Central eléctrica con captura y compresión de CO2.

Central eléctrica (20) que comprende una unidad de potencia (1) con un sistema de captura de CO2 (25) y un compresor de CO2 (7),

caracterizada por que una turbina de vapor (10) está conectada de forma aplicable a un generador (8) a través de un embrague de rotación libre (9), en donde el generador (8) es conectable a una red de energía para suministrar energía a la red y que puede hacerse funcionar como un motor, y en donde el generador (8) está conectado mecánicamente al compresor de CO2 (7).

Central eléctrica con captura y compresión de CO2 CAMPO DE LA INVENCIÓN

La invención se refiere a un método para hacer funcionar una central eléctrica con captura y compresión de C02, así como a una central para llevar a cabo dicho método.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El C02 (dióxido de carbono) se ha identificado como un gas de efecto invernadero principal, CCS (siglas inglesas de captura y almacenamiento de carbono) es considerado como uno de los potenciales medios más importantes para reducir la liberación de gases de efecto invernadero a la atmósfera y para controlar el calentamiento global. En este contexto CCS se define como el proceso de captura, compresión, transporte y almacenamiento de CO2. La captura se define como un proceso en el que se elimina CO2 ya sea de los gases de combustión después de la combustión de un combustible a base de carbono o la eliminación y el procesamiento de carbono antes de la combustión. La regeneración de cualesquiera absorbentes, adsorbentes u otros medios para eliminar el C02 de un gas de combustión o el flujo de gas combustible se considera parte del proceso de captura.

La captura de C02 de la parte trasera o la captura post-combustión es una tecnología comercialmente prometedora para centrales eléctricas de combustibles fósiles incluyendo las CCPP (centrales eléctricas de ciclo combinado). En la captura de la parte trasera, el C02 se elimina de un gas de combustión. El gas de combustión restante se libera a la atmósfera y el C02 se comprime para el transporte y almacenamiento. Existen varias tecnologías conocidas para eliminar el C02 de un gas de combustión tales como absorción, adsorción, separación de membrana y la separación criogénica.

Además de la energía requerida para eliminar el C02 de los gases de combustión, la energía requerida para la compresión de C02 es significativa. Para minimizar las penalizaciones de rendimiento debido a la compresión de C02 se ha sugerido el uso de turbinas de vapor para accionar los compresores de C02. Sin embargo, estas turbinas dependen de la disponibilidad de cantidades suficientes de vapor vivo. Este vapor no está disponible durante la puesta en marcha y/o funcionamiento a carga parcial de una central eléctrica. Dependiendo del tipo de central eléctrica, se necesita un tiempo considerable hasta que el vapor está disponible. Para un funcionamiento del compresor de C02 más flexible los compresores de C02 son, por tanto, típicamente alimentados por motores eléctricos. Éstos aumentan la flexibilidad operativa, pero conducen a costos adicionales, pérdidas en la potencia y la eficiencia de los generadores y motores. Ambas realizaciones se describen en el documento US-4434613-A.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

El objetivo principal de la presente invención es proporcionar un método para el funcionamiento optimizado de una central eléctrica que comprende una unidad de generación de energía con un sistema de captura de dióxido de carbono (C02), y un compresor de C02 con un mínimo de pérdidas durante el funcionamiento normal en el punto de diseño, y que permite el funcionamiento a carga parcial flexible del sistema de captura de C02 y el compresor. Al lograr este objetivo, se puede reducir el impacto de la compresión de C02 en el COE (siglas inglesas de costo de la electricidad), lo que será favorable para la introducción temprana de la CCS en las centrales eléctricas comerciales.

En este contexto una unidad de generación de energía o unidad de potencia comprende una central eléctrica alimentada con combustibles fósiles tal como, por ejemplo, una turbina de gas, un ciclo combinado o una caldera alimentada con carbón con un accionamiento de ciclo de vapor de agua, y un equipo de captura de C02.

La esencia de la invención es un método operativo flexible, que permite el uso de vapor de la unidad de potencia para accionar una turbina de vapor, que acciona el compresor de C02 a través de un embrague de rotación libre acoplado si está disponible una cantidad suficiente de vapor de agua de la unidad de potencia, y para accionar el compresor de C02 por parte del generador, que se utiliza como motor cuando está disponible vapor insuficiente en la unidad de potencia. A veces, cuando no está disponible vapor o el vapor es insuficiente, el embrague de rotación libre está desacoplado y la turbina de vapor puede estar parada o funcionando en vacío.

Para ser capaz de realizar una operación flexible de este tipo de los compresores de C02 y, al mismo tiempo, evitar las pérdidas de potencia y eficiencia debido a la generación de energía eléctrica para el accionamiento de un motor y para evitar las pérdidas del motor, se propone una disposición del compresor de C02 con un generador y una turbina de vapor en un eje.

En esta disposición la turbina de vapor se puede desconectar del generador mediante un embrague de rotación libre (también conocido como embrague de rueda libre o embrague SSS) cuando no hay vapor disponible. El compresor de CO2 es accionado a continuación por el generador, que puede ser hecho funcionar como un motor, por ejemplo con el uso de un SFC (siglas inglesas de convertidor estático de frecuencia).

Con un SFC u otros convertidores de frecuencia, el generador puede ser hecho funcionar con velocidad variable para mejorar la eficiencia del funcionamiento en carga parcial del compresor de CO2. El funcionamiento a velocidad variable es posible si el compresor de CO2 es accionado a baja velocidad con el generador solo y a una mayor velocidad si es accionado por la turbina de vapor o tanto por la turbina de vapor como por el generador en combinación.

Típicamente, durante el funcionamiento en carga parcial en estado estacionario normal y/o en carga base de la central, la turbina de vapor se acopla a través del embrague de rotación libre y el compresor de CO2 sólo es accionado por la turbina de vapor.

La turbina de vapor está dimensionada, por ejemplo, para accionar el generador y el compresor de CO2. Por consiguiente, la central eléctrica es hecha funcionar, típicamente, de manera que el excedente de energía de la turbina de vapor, que sobrepasa la potencia requerida para accionar el compresor de CO2, se convierte en energía eléctrica por medio del generador y se alimenta a la red eléctrica. En una realización, la turbina de vapor está dimensionada de tal manera que en condiciones de diseño la potencia de la turbina de vapor es igual a la capacidad del generador más los requisitos de energía de C02.

En una realización adicional, la central eléctrica se hace funcionar de tal manera que durante el funcionamiento en carga parcial baja y/o en carga la turbina de vapor no está acoplada a través del embrague de rotación libre y por que el compresor de CO2 es accionado por el generador, el cual es hecho funcionar como motor durante este modo de funcionamiento. Una carga parcial baja es típicamente una carga de menos de 30% de la carga base de la central, pero dependiendo del diseño de la central eléctrica, el funcionamiento en carga baja puede ascender hasta el 50% de la carga base de la central. El uso del generador como un motor para accionar el compresor de CO2 es también ventajoso si no está disponible vapor debido a la construcción gradual de una central eléctrica de ciclo combinado o debido a una interrupción de la parte de vapor de una central eléctrica de ciclo combinado, en el que la turbina de gas se hace funcionar en un solo ciclo.

Además, se prevé un funcionamiento de la central eléctrica, en el que la turbina de vapor se acopla al generador y compresor de C02 a través del embrague de rotación libre y tanto la turbina de vapor como el generador accionan el compresor de CO2. Este método de funcionamiento es adecuado para condiciones de carga, en las que el vapor está disponible para accionar la turbina de vapor pero la salida de potencia de la turbina de vapor es menor que la potencia requerida para accionar el compresor de CO2.

Todavía en otra realización de la invención, la central eléctrica comprende una pluralidad de unidades de generación de potencia a partir de las cuales el CO2 capturado es recogido por al menos un colector de CO2. El CO2 recogido por este colector es comprimido por una pluralidad de compresores de CO2. La recogida de CO2 en un colector y la compresión en una pluralidad de compresores de CO2 mejora la flexibilidad de la compresión de CO2 y puede mejorar la eficiencia de la compresión de CO2 a carga parcial. La cantidad de CO2 capturado de una unidad de potencia es proporcional a la salida de potencia. Si un compresor de CO2 se utiliza para comprimir el CO2 de una unidad de potencia, el compresor tiene que ser descargado de manera proporcional a la reducción en el flujo... [Seguir leyendo]

1. Central eléctrica (20) que comprende una unidad de potencia (1) con un sistema de captura de CO2 (25) y un compresor de CO2 (7), caracterizada por que una turbina de vapor (10) está conectada de forma aplicable a un generador (8) a través de un embrague de rotación libre (9), en donde el generador (8) es conectable a una red de energía para suministrar energía a la red y que puede hacerse funcionar como un motor, y en donde el generador

(8) está conectado mecánicamente al compresor de C02 (7).

2. Central eléctrica (20) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que un engranaje está dispuesto entre el compresor de C02 (7) y el generador (8).

3. Central eléctrica (20) de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizada por que el generador (8) es un generador con un convertidor de matriz o una combinación de un generador y un convertidor de frecuencia para permitir la conexión a la red del generador (8), independientemente de la velocidad de funcionamiento del compresor de C02 (7).

4. Central eléctrica (20) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que la unidad de potencia (1) es una central eléctrica de ciclo combinado que comprende una turbina de gas, un HRSG (24), una turbina de vapor (30) y un sistema de captura de CO2 (25).

5. Central eléctrica (20) de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizada por que un sistema entrada de recirculación (4) de los gases de combustión se hace recircular en el aire de entrada (3) de una turbina de gas de la central eléctrica de ciclo combinado.

6. Central eléctrica (20) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que comprende una pluralidad de unidades generadoras de potencia (1) y una pluralidad de compresores de CO2 (7), que están conectados mediante un colector de C02 (16).

7. Central eléctrica (20) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la velocidad de funcionamiento de diseño del compresor de CO2 (7) es diferente de la frecuencia de la red.

8. Método para hacer funcionar una central eléctrica (20) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7 que comprende un sistema de captura de dóxido de carbono (C02), un generador (8), una turbina de vapor (10) y un compresor de C02 (7), caracterizado por que para la compresión de C02 el generador (8) se hace funcionar como un motor para accionar el compresor de C02 (7) cuando está disponible insuficiente vapor para accionar la turbina de vapor (10), y por que la turbina de vapor (10) acciona el compresor de C02 (7) a través de un embrague de rotación libre que se aplica cuando está disponible suficiente vapor.

9. Método para hacer funcionar una central eléctrica (20) de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que durante el funcionamiento en carga parcial en estado estacionario normal y/o en carga base de la central (20), la turbina de vapor (10) se acopla a través del embrague de rotación libre (9) y el compresor de C02 (7) sólo es accionado por la turbina de vapor (10).

10. Método para hacer funcionar una central eléctrica (20) de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado por que la potencia en exceso de la turbina de vapor (10), que excede la potencia requerida para accionar el compresor de C02 (7), se convierte en energía eléctrica por parte del generador (8) y se alimenta a la red.

11. Método para hacer funcionar una central eléctrica (20) de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado por que durante el funcionamiento a carga parcial baja y/o la carga de la unidad de potencia (1), o cuando no está disponible vapor debido a una construcción gradual o a una interrupción de la parte de vapor de una central eléctrica de ciclo combinado, la turbina de vapor (10) no se aplica a través del embrague de rotación libre (9) y por que el compresor de C02 (7) es accionado por el generador (8) que es hecho funcionar como un motor durante este modo de funcionamiento.

12. Método para hacer funcionar una central eléctrica (20) de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que la turbina de vapor (10) se acopla al generador (8) y al compresor de C02 (7) a través del embrague de rotación libre

(9) , el generador (8) se hace funcionar como un motor, y tanto la turbina de vapor (10) como el generador (8) accionan el compresor de C02 (7) cuando está disponible vapor, pero la salida de potencia de la turbina de vapor

(10) es menor que la potencia requerida para accionar el compresor de C02 (7).

13. Método para hacer funcionar una central eléctrica (20) de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 a 12, caracterizado por que el CO2 capturado de una pluralidad de unidades de potencia (1) se recoge por un colector de CO2 y se comprime por una pluralidad de compresores de C02 (7).

14. Método para hacer funcionar una central eléctrica (20) de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado por que 5 para el funcionamiento en carga parcial la reducción de la carga de la central eléctrica (20) se realiza descargando

las unidades de potencia (1) a diferentes niveles de carga al tiempo que se descargan los compresores de C02 (7) para distribuir equitativamente los flujos de masa de C02 por todos los compresores de C02 (7) en funcionamiento.

15. Método para hacer funcionar una central eléctrica (20) de acuerdo con una de las reivindicaciones 13 ó 14 precedentes, caracterizado por que el al menos un compresor de C02 (7) es accionado por el generador (8) y/o la

turbina de vapor (10), y por que la velocidad del compresor de CO2 (7) se ajusta de manera variable para controlar el flujo de CO2 y/o por que el al menos un generador (8) se configura como un generador con un convertidor de matriz para permitir la conexión a la red independientemente de la velocidad de funcionamiento o se conecta a la red a través de un convertidor de frecuencia.