SOLUCIONES PARA LA TRANSFORMACIÓN DEL SISTEMA ENERGÉTICO

16 de junio de 2020

Aerzen ha construido un excelente y complejo sistema de suministro de ensayo, para el nuevo edificio de investigación «Dinámica de la conversión de energía» en la Universidad de Leibniz Hannoverque no tiene rival en términos de precisión, complejidad y tamaño, posicionando la instalación de investigación de tecnología energética de Garbsen, entre las 10 mejores del mundo. Te mostramos las soluciones de aire de ensayo de Aerzen para la transformación del sistema energético.

Las energías renovables son el futuro y la solución para evitar alteraciones climáticas, pero crean desafíos especiales para las convencionales plantas de energía. Esto se debe a que el sol y el viento no siempre están disponibles, y fluctúan según las condiciones climáticas, la hora del día y la temporada. La consecuencia son las cargas máximas y el suministro insuficiente. Sin embargo, las plantas de generación de energía existentes, no están diseñadas para tales fluctuaciones. Para garantizar la seguridad del suministro y la estabilidad del sistema en el futuro, las centrales eléctricas deben operar de forma más dinámica y garantizar un arranque rápido y un comportamiento eficiente, de carga parcial.


SOLUCIONES PARA LA TRANSFORMACIÓN DEL SISTEMA ENERGÉTICO 


¿Cómo se comportan los componentes de la central eléctrica bajo cargas cambiantes?. El Instituto de Turbomachinery and Fluid Dynamics (TFD) de la Universidad Leibniz de Hanóver (LUH) se ocupa de preguntas como esta. Desde septiembre de 2019, una de las instalaciones de investigación más modernas del mundo está disponible para los científicos con este fin. El nuevo edificio de investigación «Dynamics of Energy Conversion» (DEW) de la asociación de investigación del mismo nombre, es el hogar de aproximadamente 2000 metros cuadrados de bancos de pruebas, para experimentos en componentes de turbinas y plantas de energía tales como motores, generadores, turbinas, difusores y compresores, y permite pruebas de hasta 6 MW.

La instalación cierra la brecha entre los experimentos típicos de laboratorio universitario, que generalmente tienen una potencia de unos pocos cientos de kilovatios, y la prueba de prototipos industriales con muchos cientos de megavatios (el volumen total de inversión para el Campus de Ingeniería Mecánica ascendió a € 175 millones).


UN NUEVO NIVEL EN LA INVESTIGACIÓN DE TECNOLOGÍA ENERGÉTICA 


El corazón del edificio en el recientemente inaugurado Campus de Ingeniería Mecánica en Garbsen, es la gran estación de compresores fabricada por Aerzener Maschinenfabrik GmbH. La planta suministra aire comprimido a los bancos de prueba individuales y cumple con los requisitos más altos de controlabilidad, precisión de medición, calidad de flujo, repetibilidad y estabilidad. “La investigación sobre fenómenos de flujo complejo en turbomáquinas de alto rendimiento, requiere tecnologías que puedan proporcionar y repetir con precisión, las condiciones de entrada y salida y los flujos de masa.

Esta es la única forma de lograr las velocidades de flujo y las relaciones de presión de etapa que se encuentran en las turbomáquinas modernas de la forma más realista posible”, explica el Dr. Hans-Ulrich Fleige, Jefe de I + D de Aerzen, y agrega: «Con nuestro suministro de aire de prueba sistema, los bancos de prueba pueden ser operado dinámicamente con rampas de carga casi libremente seleccionables y las investigaciones pueden llevarse a cabo bajo altos gradientes de carga en rangos de operación amplios. Para generar similitud aerodinámica entre la realidad y la prueba del modelo, se pueden ajustar tanto el número de Mach como el de Reynolds, independientemente uno del otro. Por lo tanto, el funcionamiento real de las turbomáquinas existentes y futuras se puede modelar de manera óptima«. Gracias a las nuevas posibilidades, el TFD y la investigación de tecnología energética en la Universidad de Leibniz se encuentran entre los 10 principales centros de investigación del mundo en este campo.


ESPECIALISTAS EN SOPLANTES Y FABRICANTES DE PLANTAS 


Por más de 150 años, el nombre Aerzen significa la mejor tecnología de compresores, innovadora y eficiente, que se adapta con precisión al proceso respectivo. Para Garbsen, los especialistas en aplicaciones no solo suministraron los paquetes de soplador y compresor, sino que también aparecieron por primera vez como ingenieros de la planta y fueron responsables del diseño, planificación, fabricación, montaje y puesta en marcha de la planta completa, incluyendo la tecnología de medición y control. La unidad de negocio Construcción de máquinas para fines especiales (gases de proceso) estuvo a cargo del desarrollo y construcción en estrecha cooperación con LUH y el TFD. Fueron respaldados por una multitud de socios externos e internos, incluidos Emmerthaler Apparatebau, Kratzer Automation, Aerzen After Sales Service y el Aerzen R&D Group.


PRECISIÓN Y FLEXIBILIDAD


Con el sistema de suministro de aire de prueba fabricado por Aerzen, los bancos de prueba (izq. turbina de aire) se pueden operar con rampas de carga libremente seleccionables.


El sistema de suministro de aire de prueba (dimensiones totales: 82 x 15 x 9 m.) comprende:

– una estación compresora con una compresión de etapas múltiples,

– una derivación en cascada para un control preciso del caudal másico,

– un flujo másico central sección de medición de velocidad,

– un sistema de distribución de aire desde los bancos de prueba que incluye tuberías, válvulas, silenciadores, enfriadores, cámaras de asentamiento y estructura de acero de soporte, así como un sofisticado sistema de control para seleccionar diferentes modos de operación, tipos, configuraciones y condiciones de entrada (del banco de pruebas).

Los bancos de prueba funcionan con relaciones de expansión entre 1 y 6. La presión de entrada varía de 1 a 8 bar (abs) con un caudal máximo de 25 kg / s (90000 kg / h). En todas las condiciones, las temperaturas de entrada se pueden controlar entre 60 y 200 ° C. El sistema puede funcionar tanto en modo de bucle abierto como cerrado, está diseñado para un funcionamiento estable y transitorio (± 30% del caudal máximo por minuto) y puede controlarse con presión o flujo másico. El caudal volumétrico, la temperatura y la presión se pueden definir libremente y se pueden regular de forma independiente.

Para lograr la flexibilidad y la dinámica deseadas, y en particular para cumplir con los requisitos de precisión extrema, los ingenieros de Aerzen fueron impulsados ​​a brindar un alto rendimiento técnico. Por ejemplo, la desviación del flujo volumétrico es de solo 0.015 m3 / s, y eso con un valor máximo efectivo de hasta 80000 m3 / s. La presión estática promedio se puede establecer con una precisión de 0.5 milibares y la temperatura estática promedio fluctúa en un máximo de 0.3 K, para dar solo algunos ejemplos.


HAZ CINCO DE UNO


La unidad central de medición del caudal másico, tampoco tiene paralelo con una incertidumbre total de solo el 0,55 %. «Los requisitos de control fueron más altos que las inexactitudes de la tecnología de medición normal», enfatiza Jens-Olaf Wittenberg, Gerente de Proyecto de Suministro de Gas de Proceso en Aerzen. El aire de prueba de la línea de suministro en DN 700 se distribuye a través de un difusor a cinco medidores de gas ultrasónicos paralelos (4 x DN 500 y 1 x DN 200). El número de líneas activas depende del caudal y el sistema de control lo regula automáticamente, de modo que todos los medidores de gas funcionan con la incertidumbre de medición más baja.

Para lograr una distribución uniforme del flujo a las secciones de medición individuales y perfiles de velocidad uniformes en los medidores de gas, se proporcionaron rectificadores de flujo aguas arriba de los medidores de gas individuales y se simuló el flujo del difusor, incluidas las curvas de las tuberías aguas arriba. Además, los generadores de vórtice están instalados en la entrada del difusor y se montan componentes especiales para reducir el área de salida. La división de la medición del caudal másico se hizo necesaria debido al tamaño del proyecto. «Simplemente no había un medidor de gas transportable disponible en DN 700 para la calibración in situ que requería el TFD», dice Jens-Olaf Wittenberg.


COMPRESIÓN DE MÚLTIPLES ETAPAS


El tratamiento termodinámico del aire de prueba se lleva a cabo en la estación del compresor (tamaño total: 27 x 15 x 9 m.). Como primera etapa, utiliza dos soplantes Roots conectados en paralelo del tipo GM 20.20, cada uno con un flujo de volumen de entrada entre 9600 y 48600 m3 / hy una diferencia de presión máxima de 0.8 bar (presiones de entrada entre 0.2 y 3.5 bar, presión máxima de salida: 4,3 bar). La segunda etapa consiste en dos compresores de tornillo paralelo tipo VRa 736 S con un flujo de volumen de entrada entre 6900 y 21600 m3 / hy una diferencia de presión máxima de 10 bar (presiones de entrada entre 0.2 y 3.5 bar, presión máxima de salida : 9 bar).

Las cuatro máquinas funcionan con motores eléctricos separados (690 V) con control de velocidad y pueden funcionar a velocidades variables en funcionamiento simple o en tándem. «Debido a su diseño modular, la estación del compresor es extremadamente flexible y tiene un rango de control extraordinariamente grande», aclara el Dr. Hans-Ulrich Fleige, y agrega: «Las soplantes de desplazamiento positivo se hacen cargo de presiones bajas, para medios presiona el arranque de los compresores de tornillo y se pueden lograr altas presiones con una operación de dos etapas de la soplante y el compresor de tornillo ”.

Aerzen ha prestado especial atención al aislamiento acústico. Los cuatro compresores tienen dos silenciadores reactivos; Las soplantes de desplazamiento positivo están equipadas adicionalmente, con dos resonadores de cuarto lambda. Esto reduce en gran medida las pulsaciones y sus efectos. “El amplio rango de control da como resultado un espectro de frecuencia enormemente amplio. Fue un poco difícil controlar el sonido”, admite Dr. Hans-Ulrich Fleige. Para proteger los edificios de investigación circundantes, donde, entre otras cosas, se llevan a cabo pruebas de aceleración y vibración altamente sensibles, la base de la máquina se desacopla por completo de la de la sala de compresores.


PERFECCIÓN HASTA EL ÚLTIMO DETALLE


Una característica especial del sistema es que estaba completamente integrado en un edificio existente. El desafío consistía en lidiar con el espacio limitado disponible y las estáticas ya fijas del edificio. Por ejemplo, se usaron alrededor de 190 toneladas de vigas de acero para disipar las fuerzas resultantes. Además, prácticamente todos los componentes y partes del sistema fueron especialmente diseñados y fabricados, comenzando con la sección de medición de flujo másico, el difusor y las cámaras de sedimentación frente a las celdas de prueba individuales. Incluso las tuberías, unos buenos 500 metros en total (de DN 200 a DN 1000), y la mayoría de las curvas de las tuberías son todo menos estándar. Las simulaciones de flujo elaboradas y la protección mejorada contra la corrosión gracias a la galvanización son solo algunos de los puntos que marcan la diferencia aquí.


AVANZAMOS HACIA LA ORIENTACIÓN DE LA APLICACIÓN 


Debido a los exigentes requisitos con respecto a la estabilidad y la reproducibilidad del aire de prueba, se construyó un modelo a escala totalmente funcional con una potencia de 300 kW para probar previamente la tecnología de medición y control. «Tenemos muchos años de experiencia en el campo de la tecnología de gas de proceso, pero este proyecto fue algo especial, y no solo por su tamaño y complejidad» Jens-Olaf Wittenberg. “Por primera vez, pudimos demostrar nuestra competencia en ingeniería de planta en el campo de las máquinas para propósitos especiales, y eso de inmediato con un proyecto de esta magnitud. Después de todo, este es el pedido nacional más grande en la historia de nuestra empresa». El presidente del ministro de Baja Sajonia, Stephan Weil, comenzó con éxito la primera carrera en la inauguración del campus en septiembre de 2019. La puesta en servicio final seguirá en 2020.

«El precio se olvida, la calidad se recuerda.»

Consulta nuestra web www.aerzen.com/es/

Únete a nuestra red profesional en LinkedInTwitter y Facebook.

Deja un comentario