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Turbina de gas de ciclo cerrado

Esquema de turbina de gas de ciclo cerrado Conjunto de compresor

C y turbina T w intercambiador de calor de alta temperatura ʍ intercambiador de calor de baja temperatura ~ carga mecánica, p. ej. generador eléctrico


Una turbina de gas de ciclo cerrado es una turbina que utiliza un gas (por ejemplo, aire, nitrógeno , helio , argón , [1] [2] etc.) como fluido de trabajo como parte de un sistema termodinámico cerrado . El calor se suministra desde una fuente externa. [3] Estas turbinas de recirculación siguen el ciclo Brayton . [4] [5]

Fondo

La patente inicial para una turbina de gas de ciclo cerrado (CCGT) se emitió en 1935 y se utilizaron por primera vez comercialmente en 1939. [3] Se construyeron siete unidades CCGT en Suiza y Alemania en 1978. [2] Históricamente, las CCGT encontraron mayor uso como motores de combustión externa "con combustibles como carbón bituminoso , lignito y gas de alto horno ", pero fueron reemplazadas por turbinas de gas de ciclo abierto que usaban combustibles de combustión más limpia (por ejemplo, " gas o petróleo ligero "), especialmente en sistemas de ciclo combinado de alta eficiencia . [3] Los sistemas CCGT basados ​​en aire han demostrado una disponibilidad y confiabilidad muy altas. [6] El sistema basado en helio más notable hasta ahora fue Oberhausen 2 , una planta de cogeneración de 50 megavatios que operó de 1975 a 1987 en Alemania. [7] En comparación con Europa, donde se desarrolló originalmente la tecnología, CCGT no es muy conocida en los EE. UU. [8]

Energía nuclear

En 1945 se sugirieron reactores refrigerados por gas que alimentaban turbinas de gas de ciclo cerrado basadas en helio. [8] El reactor nuclear experimental ML-1 a principios de los años 1960 utilizó un CCGT basado en nitrógeno que funcionaba a 0,9 MPa . [9] El reactor modular de lecho de guijarros cancelado estaba destinado a ser acoplado con un CCGT de helio. [10] Los reactores nucleares futuros ( reactores de Generación IV ) pueden emplear CCGT para la generación de energía, [3] por ejemplo, Flibe Energy pretende producir un reactor de torio con fluoruro líquido acoplado a un CCGT. [11]

Desarrollo

Las turbinas de gas de ciclo cerrado son prometedoras para su uso en la futura generación de energía solar de alta temperatura [3] y energía de fusión [2] .

También se han propuesto como tecnología para su uso en la exploración espacial a largo plazo . [12]

Actualmente se están desarrollando turbinas de gas de ciclo cerrado con dióxido de carbono supercrítico ; "la principal ventaja del ciclo de CO2 supercrítico es una eficiencia comparable con el ciclo Brayton de helio a una temperatura significativamente menor" (550 °C frente a 850 °C), pero con la desventaja de una presión más alta (20 MPa frente a 8 MPa). [13] Sandia National Laboratories tiene como objetivo desarrollar una turbina de gas de ciclo cerrado con CO2 supercrítico de 10 MWe para 2019. [14]

Véase también

Referencias

  1. ^ Nitrógeno o aire versus helio para turbinas de gas de ciclo cerrado nuclear | Atomic Insights
  2. ^ abc "UNA EVALUACIÓN DEL CICLO BRAYTON PARA CENTRALES ELÉCTRICAS DE ALTO RENDIMIENTO" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 29 de junio de 2010 . Consultado el 10 de junio de 2012 .
  3. ^ abcde Frutschi, Hans Ulrich (2005). Turbinas de gas de ciclo cerrado. Prensa ASME . ISBN 0-7918-0226-4Archivado desde el original el 21 de diciembre de 2011 . Consultado el 7 de diciembre de 2011 . Nota: el material preliminar (incluido el prefacio y la introducción; enlace PDF) es de acceso abierto .
  4. ^ Termodinámica y propulsión: ciclo Brayton
  5. ^ UNA REVISIÓN DE LA TECNOLOGÍA DE TURBINAS DE GAS DE HELIO PARA REACTORES ENFRIADOS POR GAS DE ALTA TEMPERATURA Archivado el 26 de abril de 2012 en Wayback Machine
  6. ^ Keller, C. (1978). "Cuarenta años de experiencia en turbinas de gas de ciclo cerrado". Anales de energía nuclear . 5 (8–10): 405–422. doi :10.1016/0306-4549(78)90021-X.
  7. ^ "Energía nuclear: pequeños reactores modulares". Ingeniería eléctrica . 7 de junio de 2012 . Consultado el 7 de junio de 2012 .[ enlace muerto permanente ]
  8. ^ ab McDonald, CF (2012). "Experiencia operativa de turbomáquinas de helio en plantas de energía con turbinas de gas e instalaciones de prueba". Ingeniería térmica aplicada . 44 : 108–181. doi :10.1016/j.applthermaleng.2012.02.041.
  9. ^ "Sistema de energía móvil ML-1: reactor en una caja | Atomic Insights". Archivado desde el original el 22 de julio de 2012 . Consultado el 6 de junio de 2012 .
  10. ^ Reunión del Comité Técnico del OIEA sobre "Sistemas de conversión de energía de turbinas de gas para reactores de alta temperatura modulares" [ enlace permanente ] , celebrada del 14 al 16 de noviembre de 2000 en Palo Alto, California. Organismo Internacional de Energía Atómica , Viena (Austria). Grupo de trabajo técnico sobre reactores refrigerados por gas. IAEA-TECDOC--1238, pp:102-113 [ enlace permanente ]
  11. ^ Introducción a Flibe Energy: Vídeo de YouTube (~20 min) y PDF Archivado el 5 de abril de 2012 en Wayback Machine de diapositivas utilizadas
  12. ^ Introducción a las turbinas de gas para no ingenieros (ver página 5)
  13. ^ V. Dostal, MJ Driscoll, P. Hejzlar, «Copia archivada» (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 27 de diciembre de 2010. Consultado el 7 de diciembre de 2011 .{{cite web}}: CS1 maint: copia archivada como título ( enlace ) Serie MIT-ANP , MIT-ANP-TR-100 (2004)
  14. ^ Laboratorios Nacionales Sandia: Ciclo Brayton del CO2 supercrítico

Enlaces externos