SIMULADOR DE CENTRALES DE BIOMASA

RENOVETEC ha desarrollado el primer simulador de centrales  termoeléctricas de biomasa, que reproduce todos los parámetros de una central de este tipo y permite tanto el entrenamiento de operadores como el análisis de los parámetros termodinámicos de una central concreta. Es el cuarto simulador desarrollado por RENOVETEC, después del éxito obtenido con los simuladores de centrales termosolares, de plantas de cogeneración y de centrales de ciclo combinado 

Una central termoeléctrica que utiliza biomasa como combustible es una planta de liberación de energía contenida en una masa orgánica mediante un proceso de combustión, para ser aprovechada con fines de producción de energía eléctrica. La figura 1 muestra el proceso, tal y como se refleja en el simulador. Así, un sinfín traslada la biomasa hasta la entrada de la caldera donde  se deposita sobre una parrilla, las cenizas se extraen del otro extremo. Las líneas naranjas muestran el camino que sigue el aire calentándose antes de ser utilizado en la combustión. 

 

Este aire de combustión, a una temperatura superior a los 140 ºC, es conducido hacia los filtros que se encuentran en la derecha de la imagen. Tras filtrar el aire para justarlo a los límites de emisión en cuanto a partículas sólidas, se libera a gran altura por medio de la chimenea. 

En la parte superior de la caldera se observa como entra el agua (tubería azul, punto 3) y se calienta en los precalentadores y más tarde se evapora entre los puntos 4 y 5. En el punto 5 ya es vapor (tubería roja) que se sobrecalienta hasta el punto 6 que corresponde con la entrada de la turbina. Sobre esta se encuentra el bypass que derivará el vapor hacia el condensador durante los arranques  o en situaciones de disparo de la turbina.. Los puntos 7,8 y 9 corresponden con el vapor extraído para el precalentamiento del agua proveniente del condensador. Dos circuitos distintos atraviesan el condensador. Por un lado, el agua fría proveniente de la torre que entra por el punto 12 a la izquierda y sale tras atravesar las tuberías del condensador, más caliente por la izquierda, por otro, el vapor proveniente de la turbina que se encuentra con los haces tubulares por donde circula agua fría en su interior, condensándose.    

Existen por tanto tres transformaciones de energía en el proceso. Primero la energía liberada en la combustión de la biomasa se traslada al vapor en forma de calor y aumento de la velocidad debido al cambio de volumen. A continuación el vapor transmite su energía cinética a los álabes de la turbina convirtiéndose ésta en energía mecánica de rotación en el eje. Por último el generador transformara la potencia del eje en potencia eléctrica en sus bornes. La energía contenida en el vapor muerto a la salida de la turbina no tiene ningún tipo de aprovechamiento, por su baja temperatura (entre 40 y 60 ºC), por lo que la única posibilidad consiste en liberarlo a la atmósfera a través de una torre de refrigeración o un aerocondensador.

Objetivos de un simulador

Cuando se desarrolla un simulador se buscan fundamentalmente algunos de estos tres objetivos:

  • Estudiar el diseño de una planta, para determinar cómo debe concebirse el ciclo agua-vapor, la caldera, las etapas de la turbina, el tipo de torre de refrigeración, etc., simulando de forma precisa el resultado de cada elección y pudiendo determinar así cual sería la elección más precisa. 
  • Evaluar el comportamiento termodinámico de una central real en cualquier momento de su vida, pudiendo determinar si la central está funcionando dentro de su rango normal de funcionamiento o se aparta de modo inaceptable de éste. En este caso puede señalarse además qué equipos no están teniendo el comportamiento correcto y qué acciones deberían tomarse. Un simulador es capaz de optimizar pues  la producción, al detectar puntos de mejora que se apartan del comportamiento ideal u óptimo de la planta.
  • Entrenar futuros operadores de planta. Sin duda, un simulador puede facilitar enormemente el entrenamiento y puesta a punto de los operadores de planta. El periodo normal de entrenamiento de un operador puede conllevar no menos de 3 meses, cuando con un simulador puede acelerarse para hacerlo inferior a 2 semanas. 

Las principales pantallas del simulador

El simulador cuya versión definitiva se ha presentado en EEUU en el mes de Agosto de 2012 en el transcurso de los cursos que desarrollados por RENOVETEC en Miami, contratados por una empresa local del sector, y en cuyas oficinas quedará instalada la versión actual, consta de un total de 12 pantallas de control, en las que se simulan todos los sistemas que componen una central termoeléctrica de biomasa:

  • Preparación de combustible
  • Caldera
  • Ciclo Agua-Vapor
  • Turbina de vapor + generador
  • Sistemas eléctricos de alta tensión
  • Sistema de refrigeración
  • Sistemas auxiliares

También contempla pantallas gráficas para estudiar el ciclo Rankine y el diagrama de Sankey. El diagrama Rankine es dinámico, representando en tiempo real la gráfica temperatura-entropía. El diagrama Sankey, también dinámico, permite observar en tiempo real la distribución de energías en todo momento: qué proporción de la energía contenida en el combustible se pierde y en qué forma, y que proporción se aprovecha para la producción de energía eléctrica. 


El simulador permite introducir diferentes tipos de biomasa, e incluso una mezcla de ellas. Introduciendo los parámetros provenientes del análisis de esta biomasa es posible conocer cual será el comportamiento con diferentes mezclas, humedad, composiciones, etc. En caso de no conocerse la composición exacta, el simulador dispone de tablas preprogramadas, con la composición típica de hasta 8 tipos diferentes de biomasa. En ese caso será necesario únicamente introducir el grado de humedad.  

Por último se ha dotado el simulador de un módulo de arranque, de forma que simulará el arranque de una central desde que ésta está completamente parada hasta que alcanza la carga deseada. Este módulo facilitará el entrenamiento de operadores, ya que sin duda la maniobra más compleja de realizar siempre es la puesta en marcha de la central.  

El simulador se ha desarrollado utilizando el programa SCADA de LabVIEW versión 10.0, de National Instrument. Aunque se analizaron otras posibilidades, como WIN CC, finalmente se optó por LabView por su versatilidad y facilidad de programación.


Un simulador contrastado

El simulador RENOVETEC ha sido contrastado con una central de biomasa que utiliza orujillo de aceituna como combustible perteneciente a una importante empresa energética y que está situada en la provincia de Ciudad Real. Para validar los resultados fue necesario en primer lugar realizar determinados ajustes para adaptar el simulador a la planta. Así, fue necesario reajustar la torre de refrigeración con su curva de aproximación, la caldera, su rendimiento y sus temperaturas de trabajo, el ciclo agua-vapor, la turbina de vapor y las extracciones de la turbina. También fue necesario ajustar los consumos auxiliares, de manera que pudieran igualarse la potencia bruta y neta en todo momento que mostraba el simulador con los que mostraba la planta. Por último fue necesario introducir algunos ajustes empíricos, como el ensuciamiento del condensador, la torre o el rendimiento de la turbina de vapor.

En la validación del simulador se obtuvieron los siguientes resultados:

  • Se comprobó que los principales parámetros se ajustaban en un 99.4% de media a lo predicho por el simulador sin importar la carga puntual de la central, es decir, el simulador tenía un error igual o menor que la instrumentación de la planta.
  • Se detectaron algunos instrumentos en planta que estaban fuera de calibración y que por tanto indicaban valores incorrectos.
  • Se detectaron equipos cuyo funcionamiento podría mejorarse con pequeños ajustes o reparaciones.
  • Se detectó ensuciamiento en algunos equipos, cuya limpieza podría aportar.
  • Se realizó un diagnóstico completo de la planta, determinando el rendimiento de cada equipo de intercambio (caldera, condensador, torre de refrigeración, etc). 


Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.

¿CONOCES RENOVEFREE MOBILE?

RENOVEFREE MOBILE es el software de gestión del mantenimiento desarrollado por RENOVETEC. 

Descubre todo lo que puede ofrecerte su nueva versión web haciendo click aquí

CENTRALES TERMOELÉCTRICAS DE BIOMASA

Nuevo libro RENOVETEC dedicado a las centrales eléctricas que producen energía a partir de biomasa.

libro plantas de biomasa

Un libro eminentemente técnico y práctico que analiza los principales equipos presentes en las plantas de biomasa, sus problemas, las opciones disponibles.. 

Más información

IMPLEMENTACIÓN DE RENOVEFREE EN UNA PLANTA DE BIOMASA

GUIA IRIM 2: ELABORACIÓN DE PLANES DE MANTENIMIENTO

Una Guía de carácter práctico, con la que el Ingeniero de Mantenimiento, siguiendo los pasos que se indican, debe ser capaz de desarrollar un plan de mantenimiento incluso aunque posea poca experiencia realizando este tipo de trabajo.

Más información

REVISTA IRIM: ESPECIAL RCM 2ª PARTE

El Instituto RENOVETEC de Ingeniería del Mantenimiento, IRIM, ha editado el número 6 de la revista IRIM. 

Puedes descargarte la revista de forma totalmente gratuita en formato pdf desde aquí.

Volver >