DIAGRAMA DE FLUJO

FUNCIONAMIENTO DE LA CENTRAL Principios de generación de energía En el Diagrama de Flujo siguiente se muestran en forma general las principales etapas que tienen lugar, para la generación eléctrica de una Central Termoeléctrica. En el Diagrama se muestra que existen 6 formas de energía antes de que esta pueda salir de la Central. La energía química de combustible se libera combinando combustible y aire en un quemador, que mediante la combustión de esta mezcla, produce en el hogar de la caldera energía térmica. Una parte de la energía térmica o el calor, producto de la combustión en el hogar de la caldera es transmitida al agua y vapor por radiación, transmisión y convección. El resto del calor de los gases sale con estos a través de la chimenea siendo éste, aproximadamente 10% de la energía disponible en los gases de la combustión. El vapor que se produce al calentarse el agua se conduce por tuberías y ya en la turbina, mediante dispositivos llamados toberas la energía calorífica del vapor se transforma en energía cinética, esta energía cinética contenida en el vapor es dirigida mediante aspas fijas a los álabes del rotor de la turbina, ejerciendo una fuerza sobre dichos álabes, lo cual hace que el rotor de la turbina gire. En esta forma la energía cinética de vapor se transforma en energía mecánica mediante la rotación del rotor. La flecha rotatoria mueve el rotor del generador que consiste en un campo magnético que produce líneas de fuerza magnética. Cuando estas líneas de fuerzas magnéticas son cortadas por los conductores de las bobinas del estator, se crea una corriente eléctrica, siendo en esta forma como la energía mecánica de rotación se convierte en energía eléctrica. El vapor que sale de la turbina se condensa en el condensador y en forma de agua retorna al generador de vapor para que se repita el ciclo. La eficiencia del ciclo de vapor es de aproximadamente 40%, la eficiencia mecánica y eléctrica es de alrededor del 97%de la caldera del 85%. De acuerdo con lo anterior la energía aprovechada del combustible al salir en forma de energía eléctrica es de: 0.85 x 0.4 x 0.97 = 0.330 Estas son las etapas básicas para producir energía eléctrica a partir de los combustibles. OPERACIÓN DE LA CENTRAL CONTROL AUTOMATICO DE LA GENERACIÓN Casi todas las compañías generadores tienen líneas de interconexión con las compañías vecinas. Las líneas de interconexión permiten compartir las fuentes de generación en emergencias y economías de la producción de potencia bajo condiciones normales de operación. Con forman las fronteras de una o más compañías. El intercambio neto de potencia en las líneas de interconexión de una área es la diferencia algebraica entre la generación del área y la carga del área (más las pérdidas). Se hace una programación con las áreas vecinas para tales flujos en las líneas de interconexión y mientras un área mantenga el intercambio de potencia programado está, evidentemente, cumpliendo con su responsabilidad primaria de absorber sus propios cambios de carga. Pero como cada área comparte los beneficios de la operación interconectada, también se espera que comparta la responsabilidad de mantener la frecuencia del sistema. Los cambios en la frecuencia ocurren porque varía aleatoriamente la carga del sistema a través del día de manera que no se puede asegurar una predicción exacta de la demanda real de potencia. El desbalance entre la generación de potencia real y la demanda de la carga (más las pérdidas), a través del cielo diario de carga, causa que la energía cinética de rotación se añada o se tome de las unidades generadores en operación y como resultado, la frecuencia a través del sistema interconectado varía. Cada área de control tiene una instalación central llamada centro de control de energía, que mide la frecuencia del sistema y los flujos reales de potencia en las líneas de interconexión con las áreas vecinas. La diferencia entre la frecuencia deseada y la real del sistema se combina con la diferencia del intercambio total programado para formar una medida compuesta, conocida como error de control de área, o simplemente ECA. Para eliminar el error de control de áreas el centro de control de energía envía órdenes a las unidades generadores en las plantas de potencia dentro de su área para controlar las salidas del generador, de manera que se restaure el intercambio de potencia a los valores programados y que se restaure la frecuencia del sistema al valor deseado. La medición, telemetría, procesamiento y funciones de control se coordinan dentro del área individual por medio del sistema de control automático de generación (CAG), basado en computadora, que se tiene en el centro de control de energía.

b) Con el fin de entender las acciones de control en las plantas de potencia, considérese primero la combinación caldera-turbina-generador de una unidad generadora térmica. La mayoría de los turbogeneradores de vapor (y también de las hidroturbinas), que se encuentran en servicio, están equipadas con gobernadores de velocidad de la turbina. La función del gobernador de velocidad es medir continuamente la velocidad turbina-generador y controlar las válvulas reguladores que ajustan el flujo de vapor en la turbina (o la posición de la compuerta en las hidroturbinas), en respuesta a los cambios en la "velocidad del sistema” o frecuencia. Se usarán los términos velocidad y frecuencia indistintamente porque describen, cantidades que son proporcionales. Con el fin de permitir la operación en paralelo de las unidades generadores, la característica que gobierna la velocidad en función de la potencia de salida de cada unidad tiene una pendiente decreciente que significa que un incremento en la carga viene acompañado de un decremento en la velocidad, de la manera mostrada por la línea recta de la figura 1 a). La pendiente decreciente en por unidad o regulación de velocidad Rn de la unidad generadora, se define como la magnitud del cambio de la velocidad en estado permanente (expresada en por unidad de la velocidad nominal), cuando la salida de la unidad se reduce gradualmente desde la potencia nominal de 1.00 por unidad hasta cero. Así, la regulación por unidades es simplemente la magnitud de la pendiente de la característica velocidad-potencia de salida cuando el eje de la frecuencia y el eje de la potencia de salida están en por unidad de sus respectivos valores nominales. La unidad aislada de la figura 1 podría continuar operando a la frecuencia reducida f si no fuera por la acción de control suplementario del cambiador de velocidad. El mecanismo de control de velocidad tiene un motor de cambio de velocidad que puede variar paralelamente la característica de regulación a la nueva posición mostrada por la línea punteada de la figura 1 b). Efectivamente, el cambiador de velocidad complementa la acción del gobernador al cambiar la velocidad para permitir más energía desde la fuente mecánica, a través de un incremento de la energía cinética de la unidad generadora de manera que esta pueda operar nuevamente a la frecuencia deseada. El siguiente diagrama de bloques ilustra la operación de control por computadora de un área en particular.

El diagrama a bloques indica el flujo de información por computadora que controla un área en particular. Los números encerrados en círculos que son adyacentes al diagrama identifican las posiciones sobre él que permiten simplificar el análisis que se hará de la operación de control. Los círculos mas grandes en el diagrama que encierran los símbolos x o E, indican los puntos de multiplicación o suma algebraica de las señales que entran en ellos. En la posición 1 se indica el procesamiento de información del flujo de potencia en las líneas de interconexión con las otras áreas de control. En la posición 2 se resta el intercambio total programado del intercambio total real.