Evaluación exergética y exergoeconómica estructurada de una central térmica de ciclo combinado para mejorar su rendimiento en el sistema interconectado nacional

Abstract

En este trabajo se realiza la evaluación energética de una central termoeléctrica de ciclo combinado típica del sistema interconectado peruano, mediante formulación exergética y exergoeconómica desarrollada con tres herramientas de cálculo, para mejorar su diagnóstico conducente a optimizar su rendimiento operativo. Las ventajas que se persiguen son evaluar de manera más fina las irreversibilidades y eficiencias exergéticas asociadas a los costos exergoeconómicos, por cada componente y en conjunto a condiciones operativas reales del lugar. El procedimiento inicia con la auditoría energética en línea de la central para una determinada carga de operación, luego se realiza el balance de exergía, costos exergéticos y exergoeconómicos correspondientes a cada proceso térmico unitario e integral de la central. Para el cálculo se diseña un programa estructurado en Ms Excel, luego en EES (Engineering Equation Solver) y finalmente con GT PRO de Thermoflow, conformando así un proceso comparativo de mejor aproximación y disposición, para ser integrado al sistema de control operativo de la central. Como resultados base, el exceso de irreversibilidades en la cámara de combustión y en la caldera recuperadora indicativos de desaprovechamientos energéticos excesivos, así como los mayores costos exergoeconómicos unitarios de enfriamiento en el aerocondensador indicativos de sobreconsumo de los ventiladores, sugieren aplicar arreglos prioritarios para incrementar el rendimiento operativo de la central. Asimismo, el desarrollo de un procedimiento de cálculo comparativo sistemático en Ms Excel, GT PRO y EES, permitió afinar los márgenes de error en el cálculo energético en concordancia con sus alcances y las asunciones adoptadas para la condición de operación de la central.

In this work, the energy evaluation of a typical combined cycle thermoelectric plant of the Peruvian interconnected system is carried out, by means of exergetic and exergoeconomic approach developed with three calculation tools, to improve it’s diagnosis conducive to optimizing its operational performance. The advantages that are pursued are to evaluate in a finer way the irreversibility and exergetic efficiencies associated to the exergoeconomic costs, for each component and as a whole to the real operating conditions of the place. The process begins with the on-line energy audit of the plant for a certain operating load, then the exergy balance, exergy and exergoeconomic costs corresponding to each unit and integral thermal process of the plant is carried out. For the calculation, a structured program is designed in Ms Excel, then in EES (Engineering Equation Solver) and finally with GT PRO from Thermoflow, thus forming a comparative process of better approach and provision, to be integrated into the operating control system of the plant. As base results, the excess of irreversibility in the combustion chamber and in the recovery boiler indicative of excessive energy wastage, as well as the higher exergoeconomic unit cooling costs in the aero condenser indicative of overconsumption of the fans, suggest applying priority arrangements to increase the plant operating performance. Likewise, the development of a systematic comparative calculation procedure in Ms Excel, EES and GT PRO, allowed to refine the margins of error in the energy calculation in accordance with its scope and the assumptions adopted for the operating condition of the plant.