Tecnología
Energía eléctrica
Compañías generadoras de Energía
¿Como se controla el Flujo de Energía?
Desde 1937 la Comisión Federal de Electricidad está a cargo de las distintas actividades relacionadas con la generación, transmisión, distribución y comercialización de energía eléctrica.
Para desarrollar sus tareas, la CFE cumple una clara misión, buscando alcanzar objetivos estratégicos claros y sustentada en sólidos valores corporativos.
Para desarrollar sus tareas, cuenta con una extensa planta de trabajadores especializados, técnicos y profesionistas en las áreas más diversas: electricidad, finanzas, sistemas, comunicación, administración, etc., conformando un equipo humano que cubre toda la República Mexicana.
CENTRAL TERMOELÉCTRICA
SALAMANCA
Subdirección de Generación
Subgerencia de Generación de Termoeléctrica Central
INTRODUCCIÓN
Gracias a la energía eléctrica la sociedad ha llegado a su actual desarrollo material. La multiplicación de la fuerza mediante el aprovechamiento de los
energéticos, el transporte, las comunicaciones, la industria, la posibilidad de hacer grandes obras, el control del clima, etc., se deben a ella.
Aun cuando en todos los procesos en los que se emplea podria ser sustituida con otros energéticos, los costos de los motores, los aparatos, la iluminación son considerablemente más bajos cuando la fuente de energia es la electricidad, de suerte que su consumo caracteriza el grado de desarrollo de un pais. Puede producirse con diversos energéticos primarios: la energía potencial del agua; los combustibles fósiles ( carbón, gas y petroleo ); el vapor del subsuelo; la reacción nuclear de fisión; el viento y el sol.
Utilizando corriente alterna, la electricidad puede ser transmitida a grandes distancias y después transformada para ser utilizada en las diversas aplicaciones con costos competitivos. Los sistemas de producción de energía eléctrica son sensibles a las economías de escala y la eficiencia de transformación de energéticos primarios, sobre todo en plantas termoeléctricas, es también favorecida por las grandes capacidades, a ésto se debe que los desarrollos tecnológicos en sistemas de producción tiendan a la instalación de grandes unidades.
Además, como una de las características de la energía eléctrica es que debe producirse en el instante mismo en que se demanda, resulta muy conveniente tener grandes sistemas de producción interconectados, con el objeto de mantener una reserva, en condiciones económicas adecuadas, para sustituir las fallas en los equipos y para hacer posibles operaciones de mantenimiento de las instalaciones.
La electricidad es una fuente muy cómoda de energía y la gente con acceso a ella da por un hecho que al operar el interruptor, podrá iluminar una habitación, acondicionar la temperatura de su casa, enfriar y conservar sus alimentos, mover el molino de una laminadora, operar un telar, producir aluminio y poner en marcha todos los procesos, tanto en la vida ordinaria, como en la industria en general.
Hacer disponible la electricidad en el momento en que se requiere, implica una serie de actividades que pueden dividirse en dos grandes rubros: por un lado la operación de las instalaciones, el manejo de todo el sistema para entregar la energía a los consumidores, y por otra parte, la planeación, el diseño y la construcción de las instalaciones necesarias para hacer frente a la demanda, que tiende a crecer en función del desarrollo de la economía general del país.
TIPOS MAS IMPORTANTES DE DENTRALES GENERADORAS
Termoeléctricas
Carnoeléctricas
Geotermoeléctricas
Nucleoeléctricas
Hidroeléctricas
CONTRIBUCIÓN AL SISTEMA ELECTRICO NACIONAL
Desde su puesta en servicio en el año de 1970 a nuestros días, la Central Termoeléctrica Salamanca ha desempeñado un papel preponderante en el desarrollo de una de las zonas más importantes de México, el Bajío eminentemente agrícola y potencialmente industrial.
El Bajío ha contado con la energía eléctrica suficiente para alimentar a una gran cantidad de pozos que permiten irrigar una amplia variedad de cultivos durante todo el año, además esta energía ha logrado que la industria tanto en sus ramas de; Petroquímica, Química, Agropecuaria, de Alimentos e Industria en general, mantenga un desarrollo constante, así esta zona virtualmente se ha convertido en un polo de gran poder económico
para la nación, que permitirá en el futuro, gracias a la energía, consolidar un papel de vanguardia en las diversas ramas de su actividad económica.
CARACTERÍSTICAS GENERALES
La Central cuenta con 4 unidades generadores, dos con capacidad de 158,000 KW y dos de 300,000 KW, haciendo un total de 916,000 KW de potencia instalada, que la colocan corno la cuarta entre las Termoeléctricas del país.
En su totalidad, aporta al Sistema Eléctrico Nacional un promedio de 6,400 millones de KWH anuales, suficientes para abastecer de energía a una población de siete millones de habitantes.
Los Generadores de Vapor son del tipo hogar presurizado. Pueden utilizar indistintamente combustóleo o gas natural para una producción total de 2,900 toneladas por hora a plena carga, el consumo diario es de 5,000,000 de litros de combustible o 4,500,000 metros cúbicos de gas.
Para su circuito de enfriamiento le abastecen de agua 25 pozos profundos, el circuito es cerrado con el sistema de Torres de Enfriamiento tipo húmedo.
Todas las Turbinas cuentan con un paso de impulso y los pasos restantes son de reacción. Los Generadores eléctricos son enfriados con hidrógeno.
Dentro de las principales, es, en el Cuarto de Control donde se alojan los dispositivos de mando, de protección y medición de todos los equipos de la Central. Desde este Centro se ejecutan, a control remoto, las maniobras que permiten poner en marcha las Unidades, su sincronización al Sistema, variar el régimen de generación, arrancar y parar bombas, ventiladores y demás dispositivos involucrados en su operación.
Se controlan asimismo, los interruptores de las Lineas detransmisión que la conectan con el Sistema.
(1) Vista interior de la Casa de Máquinas, al frente Turbogeneradores de las unidades 1 y 2
(2) Vista de Turbogeneradores Unidades de la 4 a la 3.
(3) Vista general del Cuarto de Control.
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PRINCIPALES COMPONENTES
A) GENERADORES DE VAPOR:
El ciclo termodinámico de la Central es regenerativo con una etapa de recalentamiento y siete etapas de calentamiento, tal como se indica en el Diagrama de Flujo, en el cual se observa que el vapor proviene del Generador de Vapor, diseñado para quemar aceite combustible (combustóleo) o gas natural.
Las condiciones de salida de vapor hacia la turbina para las unidades de 300 MW tienen las siguientes características:
PRESION ................................................................ 180 KG/CM2.
TEMPERATURA VAPOR PRINCIPAL ............................... 540 °C.
TEMPERATURA VAPOR RECALENTAD ....................... 540 °C.
VAPOR PRINCIPA ............................................... 950,000 KG/H.
Cada Generador de Vapor cuenta con dos ventiladores de gran capacidad de tiro forzado, para con estos abastecerse del aire necesario para la combustión.
El aceite combustible proviene, directamente de la Refinería de PEMEX por oleoducto y adicionalmente se cuenta con una estación de descarga de aceite combustible en base a carros de ferrocarril, para emergencias, contando además con las facilidades para su manejo, como tanques de almacenamiento y de servicio diario, sistemas de trasiego, calentamiento y alimentación a la caldera.
Vista lateral de la central mostrando el generador de vapor
B) CASA DE MÁQUINAS:
1. TURBOGENERADORES:
Los turbogeneradores son detipo TANDEM COMPOUND de doble flujo en el escape, una etapa de recalentamiento, dos cilindros (Alta- intermedia y baja presión), condensación, 3,600 RPM., 560 mm. de mercurio de vacio absoluto en la presión de escape y extracciones de vapor para calentamiento de¡ agua de alimentación a la caldera, con los accesorios y auxiliares necesarios para su operación.
2. CONDENSADOR:
El vapor de escape de la turbina descarga al condensador de superficie de dos pasos de cajas divididas, con una capacidad de almacenamiento en el pozo caliente de 4 minutos a plena carga, en donde se condensa por medio del agua de enfriamiento que proviene del sistema de agua de circulación, cuyo repuesto proviene de la red de pozos profundos situada en el perímetro de la Central.
El agua de enfriamiento o circulación, se suministra por medio de dos bombas de gran capacidad cada una, accionadas por motores de 4,160 volts, 1,500 H.P. En el condensador por el lado de vapor se suministra agua de repuesto al ciclo, la cuál proviene de la Planta Desmineralizadora, alimentada con agua de la red de pozos profundos.
3. BOMBAS DE CONDENSADO:
DeL condensador se extrae el agua formada de la condensación del vapor por medio de bombas de condensado del 100% de capacidad cada una, que envían el agua a través de calentadores de superficie de baja presión y descargan al deareador o calentador de contacto directo y de éste el condensado descarga por gravedad al tanque de oscilación o almacenamiento con capacidad para cinco minutos a plena carga.
En el caso de Unidades de 300 MW. son accionadas por motores de 850 H. P.
4. BOMBAS DE AGUA DE ALIMENTACION:
Del tanque de almacenamiento del deareador, estas bombas succionan el agua de condensado para enviarla a través de calentadores de superficie de alta presión, hasta el generador de vapor. Se cuenta con 3 bombas de agua de alimentación del 50% de capacidad cada una, accionadas por motores de 6,000 H.P.
FUNCIONAMIENTO DE LA CENTRAL
Principios de generación de energía
En el Diagrama de Flujo siguiente se muestran en forma general las principales etapas que tienen lugar, para la generación eléctrica de una Central Termoeléctrica.
En el Diagrama se muestra que existen 6 formas de energía antes de que esta pueda salir de la Central.
La energía química de¡ combustible se libera combinando combustible y aire en un quemador, que mediante la combustión de esta mezcla, produce en el hogar de la caldera energía térmica.
Una parte de la energía térmica o el calor, producto de la combustión en el hogar de la caldera es transmitida al agua y vapor por radiación, transmisión y convección.
El resto del calor de los gases sale con estos a través de la chimenea siendo éste, aproximadamente 10% de la energía disponible en los gases de la combustión.
El vapor que se produce al calentarse el agua se conduce por tuberías y ya en la turbina, mediante dispositivos llamados toberas la energía calorífica del vapor se transforma en energía cinética, esta energía cinética contenida en el vapor es dirigida mediante aspas fijas a los álabes del rotor de la turbina, ejerciendo una fuerza sobre dichos álabes, lo cual hace que el rotor de la turbina gire.
En esta forma la energía cinética de vapor se transforma en energía mecánica mediante la rotación del rotor.
La flecha rotatoria mueve el rotor del generador que consiste en un campo magnético que produce líneas de fuerza magnética. Cuando estas líneas de fuerzas magnéticas son cortadas por los conductores de las bobinas del estator, se crea una corriente eléctrica, siendo en esta forma como la energía mecánica de rotación se convierte en energía eléctrica.
El vapor que sale de la turbina se condensa en el condensador y en forma de agua retorna al generador de vapor para que se repita el ciclo.
La eficiencia del ciclo de vapor es de aproximadamente 40%, la eficiencia mecánica y eléctrica es de alrededor del 97% de la caldera del 85%. De acuerdo con lo anterior la energía aprovechada del combustible al salir en forma de energía eléctrica es de:
0.85 x 0.4 x 0.97 = 0.330
Estas son las etapas básicas para producir energía eléctrica a partir de los combustibles.
OPERACIÓN DE LA CENTRAL
DIAGRAMA DE FLUJO:
CONTROL AUTOMATICO DE LA GENERACIÓN
Casi todas las compañías generadores tienen líneas de interconexión con las compañías vecinas. las líneas de interconexión permiten compartir las fuentes de generación en emergencias y economías de la producción de potencia bajo condiciones normales de operación. Con el propósito de tener control del sistema, éste se subdivide en áreas de control que, generalmente, forman las fronteras de una o más compañías. El intercambio neto de potencia en las líneas de interconexión de una área es la diferencia algebraica entre la generación del área y la carga del área (más las pérdidas). Se hace una programación con las áreas vecinas para tales flujos en las líneas de interconexión y mientras una área mantenga el intercambio de potencia programado está, evidentemente, cumpliendo con su responsabilidad primaria de absorber sus propios cambios de carga. Pero como cada área comparte los beneficios de la operación interconectada, también se espera que comparta la responsabilidad de mantener la frecuencia del sistema.
Los cambios en la frecuencia ocurren porque varía aleatoriamente la carga del sistema a través del día de manera que no se puede asegurar una predicción exacta de la demanda real de potencia. El desbalance entre la generación de potencia real y la demanda de la carga (más las pérdidas), a través del cielo diario de carga, causa que la energía cinética de rotación se añada o se tome de las unidades generadores en operación y como resultado, la frecuencia a través del sistema interconectado varía. Cada área de control tiene una instalación central llamada centro de control de energía, que mide la frecuencia del sistema y los flujos reales de potencia en las líneas de interconexión con las áreas vecinas. La diferencia entre la frecuencia deseada y la real del sistema se combina con la diferencia del intercambio total programado para formar una medida compuesta, conocida como error de control de área, o simplemente ECA. Para eliminar el error de control de áreas el centro de control de energía envía órdenes a las unidades generadores en las plantas de potencia dentro de su área para controlar las salidas del generador, de manera que se restaure el intercambio de potencia a los valores programados y que se restaure la frecuencia del sistema al valor deseado. La medición, telemetría, procesamiento y funciones de control se coordinan dentro del área individual por medio del sistema de control automático de generación (CAG), basado en computadora, que se tiene en el centro de control de energía.
a)
b)
Con el fin de entender las acciones de control en las plantas de potencia, considérese primero la combinación caldera-turbina-generador de una unidad generadora térmica. La mayoría de los turbogeneradores de vapor ( y también de las hidroturbinas), que se encuentran en servicio, están equipadas con gobernadores de velocidad de la turbina. La función del gobernador de velocidad es medir continuamente la velocidad turbina-generador y controlar las válvulas reguladores que ajustan el flujo de vapor en la turbina (o la posición de la compuerta en las hidroturbinas), en respuesta a los cambios en la "velocidad del sistema” o frecuencia. Se usarán los términos velocidad y frecuencia indistintamente porque describen, cantidades que son proporcionales. Con el fin de permitir la operación en paralelo de las unidades generadores, la característica que gobierna la velocidad en función de la potencia de salida de cada unidad tiene una pendiente decreciente que significa que un incremento en la carga viene acompañado de un decremento en la velocidad, de la manera mostrada por la línea recta de la figura 1 a). La pendiente decreciente en por unidad o regulación de velocidad Rn de la unidad generadora, se define como la magnitud del cambio de la velocidad en estado permanente (expresada en por unidad de la velocidad nominal), cuando la salida de la unidad se reduce gradualmente desde la potencia nominal de 1.00 por unidad hasta cero. Asi, la regulación por unidades es simplemente la magnitud de la pendiente de la característica velocidad-potencia de salida cuando el eje de la frecuencia y el eje de la potencia de salida están en por unidad de sus respectivos valores nominales.
La unidad aislada de la figura 1 podría continuar operando a la frecuencia reducida f si no fuera por la acción de control suplementario del cambiador de velocidad. El mecanismo de control de velocidad tiene un motor de cambio de velocidad que puede variar paralelamente la característica de regulación a la nueva posición mostrada por la línea punteada de la figura 1 b).
Efectivamente, el cambiador de velocidad complementa la acción del gobernador al cambiar la velocidad para permitir más energía desde la fuente mecánica, a través de un incremento de la energía cinética de la unidad generadora de manera que esta pueda operar nuevamente a la frecuencia deseada .
El siguiente diagrama de bloques ilustra la operación de control por computadora de un área en particular.
El diagrama a bloques indica el flujo de información por computadora que controla un área en paricular. Los números encerrados en circulos que son adyacentes al diagrama identifian las posiciones sobre él que permiten simplificar el análisis que se hará de la operación de control. Los circulos mas grandes en el diagrama que encierran los símbolos x o E, indican los puntos de multiplicación o suma algebraica de las señales que entran en ellos.
En la posición 1 se indica el procesamiento de información del flujo de potencia en las líneas de interconexión con las otras áreas de control.
En la posición 2 se resta el intercambio total programado del intercambio total real.
CONCLUSIÓN
Me pareció una investigasción muy interesante pero muy complicada, aprendí mucho de esto ya que en nuestra carrera llevamos la materia de instalaciónes eléctricas la cual se muy padre e interesante, en ella visitamos varias empresas, y una de ellas era PROLEC, GE. Es actualmente el fabricante más grande de transformadores de latinoamérica, el cual ofrece al mercado transformadores desde 5 hasta 500 000KVA con voltajes hasta de 500KV y un nivel basico de impulso de 1,550KV.en ella vimos los transformadores tipo pedestal, tipo subestación y tipo poste. Tambien en otros viajes tuve la oportunidad de visitar la Central Termoeléctrica de Salamanca donde se ve muchas cosas que vamos a ver en el curso.
BIBLIOGRAFÍA
http://www.dankoffsolar.com/reference/charge.html
Folleto de la Central Termoeléctrica de Salamanca, CFE.
STEVENSON, Análisis de sistemas eléctricos de Potencia. Ed. Mc Graw Hill. 1992
http://www.sce.com/solutnsca/index_so.htm
www.iberdrola.com Iberdrola España
www.sce.com Southern California Edison
www.edf.com Electricité de France
www.entergy.com Entergy Power Co.
www.fpl.com Florida Power Light
www.aps.com Arizona Public Service Co.
www.tva.com Tennessee Valley Authority
www.csw.com Central South West Corporation.
www.sdge.com San Diego Gas & Electric Company.
www.enel..com Enel Italy
Fig. 1
a) Característica de control de velocidad gobernador de una unidad generadora.
b) Incremento, antes y después , en la carga y control suplementario.
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