Planta de poder de ciclo combinado
Una central eléctrica de ciclo combinado es un conjunto de motores térmicos que trabajan en tándem a partir de una misma fuente de calor, convirtiéndolo en energía mecánica . En tierra, cuando se utiliza para generar electricidad, el tipo más común se denomina planta de turbina de gas de ciclo combinado ( CCGT ). El mismo principio también se utiliza para la propulsión marina, donde se denomina planta combinada de gas y vapor (COGAS). La combinación de dos o más ciclos termodinámicos mejora la eficiencia general, lo que reduce los costos de combustible.
El principio es que después de completar su ciclo en el primer motor, el fluido de trabajo (el escape) todavía está lo suficientemente caliente como para que un segundo motor térmico posterior pueda extraer energía del calor en el escape. Por lo general, el calor pasa a través de un intercambiador de calor para que los dos motores puedan utilizar diferentes fluidos de trabajo.
Al generar energía a partir de múltiples flujos de trabajo, la eficiencia general del sistema puede aumentar entre un 50 y un 60 %. Es decir, desde una eficiencia global de, digamos, un 34 % (para un ciclo simple) hasta un máximo del 64 % (para un ciclo combinado). [1] Esto es más del 84% de la eficiencia teórica de un ciclo de Carnot . Los motores térmicos solo pueden usar parte de la energía de su combustible, por lo que en un motor térmico de ciclo no combinado, el calor restante (es decir, los gases de escape calientes) de la combustión se desperdicia.
Históricamente, los ciclos combinados exitosos han utilizado turbinas de vapor de mercurio , generadores magnetohidrodinámicos y celdas de combustible de carbonato fundido , con plantas de vapor para el ciclo de "toque inferior" a baja temperatura. Los ciclos de fondo a muy baja temperatura han sido demasiado costosos debido a los equipos de gran tamaño necesarios para manejar los grandes flujos másicos y las pequeñas diferencias de temperatura. Sin embargo, en climas fríos es común vender agua caliente de plantas de energía para agua caliente y calefacción de espacios. Las tuberías aisladas al vacío pueden permitir que esta utilidad alcance hasta 90 km. El enfoque se llama "calor y energía combinados" (CHP).
En las centrales eléctricas estacionarias y marinas, un ciclo combinado ampliamente utilizado tiene una gran turbina de gas (operando por el ciclo Brayton ). El escape caliente de la turbina alimenta una planta de energía de vapor (operando por el ciclo de Rankine ). Se trata de una planta de turbina de gas de ciclo combinado (CCGT). Estos logran la mejor eficiencia térmica real (ver más abajo) de su clase de alrededor del 64% en operación de carga base. Por el contrario, una central eléctrica de vapor de ciclo único está limitada a eficiencias del 35 al 42%. Muchas centrales eléctricas nuevas utilizan CCGT. Los CCGT estacionarios queman gas natural o gas de síntesis del carbón . Los barcos queman fuel oil .
También se pueden usar ciclos de vapor o turbinas de múltiples etapas, pero las plantas CCGT tienen ventajas tanto para la generación de electricidad como para la energía marina. El ciclo de la turbina de gas a menudo puede comenzar muy rápido, lo que proporciona energía inmediata. Esto evita la necesidad de costosas plantas pico separadas o permite que un barco maniobre. Con el tiempo, el ciclo de vapor secundario se calentará, mejorando la eficiencia del combustible y proporcionando más energía.
