • Centrales multieje

Además, en los monoeje, el generador puede estar en el extremo del eje - mayor facilidad de mantenimiento- o entre la turbina de gas y la de vapor. En este último caso hay un embrague que acopla la turbina de vapor con el eje de la turbina de gas y el generador, permitiendo producir energía funcionando solo la turbina de gas

Las configuraciones más comúnmente empleadas en las centrales de ciclo combinado gas-vapor en operación comercial hoy día son las siguientes:

  • Configuraciones 1x1 (una turbina de gas que alimenta a una caldera de recuperación de calor y produce vapor para un único ciclo de Rankine), 
  • Configuraciones 2x1 (dos turbinas de gas que alimentan cada una de ellas a su correspondiente caldera de recuperación de calor y producen vapor para un único ciclo de Rankine)
  • También son posibles las configuraciones 3x1, 4x1, etc. 

Es importante destacar que, para las configuraciones 2x1 y 3x1, cuando por una situación operativa de la central al menos una de las calderas está fuera de servicio y la otra funcionando, existe la posibilidad de que puedan producirse retornos de vapor desde el colector común de vapor a las calderas que están fuera de servicio. Si esto ocurre, pueden producirse daños en los tubos y materiales no aleados de la caldera. Para evitarlo, y desde el proceso de especificación, se debe poner especial énfasis en una alta calidad de las válvulas de retención y cierre.

Configuración multieje 1x1  

Las ventajas de esta configuración son las siguientes: 

  • Posibilidad de funcionamiento con sólo la turbina de gas, derivando los gases a la atmósfera si fuese necesario.
  • Mayor disponibilidad de la turbina de gas, al poder operar ésta en caso de avería de la turbina de vapor.
  • Admite el condensador con disposiciones axial e inferior.
  • Al disponer de dos alternadores puede suministrar energía eléctrica con dos tensiones.
  • Fácil mantenimiento de generadores y turbinas. Inconvenientes:
    • Requiere dos alternadores y dos transformadores con el consiguiente incremento de inversión.
    • Mayor necesidad de espacio.
    • Puente grúa más grande.
 
Configuración monoeje 1x1 con embrague  
  • Ventajas:
    • Requiere un alternador menos que la configuración multieje.
    • El generador, al estar ubicado entre la turbina de gas y la de vapor, proporciona un mayor equilibrio a todo el conjunto.
    • Menor coste de inversión que la configuración multieje.
    • Menor coste de obra civil. Esto es debido a la menor altura necesaria del pedestal del turbogenerador, al poder disponer el condensador de forma axial.
    • Puente grúa de menor luz que la configuración multieje.
    • Menor espacio requerido que la configuración multieje.
    • El embrague permite un sistema de arranque más sencillo al poder independizar el rodaje de la turbina de gas de la de vapor. A diferencia del monoeje sin embrague, en esta configuración no es necesaria una caldera auxiliar para el calentamiento previo del vapor en el arranque de la turbina.
  • Inconvenientes:
    • Menor flexibilidad de operación que la configuración multieje, ya que en general esta configuración no suele llevar chimenea de by-pass.
    • Evacuación de energía a través de un solo generador y por tanto, menor fiabilidad del conjunto. En la configuración multieje cada alternador a través de su transformador puede alimentar sistemas de transporte con diferentes tensiones.
    • Mayor dificultad en la revisión del generador, al tener que desplazarlo lateralmente para poder extraer su rotor.
    • No es posible el montaje y la puesta en marcha por fases, a diferencia de la configuración multieje.
 
Configuración monoeje 1x1 sin embrague
Las ventajas e inconvenientes con respecto a la configuración multieje son similares a las descritas en la configuración monoeje con embrague con los siguientes elementos diferenciadores:
  • El hecho de disponer el generador en un extremo facilita su revisión e inspección.
  • Al no poder situar el condensador axialmente, esta configuración requiere un pedestal de mayor altura y mayor inversión en obra civil que en la configuración monoeje con embrague.
  • Frente al resto de configuraciones, el arrancador estático de la turbina de gas es de mayor potencia, al tener que arrastrar la turbina de vapor en el inicio del rodaje.
  • Requiere una caldera auxiliar en los arranques para proporcionar vapor de cierres, vapor de vacío -si éste se hace con eyectores- y refrigeración inicial de la turbina de vapor durante el rodaje.
 
Configuración 2x1  
  • Ventajas:
    • Menor coste de inversión que dos monoejes de la misma potencia (aproximadamente un 10%).
    • Mayor flexibilidad de operación, al posibilitar el funcionamiento con una turbina de gas y una turbina de vapor y arrancar de forma rápida la segunda turbina de gas.
    • Mejor rendimiento a cargas parciales, y especialmente al 50% de carga, al poderse reducir la potencia en solo una de las turbinas de gas.
    • Fácil acceso para el mantenimiento de los generadores.
    • Equipos de arranque estáticos de turbina de gas pequeños.
    • No es necesaria caldera auxiliar.
    • Posibilidad de emplear alternadores refrigerados por aire, al ser estos de menor potencia
  • Inconvenientes:
    • La avería de la turbina de vapor deja fuera de servicio todo el ciclo combinado si no se dispone de by-pass de gases en las turbinas de gas.

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