Optimización de turbinas geotérmicas: mejores prácticas e innovaciones
Optimización de turbinas geotérmicas: mejores prácticas e innovaciones
Oscar Llamosa Ardila
29 Oct 2024
Para que la capacidad de generación de energía geotérmica se expanda a nivel mundial, los operadores deben centrarse más en optimizar el rendimiento de sus turbinas geotérmicas.
La energía geotérmica es una estrella en ascenso en el esfuerzo global por reducir las emisiones, garantizar la seguridad energética e impulsar las economías. Sin embargo, existen desafíos en las operaciones de energía geotérmica que requieren una vigilancia constante y cierto grado de planificación para garantizar el rendimiento óptimo de las plantas de energía.
Según Donald Leger, gerente de ingeniería de aplicaciones de turbinas de vapor en EthosEnergy, un conjunto integral de soluciones y tecnología es esencial para aprovechar al máximo el potencial de la energía geotérmica.
La realidad de la ingeniería geotérmica
Se espera que la producción mundial de energía geotérmica sea de 98,74 mil millones de kWh para fines de 2024, con un crecimiento anual del 1,68 % durante los próximos cinco años. Sin embargo, llegar a este punto probablemente no sea un camino de rosas.
Todas las plantas geotérmicas, ya sean de vapor seco, vapor flash o ciclo indirecto, deben seguir las mejores prácticas para optimizar el rendimiento, proteger los equipos y extender los ciclos de vida. Aumentar la confiabilidad de los activos geotérmicos significa ahorrar costos y extraer el mayor valor posible de ellos.
En todos los proyectos geotérmicos, las turbinas siempre se enfrentan a condiciones químicas y de vapor que deben abordarse independientemente del fabricante original. Dado que los fluidos geotérmicos pueden erosionar fácilmente los materiales convencionales a un ritmo alarmante (incluidos picos de pH muy dañinos a corto plazo), incluso pequeñas variaciones en la dureza y la química pueden tener un impacto significativo en sus turbinas.
Con un pensamiento inteligente y prudente, los operadores geotérmicos pueden garantizar que sus turbinas funcionen de manera eficiente. Los pasos proactivos incluyen:
- Selección adecuada de materiales: elegir los materiales correctos para soportar condiciones duras
- Procesos robustos de apagado y eliminación de humedad: procedimientos adecuados durante las interrupciones
- Monitoreo periódico de la ruta de vapor: controles y reparaciones regulares
- Control de la química del vapor: regulación estricta para prevenir la erosión y la corrosión
- Modernización de las rutas de vapor: rediseños para que coincidan con las condiciones y los caudales de vapor actuales
Combatir los desafíos con soluciones de última generación
Estar un paso adelante y estar preparado para cualquier cosa es crucial para evitar problemas importantes relacionados con las turbinas en la generación de energía geotérmica. Veamos algunos de los factores que los operadores deben tener en cuenta:
Humedad
Los problemas de humedad son increíblemente comunes en las plantas geotérmicas y suelen causar daños por desgaste en las espigas (las partes salientes que se utilizan para unir las cubiertas a las palas del rotor de la turbina). Esto sucede principalmente debido a condiciones duras como el vapor corrosivo. Combinados con el riesgo de deposición química, los problemas de humedad pueden causar un desastre si no se tratan.
Para abordar la humedad y la erosión de las espigas en las turbinas geotérmicas y para reducir la erosión de las espigas, cambie a cubiertas integrales, EthosEnergy proporciona un escudo Stellite™ o cupón sólido.
Las cubiertas integrales están especialmente diseñadas para eliminar las espigas, ya que la cubierta se mecaniza integralmente con la pala utilizando una geometría precisa para garantizar la amortiguación adecuada de la pala. Las turbinas existentes o los nuevos diseños de turbinas pueden equiparse con álabes con cubiertas integrales para prolongar su vida útil.
Otra de las mejoras de diseño introducidas por EthosEnergy incluye etapas de control con cubiertas integrales hechas de titanio. La densidad del material reduce la tensión en la rueda y los álabes, mientras que las propiedades del material de titanio minimizan las incrustaciones, que pueden reducir la capacidad de flujo de la turbina y, a su vez, disminuir la producción.
Al implementar estas soluciones, los operadores pueden garantizar que las turbinas funcionen de manera más eficiente y tengan intervalos de servicio más prolongados. Esto, en última instancia, da como resultado un menor tiempo de inactividad y menores costos de mantenimiento.
Álabes altos
En las turbinas geotérmicas, los álabes altos son particularmente susceptibles a condiciones de funcionamiento duras, incluido un alto contenido de humedad y vapor corrosivo. Para mejorar la durabilidad y el rendimiento de estos álabes, se pueden considerar opciones de materiales avanzados bien conocidos por su resistencia y resistencia a la corrosión, que incluyen:
- 403 SS/X15: acero inoxidable 403 (SS), bien conocido por sus sólidas propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión. La variante X15 se utiliza a menudo por su resistencia y durabilidad superiores en entornos corrosivos. M152 (Jet Heat): esta aleación avanzada es conocida por su alta resistencia a la erosión y a la oxidación y corrosión.
- 17-4 PH: este acero inoxidable endurecido por precipitación también proporciona alta resistencia y dureza, así como una excelente resistencia a la corrosión.
- Titanio: reconocido por su excepcional relación resistencia-peso y su excelente resistencia a la corrosión y erosión.
EthosEnergy también proporciona tratamientos para mejorar la durabilidad de las palas altas, como el endurecimiento por láser, el endurecimiento por llama y varios recubrimientos como capas metálicas para brindar protección adicional.
Al utilizar esta combinación de materiales y tratamientos avanzados, los operadores geotérmicos pueden garantizar que las palas altas de las turbinas geotérmicas puedan soportar condiciones extremas. Esto da como resultado una mayor eficiencia, menores costos de mantenimiento a lo largo del tiempo, menos reemplazos de piezas y menos tiempo de inactividad.
Análisis
Incluso con la selección adecuada de materiales, los operadores aún necesitan monitorear y analizar el rendimiento de sus turbinas. El análisis es fundamental para comprender las frecuencias naturales de la dinámica de las palas:
- Tensiones vibratorias en resonancia
- Tensión centrífuga de las palas y el rotor
- Problemas de fijación de las palas
EthosEnergy puede proporcionar la experiencia y la pericia técnica para analizar estas dinámicas de las palas en cada planta geotérmica, ayudando a los clientes a mantenerse dentro de los límites permitidos.
Reparación, reequipamiento de palas, rediseño
Para mantener una planta geotérmica funcionando como debería, las soluciones de reparación, reequipamiento de palas y rediseño garantizan los mejores resultados para las turbinas, ya sea mediante soldaduras de ruedas o reconfiguración de palas en función del análisis de fallas, problemas de erosión o sistemas de control.
Inspecciones
Las inspecciones periódicas, incluidas las pruebas visuales, de partículas magnéticas y otras formas de pruebas no destructivas (NDT), también son vitales para las turbinas geotérmicas. Las inspecciones pueden resaltar cualquier problema como grietas en la superficie, daños en las palas y la cubierta, erosión y corrosión. Los operadores deben abordar todos estos problemas lo antes posible para evitar problemas adicionales.
Las inspecciones pueden requerir la implementación de soluciones continuas. Realizar estas reparaciones o reemplazos de inmediato ayudará a evitar costosos tiempos de inactividad. Estas soluciones pueden incluir:
- Materiales, revestimientos y calidad de vapor mejorados para problemas con las cuchillas
- Actualizaciones de aceros inoxidables
- Reparaciones de soldaduras Inconel en anillos de diafragma internos y externos
- Características mejoradas de separación de humedad
- Reemplazos de ruedas con materiales mejorados y diseños de menor tensión
A toda máquina para las plantas geotérmicas
En la apasionante carrera hacia la energía renovable, los operadores de plantas de energía geotérmica necesitan la experiencia y las soluciones necesarias para maximizar la eficiencia y la producción de los equipos. Esto es fundamental independientemente de la ubicación, el fabricante de equipos originales o la etapa del ciclo de vida. Con sus capacidades comprobadas y sus enfoques innovadores e independientes, EthosEnergy está preparada para respaldar al creciente sector geotérmico a la hora de abordar desafíos como la humedad y la corrosión.
A medida que la energía geotérmica se convierte en un elemento cada vez más vital en la combinación energética mundial, los operadores de energía geotérmica pueden beneficiarse enormemente de una mayor eficiencia de las turbinas y de unos menores costes de operación y mantenimiento.
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Fuente de referencia vía nuestra plataforma global ThinkGeoEnergy.
