Ziklo konbinatuko zentral elektrikoak eta IGCC

Zentral termiko konbentzionaletan lurrun-turbinak erabiltzen dira energia elektrikoa ekoizteko. Ziklo konbinatuko zentraletan, ostera, lurrun-turbinarekin batera gas-turbina ere erabiltzen da. Instalazio bietan, gehien erabiltzen diren erregaiak harrikatza, olio astunak eta gas naturala dira. Horietaz gain, hiri- eta landare-hondakinak, fuel-olioa, gasolioa, biogasa eta abar ere erabil daitezke.

Ziklo konbinatuko zentraletan, erregaia erre eta sortutako gasarekin gas-turbinari eragiten zaio. Gas-turbina horrek, era berean, sorgailuari eragiten dio eta elektrizitatea lortzen da. Baina prozesua ez da hor bukatzen. Gas-turbinaren ihes-gasen beroa berreskuratu eta ura lurruntzeko erabiltzen da. Ondoren, ur-lurrunak lurrun-turbinari eragiten dio, horrek sorgailuari eta, azkenik, elektrizitatea ekoizten da. Beraz, elektrizitatea bi puntutan lortzen da.

Zentral termiko konbentzionalen eta ziklo konbinatuko zentral elektrikoen bereizketa egin ondoren, galdera berez dator: zer abantaila du bigarrenak lehengoaren aldean? Zentral termikoek muga teknologiko handia dute, gaur egungo instalazioen errendimendua ezin baitaiteke % 42 baino handiagoa izan. Aldiz, galdara konbentzionalaren ordez gas-turbinaz eta berreskuratze-galdaraz osatutako multzoa erabiltzen denean, instalazio osoaren errendimendu termikoa eta sortutako potentzia elektrikoa handitu egiten dira.

Ziklo konbinatuko instalazioa hobeto ulertzeko, alboko irudia erabiliko dugu. Eskema horretan, presio bakarreko galdara bat eta kondentsazioko lurrun-turbina bat agertzen dira. Hori da, hain zuzen ere, ziklo konbinatuko zentraletan erabiltzen den ziklorik sinpleena.

Irudian agertzen den turbinak gas naturala kontsumitzen du, baina erregai likidoa eta harrikatz xehatua erretzeko prestatuta daudenak ere badira. Hala ere, guztietan erabilgarriena gas-turbina da, bereganatutako erregaiaren 100 unitateko ondorengo energia-banaketa baitu: energia elektrikoaren sorkuntza (guztizkoaren % 25-35 bitartean); tenperatura altuko irteera-gasak (guztizkoaren % 55-75 bitartean), eta zenbait galera erradiazio termikoagatik, olio lubrifikatzailea hozteagatik, etab.

Esan bezala, erregailuan erregaia erre eta sortutako gasak gas-turbinari eragiten dio. Ondoren, hortik ateratzen den irteera-gasa ura lurruntzeko bero-iturritzat erabiltzen da. Irteera-gasen tenperatura 440-550 ºC bitartekoa izaten da. Bero-energia hori berreskuratu ahal izateko, gasak berreskuratze-galdaran sartzen dira. Berreskuratze-galdara bero-trukagailua da. Bertan, gasek bere bero-energia elikatze-urari ematen diote eta, hartara, ura lurrundu egiten da.

Tarteko bero-trukagailu horren egitura galdara konbentzionalen egitura bezalakoa da. Osagai nagusiak ekonomizagailua, lurruntze-hodiak eta birberogailua dira. Ekonomizagailuan, elikatze-ura ia lurruntze-tenperatura lortu arte berotzen da. Ondoren, lurruntze-hodiek lurrun-andeleko ura hartzen dute, lurrun asea sortzen da eta berriro biltegira sartzen da. Bukatzeko, birberogailuan turbinara bidaltzen den lurrun gainberotua sortzen da.

Galdaratik, beraz, gasa eta lurrun gainberotua ateratzen dira. Gasa tximiniatik ateratzen da, bero-energia gehiena galduta. Lurruna, berriz, lurrun-turbinan sartzen da. Presio eta tenperatura altuko lurruna atmosferako presioa baino presio txikiagoraino zabaltzen da eta turbinaren besoei eragiten die. Azkenik, turbinak sorgailuari eragiten dio eta energia mekanikoa energia elektriko bihurtzen da.

Turbinatik ateratzen den lurruna oso presio eta tenperatura txikian dago, zabalkuntzan bere energia ia agortu egin delako. Hala ere, lurrun-egoeran jarraitzen du. Zentraleko ur-zirkuitua ziklo itxikoa denez, lurruna ur bihurtu behar da berriro, galdararako elikatze-uraren ponpan sartu ahal izateko. Horretarako, lurruna zentraleko kondentsadorean sartzen da. Kondentsadorea bero-trukagailu handi bat da. Bertan, lurruna hoztu eta likidotu egiten da. Prozesu horretan askatzen den beroa, ostera, kanpoko hozteko ur-emariari ematen zaio. Hozte-fluido gisa ibai, aintzira edo itsasoko ura erabili ohi da. Zentrala ur-iturrietatik urrun dagoenean, aldiz, airea erabiltzen da kondentsadorea hozteko. Kasu horietan, hozteko dorreak eraiki behar izaten dira. Hormigoizko tximinia antzeko egitura zabalak izaten dira eta zentralaren kostua handitu egiten dute.

Ziklo konbinatuaren eraginkortasunaren berri ematen digun parametroa zikloaren errendimendu elektriko globala da, hots, zikloa osorik kontuan hartzen duen parametroa. Erregaia gas-turbinan bakarrik kontsumitzen da (Q) eta elektrizitatea bi puntutan sortzen da: gas-turbinan (E) eta lurrun-turbinan (E_LT). Beraz, zikloaren errendimendua hauxe da:

h = E_zikloa/Q_zikloa = (E+E_LT)/Q

Errendimendua % 50-65 ingurukoa izan daiteke (gogoratu zentral termiko konbentzionalarena % 37-42 bitartekoa izaten dela). Ikusten denez, bien arteko aldea nabarmena da. Hala ere, ziklo konbinatuan inbertsioa handiagoa egin behar dela kontuan hartu behar da.

Baina azaldutako ziklo konbinatu horrek bi muga ditu. Alde batetik, gas-turbinako irteera-gasen beroa berreskuratuz sor daitekeen lurrun-emaria lurrun-turbinak behar duena baino txikiagoa da. Beste alde batetik, lurrun gainberotuaren tenperatura oso altua da eta gas-turbinaren irteerako gasen tenperatura eta lurrunaren tenperaturaren arteko diferentzia ez da nahikoa bero-trukea modu onean gertatu ahal izateko.

Zentralaren errendimendua hobetzeko, osteko errekuntza eta aldizkako errekuntza-motorrak erabiltzen dira. Osteko errekuntza egiteko, berreskuratze-galdararen sarreran, gas-turbinatik datozen gasen isurbidean, erregailu bat ipintzen da, gasen tenperatura handitu eta lurrun gehiago sortzeko. Bestalde, gas-turbinen ordez aldizkako errekuntza-motorrak erabilita, zentralaren errendimendua % 34 eta 42 bitartean handitzen da.

IGCC: gasifikazio integratuko ziklo konbinatua

Teknologia garbi honek erregai fosilaren gasifikazioaren emaitza den gas-nahastea erabiltzen du gas- eta lurrun-turbinen ziklo konbinatua elikatzeko. Erregai erabilienak harrikatza eta petrolioa fintzean sortutako frakzio astunak (fuel-olioak) dira. Teknologia honen errendimendua oso handia da, % 42 ingurukoa. Gainera, atmosferara isurtzen diren osagai poluitzaileak asko murrizten dira: harrikatzeko sufrearen % 99, eta ihes-gasen nitrogeno-konposatuen % 90 eta karbono dioxidoaren % 35.