reporteenergia.com.- ( Luis Ernesto Orellana) Las turbinas de gas poseen un defecto inherente al proceso de combustión. En zonas de clima cálido, durante las altas temperaturas de verano, los equipos pierden eficiencia y potencia respecto a sus valores nominales, debido a que el aire caliente que ingresa a la turbina es menos denso que el que ingresaría bajo las condiciones atmosféricas ideales (llamadas condiciones ISO), y por tanto, contribuye con menor concentración de oxígeno al proceso de combustión interna.

El efecto directo es una reducción de la potencia efectiva de generación de electricidad, que incluso puede llegar a superar el 30%, justamente durante el periodo de mayor demanda eléctrica, cuando las generadoras más críticamente dependen de la eficiencia de sus turbinas para satisfacer el pico de consumo.

La solución tradicional a este problema es incrementar la capacidad instalada, construyendo nuevas plantas generadoras que solamente serán utilizadas durante horas de demanda de punta, con un factor de utilización tan bajo que no satisfacen los criterios de retorno económico sobre la inversión, y que puede limitarse a tan solo 1.200 horas por año.

Una solución mucho más eficiente y económica es la de Enfriamiento de Aire de Admisión a la Turbina (TIC, por sus siglas en inglés), mediante compresión mecánica que permite recuperar la capacidad de generación perdida por las altas temperaturas del ambiente, e incluso incrementarla  por  encima de su potencia nominal  hasta  en  un 5%,  a un costo de inversión mucho menor comparado al de instalar turbinas adicionales.

¿Para qué Enfriar el Aire de Ingreso (Inlet Chilling)?

Las razones para la implementación de sistemas TIC, que finalmente se traducen en economía de costos, velocidad de ejecución y eficiencia, son las siguientes:

• Recuperan pérdidas inherentes de potencia y energía en turbinas convencionales instaladas en lugares calientes, manteniendo una temperatura ideal del aire de ingreso.

• El enfriamiento es de menor costo y mayor rapidez de implementación en comparación a la construcción de nuevas termoeléctricas.

• La reconversión TIC facilita una solución simple, rápida, comprobada y de costo eficiente para la mejora de las turbinas de gas.

• Puede complementarse con una solución efectiva de almacenamiento de energía, orientada a cubrir potencia de pico e inestabilidad de red ocasionada por intermitencia en despacho de renovables.

• Permite alto grado de predicción de emisiones de NOx y demostrada flexibilidad de adaptación del despacho en función a cambios en la carga de la demanda.

La Tecnología

Un sistema TIC posee tres componentes fundamentales:

a. Los Serpentines de circulación de agua helada, empleada para capturar el calor de ingreso, y que son instalados en la casa de filtros de la turbina. El agua caliente de retorno se dirige al paquete enfriador (chiller) para ceder el calor capturado y su posterior recirculación hacia los serpentines. 

b. El Paquete Enfriador (chiller), por el cual circula en circuito cerrado un líquido refrigerante de bajo punto de ebullición, que captura en el evaporador el calor del agua caliente que viene de los serpentines y lo cede al agua de refrigeración final en el condensador. La primera operación de transferencia de calor implica un cambio de estado en el refrigerante, convertido en vapor. Este vapor es conducido al compresor para retornar al estado líquido, antes de su paso por el condensador.

c. Torres de Enfriamiento, donde el agua de refrigeración disipa el calor al medio ambiente. Esta etapa requiere de agua fresca para reponer el agua evaporada en aproximadamente 5% del volumen circulante. En caso de no existir disponibilidad de agua, se adapta la solución con aero-condensadores.

 

Solución de Menor Costo

Si bien el precio depende del tipo de turbina de gas a optimizarse, las condiciones de temperatura ambiental  y  presión  atmosférica,  así  como  otros  factores  secundarios,  el  costo  total  de  las unidades instaladas oscilan entre $us 300 a $us 375 por kW de potencia recuperada, con un tiempo de entrega y puesta en operación entre 18 a 32 semanas. Compárese con el costo de inversión en una nueva unidad de generación que fácilmente supera los $us 1.000/kW con tiempos de ejecución medidos en años, no semanas.

 

Aplicación en Bolivia

El parque generador térmico en Bolivia representa un caso ideal para su optimización mediante TIC, tomando en cuenta las actuales características del mercado eléctrico nacional, las condiciones ambientales de los nuevos proyectos de generación, la necesidad de incrementar la potencia instalada en el corto plazo, los incentivos para crear potencia de reserva y la mayor competitividad en el orden de despacho de carga.

Recientemente se ha instalado una unidad enfriadora TAS Energy D-22 para la nueva turbina GE LM6000 de Central Eléctrica Bulo Bulo en la Provincia Carrasco de Cochabamba.

Esta solución tecnológica permitió subir potencia efectiva neta de la nueva unidad generadora Bulo Bulo 3 hasta en 9.5 MW, equivalente al 24% de su capacidad nominal, a un costo de $us 230/kW (compárese con $1,000/kW de inversión alternativa en una turbina adicional), en un plazo de entrega del equipo de 30 semanas.

Los 4 turbogeneradores Siemens SGT8000 de la central Termoeléctrica del Sur, instalados recientemente en el Chaco tarijeño, tienen una potencia total nominal de 200 MW en condiciones ideales (ISO) pero, por efecto de la elevación y temperatura ambiente, pierden hasta 50 MW durante el verano, entregando una potencia firme de solamente 150 MW. Con la aplicación de los enfriadores TIC, es posible recuperar 35 MW, equivalentes a instalar una turbina adicional.

En la central termoeléctrica Warnes, en actual construcción con la misma configuración 4 x SGT800 que tiene Termoeléctrica del Sur, los turbogeneradores pierden 42 MW respecto a la potencia ISO, de los cuales se podrían recuperar 29 MW efectivos con el sistema TIC, pasando de una potencia firme de 158 MW sin TIC hasta 187 MW con TIC. Es decir que se alcanzaría un incremento del 19% en la potencia optimizada de la planta.

 

TAS Energy

TAS Energy Inc. es una compañía que desarrolla tecnología de soluciones económicas para generación de energía limpia, principalmente en maximización de eficiencia y energías renovables. La empresa diseña y construye  sistemas  modulares  de  conversión  de  energía  y  de  enfriamiento del aire de ingreso a compresor para las turbinas de generación de potencia (TIC), así como refrigeración comercial e industrial. Cada producto está diseñado como un sistema optimizado para maximizar su rendimiento durante el ciclo de su vida útil.

TAS cuenta con oficinas en Estados Unidos, Medio Oriente y Sur Este de Asia, y en los 25 años que lleva en el mercado ha completado exitosamente varios proyectos de gran envergadura a nivel global, incluyendo la instalación de equipos de enfriamiento (chillers) en más de 230 turbinas equivalentes a 15 GW de potencia efectiva, en todo tipo y tamaño, desde 4 MW hasta 250 MW, tanto en ciclo simple como combinado.

Solución Modular “Llave en Mano”

TAS Energy aplica un enfoque modular en la manufactura de sus equipos de enfriamiento, que garantizan confiabilidad de desempeño en base a una cadena de producción repetitiva, con logística de insumos en línea y utilizando mano de obra altamente calificada, que implica el diseño, fabricación y empaque de los equipos en la planta de producción de TAS Energy en Houston, Texas; eliminando riesgos de construcción en sitio: climáticos, laborales y de supervisión de instalación.

Los equipos son montados en plataformas (“skids”) que luego son embarcados hasta el sitio de destino en todas partes del mundo, donde se efectúa la instalación en plazos óptimos que permiten recortar los tiempos de ejecución de proyectos convencionales, hasta en 40%.