Deskribapen teknologikoa
Ziklo konbinatuak, gas-turbinako ziklo ireki bat (berreskuratze-galdara baten bidez) lurrun-turbinako ziklo ireki batekin lotzen du, irudian ageri den moduan.
Energia termikoa erregai gisa erabiltzen da, gas naturala gas-turbinako errekuntza-kameran. Hemen, konpresorean aurrez konprimitutako aire errekariaren bidez erretzen da.
Errekuntza-kameran sortutako gas beroak turbinara bideratzen dira, eta han hedatu egiten dira konpresorea eta sorgailua aldi berean abian jarriz, eta modu horretan energia elektrikoa sortuz. Alderdi hau “topping cycle” izenekoa litzateke.
Aipatutako erregai horrek duen ezaugarri nagusia bere bero-ahalmen handia da, eta horri esker, eraginkortasun handiagoa lor daiteke ziklo termodinamikoan. Gainera, erraz erabil eta errekariarekin ere erraz nahas daiteke. Prozesu honetan gas naturalak garrantzi nabarmena bereganatzen du, bere errekuntzaren ihes-gasek ez dutelako sufrerik, eta ondorioz, garbiagoak direlako.
Gas-turbinako ihes-gasek, bero oraindik, lurruna sortzen dute berreskuratze-galdaran. Lurrun hori lurrun-turbinan hedatzen da eta horrela sorgailua mugiarazten du energia elektrikoa ekoizteko. Zikloaren alderdi honi “bottoming cycle” esaten zaio.
Ziklo konbinatuen bilakaera azkarraren arrazoia bi alderdi nagusitan legoke:
- Airea baliabide merke bat da, tenperatura handietan arazorik gabe erabil daitekeena.
- Lurrun-zikloa aspaldiko laguna da lantegi konbentzionaletan, eta termodinamikoki egokitzen da “bottoming cycle” delakoan erabili ahal izateko.
- Ziklo konbinatu batean erabilitako osagaiak beste lantegi batzuetan ere erabiltzen dira, eta beraz, bere garapen-kostuak txikiak dira. Azken urteetan gas-turbinak garatu egin dira eta gasen sarrerako tenperaturak oso handiak lortu dituztenez, oso etekin handiak lortu ahal izan dira.
Prozesu erreal baten errendimendua Carnot errendimendu ideala baino nabarmen txikiagoa izatearen arrazoiak bi dira:
- Batetik, prozesu horri energia hornitzen denean, tenperatura-alde handiarekin egiten da. Ziklo konbentzional batean lurrun biziaren tenperatura 540°C ingurukoa izan ohi da, baina galdara-labean tenperatura hori 1.750 eta 2.250°C bitartekoa izaten da.
- Bestetik, foku hotzaren tenperatura giroko tenperaturaren gainetik egoten da.
Bi efektu horiek galerak sortzen dituzte.
Ziklo konbinatuaren interesa, arestian esan dugun bezala, bi prozesu horietara egokitzean datza. Ia ezinezkoa da prozesu bakar bat bi norabideetan hobetzea, baina halere, bi prozesuen nahasketaren bidez bi muturretara hurbildu gaitezke eta horrela emaitza ere hobetu.
Kontuan izanik errekuntza-kameratik sortutako errekuntza-gasek zuzenean elikatzen dutela gas-turbina, eta ez dela behar, beraz, inolako trukagailurik, energia oso tenperatura-eremu handitan eskaini liteke. Nolanahi ere, energia nahikoa tenperatura handitan igortzen du atmosferara. Gertaera hori, ziklo sinplean hain erabakigarria dena, ez da hala ziklo konbinatuan, zeren energia hori beste ziklo batean berreskuratzen baita. Lurrun-zikloak energia hori jaso eta bere turbinan erabiltzen du, eta nahiz hori ez den tenperatura handietan ibiltzen, gai da halere soberan dagoen energia hori girokoaren antzeko tenperatura batean kanporatzeko, galerak gutxituz. Konbinazioak, beraz, hobetu egiten du errendimendua, beste edozein ziklo bakunen itxaropenak gaindituz.
Nahiz ziklo errealetan ez diren lortzen inondik ere errendimendu horiek, prozesu bakoitzaren aukeren inguruko halako ideia bat agertzen dute. Ziklo konbinatuak, beroketa bidezko ziklo konbentzionala bezain garatua eta zabaldua dagoen ziklo bakun batek baino askoz errendimendu hobea duela ikus daiteke. Bestetik, ziklo konbinatuko galerak handiagoak dira bi zikloen arteko uztarketa tenperatura-alde handi samarrarekin egiten delako.
Jakina, edozein ziklo errealaren eraginkortasuna ideala baino txikiagoa da, galera horien ondorioz. Galera horiek bi eratakoak izan daitezke: galera energetikoak, hau da, erradiazio eta konbekzio bidezko berotasun-galerak; eta prozesu atzeraezinek eragindako galera energetikoak, termodinamikaren bigarren legearekin bat etorriz.
Sankey diagrama, bestetik, ziklo termodinamiko batean jokoan jarritako energiaren balantze osoa irudikatzeko modu grafiko bat da. Horrenbestez, sarreran erregaian dagoen energiatik hasi eta azken ekoizpeneraino dagoen energia-bihurketa irudikatzen du. Energia hori energia elektrikoa edo mekanikoa izan daiteke, kasu bakoitzaren arabera, zikloan zehar gertatzen diren galera guztiak kontuan izanik.
Magnitudeak bai kopuru orokorretan eta bai erregaiaren bero-ahalmenaren gaineko portzentajeetan ere adierazten dira.
Ziklo konbinatuei dagokienez, era honetako diagrametan ageri diren hitzak hauek dira:
- Erregaiaren sarrerako bero-potentzia beheko bero-ahalmenaren arabera neurtua.
- Gas-zikloko sorgailuan edo sorgailuetan lortutako potentzia elektrikoa.
- Lurrun-zikloko sorgailuan lortutako potentzia elektrikoa.
- Berreskuratze-galdarako galera mekanikoak eta erradiazio bidezko bero-galerak.
- Berreskuratze-galdarako tximiniako ihes-gasen bero-galerak.
- Lurrun-zikloan nahiz gas-zikloan sorgailuetako galera mekanikoak eta elektrikoak.
- Kondentsadorearen kondentsazio-uraren bero-galerak.
- Lantegiaren autokontsumorako potentzia.