Este tutorial es una mirada rápida al mundo de las bombas centrífugas en termosolares así como a los servicios característicos que prestan.
El autor de este post es Víctor Ruiz.
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El sector solar termoeléctrico
Como introducción, vamos a analizar los siguientes gráficos realizados a partir de los datos del borrador de febrero de 2019 del Plan Nacional Integrado de Energía y Clima para España.
¡¡¡Buenas noticias para el sector solar termoeléctrico!!!
- Se prevé la instalación de nuevas plantas en España: de los 2,3 GW instalados actualmente se va pasar a 7 GW en 2030.
- Con un 4,5% de la potencia instalada, se va a generar el 7% de la energía total. ¿Cómo es esto posible? La respuesta está en la capacidad de almacenamiento que ofrecen las centrales termosolares. El Plan habla de centrales termosolares con 9 horas de almacenamiento como un elemento necesario para adaptar la curva de generación a la curva de demanda.
Al igual que en caso español, tendencias cuanto menos similares se esperan en países con buena radiación solar.
Dicho esto, y con nuestros sistemas de almacenamiento térmico cargados, pasamos a ver algunas de las características de las bombas de las centrales termosolares.
En general hablar de plantas de generación termosolar implica operación cíclica, operación a cargas parciales y choques térmicos…… cuidado con esto que hace que no sea apropiado instalar cualquier tipo de equipamiento.
Bombas centrífugas en termosolares cilindro-parabólicas
Las bombas que aquí se describen son las típicas para centrales de colector cilindro-parabólico y aceite térmico como fluido caloportador por el campo solar. En el próximo curso Bombas Centrífugas en Termosolares, se analizarán además de estas, las condiciones de operación y particularidades de las bombas de sales para las centrales de torre y otras configuraciones.
Bombas de sales fundidas para almacenamiento térmico
Sin duda, esta son las bombas más particulares de toda la central. Hay bombas de sales frías y de sales calientes. Las sales frías, están tan frías como 290ºC (en algún caso más) y las sales calientes, tan calientes como 390ºC.
Su misión es bombear sales desde el tanque de sales frías al tanque de sales calientes y viceversa pasando a través de un intercambiador de calor sales-aceite térmico. Esto se hace en función de si la planta está en modo de carga del almacenamiento o de generación de electricidad con la energía térmica acumulada.
Estas bombas son:
- Del tipo vertical de pozo profundo, VS1 según nomenclatura de API 610.
- Van instaladas mediante estructuras auxiliares en los techos de los tanques de sales. Estas estructuras normalmente van en voladizo y desacopladas del tanque.
- Dependiendo de quién sea el fabricante pueden llegar a medir cerca de 20 m de longitud.
- Son accionadas mediante motor eléctrico y variador de velocidad.
Aspectos primordiales a considerar a la hora de seleccionar la bomba:
- Diseño térmico de la bomba en general y en particular del cabezal de descarga.
- Análisis de frecuencias naturales para evitar problemas de vibraciones en todo el rango de operación.
- Sumergencia mínima que permita optimizar la capacidad de almacenamiento térmico de los tanques.
Bombas de circulación de aceite térmico por el campo solar
Hay diversos tipos de bombas de aceite térmico en un planta termosolar con colectores cilindro-parabólicos. En este tutorial nos vamos a centrar en las bombas principales de circulación de aceite por el campo solar.
En este caso, su misión es la de circular aceite térmico por el campo solar y por intercambiadores de calor de generación de vapor y/o almacenamiento térmico para aprovechar la energía solar captada en los colectores cilindro-parabólicos.
Las particularidades de las bombas empleadas son:
- Habitualmente son bombas de gran tamaño (entre 8”y 14”) del tipo horizontal, con rodete entre cojinetes y cuerpo partido radialmente de una etapa.
- Están accionadas mediante motor eléctrico y variador de frecuencia.
- Son uno de los consumidores más importantes de la planta.
- Necesitan certificación ATEX (atmósferas explosivas).
- Van equipadas con sistemas de sellado complejos: sellos dobles y fluido barrera presurizado.
- Operan en un circuito cerrado presurizado y con tanques de expansión para absorber las dilataciones y contracciones del aceite térmico.
Bombas con diámetros de tuberías grandes, trabajo a alta temperatura, configuraciones con bombas en operación y en stand-by por tratarse de un servicio crítico….
Aquí tenemos todos los ingredientes necesarios para que haya discusiones entre el responsable de equipos rotativos y el responsable del cálculo de la tubería y su soportado.
¿Os suenan este tipo de frases?
- Las bombas no están pensadas para soportar a todas las tuberías de la central o,
- Ya pero es que con esfuerzos admisibles 2 x API no entro ni modificando el trazado ni con juntas de expansión
Este será un tema que será tratado con mayor profundidad en los próximos cursos de tubería.
Otras bombas del ciclo de generación de potencia
Bombas de alimentación a caldera
Tal y como su propio nombre indica son las encargadas de proporcionar el caudal y la presión necesaria para alimentar al tren de generación de vapor. En el tren de generación de vapor (TGV) se genera el vapor necesario para accionar la turbina de vapor y el generador de energía eléctrica.
Se trata de bombas de múltiples etapas (entre 8 y 15 etapas), de tipo difusor y anillos acanalados. Son las bombas que más presión tienen que generar en toda la central.
Están accionadas mediante variador de frecuencia ya que operan mucho tiempo a cargas parciales. Van equipadas con válvulas de recirculación para evitar que la bomba trabaje por debajo de su caudal mínimo.
Bombas de extracción de condensado
Llevan el agua del ciclo desde el pozo de condensador hasta el desaireador de la planta pasando por los precalentadores.
Ya que, las plantas termosolares se instalan en zonas áridas habitualmente, la refrigeración del condensador puede hacerse con aire ambiente en vez de con agua.
En los casos en que se emplea un aero-condensador, las bombas de condensado pueden ser del tipo horizontal siempre y cuando tengan un NPSH requerido bajo.
Si el NPSH disponible en el sistema es muy bajo, será necesario emplear bombas verticales instaladas dentro de una camisa o can, para crear el NPSH disponible suficiente para operar satisfactoriamente.
Bombas de circulación
Sirven para suministrar el agua de refrigeración al condensador del ciclo.
A pesar no tener ninguna particularidad para este tipo de plantas y más aun teniendo en cuenta hay muchas plantas termosolares en las que no se emplean estas bombas al emplearse aero-condensadores….. ¿Por qué mencionarlas en este tutorial? Licencia del autor, ya que son las bombas que más me gustaba seleccionar y cotizar. Son las bombas que trasiegan el mayor caudal en la planta.
Resumen y conclusiones
En este tutorial vemos que tenemos buenas noticias para la industria termosolar. Gracias a su capacidad de adaptación entre las curvas de generación y de demanda mediante tecnologías maduras de almacenamiento hacen que sea una alternativa necesaria para la descarbonización de la generación de electricidad.
Las condiciones de operación cíclica, a cargas parciales y los choques térmicos y el bombeo de sales fundidas y aceites térmicos son un gran reto. Se hace necesario el uso de equipos robustos y de altas prestaciones. Por ello es necesario estar al tanto de todo lo relacionado con el uso de las bombas centrífugas en termosolares.
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