Coincidencia de diseños de bombas de agua de alimentación con avances en centrales eléctricas alimentadas con gas

Jul 14, 2023

Bomba de agua de alimentación sin aislamiento. (Fuente de la imagen: Sulzer Ltd.)

Los fabricantes de turbinas de gas han desarrollado unidades más grandes y eficientes, que deben contar con el apoyo de bombas de agua de alimentación (FWP) avanzadas para garantizar la confiabilidad a largo plazo y la rentabilidad.

Patrick Welz, director de licitaciones de EMEA para Sulzer, analiza cómo los operadores y los fabricantes pueden trabajar juntos para optimizar el rendimiento y la confiabilidad.

En los últimos 20 años, las instalaciones eólicas y solares han proporcionado una cantidad cada vez mayor de energía. Estas fuentes renovables producen energía de manera intermitente, lo que significa que las instalaciones más tradicionales, como las centrales eléctricas de ciclo combinado, ahora deben tener la capacidad de compensar la producción restante para satisfacer la demanda.

Al mismo tiempo, el tamaño de las turbinas de gas también ha aumentado con la llegada de la clase H, que se puede instalar en centrales eléctricas de ciclo combinado para generar hasta 1.600 MW. El diseño y la construcción de estas instalaciones es una tarea importante que requiere una considerable experiencia en planificación e ingeniería para garantizar un proyecto rentable y confiable.

Satisfacer la demanda Las turbinas de gas de clase H han sido desarrolladas por los cuatro principales fabricantes de este equipo para satisfacer el crecimiento esperado de la demanda en todo el mundo. Esto se ha combinado con la mayor capacidad de generación a partir de fuentes renovables, para proporcionar una red de distribución más robusta. Además, se sigue instalando la tecnología existente en los ciclos combinados de menor tamaño.

Como resultado, muchas turbinas de gas ya no funcionan continuamente, sino que se ponen en funcionamiento cuando la demanda lo requiere. Esto puede significar varios ciclos de parada y arranque cada día, lo que puede presentar nuevos desafíos para todos los equipos de la planta de energía.

Durante la fase de diseño inicial de la turbina de clase H, los fabricantes se dieron cuenta de que la gran escala de la producción, así como la demanda variable, requerirían cambios de diseño en algunos de los otros equipos. Aprovecharon la oportunidad de trabajar con fabricantes de bombas como Sulzer en el desarrollo de bombas optimizadas junto con el trabajo en las turbinas. De esta manera, cuando la nueva turbina de clase H estuvo lista para ser lanzada, también hubo un conjunto completo de bombas y otros equipos que coincidían con las demandas de rendimiento y que podían instalarse como una solución completa de generación de energía.

Estudio de caso: operación flexible y eficiente En términos de tamaño, las bombas de agua de alimentación se dirigen al campo y se especifican para que coincidan con la configuración de la planta de energía. En una solución 1 a 1, donde una turbina de gas funciona con una turbina de vapor, normalmente habría dos FWP en un arreglo de servicio/reserva. En un arreglo 2 en 1, habría tres FWP, dos de ellos funcionando en condiciones normales y uno en espera.

Una de las instalaciones más recientes que involucró una turbina de gas de clase H fue en Keadby 2, Reino Unido, donde la planta de energía de 840 MW es una de las más eficientes del mundo. Para lograr sus niveles de rendimiento líderes en su clase, la planta utiliza una gran cantidad de tecnologías avanzadas, y la empresa de energía del Reino Unido SSE Thermal se asoció con los principales proveedores de tecnología de todo el mundo para diseñar y construir la planta de energía.

Mientras Siemens Energy diseñaba la nueva turbina de gas que se utilizaría en la instalación, Sulzer mejoraba su gama de productos para satisfacer los requisitos de mayor rendimiento de este equipo. De hecho, a través de una estrecha cooperación con los principales fabricantes de turbinas de gas, Sulzer diseñó la primera bomba de agua de alimentación MD de su clase, que se instaló en Keadby 2, para adaptarse a las diferentes condiciones de operación y mejorar la eficiencia general.

La central eléctrica utiliza una solución 1 a 1 y la configuración de la bomba de agua de alimentación de Sulzer fue seleccionada como la más adecuada para la aplicación. Uno de los aspectos más destacados del diseño es el sistema de equilibrio de empuje hidráulico, que incluye un tambor de equilibrio y un cojinete de empuje que se han desarrollado para una larga vida útil en condiciones de funcionamiento extremas. Los rodamientos y el sistema de lubricación también están optimizados para esta aplicación y el sistema completo no se ve afectado por las rápidas variaciones de temperatura asociadas con las frecuentes operaciones de arranque y parada.

Construyendo para el futuro El proceso de diseño y construcción de nuevas centrales de ciclo combinado es largo y complejo; Los contratos de adquisición y construcción de ingeniería (EPC) cubren los principales aspectos de diseño con el objetivo de entregar el proyecto dentro del presupuesto. Cuando se trata de las numerosas bombas involucradas, el EPC se asegurará de que el nuevo equipo cumpla con las especificaciones del proyecto.

Muy a menudo, en proyectos de esta escala, participará más de un EPC, y cada uno tendrá la responsabilidad de una determinada parte del proyecto. Sin embargo, esto puede significar que los responsables de las bombas de agua de alimentación no interactúen con el equipo que trabaja en otros activos. Al derribar esta barrera, un fabricante experto de bombas, como Sulzer, puede ofrecer una solución más optimizada, que incluye otros servicios de bombas principales, como la extracción de condensado y las bombas de agua de refrigeración junto con otras bombas auxiliares, con ahorros logísticos y de adquisición para el proyecto.

Además, a menudo hay poca consideración por el rendimiento a largo plazo de las bombas y sus costos generales del ciclo de vida (LCC). Para el operador, la confiabilidad comprobada con los bajos costos de mantenimiento asociados y la eficiencia óptima son factores clave para la rentabilidad de la planta.

Rendimiento optimizado Además de respaldar las cifras de eficiencia líderes en el mundo, las bombas MD también contribuyen al objetivo de minimizar el mantenimiento. Los operadores de Keadby 2, por ejemplo, se han comprometido en un contrato de servicio a largo plazo de 15 años, el primero de este tipo para una turbina de gas de clase HL en Europa. Las características de diseño de las bombas de Sulzer ofrecen una disponibilidad líder en la industria con una construcción robusta y requisitos de mantenimiento muy bajos.

Para el operador de la planta, el rendimiento y la confiabilidad son muy importantes y esto se aplica a todos los activos en el sitio. Seleccionar un fabricante que pueda ofrecer una gama de productos para cumplir con las especificaciones y los requisitos de calidad del proyecto puede tener ventajas significativas para simplificar el mantenimiento de rutina y las piezas de repuesto.

Además, cuando los proveedores clave han colaborado en el diseño de sus productos, se asegura su compatibilidad y se simplifica la integración con la planta más amplia. Para la última generación de turbinas de gas, los operadores pueden estar seguros de que la infraestructura de bombas de apoyo ha sido optimizada y completamente probada para esta aplicación.

Enfoque coordinado Al trabajar más de cerca con un fabricante que tiene la experiencia en diseño para ofrecer soluciones de bombeo completas, se pueden obtener beneficios significativos. Involucrar al fabricante de la bomba en el diseño de la infraestructura alrededor de los activos de la bomba, por ejemplo, puede garantizar un mejor rendimiento de la bomba y minimizar el espacio y el costo de la estructura.

Cada central eléctrica a gas, independientemente del tamaño de la turbina, puede beneficiarse de la experiencia en diseño disponible de un fabricante de bombas con experiencia en el sector de la generación de energía. Al trabajar más estrechamente, los EPC pueden lograr objetivos de rendimiento y presupuesto, mientras que los operadores pueden recibir un sistema optimizado que proporciona confiabilidad y eficiencia a largo plazo.

Fuente: Sulzer Ltd.