Diseño óptimo de plantas de potencia de vapor usando algoritmos genéticos

Abstract

Electricity is widely used to meet the energy needs of all sectors of modern society. Production makes use of steam cycles based on the Rankine cycle that generally use water as the working fluid. In order to increase the thermal efficiency of these systems and therefore reduce fuel consumption, over the last century improvements Rankine cycle simple, that gave rise to power plants with reheating and regenerative proposed . The reheat cycle was introduced in the mid-1920s, with the dual purpose of making more efficient power output and reduce the moisture of the steam leaving the turbine; this cycle is common to use two stages of reheating in modern power plants. Furthermore, the Rankine cycle with regeneration uses the internal heat energy recovery to increase the temperature of the working fluid obtained at the entrance of the steam generator, and thus also increase the efficiency of plants power. The regeneration also provides a convenient means of "aerate" the water supply (to remove air that leaks in the condenser) to prevent corrosion in the boiler and pipes. It also helps control the flow rate of steam in the final stages of the turbine (due to large specific volumes at low pressures experienced). For these advantages, regeneration currently used in all modern steam power plants.

La energía eléctrica es ampliamente utilizada para satisfacer las necesidades energéticas de todos los sectores de la sociedad moderna. Su producción hace uso de los ciclos de vapor basados en el ciclo Rankine que, en general, emplean el agua como fluido de trabajo. Con el propósito de incrementar la eficiencia térmica de este tipo de sistemas y, por consiguiente, disminuir el consumo de combustible, a lo largo del siglo pasado se propusieron mejoras al ciclo Rankine simple, que dieron origen a las plantas de potencia con recalentamiento y regenerativas. El ciclo con recalentamiento fue introducido a mediados de la década de 1920, con el doble propósito de hacer más eficiente la producción de potencia y reducir la humedad del vapor que sale de la turbina; en este ciclo es común utilizar hasta dos etapas de recalentamiento en las plantas modernas de potencia. Por otro lado, el ciclo Rankine con regeneración hace uso de la recuperación interna de energía térmica a fin de incrementar la temperatura del fluido del trabajo obtenido a la entrada del generador de vapor y, de esta manera, también aumentar la eficiencia de las plantas de potencia. La regeneración también proporciona un medio conveniente de “desairear” el agua de alimentación (al eliminar el aire que se filtra en el condensador) para evitar la corrosión en la caldera y las tuberías. Así mismo, ayuda a controlar el flujo volumétrico de vapor en las etapas finales de la turbina (debido a los grandes volúmenes específicos que experimentan a bajas presiones). Por estas ventajas, actualmente la regeneración se utiliza en todas las centrales eléctricas de vapor modernas.