Descripción y contextualización de la asignatura

En la asignatura “Generación de energía de alta eficiencia II” se contextualiza la generación eléctrica en la sociedad actual. Se describen los aspectos termodinámicos fundamentales de las centrales térmoelectricas, con énfasis en entender los criterios que subyacen en los diseños de las centrales basadas en el uso de ciclo Rankine.



La asignatura profundiza en los aspectos tecnológicos de los equipos de una Central de Ciclo Combinado y de una Central Térmica convencional o renovable: Turbinas de Gas, Calderas de Recuperación, Turbinas de Vapor, Sistemas Auxiliares, calderas convencionales, calderas de biomasa y calderas de residuos sólidos urbanos. Se analizan los criterios de diseño de los equipos y se estudia cómo operan en condiciones reales de operación.



Se ha coordinado la materia de la asignatura con las asignaturas de este Máster: TECNOLOGÍAS DE LA COMBUSTIÓN y GENERACIÓN DE ALTA EFICIENCIA I.

Convocatoria ordinaria: orientaciones y renuncia

El sistema de evaluación es mixto correspondiendo un 35% de la nota final a la evaluación continuada (Trabajo Práctico y Práctica de Laboratorio).



PRÁCTICA DE LABORATORIO: Se realizará una práctica de laboratorio con la turbina de gas. Durante la práctica se realizarán una serie de medidas de las variables principales de operación y se realizarán también una serie de medidas en los humos. Basándose en dichas medidas cada grupo de 3 o 4 alumnos deberá realizar una serie de cálculos relativos a la operación de la turbina de gas y rellenar un informe. El informe representará el 10% de la nota final de la asignatura.



TRABAJOS PRÁCTICOS: Se programará el ciclo de vapor de una central de ciclo combinado en el software Engineering Equation Solver (EES). Se realizará en grupos de 3 o 4 alumnos y tratarán de optimizar el ciclo termodinámico basándose en ciertas restricciones señaladas por el profesor. El grado de optimización de la planta obtenida supondrá el 25% de la nota final.



PREGUNTAS A DESARROLLAR: Las preguntas a desarrollar se dividirán en dos ejercicios y estos dos ejercicios supondrán el 65% de la nota final. Cada ejercicio estará compuesto por:



- Ejercicio 1: preguntas de teoría o teoría aplicada a algún caso práctico. (45% de la nota final)

- Ejercicio 2: caso práctico en el que será necesario realizar cálculos. (20% de la nota final)



NOTA FINAL:



PREGUNTAS A DESARROLLAR (65%) + TRABAJO PRÁCTICO (25%) + PRÁCTICA DE LABORATORIO (10%)





RENUNCIA: Para renunciar a la convocatoria de evaluación bastará con no presentarse a la prueba escrita.

Convocatoria extraordinaria: orientaciones y renuncia

Las condiciones son las mismas que en la convocatoria ordinaria, pero la convocatoria extraordinaria consta sólo de la prueba escrita. Para obtener la nota final, a la prueba escrita se le suman las calificaciones obtenidas en el trabajo práctico y en la práctica de laboratorio. Las notas del trabajo práctico y práctica de laboratorio se guardarán durante el curso, pero en ningún caso para el curso siguiente.



Si algún estudiante no ha superado la parte de evaluación continua (menos del 50 % en la nota combinada de trabajo práctico más práctica de laboratorio), y quisiera repetir esa parte, deberá ponerse en contacto con el coordinador de la asignatura con al menos 1 semana de antelación sobre la fecha de la prueba escrita de la convocatoria extraordinaria. En tal caso, la parte de la evaluación continua consistirá en la realización de un programa en EES que sea capaz de simular un ciclo de vapor de una central de ciclo combinado en condiciones off-design de la turbina de Gas (45% de la nota final). La fecha de entrega del programa será decidida por el profesor.



RENUNCIA: Para renunciar a la convocatoria de evaluación bastará con no presentarse a la prueba escrita.

Temario

La asignatura GENERACIÓN DE ALTA EFICIENCIA II es una continuación de la asignatura GENERACIÓN DE ALTA EFICIENCIA I, por lo que el temario comienza por el tema 6 y se distribuye de la siguiente manera:



6. CONFIGURACIONES INDUSTRIALES DE PLANTAS DE CICLO COMBINADO (0,5 horas presentación curso + 2 horas)

6.1 Justificación de CC frente a otras tecnologías de generación

6.2 Configuraciones industriales de CC

6.3 Implantaciones de CC

6.4 Montaje de un CC: video



7. TURBINAS DE GAS DE GENERACIÓN ELÉCTRICA (3 horas + 1 hora Practica Laboratorio)

7.1 Introducción: historia y estado del arte

7.2 Tipos

7.3 Aplicaciones de TG

7.4 Componentes principales

7.5 Componentes auxiliares

7.6 Fabricación, test e instalación

7.7 O&M

7.8 Fabricantes de TG



8. CALDERAS DE RECUPERACIÓN: “HRSG” (4 horas + 1 hora Presentación Trabajo Práctico)

8.1 Introducción: historia y estado del arte

8.2 Fundamentos

8.3 Tipos

8.4 Prestaciones: parámetros de funcionamiento básicos

8.5 Componentes

8.6 Fabricación, montaje y pruebas



9. TURBINAS DE VAPOR DE GENERACIÓN ELÉCTRICA (3,5 horas)

9.1 Fundamentos

9.2 Tipos

9.3 Prestaciones y “Ratings”

9.4 Componentes (y sistemas auxiliares)

9.5 Descripción funcional: Tipos de Regulación

9.6 Operación “Off-design” de ciclos combinados



10. SISTEMAS DE CONTROL DE CENTRALES (2,5 horas)

10.1 Esquema de un lazo de regulación básico

10.2 Estrategias de Regulación generales de una central térmica

10.3 Lazos de Control básicos de un ciclo Combinado

10.4 Criterios de Diseño del sistema de control de una central de ciclo Combinado



11. SISTEMAS ELÉCTRICOS DE CENTRALES (2,5 horas)

11.1 La subestación de una central térmica

11.2 El transformador de unidad

11.3 Generador eléctrico

11.4 Barras de fase aislada e interruptor de grupo

11.5 Tipos de Consumidores eléctricos y de fuentes de alimentación

11.6 Esquema Unifilar de una central de Ciclo Combinado



12. CONFIGURACIÓN INDUSTRIAL DE PLANTAS DE CICLO RANKINE (2,5 horas)

12.1 Descripción básica de una central Rankine

12.2 Combustible sólido: carbón

12.3 Combustible sólido: biomasa

12.4 Combustible sólido: residuos sólidos urbanos



13. CALDERAS DE CENTRAL TÉRMICA DE GENERACIÓN ELÉCTRICA - GENERACIÓN DE VAPOR (2,5 horas)

13.1 Combustión: Exceso de aire e impacto en rendimiento de caldera

13.2 Relación entre: Combustión, Diseño y Operación

13.3 Fenómenos de “Fouling” y “Slagging”

13.4 Caldera: Balances y Modos de operación y algunos criterios de calculo

13.5 Caldera: Características de partes a presión

13.6 Control de temperatura de vapor y Rango de Control de la Caldera

13.7 Carga Mínima de caldera

13.8 Implantación de la caldera

13.9 Hogar de caldera

13.10 Precalentador de Aire

13.11 Sistemas de Limpieza

13.12 Alimentadores de Carbón

13.13 Molinos de carbón

13.14 Calderas de biomasa

13.15 Calderas de residuos sólidos urbanos



14. CALDERAS DE CENTRAL TÉRMICA DE GENERACIÓN ELÉCTRICA - TRATAMIENTO DE GASES (2,5 horas)

14.1 Esquema general

14.2 Control de Partículas

14.3 Desnitrificación: Óxidos de Nitrógeno (NOx)

14.4 Desulfuración: Dióxido de Azufre



15. CENTRALES TERMOSOLARES (2,5 horas)

15.1 Ciclos regenerativos y configuración industrial de centrales termosolares

15.2 Campo solar: Colectores Cilindro Parabólicos vs. Torre Central

15.3 Almacenamiento térmico y sistemas de generación de vapor

15.4 Levelized Cost of Electricity, prestaciones, y operación “Off-design"

15.4 Centrales solares híbridas: fotovoltaica con termosolar

Bibliografía

Materiales de uso obligatorio

- Materiales que se publicarán a lo largo del curso en la plataforma virtual eGela (presentaciones de las clases magistrales, enunciados, Tablas y Diagramas Termodinámicos, guiones para la realización de los trabajos prácticos, etc.).







- Sabugal García, S., Gómez Moñux, F., Centrales termoeléctricas de ciclo combinado, teoría y proyecto, Editorial Diaz de Santos, 2006.







- Black & Veatch, Power Plant Engineering, Springer, sixth printing 2003.

Bibliografía básica

- Gregory L. Tomei (Ed.), STEAM its generation and use, The Babcock & Wilcox Company, 42nd edition.



- Kreith F. (Ed.), The CRC Handbook of Thermal Engineering, Springer, 2013

Bibliografía de profundización

- Meherwan P. Boyce, Handbook for Cogeneration and Combined Cycle Power Plants, American Society of Mechanical Engineers,U.S., 2010







- Japikse, David, Introduction to Turbomachinery, Concepts Eti, 1994

Revistas

- Energy Conversion and Management, Elsevier.







- Applied Thermal Engineering, Elsevier.

Enlaces

- https://www.asme.org/