SISTEMAS ELÉCTRICOS EN CENTRALES TERMOELÉCTRICAS DE BIOMASA
Los sistemas eléctricos de corriente alterna de una planta pueden subdividirse en sistemas de alta tensión (más de 36.000 voltios), sistemas de media tensión (entre 1.000 y 36.000 voltios) y sistemas de baja tensión (menos de 1.000 voltios). El sistema de alta tensión lo forman el transformador principal, el interruptor principal y los seccionadores, los equipos de sincronización y protección y la línea de evacuación de energía. El sistema de media lo forman los embarrados de esta tensión, el transformador auxiliar, los alternadores, los interruptores de máquina y seccionadores y las cabinas de media tensión. Los de baja lo componen los transformadores de baja, los equipos conectados a esta tensión (bombas, motores, extractores, compresores, ventiladores) y diversos servicios (alumbrado, suministro eléctrico a edificios de la planta, etc.).
La función del sistema de alta tensión
La función del sistema de alta tensión es enlazar la red eléctrica de la zona con los equipos de generación eléctrica y con el resto de equipos consumidores de la planta, de forma que esta conexión se realice en las condiciones de seguridad y estabilidad necesarias, tanto para los equipos como para las personas.
La energía eléctrica producida en el generador tiene que abandonar la central para ser consumida en la red eléctrica de una zona, o incluso en algunos casos, para alimentar una industria, una población o un pequeño grupo de consumidores.
La energía eléctrica producida en el generador tiene unas condiciones de voltaje determinadas, definidas de acuerdo con la conveniencia técnica de cada generador en particular. Estas tensiones van desde los 400 voltios para las unidades más pequeñas, los 6,3 kV para los generadores de hasta 10 MVA, tensiones comprendidas entre 10 y 15 kV para unidades medianas de hasta 100 MVA de potencia aparente, o hasta tensiones comprendidas entre los 20 y 30 kV para las unidades más grandes, que pueden alcanzar o incluso superar los 500 MVA. La tensión de generación viene impuesta pues por el generador, que genera en el nivel de tensión que mejor se adapta a su potencia.
Pero la central se conecta a una red eléctrica en un nivel de tensión que en general viene impuesto por dicha red. El gestor de esa red decide donde resulta más conveniente hacer la conexión con la red eléctrica de la zona. Esto hecho, esta imposición técnica de la empresa que gestiona la red, tiene tres consecuencias:
A) Es necesario elevar la tensión generada por la central hasta la que impone el punto de conexión. Rara vez ambas tensiones coinciden (sería una enorme causalidad absolutamente infrecuente), por lo que al lado de la central y lo más cerca posible del generador debe haber un transformador elevador que aumente el nivel de tensión, disminuyendo al mismo tiempo la intensidad de la corriente que circula por cada fase, tanto activa como reactiva.
B) Es necesario dotar a la central antes y después del transformador de elementos de conducción, maniobra y protección, para que el manejo de la tensión se haga de acuerdo con los requerimientos técnicos que la central y/o la línea necesiten. Para ello, las centrales disponen tanto de un interruptor a la salida de cada generador como de una subestación eléctrica que dispone de los necesarios elementos de conducción, maniobra y protección.
C) Es necesario construir una línea eléctrica que comunique la salida de la subestación indicada en el punto anterior con la subestación de enlace de la red eléctrica.
Conviene recordar que si bien el nivel de tensión se puede modificar con la ayuda de un transformador de tensión, modificar la frecuencia resulta complicado, caro y provocaría pérdidas en el generador, por lo que no es en absoluto habitual modificar la frecuencia de la red eléctrica producida en el generador para adaptarla a la de la red, sino que la energía eléctrica tiene que ser generada a la misma frecuencia y perfectamente sincronizada con la red a la que se conecta.
Elementos del sistema de alta tensión
El sistema de alta tensión está formado por el transformador o transformadores principales, que elevan la tensión desde el voltaje de generación hasta el voltaje de conexión con la red, y los elementos integrados en la subestación de la central. Los equipos principales con los que cuenta el sistema de alta tensión de una planta de biomasa son los siguientes:
* Transformador principal.
* Transformador de servicios auxiliares.
* Seccionadores de línea, de barras y de puesta a tierra.
* Interruptor principal.
* Transformadores de medida (de tensión y de intensidad).
* Conjunto de elementos de protección contra rayos.
* Conjunto de protecciones voltimétricas, amperimétricas, diferenciales y direccionales.
* Puesta a tierra.
SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
La función del sistema de refrigeración es evacuar el calor liberado en la combustión de la biomasa y que no puede ser aprovechado para la generación de energía eléctrica. Existen tres modos de refrigeración: refrigeración en circuito abierto, refrigeración en circuito semiabierto y refrigeración en circuito cerrado.
El rendimiento eléctrico del ciclo agua-vapor de planta de biomasa rara vez supera el 30%. Teniendo en cuenta que las pérdidas en caldera son del 15%, las pérdidas por conducción-convección de tuberías y equipos suponen aproximadamente un 5% y que las pérdidas en el generador suponen un 2%, una planta de biomasa no puede aprovechar de ningún modo un alto porcentaje de la energía contenida en el combustible y liberada en el proceso de combustión. La cantidad de energía no aprovechable estará entre el 50 y el 55% de la energía aportada por la biomasa, lo que para una planta de, por ejemplo, 10 MW de potencia eléctrica supone tener que evacuar a la atmósfera más de 30 MWh de energía cada hora.
Existen tres sistemas para evacuar esta energía captada, que se detallan a continuación.
Circuito abierto: Es la técnica más barata de las tres, pero la menos utilizada por sus limitaciones medioambientales y por sus grandes necesidades de agua. Consiste en la captación directa de agua del cauce público, que atraviesa el condensador y/o los circuitos de refrigeración y es devuelta al medio después de sufrir un salto térmico.
Circuito semiabierto con torre de refrigeración: La principal ventaja de los sistemas semiabiertos equipados con torre de refrigeración es que el aporte de agua es mucho menor, y por tanto, el impacto medioambiental de las plantas que evacuan el calor sobrante utilizando torres de refrigeración, también lo es. La refrigeración con torre evaporativa es muy habitual para la evacuación de calor sobrante en plantas de biomasa.
Circuito cerrado, con aerocondensador: De los tres sistemas de refrigeración, la refrigeración por aire es el menos agresivo con el medio ambiente, pero el que tiene un coste más elevado y el que provoca en la planta una mayor disminución del rendimiento.
Es muy parecido al sistema que emplea el radiador de un automóvil. El vapor o agua caliente se hace pasar a través de unos haces tubulares aleteados, aletas que aumentan la superficie de contacto con el aire. El vapor o el agua caliente se enfrían en contacto con la pared metálica del aerocondensador, que a su vez es enfriado por la poderosa corriente de aire que provocan los ventiladores, colocados generalmente en el plano horizontal.
SISTEMAS AUXILIARES (BOP)
El BOP (Balance Of Plant) está compuesto por todos aquellos sistemas auxiliares que forman parte de una planta de biomasa, que son imprescindibles para el correcto funcionamiento, pero que no forman parte del tren de potencia, la caldera, el ciclo agua vapor y los sistemas eléctricos. Por tanto, el BOP está compuesto por toda una serie de sistemas muy heterogéneos, que asisten a los sistemas principales.
Los sistemas auxiliares de una planta de biomasa son los siguientes:
* Planta de Tratamiento de Agua (PTA)
* Sistema de Refrigeración de Equipos (CCW)
* Sistema de Refrigeración Principal (MCW)
* Sistema de Tratamiento de Vertidos (PTE)
* Sistema de combustible auxiliar
* Sistema contraincendios (PCI)
* Sistema de producción de aire comprimido
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