Les centrals tèrmiques de cicle combinat

1. Què és una central tèrmica de cicle combinat

Una central tèrmica de cicle combinat és una central on es genera electricitat mitjançant la utilització conjunta de dues màquines generadores:

a) Un turbogrup de gas

b) Un turbogrup de vapor

Així, per a transformar l’energia del combustible en electricitat se superposen dos cicles:

• El cicle de Brayton (turbina de gas). Agafa l’aire directament de l’atmosfera i el sotmet a un escalfament i compressió per a aprofitar-lo com a energia mecànica o elèctrica.
• El cicle de Rankine (turbina de vapor). Es relaciona el consum de calor amb la producció de treball o creació d’energia a partir de vapor.

Les característiques principals de les centrals tèrmiques de cicle combinat són:

• Flexibilitat. La central pot operar a plena càrrega o amb càrregues parcials, fins a  un mínim aproximat del 45% de la càrrega màxima.
• Eficiència elevada. El cicle combinat proporciona més eficiència per un marge més ampli de potències.
• Consideracions mediambientals. Les seves emissions són més baixes.
• Cost d’inversió baixa per MW instal·lat, períodes de construcció curts, menor superfície per MW instal·lat i baix consum d’aigua de refrigeració.

2.  Avantatges del cicle combinat

• Menor impacte visual i costos menors d’inversió.
• Menors emissions i estalvi energètic en forma de combustible.
• Major rendiment de la planta i flexibilitat en l’operació.
• Major eficàcia per a una àmplia categoria de potències.

3.  Esquema bàsic d’una CTCC (central tèrmica de cicle combinat)

4. Parts fonamentals d’una central de cicle combinat

Per a entendre el funcionament d’una central tèrmica de cicle combinat, que us explicarem en el punt següent, cal saber-ne, primer, les parts que la formen:

Turbina de gas

Consta de compressor, cambra de combustió i la turbina mateixa.

• Compressor. Generalment és un compressor per etapes i la seva funció és injectar l’aire a pressió per la combustió del gas i a la refrigeració de les zones calentes.
• Cambra de combustió. En aquest punt de la instal·lació és on es barregen el gas natural amb l’a ire a pressió i es produeix la combustió.
• Turbina de gas. S’hi produeix l’expansió de gasos que provenen de la cambra de combustió. Consta de tres o quatre etapes d’expansió. La temperatura dels gasos a l’entrada és d’uns 1.400 ºC aproximadament, i quan surt de la turbina ho fa a  temperatures superiors als 600 ºC.
• Caldera de recuperació

En aquesta caldera convencional la calor dels gasos que provenen de la turbina de gas s’a profiten en un cicle d’aigua-vapor.

Turbina de vapor

Aquesta turbina acostuma a tenir tres cossos i es basa en la tecnologia convencional. És molt habitual que la turbina de gas i la turbina de vapor es trobin acoblades a un mateix eix, de manera que accionen un mateix generador elèctric.  

5. Funcionament d’una central de cicle combinat

En primer lloc, l’aire es comprimeix a alta pressió al compressor, després passa a la cambra de combustió, on es barreja amb el combustible. A continuació, els gasos de combustió passen per la turbina de gas on s’expansionen i la seva energia calorífica, que es transforma en energia mecànica, es transmet a l’eix de la turbina. 

Els gasos que surten de la turbina de gas es porten a una caldera de recuperació de calor per a produir vapor. A partir d’aquest moment tenim un cicle aigua-vapor convencional, que trobareu explicat en l’apartat de centrals tèrmiques convencionals. A la sortida de la turbina el vapor es condensa (es transforma novament en aigua) i torna a la caldera per començar un nou cicle de producció de vapor.

Actualment, la tendència és acoblar la turbina de gas i la turbina de vapor a un mateix eix de manera que accionen conjuntament un mateix generador elèctric.

6. Impactes mediambientals de les centrals de cicle combinat

La utilització de gas natural per a la generació d’electricitat mitjançant la tecnologia del cicle combinat es troba dins de la política mediambiental d’un gran nombre de països, ja que ofereix una gran quantitat d’avantatges en comparació amb la resta de tecnologies de producció elèctrica. En concret, les emissions de CO2 en relació amb els KWh produïts són menys de la meitat de les emissions d’una central convencional de carbó.