Modelado y estudio de una central térmica de ciclo combinado a carga parcial

Nieto Usón, Jaime
Ballester Castañer, Javier (dir.)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2015
Departamento de Ciencia y Tecnología de Materiales y Fluidos, Área de Mecánica de Fluidos

Ingeniero Industrial

Resumen: Las centrales de ciclo combinado son una de las tecnologías de generación eléctrica que mayor desarrollo han tenido en España durante los primeros años del siglo XXI. En los últimos años su importancia en la producción eléctrica española ha ido disminuyendo, convirtiéndose en centrales de regulación. Las razones principales son el incremento en la producción de energía eléctrica renovable, el descenso de la demanda de electricidad debido a la crisis económica y, en general, la evolución de la estructura del sector eléctrico español. Esta situación abre diversas vías de estudio en cuanto al análisis y mejora de la operación de los ciclos combinados a cargas parciales y un gran interés de aumentar el rango de operación del modo de combustión en premezcla pobre, para poder operar a cargas más bajas con baja emisión. Además, el funcionamiento bajo perfiles de carga parcial variable acentúa la problemática de aparición de inestabilidades en la combustión (conocidas como dinámicos), actualmente considerado uno de los mayores retos tecnológicos en la industria de las turbinas de gas. En este contexto, en este trabajo se ha desarrollado un modelo termodinámico de una planta de ciclo combinado a carga parcial, que permite evaluar el impacto de la termodinámica en la combustión (caracterizando las emisiones de CO y NOx o la estabilidad de la llama). En primer lugar, se presenta una introducción a la situación actual de los ciclos combinados en España, poniendo de manifiesto el interés que suscita la creación de un modelo a carga parcial y su posterior análisis. A continuación, se detalla el esquema general de la planta objeto de estudio, caracterizando tanto los valores de diseño de sus componentes individuales como las hipótesis para su modelado a carga parcial. Posteriormente, se explican las características del software desarrollado en Matlab y se analizan los principales aspectos matemáticos relacionados con la creación del modelo y su resolución. Se incluye un resumen de los principales resultados obtenidos para diferentes grados de carga y condiciones ambientales. Por una parte se analiza la lógica de control de potencia y el estado termodinámico de la planta y, por otra, el comportamiento de la combustión. Por último, se plantea y resuelve el problema de optimización de la válvula de control de la combustión para diversos casos, mediante el uso del método de los Algoritmos Genéticos.

Tipo de Trabajo Académico: Proyecto Fin de Carrera