Este trabajo describe la implementación de la metodología tradicional para la estimación del rendimiento y la potencia eléctrica generada por turbinas de vapor húmedo en centrales termoeléctricas nucleares (Central Nuclear de Santa María de Garoña). El objetivo es demostrar si la metodología tradicional es suficientemente precisa para la simulación de este tipo de centrales, e identificar oportunidades de mejora del modelo que permitan minimizar las desviaciones entre los parámetros simulados y los valores realmente medidos.
Resumen:
La metodología tradicional para el cálculo de la potencia y el rendimiento de turbinas de vapor húmedo se basa en los procedimientos desarrollados por la American Society of Mechanical Engineers, el ASME PTC6. Estos procedimientos fueron introducidos por primera vez en el año 1915 y fueron evolucionando y adaptándose paralelamente a la construcción y puesta en funcionamiento de las centrales térmicas convencionales y nucleares hasta su última edición en el año 2004.
Los modelos actuales para la simulación del comportamiento de turbinas de vapor en centrales nucleares concretas, se basan en la estimación de la potencia y el rendimiento de las turbinas de vapor mediante el ASME PTC6. El procedimiento estima la presión en los diferentes puntos de extracción mediante la Ley de Stodola, y calcula los caudales másicos extraídos en los diferentes puntos de la turbina mediante el balance térmico de los calentadores de agua de alimentación. Para el balance térmico de los calentadores se aplica el supuesto de que las temperaturas extremas que los definen (“Terminal Temperature Difference” o TTD, y “Drain Cooling Approach” o DCA) son constantes e iguales a las temperaturas de diseño. De este modo, es posible realizar el cálculo completo de la instalación sin necesidad de emplear trazadores, que implican complicadas maniobras en la instalación y limitan su uso a pruebas específicas.
Esta metodología ha sido empleada en el trabajo para calcular la potencia y el rendimiento de la instalación de la Central Nuclear de Santa María de Garoña, una turbina de vapor húmedo construida en los años sesenta.
A partir de este procedimiento de cálculo, se ha modelado completamente el ciclo Rankine bajo el que opera la instalación, con objeto de simular su funcionamiento a cargas próximas a las de diseño. Los parámetros simulados se han comparado, no sólo con los estimados por el fabricante al 100% de potencia, sino con los registrados durante diversas pruebas de eficiencia realizadas en los años noventa en la propia instalación.
El resultado del trabajo constata el hecho de que, a cargas próximas a las de diseño de la central, los valores estimados mediante la simulación se corresponden razonablemente con las mediciones experimentales, si bien se identifican posibles áreas de mejora que pudieran incrementar la precisión del modelo a la hora de predecir las temperaturas, presiones y entalpías de los diferentes estados termodinámicos del ciclo. El modelo permite no sólo detectar éstas posibles áreas de mejora sino también aquellos puntos de la instalación en los que la instrumentación del proceso no está funcionando adecuadamente.
El trabajo forma parte de la tesis doctoral de Mario Álvarez Fernández, profesor asociado del Área de Máquinas y Motores Térmicos de la Universidad de Burgos y codirigida por los doctores Cristina Alonso Tristán, Profesora Titular de la misma Universidad y Luis Alfonso del Portillo, profesor de la Universidad del País Vasco.
Palabras clave: centrales termoelectricas nucleares; balance energético; turbinas; Nuclear power plant; Wet-steam turbine.
Referencia bibliográfica del artículo:
Alvarez-Fernandez, M., del Portillo-Valdes, L., & Alonso-Tristan, C. (2016). Thermal balance of wet-steam turbines in nuclear power plants: A case study. Applied Thermal Engineering, 93, 598-605. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2015.09.051
Dirección de contacto con el autor:
Cristina Alonso-Tristan (catristan@ubu.es). Universidad de Burgos. Departamento de Ingeniería Electromecánica. Área Máquinas y Motores Térmicos. Grupo de Investigación Solar and Wind Feasibility technologies (SWIFT).
Datos de la revista:
Applied Thermal Engineering (Elsevier). ISSN: 1359-4311
- Revista indexada en Science Citation Index (WOS)
- Factor de impacto (2014): 2,739 Q1 posición 8/130 en la categoría Engineering Mechanical. (Fuente consultada Journal Ctitation Report®)
- SCImago Journal Rank (SJR): 1,523 Q1 posición 13/158 en la categoría Energy Engineering and Power Technology.
Otra información relevante:
Álvarez Fernández, M. and Alonso-Tristán, C. (2011). A new model for the analysis and simulation of steam turbines at partial and full load. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 133(11), p. 113002 (10 p.). DOI: 10.1115/1.4003643
Álvarez-Fernández, M., Portillo-Valdés, L.D. and Alonso-Tristán, C. (2014). Thermal analysis of closed feedwater heaters in nuclear power plants. Applied Thermal Engineering, 68(1-2), p. 45-58. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2014.04.006.
Resumen redactado por Cristina Alonso Tristán.
