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El presente proyecto tiene por objetivo analizar la viabilidad del uso del ciclo combinado (también denominado coges por sus siglas en inglés combined gas, electricity and steam) como sistema de producción energética para buques de pasaje de gran tonelaje frente al de un sistema convencional. para ello, se estudiará la configuración y dimensionamiento preliminares del grupo de generación de potencia para un buque de pasaje de aproximadamente 100.000 toneladas de desplazamiento basándose en la tecnología del ciclo combinado utilizado comúnmente en las centrales termoeléctricas terrestres. Para su diseño se estudiarán varias soluciones formadas a partir de componentes ya producidos por sus correspondientes fabricantes y se decidirá cuál de las soluciones propuestas es la más adecuada. posteriormente, se procederá a comparar los resultados obtenidos con los de un sistema de propulsión diésel-eléctrica convencional utilizado en la misma embarcación para determinar si realmente sería una solución más eficiente. finalmente, se estudiará su rentabilidad económica teniendo en cuenta los costes de instalación y operacionales para demostrar su viabilidad como solución a la problemática medioambiental actual en temas de control de emisiones.

This document deals with an energy model of a combined cycle power plant based on the evaluation of its thermodynamic properties and with emphasis on an analysis from the point of view of Electrical Engineering, that is, without representing in detail its mechanical processes. A theoretical formulation of gas and steam cycles are performed, presenting a study case where not only the efficiency of each cycle is determined, but also the combination of both gas and steam cycles are analyzed. As a result, combined cycle power plant has a better performance than regular power plants. EES software is used to calculate the thermodynamic properties of thermal cycles, which has an extensive library with properties of several substances. Air as ideal gas and water are used in the present project to determine the overall cycle performance, where parametric analysis is carried out to obtain illustrative graphs and trends, which are the basis to take corrective actions to improve the performance of the combined cycle. El presente documento da a conocer un modelo energético de una central termoeléctrica de ciclo combinado y que está basado en el cálculo de propiedades sus termodinámicas y con énfasis en un análisis desde el punto de vista de la Ingeniería Eléctrica, es decir, sin representar a detalle sus procesos mecánicos. Se realiza la formulación teórica de los ciclos de gas y de vapor respectivamente, presentando un caso de estudio donde se determinan los rendimientos de cada ciclo por separado y del ciclo combinado, encontrándose que el tener una central térmica de ciclo combinado desde el punto de vista de aprovechamiento de recursos tiene un mejor rendimiento. Para calcular las propiedades termodinámicas de los ciclos se emplea el software EES, el cual dispone de una amplia librería con propiedades de varias sustancias, siendo el aire como gas ideal y el agua aquellas empleadas en el caso propuesto. Con el propósito de estudiar las características de rendimiento del ciclo, se lleva a cabo un análisis paramétrico, del cual se obtienen gráficas ilustrativas y de tendencias que evidencian las acciones que pueden llevarse a cabo para mejorar el rendimiento del ciclo combinado. Este documento divulga um modelo energético de uma usina termelétrica de ciclo combinado e que se baseia no cálculo de suas propriedades termodinâmicas e com ênfase em uma análise do ponto de vista da Engenharia Elétrica, ou seja, sem representar detalhadamente seus processos mecânicos. A formulação teórica dos ciclos a gás e a vapor é realizada, respectivamente, apresentando um estudo de caso onde os rendimentos de cada ciclo são determinados separadamente e do ciclo combinado, constatando que ter uma usina termelétrica de ciclo combinado do ponto de vista da utilização dos recursos tem melhor desempenho. Para calcular as propriedades termodinâmicas dos ciclos, é utilizado o software EES, que possui uma extensa biblioteca com propriedades de diversas substâncias, sendo o ar o gás ideal e a água os utilizados no caso proposto. Para estudar as características de desempenho do ciclo, é realizada uma análise paramétrica, da qual são obtidos gráficos ilustrativos e tendências que mostram as ações que podem ser realizadas para melhorar o desempenho do ciclo combinado.

Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2022. Os problemas ambientais causados pelos lixões a céu aberto e aterros sanitários demandam por soluções tecnológicas modernas para redução de impactos ambientais. Entre essas ações sugerem-se mudanças de padrão para uma economia circular em que rejeitos não recicláveis possam ser transformados energeticamente por técnicas modernas que não seja a incineração. Para tal, vislumbra-se a gaseificação como rota tecnológica para conversão desses resíduos, e o gás de síntese produzido na gaseificação de CDR (Combustível derivado de resido) deve ser consumido em plantas de ciclo combinado para se extrair o máximo da energia dos insumos. Assim, este trabalho tem por objetivo, desenvolver códigos numéricos dedicados para avaliar o desempenho termodinâmico de uma planta integrada de gaseificação de CDR a um ciclo combinado para geração de potência elétrica. Neste sentido investigou-se a qualidade do gás de síntese produzido ao variar a composição do CDR e dos agentes gaseificantes Ar e vapor. Para alcançar o objetivo os códigos foram elaborados na plataforma EES. Para operacionalizar o ciclo combinado, desenvolveu-se, também, um código para dimensionar a caldeira recuperadora de calor baseado na técnica da ponta da pinça (pinch analysis). Projetou-se uma planta de gaseificação de CDR, de 7,2 toneladas por dia, que foi integrada a um ciclo combinado. As simulações do processo de gaseificação mostraram que o aumento de vapor dentro do reator, sem o aumento da vazão de oxigênio puro, provoca a redução do percentual de CO. A planta de geração de potência elaborada recupera 511 kW de energia elétrica com eficiência da gaseificação, baseada no poder calorifico do CDR (22 kJ/kg) de 27%. A eficiência do ciclo combinado foi de 32%, baseado no poder calorífico do gás de síntese obtido (6173 kJ/kg). Environmental problems caused by reducing environmental impacts and landfills required by modern technological solutions to reduce environmental impacts. Among these actions based on pattern changes towards a circular economy in which non-recyclable waste can be energetically transformed by modern techniques other than incineration. To this end, gasification is envisaged as a technological route for converting waste and the synthesis gas produced in the gasification of CDR (Fuel derived from waste) must be acquired in combined cycle plants to extract the maximum energy from the inputs. Thus, this work is aimed at numerical developers dedicated to electrical evaluation or performance of an integrated CDR gas plant to a combined cycle for power generation. Investigate the quality of the syngas produced by varying the composition of the CDR and the Air and Steam gasifying agents. To achieve the objective, the codes were prepared on the EES platform. To operationalize the combination, a code was also developed to size the heat recovery boiler based on the pinch analysis technique, which was integrated into a combined cycle. As power generation simulations designed with gas recovery, a power generation plant designed with gas recovery, based on the calorific value of the CDR (22 kJ/kg) of 27%. The combined cycle was 32%, based on the calorific value of the efficiency gas obtained (6173 kJ/kg).

El presente Trabajo de Fin de Grado, se redacta con el objetivo de analizar la participación en el mercado eléctrico español de las Centrales de Ciclo Combinado en el año 2019, y justificar el papel fundamental que desempeñan en la red para lograr un funcionamiento correcto de esta. Se ha desarrollado un código VBA que permite el procesamiento automatizado de los ficheros de datos presentes en las webs de OMIE y REE, facilitando la extracción de los datos necesarios para estudiar y justificar los factores que repercuten en la participación del Ciclo Combinado en el Mercado., The aim of this Degree Final Project is the analysis of Combined Cycle Power plants share in the Spanish electricity market. Moreover, the fundamental role these power plants play in the electrical grid operation will be justified. A VBA script has been developed to automatically process data files from the OMIE and REE websites. Key data regarding Combined Cycle Power Plant market share is easily extracted and production facilities are compared., Grado en Ingeniería en Electrónica y Automática Industrial

Este documento tem como finalidade descrever o estágio realizado no Centro de Produção de Eletricidade do Pego, na área da Manutenção. O âmbito do estágio consistiu, no seu essencial, no acompanhamento do departamento de manutenção da Pegop Energia, Empresa responsável pela operação e Manutenção do Centro de Produção de Energia do Pego. Ao longo do relatório será feita uma breve descrição sobre centrais térmicas, uma pequena apresentação sobre a PEGOP e os seus serviços bem como a metodologia de manutenção aplicada na Central a Carvão e na Central de Ciclo Combinado. Serão ainda apresentadas algumas obras-tipo de sistemas e equipamentos de acordo com o plano de manutenção da Central de Ciclo Combinado a Gás Natural. Por último será feita uma breve conclusão sobre o estágio e comentários finais sobre o trabalho desenvolvido.

RESUMEN: El propósito del presente trabajo es el diseño y desarrollo de un software de cálculo de parámetros operativos y de funcionamiento de la planta propulsora de un buque LNG. Todo el trabajo realizado desde el estudio termodinámico de la planta hasta la construcción del software de cálculo se expone aquí en forma de proyecto técnico abordando todos los aspectos implicados en el mismo y siguiendo la estructura típica de este tipo de documento [3]. ABSTRACT: The purpose of the present work is the design and development of a software for the calculation of operating parameters and performance of a propulsion plant of an LNG ship. All the work carried out from the thermodynamic study of the plant to the construction of the calculation software is presented here in the form of a technical project addressing all the aspects involved in it and following the typical structure of this type of document [3]. Grado en Ingeniería Marítima

En la actualidad el calentamiento global es un factor que afecta considerablemente al diseño propio de máquinas térmicas que transforman la energía de los combustibles en energía eléctrica usado en las ciudades e industrias emitiendo co2, NOx y SOx, para reducir estas emisiones se fue mejorando el rendimiento de las plantas combinando dos ciclos térmicos que aprovechan la energía desperdiciada sin aumentar el consumo de combustible.

Herein, the energy recovery from different MSW through an integrated plasma gasification combined cycle (IPGCC) power plant was investigated from an exergoeconomic viewpoint, using the Theory of Exergy Cost methodology. This study was conducted by an implemented model using Aspen Plus. MSWs that fuel the IPGCC power plant are produced in Medellín-Colombia, which are classified according to the sector considering their production rates and moisture contents (MC). Residential (1121 t/day and 57.9% of moisture content), Mixed (1468 t/day, 51.33%), Institutional (75 t/day, 37.92%), Commercial (168 t/day, 32.95%), and Industrial (104 t/day, 26.61%). Regarding the exergy analysis, for all plant cases, the plasma gasifier (PG) and the gas turbine (GT) reached the largest exergy destruction ratio, whose average contribution was 36.2% and 40.3%, respectively. This was ascribed to the exergy destruction by MSW drying into the PG, and by the oxidation reactions in the GT’s combustion chamber. Furthermore, as the MC of wastes increased (26.6% to 57.9%), the exergy destruction ratio of PG increased by 23.5%, leading to decrease the energy and exergy efficiencies of the IPGCC plants by 23.7% on average. This behavior was attributed to the adverse effect of high MC of wastes on the syngas quality. The exergy cost of electricity ranged from 11.0 to 14.5 ¢US$/kWh. Therefore, the plants with a processing capacity from 100 to 1000 t/day require a MSW treatment fee between 86.10 and 50.50 US$/t to equal the unit exergoeconomic cost of electricity with the hydro-electricity price in the Colombian energy market (6.92 ¢US$/kWh).

O setor da produção de energia elétrica é um dos grandes responsáveis pela emissão de gases de efeito de estufa para a atmosfera, não só de dióxido de carbono como outros poluentes. As centrais a gás de ciclo combinado com turbina a gás (CCTG) contribuem fortemente para esta poluição pois, atualmente, são as únicas centrais térmicas de grande porte em operação no sistema elétrico nacional. Pela sua reconhecida importância no setor elétrico e o seu impacto ambiental, é de extrema importância adotar medidas que promovam a minimização das emissões, sem comprometer o correto funcionamento dos equipamentos e a sua eficiência energética. A utilização do Hidrogénio nas turbinas a gás em co-combustão com o gás natural é uma inovação anunciada para as centrais de CCTG, assumindo para estas instalações um papel essencial na transição energética. As caraterísticas físicas do H2 facilitam esta co-combustão, com um potencial técnico e económico que prometem contribuir para um futuro energético limpo, seguro e acessível. Este artigo identifica as principais implicações técnicas da queima do hidrogénio em turbinas a gás e os benefícios obtidos ao nível da redução das emissões de CO2, quer do ponto de vista ambiental, quer do ponto de vista económico, fazendo referência às licenças de emissões.

En este trabajo se realiza un análisis de segunda ley de la termodinámica a la central de ciclo combinado Tamazunchale. Primero se hacen balances de masa y energía en cada uno de los componentes del ciclo. Posteriormente se realizan balances de segunda ley para determinar la generación de entropía en los procesos, y con la consideración de un estado muerto se realiza el análisis exergético y se determinan los flujos de irreversibilidades. Se evalúa el desempeño del ciclo combinado mediante parámetros como la eficiencia térmica, la producción de entropía, la eficiencia exergética e irreversibilidades. La eficiencia térmica del ciclo combinado es 54%, la eficiencia exergética es 56.42%. La mayor producción de entropía del ciclo combinado está en la turbina de gas con 1348.24 kW/K. La cámara de combustión representa el 50.03% de las irreversibilidades totales del ciclo. &nbsp

A análise exergética de plantas de turbinas a gás de ciclo combinado (TGCC) torna-se uma ferramenta interessante para avaliar os benefícios da major inspection na turbinas a gás. Devido aos altos custos envolvidos na realização dessa manutenção, avaliar a eficiência da planta pode ajudar a tomar a decisão correta quanto ao momento mais favorável de parar a máquina. Este trabalho apresenta a análise exergética de uma planta de ciclo combinado, antes e após uma major inspection. Para tanto, a metodologia consistiu em uma coleta de dados necessária para a elaboração de modelos com considerações, baseadas em revisão de literatura sobre o assunto. O software EES foi utilizado como ferramenta para calcular essas eficiências. A análise da inspeção do ponto de vista de degradação foi ilustrada nos resultados relacionados ao tema. A conclusão demonstrou um aumento em eficiência geral da planta na ordem de 2%.

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No. of bitstreams: 1 silva_fhr_me_guara.pdf: 2565975 bytes, checksum: 9c45405c8a43565e38ec87c34fb7bf82 (MD5) Previous issue date: 2020-02-18 Made available in DSpace on 2020-03-23T18:23:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 silva_fhr_me_guara.pdf: 2565975 bytes, checksum: 9c45405c8a43565e38ec87c34fb7bf82 (MD5) Previous issue date: 2020-02-18 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Os ciclos a gás e combinados se beneficiam em termos de consumo de energia reduzida no compressor pelo uso de técnicas de resfriamento do ar de entrada. A análise exergética é necessária para determinar a melhor forma de resfriamento, considerando as irreversibilidades através da segunda lei da Termodinâmica, e combinando-a com uma análise termoeconômica, pode-se chegar aos custos exergéticos dos diversos fluxos mássicos. Na presente pesquisa é realizada a modelagem exergética e termoeconômica de um ciclo combinado com resfriamento do ar de entrada utilizando-se unidades de resfriamento evaporativo (RE) e sistema de refrigeração por absorção (SRA). A pesquisa envolve diferentes configurações, sendo o caso base sem refrigeração, um caso com sistema de resfriamento evaporativo e outro com sistema de refrigeração por absorção com três fontes de energia térmica (gases de exaustão, vapor de alta pressão e vapor de baixa pressão). O quarto caso consiste na combinação simultânea dos dois tipos de resfriamento mencionados. O software EES é utilizado para a realização pormenorizada das análises termodinâmicas e exergéticas do ciclo nas suas diferentes configurações, e através dos resultados obtidos, é possível realizar a análise termoeconômica, atingindo o valor dos custos envolvidos em cada processo. O objetivo deste estudo é comparar os resultados obtidos com vistas a uma melhor orientação do projeto desses sistemas. Os resultados revelam aumento de eficiência de 1,34 % para o caso que utiliza resfriamento evaporativo, média de 2,7% para o caso que utiliza sistema de refrigeração por absorção e média de 3,6% para o caso que utiliza os dois resfriamentos simultâneos e os custos exergéticos em termos de geração de potência elétrica e térmica na forma de vapor apresentam redução em comparação com o caso base, destacando-se os casos que utilizam gases de exaustão pelo menor custo de produção do fluxo, e em questão de eficiência destaca-se a utilização de vapor de baixa pressão, validando o uso do resfriamento do ar de entrada. Power gas cycles benefit in terms of reduced power consumption in the compressor by the use of inlet air cooling techniques. An exergetic analysis is necessary to determine the best form of cooling, considering irreversibility through the second law of thermodynamics and combining with a thermoeconomic analysis, one can arrive at the exergetic cost. The present research execute the exergetic and thermoeconomic modeling of a combined cycle with inlet air-cooling, using evaporative cooling units and absorption refrigeration system. The research will involve different configurations, being the base case without cooling, one case with evaporative cooling system (EC), another with absorption refrigeration system (ARS) with different thermal sources (exhaust gases, high-pressure steam and low-pressure steam). The fourth case will be the combination of the two types of cooling mentioned. The software EES will be used for the detailed realization of the thermodynamic and exergetic analyzes of the cycle in its different configurations, and through the obtained results it will be possible to perform the thermoeconomic analysis, reaching the value of the costs involved in each process. The aim of this study is to compare the results obtained with a view to a better design orientation of these systems. The results show an efficiency increase of 1.34% for the case using RE, average of 2.7% for the case using SAR, and average of 3.6% for the case using both simultaneous cooling and the exergetic costs in terms of generation of electric power and thermal in the form of steam present reduction compared to the base case, highlighting the cases that use exhaust gases for the lower cost of flow production, and in terms of efficiency, the use of low pressure steam, validating the use of inlet air cooling CAPES:1758911

Este estudio compara el rendimiento de tres turbinas de gas con el análisis exergético para determinar la irreversibilidad, pertenecientes a un ciclo combinado en configuración 3-1. Se determina el rendimiento exergético de cada ciclo Brayton con un modelo termodinámico propio. Se considera en cada uno de ellos un excedente de producción eléctrica por el funcionamiento de un sistema de nebulización, el modelo considera, aire húmedo y exergías de mezcla. Las condiciones de sitio clima, altitud, modelo y potencia a condición de diseño son las mismas para cada turbina de gas analizada, así como el consumo de combustible. La evaluación del sistema incluye la comparativa de análisis de irreversibilidad entre los componentes del sistema se destaca la disminución de eficiencia exergética de 52.27% en la condición de diseño a 49.9%, en la condición operativa.

La presente memoria corresponde al estudio de un ciclo combinado con hibridación termosolar en el que se utilizará la energía producida por una torre solar para reducir el consumo de combustible y así reducir también las emisiones contaminantes de la planta. Dentro del proyecto se describen los distintos tipos de planta de potencia existentes (Ciclo Brayton, Ciclo Rankine y Ciclo Combinado) a parte de sus variantes para mejorar las eficiencias. Al mismo tiempo se realizará un repaso de los distintos tipos de energía solar por concentración disponibles además de describir la tecnología de torre solar que será la utilizada para la hibridación de nuestra planta. Posteriormente se realizará un análisis termodinámico del ciclo a través de la herramienta de cálculo MATLAB donde obtendremos los resultados correspondientes al rendimiento y potencia que genera la planta. Por último realizamos un estudio económico en el que obtendremos el valor de la inversión a realizar y el índice LCOE para la construcción de la planta. Ingeniería Mecánica

Submitted by JOSIANE SANTOS DE OLIVEIRA (josianeso) on 2019-09-19T14:00:15Z No. of bitstreams: 1 Fernando Rodrigues_.pdf: 9380379 bytes, checksum: 144836b86e389d1da898667d1e1961fd (MD5) Made available in DSpace on 2019-09-19T14:00:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fernando Rodrigues_.pdf: 9380379 bytes, checksum: 144836b86e389d1da898667d1e1961fd (MD5) Previous issue date: 2019-03-26 CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Nas últimas décadas, as usinas termelétricas vêm ganhando destaque no setor energético brasileiro devido ao aumento na demanda de energia e a busca por maior confiabilidade do sistema de geração, em decorrência do aumento de períodos de Energia Natural Afluente (ENA) abaixo da Média de Longo Termo (MLT) no sudeste, região com os maiores reservatórios do país. Por ser uma energia não renovável, é necessário que sejam feitos estudos que proporcionem um melhor desempenho na utilização de energia térmica. Desta forma, este trabalho propõe a análise, através de simulação no software EES (Engineering Equation Solver), de uma usina de geração termelétrica em ciclo combinado com o uso de dois sistemas de resfriamento do ar de entrada da turbina a gás, sendo eles o resfriamento pelo método evaporativo e o resfriamento pelo método da compressão mecânica de vapor, para analisar os possíveis ganhos de geração em duas cidades, Porto Alegre - RS e Mossoró - RN. Os resultados encontrados mostram uma melhora no comportamento da usina em todos os aspectos com a adição do resfriamento. O resfriamento evaporativo proporcionou aumento de 0,9% e de 1,5% na geração de energia média anual em Porto Alegre e Mossoró, e 0,5% e 0,8% de eficiência exergética, respectivamente. O custo unitário de energia apresentou uma queda de US$ 120,13/MWh para US$ 114,88/MWh em Porto Alegre e de US$ 121,17/MWh para US$ 118,6/MWh em Mossoró. O uso do resfriamento por compressão mecânica de vapor atingiu um aumento médio na potência anual gerada de 5,6% em Porto Alegre e de 8,5% em Mossoró e 0,5% e 0,6% de aumento médio na eficiência exergética, na mesma ordem. O valor unitário da energia chegou à US$ 113,71/MWh em Porto Alegre e US$ 117,08/MWh em Mossoró. In the last decades, thermoelectric power plants have been at highlights in the Brazilian energy sector due to the increase in energy demand and the search for greater reliability of the generation system, due to the increase of periods of Affluent Natural Energy (ANE) below Average of Long Term (MLT) in the southeast, region with the largest reservoirs in the country. Because it is a non-renewable energy, studies that provide a better performance in the use of thermal energy are required. In this way, this work proposes the analysis, through simulation in the EES (Engineering Equation Solver) software, of a thermoelectric combined cycle power plant with the use of two systems for the gas turbine inlet air cooling, being the evaporative cooling and the cooling by the mechanical steam compression method, to analyze the possible generation gains in two cities, Porto Alegre - RS and Mossoró - RN. The results show an improvement in the behavior of the plant in all aspects with the addition of cooling. Evaporative cooling provided an increase of 0.9% and 1.5% in annual average energy generation in Porto Alegre and Mossoró, and 0.5% and 0.8% exergetic efficiency, respectively. The unit cost of energy decreased from US$ 120.13 / MWh to US $ 114.88 / MWh in Porto Alegre and from US$ 121.17 / MWh to US$ 118.6 / MWh in Mossoró. The use of mechanical steam compression cooling resulted in an average increase in the annual power generation of 5.6% in Porto Alegre and 8.5% in Mossoró and 0.5% and a 0.6% increase in exergetic efficiency, in the same order. The unitary value of energy reached US$ 113.71 / MWh in Porto Alegre and US$ 117.08 / MWh in Mossoró.

The study was developed inside an integrated steel mill, located in Rio de Janeiro city, aiming to analyse the technical-economic feasibility of installing a new inlet air refrigeration system for the gas turbines. The technologies applied for such purpose are named Turbine Inlet Air Cooling (TIAC) technologies. The power plant utilizes High Fogging and Evaporative Cooling methods for reducing the compressor’s inlet air temperature, however, the ambient climate condition hampers the turbine’s power output when considering its design operation values. Hence, this study was proposed to analyse the installation of an additional cooling system. The abovementioned power plant has two heavy-duty gas turbines and one steam turbine, connected in a combined cycle configuration. The cycle nominal power generation capacity is 450 MW with each of the gas turbines responsible for 90 MW. The gas turbines operate with steelwork gases, mainly blast furnace gas (BFG), and natural gas. The plant has its own weather station, which provided significant and precise data regarding the local climate conditions over the year of 2017. An in-house computer model was created to simulate the gas turbine power generation and fuel consumption considering both cases: with the proposed TIAC system and without it, allowing the evaluation of the power output increase due to the new refrigeration system. The results point out for improvements of 4.22% on the power output, corresponding to the electricity demand of approximately 32960 Brazilian homes per month or yearly earnings of 3.92 million USD. El estudio fue desarrollado dentro de una planta siderúrgica integrada, ubicada en la ciudad de Río de Janeiro, con el objetivo de analizar la viabilidad técnico-económica de la instalación de un nuevo sistema de refrigeración por aire de entrada para las turbinas de gas. Las tecnologías aplicadas para tal fin se denominan tecnologías TIAC (Turbine Inlet Air Cooling). La planta de energía utiliza métodos de alta nebulización y enfriamiento evaporativo para reducir la temperatura del aire de entrada del compresor, sin embargo, las condiciones climáticas ambientales dificultan la potencia de salida de la turbina cuando se consideran los valores de operación del diseño. Por lo tanto, este estudio fue propuesto para analizar la instalación de un sistema de refrigeración adicional. La citada central dispone de dos turbinas de gas de gran potencia y una de vapor, conectadas en ciclo combinado. La capacidad nominal de generación de energía del ciclo es de 450 MW con cada una de las turbinas de gas responsables de 90 MW. Las turbinas de gas funcionan con gases de trabajo del acero, principalmente gas de alto horno (BFG) y gas natural. La planta tiene su propia estación meteorológica, que proporciona datos significativos y precisos sobre las condiciones climáticas locales durante el año 2017. Se creó un modelo informático interno para simular la generación de energía de la turbina de gas y el consumo de combustible considerando ambos casos: con el sistema TIAC propuesto y sin él, permitiendo evaluar el aumento de potencia debido al nuevo sistema de refrigeración. Los resultados apuntan a mejoras del 4,22% en la producción de energía, correspondientes a la demanda de electricidad de aproximadamente 3.2960 hogares brasileños por mes o ganancias anuales de 3,92 millones de dólares. O estudo foi desenvolvido em uma usina siderúrgica integrada, localizada no Rio de Janeiro, com objetivo de analisar a viabilidade técnico-econômica da instalação de um novo sistema de resfriamento do ar de entrada do compressor de suas turbinas a gás. As técnicas de resfriamento do ar dos compressores são denominadas Turbine Inlet Air Cooling – TIAC. A termelétrica em questão utiliza métodos de nebulização e evaporativos para a redução de temperatura do ar de entrada deste compressor, porém as condições climáticas locais impossibilitam a obtenção de valores de geração próximos ao do projeto da planta. Por isso, é proposto o referido estudo técnico-econômico da instalação de um sistema adicional para resfriamento do ar captado. A planta analisada possui duas turbinas a gás do tipo Heavy Duty operando em ciclo combinado e capacidade nominal de 450 MW. As turbinas a gás em questão possuem potência nominal de 90 MW e opera a partir da combustão de gases de processo siderúrgico, principalmente o gás de alto-forno (BFG). A planta possui uma estação meteorológica que forneceu dados para o estudo da eficiência da troca de calor em função das condições ambientais. Foram consideradas as condições climáticas, de hora em hora, de todo ano de 2017. Desenvolveu-se um modelo computadorizado “in-house” para simular a geração de energia e o consumo de combustível de uma turbina com TIAC e sem TIAC, permitindo mensurar o ganho de geração em função do emprego do sistema de resfriamento. Os resultados obtidos apontam para um potencial de aumento de potência líquida na turbina a gás de 4,22%, correspondendo à demanda de eletricidade de aproximadamente 32960 residências brasileiras e receita esperada de até 15 milhões de Reais (R$) anuais.

Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales

El presente trabajo presenta un análisis de los ciclos combinados de gas y vapor desde un punto de vista termodinámico, en el diseño de las modernas plantas de energía eléctrica que se utilizan actualmente en el mundo. Como ejemplo de referencia de cálculo, se evalúa la aplicación a la Planta de Energía de 720 MW de Puerto Bravo instalada en la ciudad de Mollendo-Arequipa, parte del Nodo de Energía del Sur de Perú. Esta Termo Central Eléctrica funciona en un ciclo simple, expandible a un ciclo combinado cuando el gas natural llegue a través del gasoducto. Todos los parámetros involucrados en el cálculo básico del ciclo proyectado se han tomado de manera combinada, presentando las mejoras actualizadas en las plantas modernas que se están instalando actualmente. El programa Engineering Equation Solver (EES) se utiliza como una herramienta de cálculo. Para el desarrollo de este trabajo, este programa permite administrar las variables que se presentan en el diseño de las centrales de ciclo combinado desde las más simples (un nivel de presión) hasta las más sofisticadas (tres niveles de presión con recalentamiento intermedio). En el programa EES se introducen los parámetros que intervienen en el cálculo de tal forma de encontrar las condiciones operativas óptimas de la Central, visualizando el comportamiento de las variables termodinámicas a través de los gráficos que se obtienen para el análisis toda la Central. Este trabajo constituye un primer paso en el estudio de las Centrales Térmicas de Ciclo Combinado para la generación eléctrica, basado en el análisis termodinámico. Tesis

Castellano. Predimensionamiento de un ciclo combinado y todos los equipos que lo componen para abastecer de energía eléctrica y agua caliente sanitaria a las islas de Ibiza y Formentera.

[ES]El propósito de utilizar un ciclo combinado (CC) en la producción de energía es generar energía eléctrica a un menor coste por kWh, a mayores eficiencias, con una inversión razonable por MW instalada y una amortización más corta, a su vez minimizando el impacto ambiental. Se pueden instalar en diferentes configuraciones, dependiendo del tamaño de la instalación, el propósito, las eficiencias deseadas y la inversión. El principal objetivo de este proyecto es llevar a cabo el diseño y dimensionamiento correcto de una planta de ciclo combinado cuyo único propósito es de generar energía eléctrica. [EU]Ziklo konbinatuko zentralaren erabileraren helburua energia elektrikoaren ekoizpena da, kostu txikiagoan kWh-rekin, eraginkortasun handiagoetan, MW-ko instalazioaren kostua murriztuz, amortizazio laburragoa lortuz, eta ingurumen-inpaktua minimizatuz. Konfigurazio ezberdinetan instalatu ahal izango dira, instalazioaren tamainaren, helburuaren, nahi den eraginkortasunaren eta inbertsioaren arabera. Proiektu honen helburu nagusia ziklo konbinatuko zentralaren diseinua eta tamaina egokitzea da. [EN]The purpose of using a gas turbine combined cycle (GTCC) in the power generation is to generate electric power at lower cost per kWh, higher efficiencies, with a reasonable investment per MW installed and a shorter payback, while minimizing the environmental impact. They can be arranged in different configurations, depending on the size of the installation, the purpose, the desired efficiencies, and the amount invested. The main issue held on by this project is carrying out a design and the sizing of a GTCC power plant with the sole purpose of generating electrical power.

En este proyecto se realizará el modelado mediante software de una unidad de ciclo combinado sobre una planta química ya existente para estudiar la viabilidad económica de su implantación. Para ello se desarrollarán los modelos de cada uno de sus elementos y se llevarán a cabo casos de estudio que comparen la situación actual de la planta con la nueva, permitiendo así observar los beneficios obtenidos.

espanolSe analiza el efecto de la variacion de la radiacion solar sobre algunas variables de una planta termoelectrica de ciclo combinado (turbina de gas y turbina de vapor) con colectores solares integrados (Integrated Solar Combined Cycle, ISCC). Una planta ISCC consta de tres componentes: i) la planta termoelectrica de ciclo combinado, ii) el campo de colectores solares distribuidos, y iii) un generador de vapor solar. En este trabajo, la planta de ciclo combinado y la de colectores solares distribuidos son integradas agregando un generador de vapor a la planta solar que produce vapor para la planta de ciclo combinado. Se resuelven los balances de materia y energia en el generador de vapor solar y se realiza la implementacion computacional usando Matlab-Simulink®. Los equipos de ambas plantas, la planta termoelectrica de ciclo combinado y la planta ISCC, son los mismos, y solo cambia la fuente de energia que calienta parte del vapor que va al sobre calentador. La principal variable de interes y que es analizada con el simulador es el flujo de vapor que se produce en el generador de vapor solar y que resulta ser de un maximo de 10% del vapor consumido en la planta total durante las horas de maxima radiacion (11 am a 15 pm). El simulador desarrollado es una buena herramienta para estudiar los efectos de las variaciones de la radiacion solar en una planta de ciclo combinado-solar. EnglishThe effect of the variation of daily solar radiation on some variables of a thermoelectric power plant using a combined cycle with integrated solar collectors is analyzed. A combined cycle with integrated solar collectors plant (Integrated Solar Combined Cycle, ISCC) consists of three main components: i) the combined cycle power plant, ii) the field of distributed solar collectors and iii) a solar vapor generator. In this work, the combined cycle power plant and the distributed solar collector’s plant are integrated by adding a solar vapor generator to the solar plant that produces vapor for the ISCC plant. Material and energy balances are performed in the solar vapor generator and the computational implementation is done using Matlab-Simulink®. The pieces of equipment of both plants, the combined cycle power plant and the ISCC plant, are the same and the only change done is the source of energy that heats part of the vapor that goes to the super heater. The main variable of interest that is analyzed using the simulator is the flow of vapor that is produced in the solar vapor generator and that contributes with a maximum of 10% of the total vapor consumed during the peak hours of solar radiation (11 am to 15 pm). The simulator developed in this work represents a good tool to study the effects of variation of daily solar radiation in a combined-solar plant.

En el presente documento se muestra un análisis termodinámico y optimización de una central de ciclo combinado de tres niveles de presión. Para llevar a cabo dicho propósito se ha desarrollado un código numérico en el software MATLAB donde se modeliza el funcionamiento de la central térmica. También se ha empleado la base de datos CoolProp como complemento a las operaciones empleadas en el código para obtener las propiedades de los fluidos en los diferentes estados del ciclo termodinámico. El objetivo principal del código no es simplemente modelizar la operación de un ciclo combinado de tres niveles de presión con recalentamiento, sino que es su optimización. Para ello se han estudiado los diferentes parámetros de los que depende el rendimiento, comprendiendo su influencia y cómo deben variar para incrementar el rendimiento y la potencia desarrollados por la central. De esta manera, partiendo de un marco de operación inicial se ha conseguido desarrollar tal escenario hasta maximizar el rendimiento del ciclo combinado. Previamente al estudio termodinámico y desarrollo del código numérico, se ha analizado en profundidad la tecnología de las centrales de ciclo combinado, comprendiendo su funcionamiento, y demás características que presentan este tipo de centrales térmicas que las hace tan imprescindibles en el panorama energético actual. In this thesis, a thermodynamic analysis and optimization of a triple-pressure reheat combined cycle power plant is shown. To carry out this purpose, a MATLAB code has been developed to model the operation of the thermal power plant. Also, the CoolProp database has been used as a complement to the code to obtain the properties of the fluids in the different stages of the thermodynamic cycle. The main aim of the code is not to model the operation of a triple-pressure reheat combined cycle, but it is its optimization. To this effect, different parameters whereof such efficiency depends have been analysed, comprehending their influence and the method to enhance the efficiency and power developed by the plant. In this way, starting from an initial setting, it has been achieved to develop such stage until maximizing the efficiency of the combined cycle. Prior to this thermodynamic study and code’s development, the technology of the combined cycle has been analysed profoundly. It has understood its operation and others features that present this thermal power plants which makes them so indispensable in the current energy scene. Ingeniería Mecánica

Submitted by Fellipe Sartori da Silva null (fellipe_sartori@yahoo.com) on 2018-03-20T14:29:37Z No. of bitstreams: 1 Determinação do custo de energia gerada através da utilização de células a combustível de carbonato fundido e turbina a vapor em um ciclo combinado.pdf: 3065864 bytes, checksum: 1b28d8ca48a059ab95292517f0d2d616 (MD5) Approved for entry into archive by Pamella Benevides Gonçalves null (pamella@feg.unesp.br) on 2018-03-21T13:25:41Z (GMT) No. of bitstreams: 1 silva_fs_me_guara.pdf: 3065864 bytes, checksum: 1b28d8ca48a059ab95292517f0d2d616 (MD5) Made available in DSpace on 2018-03-21T13:25:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 silva_fs_me_guara.pdf: 3065864 bytes, checksum: 1b28d8ca48a059ab95292517f0d2d616 (MD5) Previous issue date: 2018-02-07 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Os modelos energéticos atuais são baseados majoritariamente na utilização de combustíveis fósseis, os quais, além de serem fontes finitas, ainda geram gases poluentes que contribuem para o efeito estufa e, consequentemente, para o aquecimento global. As células a combustível, por possuírem alta eficiência de conversão, baixa emissão, simplicidade de operação e flexibilidade em sua utilização, vêm sendo estudadas como opção mais limpa de geração. A célula a combustível de carbonato fundido, em particular, além de ter vantagens estruturais por operar a alta temperatura, possui calor residual que pode ser aproveitado para cogeração. O presente trabalho propõe uma configuração de ciclo combinado de uma célula a combustível de carbonato fundido de 10 MW, que possui reforma interna de gás natural, com um ciclo a vapor que aproveita o calor residual da célula. A reforma a vapor do gás natural, simulada pelo software STANJAN Chemical Equilibrium Solver, apresentou valores satisfatórios de produção de H2 na temperatura de operação da célula. As análises energética e exergética, simuladas através do software Engineering Equation Solver (EES), apontaram aumentos nas respectivas eficiências globais de 4,8 e 4,6%, respectivamente. A análise exergoeconômica indicou custo de geração de 0,4679 USD/kWh, valor acima das tarifas nacionais. Entretanto, a análise de sensibilidade mostrou que plantas de grande porte com essa configuração podem ser economicamente competitivas em diferentes cenários. Current researches point to a significant increase in energy demand over the next few years. Energy models are mostly based on fossil fuels, which generates greenhouse gases that contribute to global warming. Thus, it becomes necessary to develop equipment and cycles that operate with greater efficiency, as well as new technologies of energy generation with both fossil and renewable sources. Fuel cells are being widely investigated due to their high conversion efficiency, low emissions, structural simplicity and flexibility. Among several fuel cell types, molten carbonate fuel cell has advantages such as fuel flexibility and high operating temperature, which leads to high thermal energy residue. This residue can be used for cogeneration and combined cycles, in order to enhance the global efficiency. This study aimed to introduce a 10 MW internal reforming molten carbonate fuel cell and steam turbine combined cycle. Steam reforming of natural gas was simulated by STANJAN Chemical Equilibrium Solver and presented satisfactory H2 production at MCFC operating temperature. Simulation in Engineering Equation Solver (EES) of energetic and exergetic analysis showed efficiency increases of 4,8 and 4,6%, respectively. Exergoeconomic analysis pointed to a 0,4679 USD/kWh power cost. However, sensitivity analysis showed that higher plants can achieve economic viability in different scenarios

Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales

Páginas 49-58, En la actualidad, hay diversas formas para generar energía eléctrica; una de ellas consiste en aprovechar la cantidad de energía liberada al quemar un combustible y efectuar una serie de procesos de conversión de energía mediante un ciclo termodinámico. Para hacer estos procesos más eficientes, existen técnicas que permiten analizar en qué equipos de la planta se está desaprovechando energía; una de estas técnicas es el análisis exergético, que consiste en la aplicación simultanea de la primera y segunda ley de la termodinámica. En el presente trabajo se realiza el análisis exergético a una planta de generación de electricidad y calor a partir de la producción de vapor operando bajo un ciclo combinado. Inicialmente se definen conceptos importantes para realizar el análisis. Después de aplicar la primera y segunda ley de la termodinámica los resultados indican que la eficiencia exergética de la planta de ciclo combinado es 53% y se encuentra que la cámara de combustión es el componente del sistema que más exergía destruye y que las bombas son los dispositivos donde hay menor pérdida de energía útil., Nowadays, there are several ways to generate electricity; one of them is to harness the amount of energy released after burning a fuel and carrying out a series of processes to convert energy through a thermodynamic cycle. To make these processes more efficient, there are techniques that allows to analyze which plant devices are wasting energy; one of these techniques is exergy analysis which consists on a simultaneous application of the first and second law of thermodynamics. This paper shows the exergy analysis in a plant of electricity and heat generation from the steam production operating under a combined cycle. Initially, important concepts are defined to perform exergy analysis. After applying the first and second law of thermodynamics, the results indicate that the exergy efficiency of the plant of combined cycle is 53% and the combustion chamber is the device that destroyed more exergy in the system and the pumps are devices where occur less destruction of exergy., Bibliografía y webgrafía: páginas 57-58., Artículo revisado por pares.

La presente tesis trata sobre el modelado matemático, simulación y optimización de ciclos combinados operando en forma desacoplada y acoplada a otros procesos, como por ejemplo, sistemas de utility y planta de captura de CO2. Precisamente, la tesis presenta modelos matemáticos utilizando programación matemática y metodologías “alternativas” para optimizar la configuración y el diseño de sistemas de cogeneración de vapor y electricidad. El planteamiento del problema de optimización se resolverá postulando una superestructura de configuraciones alternativas considerando la posibilidad de intercambios de calor en paralelo, serie y serie-paralelo entre la corriente de gas que abandona la turbina de gas y el fluido circulante del ciclo de vapor. De esta manera, la superestructura embebe numerosas alternativas para la configuración de los equipos las cuales son tenidas en cuenta simultáneamente por el algoritmo de optimización. La ventaja principal de este tipo de planteo es que al modificar las especificaciones de diseño permite determinar en forma automática la configuración óptima correspondiente. Durante el desarrollo de la tesis, se proponen y resuelven diferentes problemas de optimización considerando diferentes funciones objetivos y considerando fija la demanda de electricidad, según se detalla a continuación: 1) minimización del área total de transferencia de calor, 2) minimización del consumo de combustible, 3) minimización del costo total (inversión y costo de operación). Los modelos y metodologías de solución se aplican a la optimización de la configuración, diseño y operación de un sistema de cogeneración acoplado a distintos procesos, por ejemplo a un proceso de captura de CO2 utilizando aminas. Finalmente, la metodología es aplicada también para optimizar la síntesis y diseño de plantas de “utility” (configuración del ciclo combinado y configuración del sistema de turbinas y válvulas) considerando diferentes niveles de demandas de potencia y vapor. Las metodologías de solución se componen de procedimientos sistemáticos basados en el empleo de técnicas de Programación Mixta Entera No Lineal (MINLP), utilizando variables binarias para imponer restricciones de diseño de tipo estructural (configuración de los equipos) y variables continúas relacionadas con las condiciones de operación. Los resultados encontrados son comparados con los obtenidos por otros resolvedores tradicionales para modelos MINLP. Fil: Manassaldi, Juan Ignacio. UTN. FRRo. CAIMI; Argentina.

En la presente tesis se ha desarrollado un modelamiento térmico de una turbina de vapor de múltiples etapas para la enseñanza de turbomáquinas térmicas, que permita verificar sus parámetros característicos donde el rendimiento térmico es fundamental, así como evaluar las turbinas de vapor empleadas en las centrales termoeléctricas de ciclo combinado que usan gas natural tanto para generación de energía eléctrica, como para uso industrial en general. Es la Universidad Nacional de Ingeniería, la única que cuenta con una planta térmica experimental con una turbina múltiple de vapor de este tipo, la misma que está equipada para realizar los ensayos necesarios. Nuestra investigación es básica y aplicada, para ello realizaremos: una recolección de información de carácter experimental, un procesamiento informático y el desarrollo del modelo propuesto, la aplicación del modelo, su validación, el análisis e interpretación delos resultados. Obtenido el modelo será aplicado a una turbina de vapor para determinar sus curvas características y así determinar los rangos de operación de sus principales parámetros. In the present thesis a thermal modeling of a multi-stage steam turbine has been developed for the teaching of thermal turbomachinery, which allows to verify its characteristic parameters where the thermal performance is fundamental, as well as to evaluate the steam turbines used in the thermoelectric plants Combined cycle plants that use natural gas for both electric power generation and industrial use in general. It is the National University of Engineering, the only one that has an experimental thermal plant with a steam turbine of this type, which is equipped to perform the necessary tests. Our research is basic and applied, for this we will perform: a collection of information of an experimental nature, a computer processing and the development of the proposed model, the application of the model, its validation, the analysis and interpretation of the results. Obtained the model will be applied to a steam turbine to determine its characteristic curves and thus determine the operating ranges of its main parameters. KEYWORDS: Thermal model, Steam turbine, Thermal performance, Combined cycle, Natural gas. Tesis

Se describe dónde se utilizan las calderas de recuperación, cuál es su funcionamiento y cuál es su condición límite de operación. A partir de ello se demuestra cómo se puede maximizar la recuperación del calor gracias a la introducción de varios niveles de presión del agua-vapor en la caldera., Es el complemento ideal cuando se estudian los ciclos combinados.

Se analiza el efecto de la variación de la radiación solar sobre algunas variables de una planta termoeléctrica de ciclo combinado (turbina de gas y turbina de vapor) con colectores solares integrados (Integrated Solar Combined Cycle, ISCC). Una planta ISCC consta de tres componentes: i) la planta termoeléctrica de ciclo combinado, ii) el campo de colectores solares distribuidos, y iii) un generador de vapor solar. En este trabajo, la planta de ciclo combinado y la de colectores solares distribuidos son integradas agregando un generador de vapor a la planta solar que produce vapor para la planta de ciclo combinado. Se resuelven los balances de materia y energía en el generador de vapor solar y se realiza la implementación computacional usando Matlab-Simulink®. Los equipos de ambas plantas, la planta termoeléctrica de ciclo combinado y la planta ISCC, son los mismos, y solo cambia la fuente de energía que calienta parte del vapor que va al sobre calentador. La principal variable de interés y que es analizada con el simulador es el flujo de vapor que se produce en el generador de vapor solar y que resulta ser de un máximo de 10% del vapor consumido en la planta total durante las horas de máxima radiación (11 am a 15 pm). El simulador desarrollado es una buena herramienta para estudiar los efectos de las variaciones de la radiación solar en una planta de ciclo combinado-solar. The effect of the variation of daily solar radiation on some variables of a thermoelectric power plant using a combined cycle with integrated solar collectors is analyzed. A combined cycle with integrated solar collectors plant (Integrated Solar Combined Cycle, ISCC) consists of three main components: i) the combined cycle power plant, ii) the field of distributed solar collectors and iii) a solar vapor generator. In this work, the combined cycle power plant and the distributed solar collector’s plant are integrated by adding a solar vapor generator to the solar plant that produces vapor for the ISCC plant. Material and energy balances are performed in the solar vapor generator and the computational implementation is done using Matlab-Simulink®. The pieces of equipment of both plants, the combined cycle power plant and the ISCC plant, are the same and the only change done is the source of energy that heats part of the vapor that goes to the super heater. The main variable of interest that is analyzed using the simulator is the flow of vapor that is produced in the solar vapor generator and that contributes with a maximum of 10% of the total vapor consumed during the peak hours of solar radiation (11 am to 15 pm). The simulator developed in this work represents a good tool to study the effects of variation of daily solar radiation in a combined-solar plant.