Central de ciclo combinado Besós V

Esta mañana he estado visitando esta central eléctrica con un grupo de alumnos de bachillerato tecnológico y su profesora Gloria.

En estas primeras imágenes se puede ver la construcción de la central que tuvo lugar entre el año 2008 y el 2011.

La siguiente descripción se ha extraído de un artículo de la revista "Energética 21".

Central de ciclo combinado Besós V

Con un histórico y estratégico emplazamiento, Endesa opera la central térmica de ciclo combinado de Sant Adrià de Besòs 5, que se alza al lado de los grupos 3 y 4, con una potencia de 859 MW.

Las centrales térmicas de ciclo combinado son un tipo de central de generación eléctrica que utiliza gas natural como combustible. El vapor de agua que acciona la turbina de vapor procede de la recuperación del calor residual de escape de una turbina de gas y no de una caldera de combustión.

La planta tiene una configuración 2x1 (dos turbinas de gas y una de vapor) y se compone de 2 turbinas de gas, 2 calderas de recuperación de calor (con una chimenea cada una), una turbina de vapor, 3 alternadores, condensador, salas de control (armarios eléctricos y de control de motores) y una caldera auxiliar de gas natural.

La captación de agua de refrigeración, con un caudal de 60.000 m3/h, se realiza mediante una tubería de unos 512 metros. El agua de refrigeración se vierte al mar, a 300 metros de la línea de la costa, con un incremento térmico de 7ºC, mediante una conducción de vertido submarino de nueva construcción de 520 metros de longitud total, 95 metros en zona terrestre y 425 bajo el mar.

Dos ciclos térmicos 

La utilización conjunta de dos ciclos térmicos (turbina de gas y turbina de vapor) incrementa el rendimiento del conjunto, hecho que reduce el consumo de combustible por una producción eléctrica determinada.

Turbinas

Una de las claves de este sistema son las turbinas de gas PG9371FB que constan de un rotor común para el generador, el compresor y la turbina. El compresor tiene 18 etapas con alabes moduladores de admisión. La primera etapa de alabes son los IGVs que permiten variar su grado de apertura para admitir más o menos aire en el compresor en los arranques y en rechazos de carga.

El compresor tiene diversas extracciones en operación normal. Las extracciones de las etapas 16 y 17 sirven para refrigerar los alabes móviles de la turbina de gas de las etapas 1 y 2. La tercera etapa de alabes móviles no necesita refrigeración.

También las extracciones sirven para limpiar los filtros en la admisión de aire, con un sistema nombrado APU.

La turbina tiene tres cuerpos. El primero está situado después de los quemadores. El gas natural se mezcla con el aire procedente del compresor en las cámaras de combustión.

La turbina de gas tiene 18 cámaras de combustión en dos se hayan las bujías para crear la llama que a continuación se repartirá por todas las cámaras de combustión gracias al tubo de fuego cruzado De allí se pasará a la pieza de transición y a continuación a la primera etapa de la turbina de gas. Después de el recorrido de los gases pasa por la turbina perdiendo presión y temperatura, expandiéndose irá a la caldera de recuperación de calor.

Por su parte, la turbina de vapor de tipo 270T727TV es una turbina de vapor con regeneración térmica de presión triple y dos carcasas. La primera carcasa contiene la turbina de alta presión (AP) y media presión (MP), mientras que en la segunda se encuentra la turbina de baja presión (LP) con doble cuerpo.

La turbina de vapor de AP y MP está opuesta para contrarrestar el empuje axial. El cuerpo de BP es doble, son dos cuerpos iguales enfrentados sobre el mismo eje.

El virador de la turbina de vapor esta acoplado al embrague SSS para el funcionamiento del virador.

El vapor vivo de alta presión entra en la turbina de AP a través de una válvula de detención y de control (MSCV), y se expande hasta la presión y temperatura de regeneración.

El vapor recalentado frío pasa por el recalentador y se mezcla con el vapor de presión intermedia generado en la HRSG. El vapor recalentado caliente se mezcla con el vapor de MP generado en la HRSG y entra en la sección de la turbina de MP a través de dos válvulas de control y de paro (RSCV).

El vapor de baja presión entra en la turbina de BP a través del cross over, en el cual se junta el vapor del sobrecalentado de BP y la salida de la TV de MP con la ayuda de las válvulas ACV y ASV, el vapor entra por el centro de los cuerpos de baja y se expande lateralmente. Las últimas etapas de la TV están refrigeradas por el hod spray, creando así depresión en las últimas etapas de la TV de BP para facilitar la circulación del vapor hacia el condensador.

La RFV suministra vapor al cuerpo de HP de la turbina de vapor para permitir su enfriamiento durante los arranques templados y calientes.

La RFDV es una válvula de control usada para prevenir sobre presurizaciones en el cuerpo de alta presión en el caso de disparo, rechazo de carga o parada conectada directamente al condensador.

Generadores

La energía eléctrica se genera en el alternador o generador del grupo mediante el giro de un rotor asociado a un campo magnético que induce la corriente eléctrica en las bobinas fijas de su estator. El alternador está conectado a su transformador de grupo, el cual a su vez está conectado a la subestación de la Central.

El alternador está acoplado en un eje único por turbina de gas y turbina de vapor, las cuales provocan el giro del rotor del alternador, mediante los gases de combustión del gas natural (turbina de gas) o el vapor producido en la recuperación de calor de esos mismos gases de combustión (turbina de vapor).

Cada turbina dispone de un generador del tipo 290T727, que genera una potencia de 17 kV. Se trata de un generador síncrono de tres fases y 2 polos, refrigerado por H2.

El sistema de ventilación es completamente autónomo, incluyendo enfriadores de gas y ventiladores, estos últimos evitan la entrada de suciedad y humedad. El campo rotativo excitado por separado, accionado por la turbina de vapor o turbinas de gas, gira dentro de la armadura estacionaria y lo soportan cojinetes situados en las protecciones de extremo montadas sobre el marco del generador. La máquina está diseñada para funcionar continuamente, suministrando potencia de los terminales de armadura con provisiones hechas para mantener la presión del hidrógeno, así como su pureza, y para suministrar agua de enfriamiento y aceite de lubricación. Los detectores de temperatura y otros dispositivos están instalados en o conectados con la máquina para permitir la medición de las temperaturas de devanado e hidrógeno y la presión y pureza del hidrógeno. El generador está construido para resistir todas las condiciones normales de operación incluyendo cortocircuitos trifásicos y cargas súbitas aplicadas sin ningún peligro.

Además, la carcasa del estator está fabricada lo suficientemente fuerte para limitar los efectos destructivos de una explosión del contenido de hidrógeno a la carcasa del generador y las piezas protegidas. Una unidad de gas suministra el hidrógeno en el estado correcto desde el conjunto de botellas. Una unidad de aceite de sellado suministra el aceite para garantizar el sellado del H2 respecto a la atmósfera.

El generador se utiliza como motor de arranque síncrono, alimentado por un convertidor estático de frecuencias. Durante el período de arranque para las TG, la red de alta tensión proporciona la energía de arranque a través del transformador elevador del generador. Sin esta energía, no podría producirse el arranque.

Caldera de recuperación

La caldera de recuperación tiene tres niveles de presión, y es de tipo recalentado, no expuesto al fuego y de circulación natural, con caudal de gases de escape de TG horizontal a través de las secciones de tubos de transferencia de calor verticales. Las secciones de transferencia de calor están configuradas en la dirección del caudal de gas de escape para obtener una utilización óptima de la energía del gas de escape, basada en consideraciones de economía térmica.

El agua de alimentación fluye a través del tramo de transferencia de calor en contracorriente al caudal del gas de escape y se calienta y evapora progresivamente en los tramos del economizador y el evaporador respectivamente. El vapor saturado deja los calderines de vapor de alta y baja presión y obtiene la temperatura final de vapor en los tramos del sobrecalentador. El vapor saturado que deja el calderín de vapor de presión intermedia se calienta primero en el sobrecalentador de presión intermedia y después se combina con el vapor que regresa del escape de la turbina de vapor de alta presión. Este caudal combinado de vapor obtiene su temperatura final en el tramo del recalentador.

La transferencia de calor se consigue por convección en los bancos de tubos aleteados externamente. Las aletas en espiral se unen a los tubos por soldeo continuo. La geometría de los tubos y aletas y las configuraciones de paso de tubos se seleccionan para cumplir con la especificación de combustible y optimizar el rendimiento. El generador de vapor termo recuperador (HRSG), con regeneración de presión triple, funciona en el modo de circulación natural y es de diseño horizontal.

Sistema eléctrico de alta tensión

La electricidad suministrada a la red eléctrica es CA trifásica de 50 Hz, a una tensión nominal de 17 kV en el lado de alta tensión del transformador elevador. El operador distribuye el factor de potencia en el intervalo comprendido entre 0,80 inductivo y 0,95 capacitivo, medido en los terminales del generador.

La potencia de la central térmica se ajusta controlando la carga de la turbina de gas en función de los requisitos globales de potencia de la central.

Cada turbina de gas genera una potencia media bruta medida en bornes del alternador de TG1 284,22MW y la TG2 de 281,20MW. Esto representa una potencia neta medida en las barras de alto voltaje del transformador principal de 275,51 MW con la TG1 y 276,43 MW con la TG2. La turbina de vapor genera a su vez una potencia bruta medida en bornas del alternador de 307,81 MW funcionando con las dos turbinas de gas a máxima potencia. Esto representa una potencia neta, medida en las barras de alto voltaje del transformador de 307,13 MW funcionando con las dos turbinas de gas a máxima potencia.

Por tanto, la potencia neta del ciclo combinado cuando se utiliza gas natural como combustible es de 859,07 MW funcionando a plena carga.

Línea de evacuación

Cada unidad posee un transformador elevador de tipo núcleo, trifásico y con dos devanados con un conmutador de tomas con carga que conecta el generador de cada una de las turbinas a 17 kV, con el puesto de distribución GIS de 230 kV. El transformador elevador se carga con aceite mineral.

Los 3 transformadores principales de Besós 5 están conectados a las barras de la subestación de 230KV existente.

La subestación de Besós conectará la central térmica de Besós V con la red eléctrica de 232 kV y el transformador auxiliar común con la red eléctrica de 66 kV. La subestación está dentro del ámbito del cliente.

En el lado de alta tensión (232 kV), cada transformador elevador está conectado mediante cable de alta tensión y el puesto de distribución aislado con gas (GIS) a la línea de transmisión  correspondiente.

Sistema eléctrico auxiliar

El suministro de los Transformadores Auxiliares de Grupo comprenden dos transformadores trifásicos en baño de aceite mineral, de dos arrollamientos, con refrigeración ONAN/ONAF.

Los transformadores están para funcionar en los siguientes modos y condiciones de funcionamiento:

Tomando por el arrollamiento de alta tensión energía generada por el grupo correspondiente a 17 KV ± 5% KV y cediéndola a los servicios auxiliares de la central por el arrollamiento de baja tensión.

Tomando energía de la red por arrollamiento de alta tensión y cediéndola a los servicios auxiliares de la central por el arrollamiento de baja tensión, con el interruptor de generación en abierto.

Son capaces de funcionar en servicio continuo y soportar en bornas de alta tensión.

Los transformadores auxiliares alimentan los cuadros de distribución independientes de baja tensión.

Durante el funcionamiento normal, los transformadores de servicio de la estación alimentan los sistemas auxiliares de 6,6 kV que son comunes a ambas turbinas de gas, como la planta de tratamiento de aguas.

Los transformadores auxiliares de 2,5 MVA alimentan independientemente los componentes auxiliares de 400V que son comunes para ambas turbinas de gas, como las bombas de agua. Si un suministro falla, estas cargas pueden conmutarse al suministro del transformador auxiliar de la otra unidad.

Gasoducto

El gas es suministrado por la empresa Enagas desde las Regasificadora del Puerto de Barcelona.

Sistema de gas natural

El gas es conducido hasta la Estación de Regulación y Medida, que dispone de dos líneas redundantes  para regulación de presión, medida del consumo de gas, filtración y calentamiento. Las dos líneas disponen en el sentido del flujo de gas de válvula de aislamiento, filtro, calentadores, válvulas de seguridad, regulador monitor, regulador principal, válvula de alivio, medidor, corrector de volumen y válvula de aislamiento. Común a cada par de líneas hay una conexión de bypass para contratación de contadores.

Las líneas 1 y 2 pueden aportar de forma independiente el 100% del caudal de gas. Dichas líneas se unen en un colector común con salida hacia las turbinas de gas. Las líneas 3 y 4 se unen en un colector común con salida de gas a calderas auxiliares y a calderas de producción de agua caliente para calentamiento del gas.

Skid de acondicionamiento de gas

El gas sale de la ERM por una línea que se bifurca en dos para alimentar a cada una de las turbinas de gas. Cada una de estas dos líneas consta de un sistema de filtrado (“FG absolute separator”) para separar los líquidos y partículas que contenga el gas.

A continuación, el gas es calentado con el objetivo de mejorar el rendimiento del ciclo combinado en un cambiador tipo carcasatubos (“FG performance heater”), utilizando como fluido caliente agua tomada a la salida del economizador de media presión.

Durante los arranques y hasta que se dispone de agua a la temperatura adecuada en dicho punto, se utiliza un calentador eléctrico (“FG electric startup heater”) que calienta el gas por encima de su punto de rocío.

A partir del calentador, las tuberías son de acero inoxidable. Después del calentador de gas se instala un filtro separador vertical (FG scrubber) para eliminar la posible humedad que el gas haya adquirido en el calentador.

El módulo o skid compuesto por los cuatro elementos anteriores se denomina “Fuel gas conditioning system”.

Sistema de refrigeración

La función principal es suministrar el agua fría necesaria para evacuar el calor no aprovechable en la producción de energía eléctrica, es decir, para evacuar el calor procedente de la condensación de vapor del ciclo.

El sistema de agua de circulación se encarga de suministrar agua de circulación al condensador mediante las bombas de agua de circulación.

El agua de circulación procedente de balsa de decantación llega a la casa de bombas. De la cantara aspiran las cuatro bombas de agua de circulación del 25% de capacidad. El agua impulsada al condensador entra a los tubos del mismo a través de las cajas de agua de entrada del condensador, refrigera el condensador y sale caliente a través de las cajas de agua de salida del condensador, para dirigirse al pozo de descarga y retornar nuevamente al mar Mediterráneo.

El condensador es de un paso por carcasa y dos pasos por tubos. Los tubos son de titanio.

Sistema de refrigeración Auxiliar: el sistema de agua de refrigeración de componentes consta de un circuito abierto (agua de mar) y de un circuito cerrado (agua de condensado) siendo los enfriadores de agua de refrigeración el punto de intercambio calorífico entre los dos circuitos.

En el circuito cerrado el agua es distribuida a todos los equipos auxiliares que necesiten refrigeración para lo cual la tubería de agua de refrigeración conectará con las interfases de entrada y salida de agua de los equipos.

Este circuito debe de ser, pues, capaz de evacuar el calor generado por los distintos equipos de la central (lado caliente del cambiador de placas) mediante el agua del circuito abierto procedente del sistema de agua de circulación (lado frío del cambiador) en cualquier modo de operación de la planta.

En el circuito abierto, el agua es bombeada desde la tubería de agua de circulación y es devuelta, después de pasar por los intercambiadores, de nuevo a la tubería de agua de circulación.

La misión principal del circuito abierto es, por tanto, garantizar la adecuada refrigeración del agua del circuito cerrado a través de los cambiadores evitando que su temperatura no exceda de 36ºC teniendo en cuenta las condiciones mas desfavorables posibles.

Otros sistemas

Desaladora. El agua de mar se filtra por filtros de arena antes de empezar el proceso de desalación. De ahí es dirigida a dos intercambiadores de calor paralelos. El agua de mar calentada y desaireada se descarga en el evaporador, a través de boquillas rociadoras para formar películas finas y continuadas sobre los tubos del evaporador.

El interior de la desaladora es un intercambiador de calor que por el interior de los tubos pasa el agua desalada y por el exterior la película fina de agua de mar que se ha de evaporar.

En el proceso se produce salmuera (agua con una concentración de sal más elevada) y producto (agua libre de sales). Estos son usados para calentar el agua de mar que entrará en la desaladora

La planta de tratamiento de efluentes se basa en la mezcla y homogeneización de todos los efluentes en una balsa provista con dos compartimentos de 200 m3 cada uno, intercambiables, permitiendo el uso de sólo uno en caso de avería u operaciones de mantenimiento. Para ello dispondrá de válvulas automáticas que conducirán el efluente hacia uno u otro compartimiento.

El sistema de recogida y homogeneización de efluentes estará constituido por los siguientes equipos principales:

Balsa de recepción y homogeneización de efluentes construida de obra civil. La balsa cuenta con una arqueta de reparto de efluentes a cada uno de los senos y una arqueta de bombeo común a ambos senos.

Equipo de aireación forzada para facilitar el proceso de homogeneización y aireación de los efluentes y además mantener los sólidos en suspensión.

Sistemas de dosificación química de ácido sulfúrico y sosa compuestos cada uno de ellos por un depósito, dos bombas dosificadores y un sistema de carga.

Sistema de recirculación y vertido de efluentes que favorecen la homogeneización de los efluentes y en caso de contar con los parámetros adecuados, envían el efluente al punto de vertido.

La caldera auxiliar se utiliza durante las fases iniciales de arranque y mantiene la unidad en disponible caliente, después de un disparo de la misma. Asimismo, durante la operación normal de la planta, la caldera auxiliar se mantendrá preparada para suministrar rápidamente vapor para sellos y desaireación después de un rechazo de carga o un disparo de la unidad.

Los gases producto de la combustión recorren el hogar hasta alcanzar la cámara de fuego de tipo acuotubular (primer paso) donde a través de un haz tubular son conducidos a la caja de humos delantera (segundo paso). De esta caja parte un segundo haz tubular que conecta con la caja de humos posterior (tercer paso de humos). Desde este punto los humos son conducidos al exterior a través de la chimenea.

En la parte superior de la caldera, se instalará el sobrecalentador de vapor. Sobre el cuerpo de la caldera se hallan instaladas las tubuladuras de toma de vapor, válvulas de seguridad, alimentación, vaciado, aireación, termómetro, manómetro y presostatos, así como las tubuladuras para reguladores de nivel.

El sistema de bypass permite independizar la carga de las calderas de recuperación de la carga de la turbina, obteniendo rápidamente las condiciones de presión y temperatura del vapor principal y del vapor recalentado caliente requeridos por la turbina para la fase de arranque en tiempos mínimos.

En el proceso de rechazo de carga total o parcial, donde se produce un exceso de vapor que incrementa la presión en la caldera de recuperación y en las líneas de vapor, el control del bypass permite regular la presión del vapor principal o del vapor recalentado caliente, dependiendo de los valores alcanzados, desviando el exceso de vapor al condensador hasta que la turbina y la caldera
de recuperación se acoplen en la nueva situación de carga.

El sistema de vapor de sellado de la turbina de vapor sirve para sellar el rotor de ésta o el eje entre los cuerpos de la turbina o entre el escape de la turbina y la atmósfera.

Se precisan empaquetaduras o cierres que sellan contra las fugas de aire hacia el interior del condensador y previenen contra la salida de vapor desde dentro de la cámara de turbina. El sistema de sellado proporciona estas funciones automáticamente, desde el arranque hasta plena carga.

En arranques el vapor de sellado proviene de la caldera auxiliar, en arranques la turbina de vapor tiene la capacidad de autosellar.

Imágenes actuales

A continuación se pueden ver las imágenes de nuestra visita con los alumnos.

Nos dirigimos hacia el grupo V.

Estos dos tubos son los de entrada y salida del agua de refrigeración de los condensadores de vapor del grupo 3.

En esta imagen de la nave del grupo 5 se pueden ver las dos entradas de aire de las turbinas de gas y el transformador del generador de una de las turbinas de gas.

Este transformador aparcado está en reserva para sustituir en una posible avería.

En la fotografía anterior se puede ver un transformador y los tubos en los que se encuentran los cables aislados que traen la corriente de uno de los generadores. A continuación se puede ver un transformador auxiliar para proporcionar energía eléctrica a los equipos auxiliares de la planta.

A continuación se puede ver el lateral de uno de los transformadores auxiliares.

Esto es una toma de agua de refrigeración, su color verde la delata.

A continuación se pueden ver las llaves de paso de los tubos del sistema de extinción de incendios (Color rojo).

Estas bombas impulsan agua de refrigeración por estos tubos de color verde.

Este es el depósito de aceite refrigerante de uno de los grandes transformadores (ABB). Los tubos rojos verticales son los aspersores del fluido de extinción de incendios

Bloque de válvulas y tubos del sistema de extinción de incendios.

Cartel recordatorio de las normas básicas para manipular un circuito de alto tensión.

Sala en la que se encuentra la turbina de vapor General Electric.

Vista lateral de la turbina desde el extremo del generador eléctrico.

Vista de la turbina desde el otro extremo.

En esta caja se encuentra una de las dos turbinas de gas. La luz roja indica que se encuentra en funcionamiento, por lo que no se ha de acceder a ella a través de esta puerta.

Estas bombas se encuentran a la altura de las cámaras de combustión de la turbina

En la parte superior derecha de la turbina se encuentra la entrada de aire con sus filtros.

Tubo de salida del vapor de escape hacia el condensador.

Armario de control en la sala de la turbina de vapor.

Pozo de ruptura por el que se encía el agua de salida de refrigeración de los condensadores de vapor hacia el mar, por medio de un tubo subterráneo.

Bajo este tejado azul está la llegada del gasoducto desde el puerto de Barcelona.

Acondicionamiento del gas natural, filtrado y calentamiento. Todo el gas para mover las cuatro turbinas de gas pasa por un tubo de unos 30 centímetros de diámetro.

Cerca de aquí se encuentra el depósito de botellas de hidrógeno para la refrigeración de los generadores eléctricos.

Se puede encontrar más información en:

Central de ciclo combinado del Besós

Central térmica Besós V