Análisis termodinámico al ciclo combinado en modo híbrido del valle de México Public Deposited
This work presents a thermodynamic and levelized cost analysis of the hybrid mode combined cycle at the Valle de México Power Plant. The thermodynamic analysis, which includes both energy and exergy assessments, is conducted under the specific ambient pressure and temperature conditions of the power plant's location. The plant's operating conditions were based on the thermal balances provided in the technical manual, considering full load and partial load scenarios at 75% and 50%. The hybrid mode combined cycle power plant consists of four units: three of them correspond to gas turbines, each with its own Heat Recovery Steam Generator (HRSG), while the fourth unit is a regenerative steam cycle equipped with a heating train that includes six heaters, five of which are closed and one is open, functioning as a deaerator. All of these components must operate efficiently to ensure the correct functioning of the system as a whole. To achieve this, it is necessary to constantly evaluate their performance, which allows for the planning of maintenance activities and strategic decision-making for the plant. Through the analyses conducted, key performance parameters are determined, such as thermal efficiency, generated power, specific fuel consumption, unit thermal consumption, heat flow losses (irreversibilities), and the cost of generating one kWh. These analyses are applied to each component and thermodynamic state of the power plant. It was found that when the plant operates at less than 100% load, performance parameters are affected. When operating at a lower load (50%), unit thermal consumption increases and fuel consumption decreases; the cycle's thermal efficiency decreases by 16% compared to full load conditions (100%). Among all processes, the combustion process exhibits the highest heat flow losses (19.83%) relative to the supplied heat flow. The equipment with the lowest heat flow losses are the pumps (0.038%). Of the total heat flow supplied to the cycle, 12.88% of the energy is lost in the condenser; however, this is low-quality energy. The cycle’s exergy efficiency decreases by 4.28% when operating at 50% load. Regarding the levelized cost of energy, it is directly proportional to the fuel cost. Additionally, it was observed that the generation cost is higher when operating at loads below 100%. If externality costs are considered, the levelized cost increases even further.
En este trabajo se hace un análisis termodinámico y de costos nivelados a la central de ciclo combinado híbrida del Valle de México. El análisis termodinámico, que incluye un estudio energético y exergético, se realiza bajo las condiciones de presión y temperatura ambiente específicas de la ubicación de la central. Las condiciones operativas de la planta se establecieron con base en los balances térmicos del prontuario, considerando escenarios de plena carga y cargas parciales del 75% y 50%. La central híbrida consta de cuatro unidades: tres de ellas corresponden a turbinas de gas, cada una con su respectiva Caldera de Recuperación de Calor (CRC), mientras que la última unidad es un ciclo de vapor regenerativo equipado con un tren de calentamiento que incluye seis calentadores, de los cuales cinco son cerrados y uno es abierto, funcionando este último como deareador. Todos estos equipos deben operar eficientemente para que la planta de potencia híbrida sea más eficiente. Para garantizar esto, es necesario evaluar constantemente su desempeño, lo que permite planificar el mantenimiento y tomar decisiones estratégicas sobre la central. Con los análisis realizados, se determinan parámetros clave de desempeño como la eficiencia térmica, la potencia generada, el consumo específico de combustible, el consumo térmico unitario, las pérdidas de flujo de calor (irreversibilidades) y el costo de generación de un kWh. Estos análisis se aplican a cada equipo y estado termodinámico de la central. Se encontró que, cuando la central opera a menos del 100% de carga, los parámetros de desempeño se ven afectados. Al operar a menor carga (50%), el consumo térmico unitario aumenta y el consumo de combustible disminuye; la eficiencia térmica del ciclo se reduce en un 16% en comparación con las condiciones de plena carga (100%). De todos los procesos, el de combustión presenta las mayores pérdidas de flujo de calor (19.83%) con respecto al flujo de calor suministrado. Los equipos que presentan las menores pérdidas de flujo de calor son las bombas (0.038%). Del total del flujo de calor suministrado al ciclo, el 12.88% de la energía se pierde en el condensador; sin embargo, esta es energía de baja calidad. La eficiencia exergética del ciclo disminuye un 4.28% al operar al 50% de carga. En cuanto al costo nivelado de energía, este es directamente proporcional al costo del combustible. Además, se observó que el costo de generación es mayor cuando se opera a cargas menores del 100%. Si se consideran los costos debido a las externalidades, el costo nivelado aumenta en mayor medida.
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