La torre de energía es un dispositivo para producir energía eléctrica . La creación del Dr. Phillip Carlson, [1] expandido por el profesor Dan Zaslavsky y el Dr. Rami Guetta del Technion . [2] Las torres de energía rocían agua sobre el aire caliente en la parte superior de la torre, haciendo que el aire enfriado caiga a través de la torre y accione una turbina en el fondo de la torre.
Concepto [ editar ]
Una torre de energía (también conocida como torre de energía de tiro descendente, porque el aire fluye por la torre) es un cilindro hueco alto (1,000 metros) y ancho (400 metros) con un sistema de rociado de agua en la parte superior. Las bombas elevan el agua hasta la parte superior de la torre y luego rocían el agua dentro de la torre. La evaporación del agua enfría el aire caliente y seco que flota en la parte superior. El aire enfriado, ahora más denso que el aire caliente exterior, cae a través del cilindro y hace girar una turbina en el fondo. La turbina acciona un generador que produce la electricidad.
Cuanto mayor es la diferencia de temperatura entre el aire y el agua, mayor es la eficiencia energética. Por lo tanto, las torres de energía de tiro descendente deberían funcionar mejor en un clima cálido y seco. Las torres de energía requieren grandes cantidades de agua. El agua salada es aceptable, aunque se debe tener cuidado para evitar la corrosión, de modo que la desalinización sea un ejemplo para resolver este problema.
La energía que se extrae del aire se deriva en última instancia del sol, por lo que esto puede considerarse una forma de energía solar . La producción de energía continúa por la noche , porque el aire retiene parte del calor del día después del anochecer. Sin embargo, la generación de energía de la torre de energía se ve afectada por el clima : se ralentiza cada vez que aumenta la humedad ambiental (como durante una tormenta ), o la temperatura cae.
Un enfoque relacionado es la torre de corriente ascendente solar , que calienta el aire en recintos de vidrio a nivel del suelo y envía el aire calentado a una torre que impulsa las turbinas en la base. Las torres de tiro ascendente no bombean agua, lo que aumenta su eficiencia, pero requieren grandes cantidades de tierra para los recolectores. Los costos de adquisición de terrenos y construcción de colectores para torres de tiro ascendente deben compararse con los costos de infraestructura de bombeo para los colectores de tiro descendente. Operativamente, el mantenimiento de las estructuras de los colectores para torres de tiro ascendente debe compararse con los costos de bombeo y el mantenimiento de la infraestructura de bombeo.
Costo / eficiencia [ editar ]
Zaslavsky y otros autores estiman que, dependiendo del sitio y los costos de financiamiento, la energía podría producirse en el rango de 1-4 centavos por kWh, muy por debajo de las fuentes de energía alternativas que no sean hidroeléctricas. Bombear el agua requiere aproximadamente el 50% de la producción de la turbina. Zaslavsky afirma que la Torre de Energía alcanzaría hasta el 70-80% [3] del límite de Carnot . Si la eficiencia de conversión resulta ser mucho menor, se espera que tenga un impacto adverso en las proyecciones hechas para el costo de la energía.
Las proyecciones hechas por Altmann [4] y por Czisch [5] [6] sobre la eficiencia de conversión y sobre el costo de la energía (centavos / kWh) se basan solo en los cálculos del modelo [7] , nunca se han recopilado datos sobre una planta piloto en funcionamiento .
Las mediciones reales en la torre de corriente ascendente solar piloto Manzanares de 50 kW encontraron una eficiencia de conversión del 0,53%, aunque SBP cree que esto podría aumentarse al 1,3% en una unidad grande y mejorada de 100 MW. [8] Esto equivale a aproximadamente el 10% del límite teórico para el ciclo de Carnot. Es importante notar una diferencia significativa entre las propuestas preliminares y preliminares. El uso del agua como medio de trabajo aumenta drásticamente el potencial de captura de energía térmica y generación eléctrica, debido a su capacidad calorífica específica. Si bien el diseño puede tener sus problemas (consulte la siguiente sección) y las afirmaciones de eficiencia establecidas aún no se han demostrado, sería un error extrapolar el rendimiento de uno a otro simplemente debido a las similitudes en el nombre.
Posibles problemas [ editar ]
- En el aire salado húmedo, las tasas de corrosión pueden ser muy altas. Esto concierne a la torre y las turbinas. [9]
- La tecnología requiere un clima cálido y árido. Tales ubicaciones incluyen la costa de África Occidental , Australia Occidental , el norte de Chile , Namibia , el Mar Rojo , el Golfo Pérsico y el Golfo de California . La mayoría de estas regiones son remotas y poco pobladas, y requerirían que la energía sea transportada a largas distancias hasta donde se necesita. Alternativamente, tales plantas podrían proporcionar energía cautiva para usos industriales cercanos, tales como plantas de desalinización , producción de aluminio a través del proceso Hall-Héroult , o para generar hidrógeno paraproducción de amoniaco .
- La humedad como resultado de la operación de la planta puede ser un problema para las comunidades cercanas. Una central eléctrica de 400 metros de diámetro que produce una velocidad del viento de 22 metros por segundo, debe agregar aproximadamente 15 gramos de agua por kilogramo de aire procesado. Esto es igual a 41 toneladas de agua por segundo. [1] En términos de aire húmedo, esto es 10 kilómetros cúbicos de aire muy húmedo cada hora. Por lo tanto, una comunidad incluso a 100 kilómetros de distancia puede verse afectada de manera desagradable.
- La salmuera es un problema en proporción a la humedad creada, ya que la presión de vapor del agua disminuye con la salinidad, es razonable esperar al menos tanta salmuera como agua en humedad. Esto significa que un río de salmuera sale de la central eléctrica a 41 toneladas (m3s-1) por segundo, junto con un río de agua salina que fluye con 82 toneladas de agua por segundo (m3s-1).
Los grandes consumidores industriales a menudo se ubican cerca de fuentes baratas de electricidad. Sin embargo, muchas de estas regiones desérticas también carecen de la infraestructura necesaria , lo que aumenta los requisitos de capital y el riesgo general.
Proyecto de demostración [ editar ]
En 2014, Solar Wind Energy, Inc., con sede en Maryland, propuso construir una torre de 685 metros (2.247 pies). Se esperaba que la velocidad del viento alcanzara los 80 kilómetros por hora (50 mph). La compañía afirma que una torre cerca de San Luis, Arizona , produciría hasta 1.250 MW en días soleados y un promedio anual de 435 MW. [2] La compañía afirma tener derechos para un sitio de San Luis y un acuerdo de financiación (con JDF Capital Inc.) por hasta US $ 1,585,000.
| Rango de voltaje IEC | Voltaje AC RMS ( V ) | Voltaje DC (V) | Definiendo riesgo |
|---|---|---|---|
| Alto voltaje | > 1 000 | > 1 500 | Arco eléctrico |
| Baja tensión | 50 a 1 000 | 120 a 1 500 | Choque eléctrico |
| Voltaje extra bajo | <50 font=""> | <120 font=""> | Riesgo bajo |
El voltaje extra bajo ( ELV ) es un voltaje de suministro de electricidad en un rango que conlleva un bajo riesgo de descarga eléctrica peligrosa . [1] [2] [3] [4] Existen varios estándares que definen el voltaje extra bajo. Las organizaciones miembros de la Comisión Electrotécnica Internacional y el Reino Unido IET (BS 7671: 2008) definen un dispositivo o circuito ELV como aquel en el que el potencial eléctrico entre el conductor o conductor eléctrico y la tierra (tierra) no excede los 50 V CA o 120 V CC ( ondulación libre). Directiva de bajo voltaje de la UE Aplica de 50 a 1,000 V CA y de 75 a 1,500 V CC
El IEC y el IET continúan definiendo los tipos reales de sistemas de voltaje extra bajo, por ejemplo SELV, PELV, FELV. Estos pueden suministrarse utilizando fuentes que incluyen grupos electrógenos de motores / combustibles fósiles, transformadores, fuentes de alimentación conmutadas o baterías recargables. SELV, PELV, FELV, se distinguen por varias propiedades de seguridad , características de suministro y voltajes de diseño.
Algunos tipos de iluminación del paisaje utilizan sistemas SELV / PELV (voltaje extra bajo). Las herramientas manuales modernas que funcionan con baterías entran en la categoría SELV. En condiciones más arduas 25 voltios RMS de corriente alterna / 60 voltios (libre de rizado) de corriente continua se puede especificar para reducir aún más peligro. Se puede aplicar un voltaje más bajo en condiciones húmedas o conductoras donde existe un potencial aún mayor de descarga eléctrica. Estos sistemas aún deben cumplir con las especificaciones de seguridad SELV / PELV (ELV).
Tipos [ editar ]
Voltaje separado o de seguridad extra bajo (SELV) [ editar ]
IEC define un sistema SELV como "un sistema eléctrico en el cual el voltaje no puede exceder el ELV en condiciones normales y en condiciones de falla única, incluyendo fallas a tierra en otros circuitos". En general, se acepta que el acrónimo: SELV significa voltaje extra bajo separado (separado de la tierra) como se define en los estándares de instalación (por ejemplo, BS 7671 ), aunque BS EN 60335 se refiere a él como voltaje extra bajo de seguridad .
Un circuito SELV debe tener:
- Separación de protección eléctrica (es decir , aislamiento doble , aislamiento reforzado o pantalla de protección) de todos los circuitos que no sean SELV y PELV (es decir, todos los circuitos que pueden llevar voltajes más altos)
- Separación simple de otros sistemas SELV, de sistemas PELV y de tierra (tierra)
La seguridad de un circuito SELV es proporcionada por
- El voltaje extra bajo
- El bajo riesgo de contacto accidental con un voltaje más alto.
- La falta de un camino de retorno a través de la tierra (tierra) que la corriente eléctrica podría tomar en caso de contacto con un cuerpo humano
El diseño de un circuito SELV generalmente involucra un transformador de aislamiento , distancias mínimas garantizadas entre conductores y barreras de aislamiento eléctrico . Los conectores eléctricos de los circuitos SELV deben diseñarse de manera que no se acoplen con los conectores utilizados comúnmente para circuitos que no son SELV.
Ejemplos típicos para un circuito SELV: iluminación exterior decorativa, cargador de batería Clase III , alimentado por una fuente de alimentación Clase II . Las herramientas manuales inalámbricas modernas se consideran equipos SELV.
Tensión extra baja protegida (PELV) [ editar ]
IEC 61140 define un sistema PELV como "un sistema eléctrico en el que el voltaje no puede exceder el ELV en condiciones normales y en condiciones de falla única, excepto fallas a tierra en otros circuitos".
Un circuito PELV solo requiere una separación protectora de todos los circuitos que no sean SELV y PELV (es decir, todos los circuitos que pueden tener voltajes más altos), pero puede tener conexiones a otros sistemas PELV y tierra (tierra).
A diferencia de un circuito SELV, un circuito PELV puede tener una conexión a tierra de protección . Un circuito PELV, al igual que con SELV, requiere un diseño que garantice un bajo riesgo de contacto accidental con un voltaje más alto. Para un transformador, esto puede significar que los devanados primario y secundario deben estar separados por una barrera de aislamiento adicional o por un blindaje conductor con una conexión a tierra de protección.
Voltaje funcional extra bajo (FELV) [ editar ]
El término voltaje extra bajo funcional (FELV) describe cualquier otro circuito de voltaje extra bajo que no cumpla con los requisitos para un circuito SELV o PELV. Aunque la parte FELV de un circuito utiliza un voltaje extra bajo, no está adecuadamente protegida contra el contacto accidental con voltajes más altos en otras partes del circuito. Por lo tanto, los requisitos de protección para el voltaje más alto deben aplicarse a todo el circuito.
Los ejemplos de circuitos FELV incluyen aquellos que generan un voltaje extra bajo a través de un dispositivo semiconductor o un potenciómetro o un transformador. Un ejemplo típico es una tostadora controlada electrónicamente donde el circuito del temporizador funciona con un voltaje extra bajo derivado de un toque en el elemento calefactor . Otro es el viejo circuito de timbre alimentado por un transformador.
Reino Unido Reducido bajo voltaje (RLV) [ editar ]
El IET / BSI (BS 7671) también define la baja tensión reducida (RLV) que puede ser CA monofásica o trifásica. Este sistema se ha utilizado durante muchos años en obras de construcción. Tanto monofásicos como trifásicos. El voltaje monofásico es de 110 V CA, aunque tiene una "Tierra con toma central" que reduce el voltaje a la Tierra a 55 V CA La fase trifásica es de 110 V fase a fase, 63 V a Neutro / Tierra. El voltaje de este sistema está ligeramente por encima del límite de ELV pero todavía se usa muy comúnmente para herramientas manuales accionadas por cable e iluminación temporal en áreas peligrosas. Como se deriva del transformador, el voltaje expuesto durante una falla a tierra se deprime por debajo del nivel ELV.
Sistemas de energía independientes [ editar ]
El cableado para sistemas de voltaje extra bajo, como en sistemas de energía de área remota (RAPS), está diseñado para minimizar las pérdidas de energía y maximizar la seguridad. Los voltajes más bajos requieren una corriente más alta para la misma potencia. La corriente más alta da como resultado mayores pérdidas resistivas en el cableado. Por lo tanto, el tamaño del cable debe considerar la demanda máxima, la caída de voltaje sobre el cable y la capacidad de transporte de corriente . La caída de voltaje suele ser el factor principal considerado, pero la capacidad de transporte de corriente es tan importante cuando se consideran corridas cortas de alta corriente, como entre un banco de baterías y un inversor.
El arco eléctrico es un riesgo en los sistemas DC ELV, y algunos tipos de fusibles que pueden causar un arco no deseado incluyen los tipos de fusibles semi-cerrados, recableables y automotrices . En cambio, los fusibles de alta capacidad de ruptura y los interruptores automáticos con la capacidad adecuada son el tipo recomendado para RAPS. La terminación del cable y las conexiones deben realizarse correctamente para evitar el arco eléctrico, y no se recomienda soldar .
Regulaciones [ editar ]
Las definiciones precisas de "voltaje extra bajo" se dan en las regulaciones de cableado aplicables en una región.
UE [ editar ]
En la Unión Europea, la Directiva de bajo voltaje define el bajo voltaje a partir de 50 V CA y 75 V CC. La directiva solo cubre el equipo eléctrico y no los voltajes que aparecen dentro del equipo o los voltajes en los componentes eléctricos. IEC 60364 lo define como 50 V CA y 120 V CC.
Australia y Nueva Zelanda [ editar ]
Las Reglas de cableado AS / NZS 3000 definen "voltaje extra bajo" como "No excede 50 V CA o 120 V CC libre de ondulación" Sin embargo, AS / ACIF S009 Cláusula 3.1.78.1 Voltaje extra bajo (ELV) establece: "un voltaje no superior a 42,4 V pico o 60 V CC [AS / NZS 60950.1: 2003] "y agrega una nota:" Esta definición difiere de la definición ELV contenida en AS / NZS 3000: 2000 "que está más estrechamente alineada con el voltaje de la red de telecomunicaciones ( TNV) límites ... es decir, 120 V CC o 70,7 V CA pico (50 V CA) "que acomoda el voltaje de llamada telefónica en el suministro nominal de batería de −48 V CC que podría encontrarse en una línea telefónica y no se consideró peligroso, mientras que 120 La aspiradora sin limitación de corriente en su fuente puede inyectar 115 mA en individuos que conducen a la fibrilación del corazón.
Brasil [ editar ]
En Brasil, ELV ( Extra-baixa tensão o EBT en portugués ) se define oficialmente en la Norma Reguladora no. 10 del Ministerio de Trabajo y Empleo de Brasil como cualquier voltaje "que no exceda de 50 voltios de corriente alterna o 120 voltios de corriente continua". [5] Aunque esa norma define las reglas de seguridad para la electricidad, la Norma Reguladora no. 12 requiere un voltaje aún menor para los dispositivos de arranque y parada en máquinas y equipos fabricados a partir de marzo de 2012 en adelante, indicando que no debe exceder los 25 voltios CA o 60 voltios CC
El Sistema de Datos de Disponibilidad de Generación ( GADS ) es una base de datos producida por la Corporación de Confiabilidad Eléctrica de América del Norte (NERC). Incluye informes resumidos anuales que comprenden las estadísticas de las centrales eléctricas en los Estados Unidos y Canadá. [1]
GADS es la principal fuente de datos de interrupción de la central eléctrica en América del Norte. Este sistema de informes, iniciado por la industria de servicios eléctricos en 1982, expande y extiende los procedimientos de recopilación de datos iniciados por la industria en 1963. NERC GADS es reconocido hoy como una valiosa fuente de información de confiabilidad, disponibilidad y mantenibilidad (RAM). [2]
Esta información, recopilada tanto para la unidad total como para los grupos de equipos principales, es utilizada por los analistas de toda la industria en numerosas aplicaciones. GADS mantiene historiales operativos completos en más de 5,800 unidades generadoras que representan el 71% de la capacidad de generación instalada de los Estados Unidos y Canadá. GADS es un programa obligatorio de la industria para unidades generadoras convencionales de 50 MW y más grandes a partir del 1 de enero de 2012 y 20 MW y más grandes a partir del 1 de enero de 2013. GADS permanece abierto a todos los participantes no requeridos en las Entidades Regionales (se muestra en la Figura I-2 del NERC GADS DRI) y cualquier otra organización (nacional o internacional) que opere instalaciones de generación eléctrica que esté dispuesta a cumplir los requisitos obligatorios de GADS tal como se presenta en el documento Informe final de recomendaciones de GADSTF del 20 de julio de 2011.
Los datos de GADS consisten en tres tipos de datos:
- Diseño: descripciones de equipos como fabricantes, número de bombas de agua de alimentación de calderas , clasificación de MW de turbina de vapor, etc.
- Rendimiento: resúmenes de generación producida, unidades de combustible, start ups, etc.
- Evento: descripción de fallas del equipo, como cuándo comenzó / terminó el evento, tipo de interrupción (forzada, mantenimiento, planificado), etc.
Un ejemplo de tal detalle es que en sus datos relativos a interrupciones forzadas y fallas de unidades no planificadas, hace una distinción precisa entre interrupciones inmediatas, demoradas y pospuestas. [3]
Una estadística importante calculada a partir de los datos sin procesar de GADS es la tasa de interrupción forzada equivalente (EFOR), que son las horas de falla de la unidad (horas de interrupción no planificadas y horas reducidas no planificadas equivalentes) dadas como un porcentaje de las horas totales de disponibilidad de esa unidad (interrupción no planificada, reducción de capacidad no planificada y horas de servicio). [3]
Recientemente, en respuesta a los mercados de energía desregulados, la tasa equivalente de interrupción forzada - demanda (EFORd) ha adquirido mayor importancia:
- La probabilidad de que una unidad no cumpla con sus períodos de demanda para generar requisitos.
- La mejor medida de confiabilidad para todos los tipos de carga (base, ciclado, pico, etc.)
- La mejor medida de fiabilidad para todos los tipos de unidades (fósiles, nucleares, turbinas de gas, motores diesel, etc.)
- Para medidas del período de demanda y no para el reloj completo de 24 horas.
Desarrollo industrial de GADS
Antes de que se incluyera cualquier elemento de datos en GADS, un comité de la industria para determinar su aplicabilidad a la operación de servicios públicos y los análisis RAM lo analizó. Se llevaron a cabo una serie de reuniones de la industria para discutir la utilidad analítica de cada elemento y determinar si las empresas de servicios públicos podrían proporcionar razonablemente esos datos a GADS. En consecuencia, los únicos datos solicitados en las Instrucciones de informe de datos (DRI) de GADS satisfacen las necesidades prescritas por la industria.
La industria también se dio cuenta de la necesidad de incluir terminología estandarizada en el programa GADS si iba a funcionar a escala internacional. Como resultado, se incorporaron las definiciones promulgadas por la Norma 762 del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE), "Definiciones para informar confiabilidad, disponibilidad y productividad de la unidad de generación eléctrica".
Las empresas de servicios públicos comenzaron a informar utilizando las pautas de GADS el 1 de enero de 1982.
GADS reemplazó los procedimientos de recopilación de datos anteriores iniciados por el Edison Electric Institute (EEI), un programa que comenzó a mediados de la década de 1960. GADS contiene muchos de los mismos elementos recopilados previamente por EEI además de los muchos elementos de datos nuevos. Esta aparente duplicación de datos se realizó intencionalmente: la información de EEI se puede derivar de GADS para que se puedan completar los análisis que incluyen datos anteriores a 1982.
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