INTRODUCCIÓN CICLOS COMBINADOS VS. DINÁMICA DEL SECTOR GAS Agosto de 2019 JORNADAS TÉCNICAS SUBCOMITÉ DE PLANTAS Jornada Técnica SP - CNO

CONTENIDO

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Principios generales ciclos combinados

Tipos de mantenimiento turbinas ciclo combinado

Impactos de la regulación de gas natural en la operación

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HISTORIA DE TEBSA 1992

1994

1995

2016

TEBSA nace como consecuencia de la crisis energética de 1992, que se dio bajo el gobierno del presidente César Gaviria, época que los colombianos recordamos como “El apagón”.

En 1994 se establece la Ley 142 y 143 para la regulación de los servicios públicos domiciliarios y la generación de energía eléctrica.

Durante dos años, el país tuvo que racionar cerca de 5.000 GW/h equivalente aproximadamente a dos meses del consumo de nacional de energía.

TEBSA fue uno de los pioneros en la inversión privada en el sector eléctrico. El ingreso de nuevas tecnologías, como la de ciclo combinado, ha redundado en un más alto nivel de capacitación de la fuerza laboral técnica local y sus beneficios hacia la comunidad han sido incalculables.

TEBSA suscribe un contrato de PPA para la venta de energía, aportando confiabilidad al país y soporte al desarrollo industrial y comercial de la costa atlántica.

El 21 de Abril de 2016 TEBSA después de la finalización del PPA, inicia su participación directa en el Mercado de energía mayorista y el mercado de gas natural en Colombia convirtiéndonos en un referente para el mercado.

Este hecho se dio principalmente por razones coyunturales y estructurales: la sequía que se atravesó en el momento y el desequilibrio entre la generación hidráulica y térmica. El objetivo era generar proyectos de energía térmica para llevar una relación de un 80% - 20% a un 70% 30% y así mismo, recuperar el porcentaje térmico que estaba en muy malas condiciones.

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Termobarranquilla S.A. E.S.P.

Terreno de 40 hectáreas INTRODUCCIÓN CICLOS COMBINADOS VS DINÁMICA DEL SECTOR GAS

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1 Principios generales ciclos combinados

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Principios generales ciclos combinados ¿Qué es un Ciclo Combinado? Es un ciclo de potencia que se basa en el acoplamiento de dos ciclos diferentes, uno de turbina de vapor (ciclo rankine) y otro de turbina de gas (ciclo Brayton). El calor no utilizado por uno de los ciclos se emplea como fuente de calor del otro. De esta forma los gases calientes de escape del ciclo de turbinas de gas entregan la energía necesaria para el funcionamiento del ciclo de vapor acoplado. Esta configuración permite un muy eficiente empleo del combustible.

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Principios generales ciclos combinados Ciclo BRAYTON El aire entra al compresor (1), a las condiciones de presión, temperatura y humedad relativa del sitio. Posteriormente, dicho aire es comprimido adiabáticamente (sin adición de calor) en el compresor. Como resultado de dicha compresión las propiedades termodinámicas del aire cambian según se muestra en la imagen.

Una vez el aire comprimido sale del compresor, entra a la cámara de combustión (2) en la cual se adiciona combustible. El proceso de combustión se realiza a presión constante y genera un aumento considerable en la temperatura de los gases producto de la combustión. Después de pasar por la cámara de combustión, los gases a alta presión y temperatura, son dirigidos hacia la sección de turbina (3). Los gases de combustión salen de la turbina (4) a temperaturas alrededor de 500°C.

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Principios generales ciclos combinados Ciclo BRAYTON GAS

Admisión aire

Admisión aire

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Principios generales ciclos combinados FUNCIONAMIENTO DEL CICLO COMBINADO

Turbina a vapor Energía Eléctrica Agua desmineralizada Vapor Gases de combustión

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Principios generales ciclos combinados FUNCIONAMIENTO DEL CICLO COMBINADO

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Principios generales ciclos combinados Mejoras implementadas al TEBSA ciclo combinado – turbinas de gas ✔En coordinación con el fabricante de los equipos (ALSTOM hoy GE) y alineado con los valores corporativos, TEBSA ha realizado los mantenimientos, modificaciones e inversiones necesarias para garantizar el estado del arte tecnológico para las Unidades, logrando el mejor desempeño (eficiencia) y la máxima Capacidad disponible del ciclo combinado. ✔Como resultado de lo anterior, TEBSA cuenta hoy en día, con un ciclo combinado que tiene una Capacidad de Generación de hasta 815 MW. Casas de filtros modificadas

Mejoras durante inspecciones Tipo C en turbinas de gas: ✔ Actualización en las turbinas GT11N2 a versión XL ✔ Compresores con nuevo diseño, más eficientes.

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Principios generales ciclos combinados Mejoras implementadas al TEBSA ciclo combinado – turbinas de vapor Mejoras durante inspecciones Tipo C turbinas de vapor: ✔Nuevo rotor de generador para las Turbinas de vapor ST14 y ST24. ✔Reemplazo del estator del generador, carcasas de la turbina de alta presión y álabes móviles L0 y L1 de la turbina de baja presión de la ST14. ✔Rotor compresor turbina reacondicionado para la GT11.

Como solución a los problemas encontrados en la parte de baja presión de las Turbinas a vapor, el fabricante recomienda trabajar las unidades en carga base o en su defecto, mínimo hasta el 50% de su capacidad efectiva neta, que equivale a 85 MW por unidad (CEN= 170 MW). INTRODUCCIÓN CICLOS COMBINADOS VS DINÁMICA DEL SECTOR GAS

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Principios generales ciclos combinados Estadísticas de TEBSA ciclo combinado

TEBSA Ciclo Combinado ha respondido a las solicitudes presentadas por el CND brindando confiabilidad al sistema INTRODUCCIÓN CICLOS COMBINADOS VS DINÁMICA DEL SECTOR GAS

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Principios generales ciclos combinados Estadísticas de TEBSA ciclo combinado

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2 Tipos de mantenimiento turbinas ciclo combinado

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Tipos de mantenimientos Turbina ciclo combinado Inspección tipo A y tipo B Turbinas de gas INSPECCIÓN TIPO A

INSPECCIÓN TIPO B

Es una inspección que involucra principalmente las partes de la ruta del gas caliente. Esta verificación se emplea para: - identificación temprana de cambios en la condición de las partes de la ruta del gas caliente. - Iniciación de las acciones de rectificación según sea necesario. - Obtener una impresión general de la turbina a gas.

Además de las inspecciones que se realizan en la inspección tipo A, se hace verificación del equipo de seguridad de la Turbina a Gas y del Sistema Hidráulico y de control electrónico y sistemas indicadores del conjunto turbogas. Duración aproximada: 3 a 5 Días.

Duración Aproximada: 3 días.

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Tipos de mantenimientos Turbina ciclo combinado Inspección tipo C Turbinas de gas Características de inspecciones Tipo C: ✔Se planean con suficiente Antelación. ✔Se verifican componentes importantes y equipos de seguridad, control y monitoreo de turbinas de gas. ✔Se remueven carcazas y se expone el rotor. ✔Se realizan trabajos inspecciones Tipo A y B.

de

rectificación

hallados

en

De acuerdo con lo estipulado en el Artículo 12 de la Resolución MINAMBIENTE 909 de 2008, sobre emisiones atmosféricas, la frecuencia de las mediciones directas en las centrales térmicas debe realizarse al finalizar el mantenimiento de la zona caliente recomendado por el fabricante. DURACIÓN APROXIMADA: 30 A 45 DÍAS. INTRODUCCIÓN CICLOS COMBINADOS VS DINÁMICA DEL SECTOR GAS

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Tipos de mantenimientos Turbina ciclo combinado Ciclos de Mantenimientos de turbinas a GAS por número de EOH´s

9000

A

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9000

9000

9000

9000

18000

27000

36000

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36000

B

A

C

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A

B

A

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Tipos de mantenimientos Turbina ciclo combinado Inspección menor y mayor turbinas a vapor INSPECCIÓN MENOR

INSPECCIÓN MAYOR

- Apertura de la carcasa de la turbina , si es necesario. - Inspección visual de la última etapa de álabes de la turbina de baja presión. - Inspección de rodamientos e inspección de las válvulas de vapor. - Mantenimiento del sistema de control de la turbina, de la bomba de aceite, etc. - Examen de los sistemas de condensación y de alimentación de calor. - Inspección visual de las bobinas del estator, sus barrajes, terminales y verificación del equipo de excitación.

Comprende un examen completo de todo el conjunto generador turbina de vapor: - Apertura de la carcasa de la Turbina - Examen de los álabes. - Examen completo de los acoplamientos. - Desarme y examen del rotor del generador. - Inspección de todo el núcleo del estator. - Desmontaje e inspección del equipo de excitación.

DURACIÓN APROXIMADA: 10 DÍAS

DURACIÓN APROXIMADA: 30 A 35 DÍAS

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Tipos de mantenimientos Turbina ciclo combinado Ciclos de mantenimientos de turbinas a vapor por número de EOH´s

GENERADOR

TURBINA

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Tipos de mantenimientos Turbina ciclo combinado Operar por debajo de mínimo técnico ✔Operación a carga o baja o mínimo técnico genera deterioro en la parte de baja presión de turbinas de vapor. ✔Operar turbinas de vapor a temperaturas inadecuadas genera condensación del vapor que se convierten en “proyectiles” que terminan erosionando los materiales. ✔En operación continua, tales turbinas de vapor en operación por debajo del mínimo técnico tienen implicaciones que compromete la confiabilidad.

✔Operar en cargas bajas dificulta el aseguramiento de la combustión estable.

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Tipos de mantenimientos Turbina ciclo combinado Efectos de ciclaje ciclo combinado ● Los tiempos de arranque más rápidos generan mayor estrés térmico a los componentes de una planta. ● Ante repetitivos arranques, la temperatura Firing resulta de alto nivel de estrés para las componentes de una planta

● Desoptimización del consumo de combustible, dado que las mismas al ser requeridas, podría conllevar a que las turbinas de vapor queden en reserva. ● El aumento del ciclaje en la operación de las centrales eléctricas de ciclo combinado es técnicamente posible pero reduce la vida útil de los activos de generación. ● Las centrales eléctricas térmicas en sistemas con una alta participación de fuentes renovables variables pueden aumentar los costos de operación y mantenimiento aproximadamente en un 2 – 5%. INTRODUCCIÓN CICLOS COMBINADOS VS DINÁMICA DEL SECTOR GAS

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Tipos de mantenimientos Turbina ciclo combinado Acumulación de daño por fatiga termomecánica ◼ El daño por fatiga se calcula típicamente como un porcentaje de la vida útil que se consume en un “ciclo de operación”. ◼ Un “ciclo de operación” es una combinación de modos de operación de manera que la condición final es la misma que la condición inicial. Por tanto, un ciclo de operación requiere dos modos de operación opuestos: - Arranque/parada - Rampa a subir/rampa a bajar (si y final son iguales).

potencia inicial

◼ Considerando que el ciclo combinado tiene que compensar la producción renovable, el perfil de operación cambia.

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3 Impactos de la regulación de gas natural en la operación

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Impactos de la regulación de gas natural en la operación Tiempos de avisos para la logística del recurso primario

TIEMPOS DE AVISOS PARA LA LOGÍSTICA DEL RECURSO PRIMARIO

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Impactos de la regulación de gas natural en la operación Riesgos en la operación de las plantas ▪ ▪ ▪ ▪

Incurrir en Variaciones de Salida Netas Negativas con el Transportador. Penalizaciones por Incumplimiento de Gas Natural. Penalizaciones por ocurrencia de Desviaciones en Despacho de energía. Posible Desatención de Demanda de Energía Eléctrica y Gas Natural.

CONDICIÓN: Presiones Bajas en Gasoducto del Remitente

Aumento de Generación Térmica

¿COSTO DE COMBUSTIBLE?

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Impactos de la regulación de gas natural en la operación Riesgos en la operación de las plantas ▪ ▪ ▪ ▪ ▪

Posibilidad de NO Autorización de re-nominación solicitada por el agente generador al transportador. Aplicación de Res. CREG 008 de 2018 (Balances de Gas Natural con el transportador). Riesgos en la operación de Gasoductos. Posible riesgo de desatención de demanda de gas por ocurrencias de fallas en condiciones no deseadas. Carga Adicional a la operación de la planta.

Disminución de Generación Térmica

Presiones Altas en Gasoducto del Remitente

¿COSTO DE COMBUSTIBLE?

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¡GRACIAS!

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