TENDENCIAS DEL MERCADO ENERGETICO

A lo largo de la historia, el hombre siempre ha necesitado energía para subsistir. Las necesidades energéticas cada vez mayores han provocado el desarrollo de una industria energética a lo largo del tiempo, basada primeramente en combustibles fósiles, y posteriormente en la diversificación mediante fuentes renovables para disminuir su impacto sobre el medio ambiente.

Somos energía y en ella estamos inmersos. El mero hecho de vivir: alimentarse, respirar, trabajar, realizar ejercicio; implica adquirir, utilizar y transformar o liberar energía. Los procesos ecológicos, tan conocidos hoy día, no son más que transferencias de energía entre diferentes niveles tróficos. Nuestro universo, con los movimientos cíclicos de soles, planetas y galaxias, y la Tierra en su conjunto, actúan y conforman una majestuosa unidad en equilibrio dinámico donde todo, desde cualquier punto de vista, es energía.

Desde los confines de nuestro tiempo, en que el ser humano emergió sobre la Tierra, éste debió quedar impresionado y atemorizado, incluso maravillado de las energías que se manifestaban a su alrededor, aunque no las comprendiera. El descubrimiento del fuego y la habilidad para controlarlo, supuso para el hombre una auténtica revolución en su capacidad para generar energía calorífica, que le permitiría calentarse y cocinar los alimentos. De esta forma nació la leña como gran fuente de energía.

Revolución industrial

Durante mucho tiempo la leña, la fuerza muscular del hombre o de los animales utilizados como tracción, así como los sistemas mecánicos apoyados en el viento o las corrientes de agua, fueron las únicas fuentes de energía utilizadas. Hasta el siglo XVII no comenzaron a surgir nuevas fuentes, como el carbón, que cobró auge y gran demanda durante la Revolución Industrial. Pero el carbón comenzó a declinar con la aparición en el siglo XIX del petróleo y sus derivados, y la energía hidroeléctrica. La rápida progresión del petróleo frente al carbón dio lugar en las últimas décadas del siglo XX a que ésta apenas representase un 29% del consumo, frente al 40% del petróleo. Se puede establecer 1980 como punto culminante de las demandas de energía, que no habían dejado de crecer desde la crisis de 1929. La crisis energética de 1973 provocó una estabilización, e incluso una ligera disminución de las demandas ante los constantes aumentos del precio del crudo. Los mercados que se habían consolidado en el petróleo y gas habían duplicado sus costes de producción, surgiendo entonces nuevas expectativas sobre el carbón, que había quedado rezagado, sobre todo como alternativa en costes para las centrales eléctricas. El encarecimiento de la energía obligó a un replanteamiento de los distintos países sobre la estrategia

CAPITULO I 1

económica global, basado en el fomento del ahorro energético y de actividades con menor dependencia de las fuentes de energía tradicionales. Hoy, el hombre se encuentra ante la disyuntiva de seguir alimentando su prosperidad creciente mediante los recursos energéticos finitos que posee, o plantearse seriamente su equilibrio o búsqueda de nuevas fuentes de energía renovables. Básicamente, las sociedades modernas utilizan fuentes de energía no renovables: carbón, petróleo, etc., que poseen ciclos cronológicos largos, e implican un consumo a un régimen mayor que el de su producción. Las energías basadas en la fisión del uranio son igualmente no renovables. A finales de 1950 comenzaron a funcionar las primeras centrales nucleares de fisión. Esta forma de obtención de energía supuso en un principio un paso tecnológico importante para la humanidad, pero con elevados costes ecológicos. Además de la ausencia de ciclo de renovación, para generar este tipo de energías se precisan centrales muy costosas, debido a las extremas medidas de seguridad que exigen. Generan además unos residuos de difícil eliminación, por el largo periodo de radiactividad latente que poseen. Los inconvenientes de la energía de fisión del uranio tendrían su contrapunto en la energía de fusión, utilizando hidrógeno como combustible. Esta opción podría ser la solución a las demandas de una energía económica, ecológica y muy potente, aunque de momento en los experimentos que se han llevado a cabo siempre se ha consumido más energía que la que se produce. Las grandes ventajas de este tipo de energía estriba en que, a diferencia del uranio, el hidrógeno es un elemento muy abundante en la naturaleza (no olvidemos que forma parte del agua), además de que los residuos que produce pueden liberarse sin peligro alguno. Convertir la energía de fusión en una realidad supondría uno de los avances más importantes de la humanidad, por lo que es objeto de constante investigación.

"Algún día el ser humano despertará de una larga pesadilla y recordará su propio pasado energético... rodeado de diferentes medios para captar la energía solar, no comprenderá la locura de los que se embarcan en la aventura de agotar en menos de 250 años unos recursos fósiles que habían tardado 600 millones de años en formarse. Pero todavía no nos hemos despertado, todavía continuamos en el sueño". Gerald Foley

CAPITULO I 2

DEFINICIONES BASICAS

La energía es una magnitud física que asociamos con la capacidad que tiene los cuerpos para producir trabajo mecánico, emitir luz, generar calor, etc ...

Para obtener Energía se tendrá que partir de algún cuerpo que la tenga y pueda experimentar una transformación. A estos cuerpos se les llama FUENTES DE ENERGIA.

De una forma más amplia se llama fuente de energía a todo fenómeno natural, artificial o yacimiento que puede suministrarnos energía.

Las cantidades disponibles de energía de estas fuentes, es lo que se conoce como RECURSO ENERGETICO.

La Tierra posee cantidades enormes de estos recursos. Sin embargo uno de los problemas que tiene planteada la humanidad es la obtención y transformación de los mismos.

Mapa conceptual de fuentes de energía

CAPITULO I 3

Duración de los recursos energéticos

La imagen muestra la duración que tendría cada fuente de energía, suponiendo que ella sola cubriese todas las necesidades energéticas de nuestra civilización y que dichas necesidades energéticas se mantuvieran al nivel actual de consumo.

ENERGÍAS RENOVABLES

El término, energía renovable, engloba una serie de fuentes de energía que en teoría no se agotarían con el paso del tiempo. Estas fuentes serían una alternativa a las otras llamadas convencionales (no renovables) y producirían un impacto ambiental mínimo.

CAPITULO I 4

ENERGÍA GEOTERMICA

Es la manifestación de la energía térmica acumulada en rocas o aguas que se encuentran a elevada temperatura en el interior de la tierra.

Se le asigna carácter renovable en función de la baja agresión al entorno que supone su recuperación.

La energía acumulada en zonas volcánicas o de anomalía térmica se aprovecha haciendo circular a su través agua o vapor que transporta hasta la superficie el calor almacenado en las zonas calientes.

La temperatura del fluido portador puede ser baja, media o alta dependiendo de la tipología del yacimiento geotérmico. Sólo este último caso permite disponer de suficiente vapor para la generación eléctrica en turbinas, el uso de las otras dos modalidades es el de calentamiento de agua y calefacción.

ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

El sistema de aprovechamiento de la energía del sol para producir energía eléctrica se denomina conversión fotovoltaica.

Para ello se utilizan unas células fotovoltaicas, construidas con un material cristalino semiconductor, el silicio.

CAPITULO I 5

Estas células están dispuestas en paneles que transforman la energía solar en energía eléctrica.

El desarrollo de estos sistemas está ligado en origen a la técnica de los satélites artificiales, debidos a la fiabilidad de su funcionamiento y su reducido peso.

Actualmente existen dos formas de utilización de la energía fotovoltaica:

Instalaciones en lugares aislados de la red pública, la producción eléctrica así obtenida se emplea para autoconsumo de la propia instalación.

Instalaciones que se conectan a la red eléctrica, la producción eléctrica obtenida con las células fotovoltaicas se inyecta a la red pública eléctrica.

ENERGIA SOLAR TERMICA

Un sistema de aprovechamiento de la energía solar muy extendido es le térmico. El medio para conseguir este aporte de temperatura se hace por medio de colectores.

El colector es una superficie, que expuesta a la radiación solar, permite absorber su calor y transmitirlo al fluido.

Existen tres técnicas diferentes entre sí en función de la temperatura que puede alcanzar la superficie captadora.

• Baja temperatura, la captación directa, la temperatura del fluido es por debajo del punto de ebullición.

• Media temperatura, captación de bajo índice de concentración, la temperatura del fluido es más elevada de 100º C.

Alta temperatura, captación de alto índice de concentración, la temperatura del fluido es más elevada.

ENERGIA HIDRAULICA

Ya desde la antigüedad se reconoció que el agua que fluye desde un nivel superior a otro inferior posee una determinada energía cinética susceptible de ser convertida en trabajo, como lo demuestran los miles de molinos que a lo largo de la historia fueron construyéndose a orillas de los ríos.

Recientemente se aprovecha la energía hidráulica para generar electricidad, y de hecho fue una de las primeras formas que utilizaron para producirla.

CAPITULO I 6

El aprovechamiento de la energía potencial del agua para producir energía eléctrica utilizable, constituye en esencia la energía hidroeléctrica.

Es por tanto un recurso renovable y autóctono.

El conjunto de instalaciones e infraestructura para aprovechar este potencial se denomina central hidroeléctrica.

Existen dos grandes tipos de centrales hidroeléctricas que son:

• Convencionales, aprovechan la energía potencial del agua retenida en una presa. Pueden ser por derivación de agua o por acumulación de agua.

• Bombeo, estas centrales disponen de dos embalses situados a diferentes alturas. En las horas del día que se registra una mayor demanda de energía eléctrica, la central opera como una central hidroeléctrica convencional. Durante las horas del día en las que la demanda es mas baja el agua almacenada en el embalse inferior puede ser bombeada al embalse superior para volver a realizar el ciclo productivo.

ENERGIA EOLICA

La energía eólica ya fue utilizada en la antigüedad por buques y molinos.

Se debe a la energía cinética del aire, la potencia que se obtiene es directamente proporcional al cubo del viento, por tanto pequeñas variaciones de velocidad, dan lugar a grandes variaciones de potencia.

Para la producción eléctrica se utilizan unas máquinas que se denominan aerogeneradores.

Existen dos tipos de instalaciones eólicas:

• Aisladas, para generar electricidad en lugares remotos, para autoconsumo. Estas instalaciones pueden ir combinadas con placas solares fotovoltaicas.

• Parques eólicos, que se instalan en las cumbres de las montañas, donde la velocidad del viento es adecuada para la rentabilización de las inversiones.

El desarrollo tecnológico actual, así como un mayor conocimiento de las condiciones del viento en las distintas zonas, esta permitiendo la implantación de grandes parques eólicos conectados a la red eléctrica en todas las comunidades autónomas.

CAPITULO I 7

En la actualidad existen dos modelos aerogeneradores: los de eje horizontal y los de eje vertical. Los primeros constan de una hélice o rotor acoplada a un conjunto soporte llamado góndola o navecilla (en donde están albergados el aerogenerador y la caja de engranajes) montados ambos sobre una torre metálica o de hormigón.

En cuanto a los de eje vertical, presentan la ventaja de que, al tener colocado el generador en la base de la torre, las tareas de mantenimiento son menores. Sin embargo su rendimiento es menor que los de eje horizontal.

En resumen la máquina eólica se divide en estos elementos:

• Soporte: Es capaz de resistir el empuje del viento y altura para evitar las turbulencias que produce el suelo.

• Sistema de captación o rotación: Compuesto por un número de palas cuya misión es la transformación de energía cinética en eléctrica.

• Sistema de orientación: Mantiene el rotor cara al viento dependiendo del dispositivo usado.

• Sistema de regulación: Controla la velocidad de rotación y el par motor en el eje del rotor evitando fluctuaciones.

• Sistema de transmisión: su misión será el acoplamiento entre el sistema de captación y el sistema de generación.

• Sistema de generación: es el encargado de producir la energía eléctrica.

ENERGÍA BIOMASA

El término biomasa en su acepción más amplia incluye toda la materia viva existente en un instante de tiempo en la Tierra. La biomasa energética también se define como el conjunto de la materia orgánica, de origen vegetal o animal, incluyendo los materiales procedentes de su transformación natural o artificial.

CAPITULO I 8

Biocarburantes Constituyen una alternativa a los combustibles tradicionales en el área del transporte, con un grado de desarrollo desigual en los diferente países.

Bajo esta denominación se recogen dos líneas totalmente diferentes, la del bioetanol y la del biodiesel.

Bioetanol Las principales aplicaciones van dirigidas a la sustitución de la gasolina ó a la fabricación de ETBE (Etil- ter-butil eter, aditivo oxigenado de elevado índice de octano que se incorpora a la gasolina)

En el caso del etanol, y en lo que se refiere a la producción de materia prima, actualmente se obtiene de cultivos tradicionales como el cereal, maíz y remolacha, que presentan un alto rendimiento en alcohol etílico. En el futuro se apunta a obtener cultivos más baratos ó variedades de los citados anteriormente orientadas a optimizar su uso en aplicaciones energéticas.

La novedad tecnológica en los procesos de transformación, podría venir por la aplicación de procesos de hidrólisis a productos lignocelulósicos, con lo cual se obtendría una materia prima barata de cara a los procesos de fabricación de etanol.

Biodiesel La principal aplicación va dirigida a la sustitución de gasóleo.

Las tecnologías para la producción de biodiesel, en la actualidad parten del uso de las variedades comunes de especies convencionales como el girasol y la colza. En un futuro se apunta a variedades orientadas a favorecer las cualidades de producción de energía.

Paralelamente se irán incorporando nuevos productos agrícolas y aceites usados como materias primas.

Su uso suele ser mezclado con gasóleo en proporciones inferiores al 50%.

Biogás El biogás se obtiene por la acción de un determinado tipo de bacterias sobre los residuos biodegradables, utilizando procesos de fermentación anaerobia. Dentro de los residuos biodegradables se engloban :

• Los residuos ganaderos • Los lodos de las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) • Los residuos biodegradables de instalaciones industriales (Son

industrias como la cervecera, azucarera, conservera, alcoholera, la de

CAPITULO I 9

derivados lácteos, la oleícola, la alimentaria y la papelera las que generan éste tipo de residuos)

• La fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (RSU)

Generación de biomasa

CAPITULO I 10

ENERGÍAS NO RENOVABLES

Fuentes de energía no renovables son aquellas que existen en una cantidad limitada y que una vez empleada en su totalidad no puede sustituirse, ya que no existe sistema de producción o la producción es demasiado pequeña para resultar útil a corto plazo.

Fuentes de energía no renovable son:

• Petróleo • Carbón • Gas natural • Nuclear

PETRÓLEO

Los yacimientos petrolíferos se deben a la descomposición de grandes acumulaciones de restos animales (peces principalmente) y vegetales (algas) reunidos en el fondo de mares antiguos; comprimidos por movimientos geológicos y sometidos a acciones bacterianas, presiones y temperaturas elevadas.

El petróleo, tal y como mana del yacimiento, tiene pocas aplicaciones. Para obtener a la vez productos de características precisas y utilizar de la manera más rentable las diversas fracciones presentes en el petróleo, es necesario efectuar una serie de operaciones que reciben el nombre de refino de petróleo. Las dos operaciones básicas de este proceso son:

• La destilación: en ella, a partir del petróleo bruto obtenemos toda una gama de productos comerciales que van desde gases y gasolinas a los asfaltos y al coque.

Este proceso comienza en unos hornos en los que se eleva la temperatura del petróleo hasta alcanzar los 400º C, a esta temperatura, la mayor parte del petróleo se transforma en vapor. Esta mezcla se hace pasar a través de una columna o torre de fraccionamiento. Los vapores de petróleo, introducidos por la parte baja de la torre, van ascendiendo por distintos pisos, al mismo tiempo que se van enfriando. Este enfriamiento da lugar a que cada uno de los pisos se vaya condensando distintos compuestos, cada uno de los cuales tiene una temperatura específica de licuefacción.

Una muestra de los tipos de productos obtenidos sería:

CAPITULO I 11

PRODUCTO PROCESO DESTILACIÓN UTILIDAD

Gases

Metano, etano,

propano, butano

Hasta 40 º C Combustibles

Naftas (Gasolinas)

Pentano, hexano,

heptano, octano, nonano

40º C – 180º C Combustibles Disolventes

Queroseno Decano-Hexadecano

200º C – 300º C

Combustibles reactores Craqueo

Gasóleo

Hidrocarburos de 16 a 25 átomos de

carbono

300º C – 375º C

Combustible Craqueo

Fuel

Hidrocarburos de 20 a 40 átomos de

carbono

>= 350º C Combustibles Lubricación

Residuos ligeros Vaselina Semisólida Lubricantes

Pomadas Residuos pesados

Parafinas, alquitranes Sólida Impermeabilización

Asfaltos

• La destilación no puede proporcionarnos más que los productos que estén presentes en el crudo de forma natural, lo cual puede no satisfacer la demanda de un producto concreto... Por esta razón se emplean otras técnicas, una de las usuales es el craqueo o pirólisis, que consiste en la ruptura de una molécula pesada (por ejemplo, fuel) en varias moléculas ligeras, no necesariamente idénticas entre ellas (gasolina y gasóleo).

A principios del siglo XX, aumentó el consumo de petróleo de forma espectacular, convirtiéndose, el petróleo y sus derivados, en el principal combustible en el sector de transporte y uno de los combustibles más importantes en la generación eléctrica.

Las estimaciones de duración de las reservas actuales de petróleo, están en torno a 35 años.

CAPITULO I 12

La producción mundial de petróleo ha presentado muchas variaciones a lo largo de la historia, de la misma forma que su precio (dólar por barril), incidiendo de forma muy significativa en la economía mundial.

CARBON

El carbón es un término muy general que engloba a gran variedad de minerales ricos en carbono.

El carbón se compone principalmente de Carbono, aunque también contiene Hidrógeno, Oxígeno y una cantidad variable de Nitrógeno, Azufre y otros elementos.

Se forma en la naturaleza por descomposición de la materia vegetal residual acumulada en los pantanos o en desembocaduras de grandes ríos.

Existen distintos tipos de carbón que se pueden clasificar en dos grandes grupos:

• Carbones duros: totalmente carbonizados, entre los que están la antracita y la hulla.

• Carbones blandos: pertenecen a épocas posteriores al carbonífero y que no han sufrido proceso completo de carbonizados . Entre ellos están los lignitos, pardos y negros y la turba. Una clasificación global, sería:

CLASIFICACIÓN GLOBAL

ANTRACITA Hasta 8% de materia volátil.

HULLAS MAGRAS Hasta 14% de materia volátil.

HULLAS SEMIGRASAS Entre el 12% y 22% de materia volátil.

HULLAS GRASAS PARA COQUE

Entre el 18% y 27% de materia volátil.

HULLAS GRASAS DE GAS

Entre el 24% y 40% de materia volátil.

HULLAS GRASAS DE LLAMA LARGA

> 30% de materia volátil.

HULLAS SECAS Entre el 34% y 45% de materia volátil.

CAPITULO I 13

Otra clasificación de los carbones, atendiendo a su grado de metamorfismo (cambio de la forma y estructura debido a las acciones del calor, la presión y del agua) sería:

• Antracita: son los de mayor calidad, contienen del 85% al 98% en peso de carbono.

• Hullas: dentro de esta clasificación aparece una amplia gama de carbones cuyo contenido en carbono abarca desde el 40% hasta el 85%.

• Lignitos: son los de peor calidad, con contenidos en carbono inferior al 40%.

• Turbas: No se consideran carbones según la ASTM (American Society for Testing and Materials), tienen un contenido en humedad muy alto (90%).

Históricamente el carbón fue la fuente que impulsó la primera fase de la industrialización. A partir del principio del siglo XX ha sido paulatinamente sustituida por el petróleo.

Las estimaciones de duración de las reservas actuales de carbón, están en torno a 300 años.

Actualmente se utiliza para la producción eléctrica, la industria siderúrgica y la calefacción.

El carbón presenta un factor de emisiones de CO2 muy elevado, así como de SO2, NOx y partículas en suspensión. La combinación de SO2 y NOx produce la lluvia ácida.

GAS NATURAL

Aunque como gases naturales pueden clasificarse todos los que se encuentran de forma natural en la Tierra, desde los constituyentes del aire hasta las emanaciones gaseosas de los volcanes, el término “gas natural” se aplica hoy en sentido estricto las mezclas de gases combustibles hidrocarburados o no, que se encuentran en el subsuelo donde en ocasiones aunque no siempre, se hallan asociados con petróleo líquido.

El principal constituyente del gas natural es siempre el metano, que representa generalmente entre el 75 y el 95% del volumen total de la mezcla. Los hidrocarburos gaseosos que suelen estar presentes, etano, butano y propano aparecen siempre en proporciones menores.

En un principio no era usado, al no ser fácil de transportar y almacenar como el petróleo. El gas natural que aparecía en casi todos los yacimientos petrolíferos, se quemaba a la salida del pozo, como un residuo más.

CAPITULO I 14

La necesidad de nuevas fuentes energéticas hizo descubrir nuevos yacimientos que poseían enormes reservas de gas natural. Pero seguía existiendo el problema de su transporte y almacenamiento. Este problema quedó resuelto mediante la creación de la cadena del gas natural licuado (GNL). De forma esquemática consta de los siguientes pasos:

• Transporte del gas desde los yacimientos hasta la costa, por medio del gasoducto. Éste también puede unir los yacimientos con los puntos de consumo.

• Licuación del gas, para ello se enfría hasta 147 K. • Transporte marítimo del GNL en buques metaneros. • Recepción del GNL en las instalaciones portuarias del país importador

y regasificación inmediata, seguida de distribución comercial por tuberías.

Es el combustible natural más limpio en términos de contaminación:

• Produce la menor cantidad de CO2 por unidad energética de todos los combustibles.

• No contiene azufre, por tanto no aparece SO2 en la combustión. • No se producen partículas sólidas. • La tecnología desarrollada para la combustión del gas natural

disminuye la formación de óxidos de nitrógeno. • En todas sus aplicaciones industriales el rendimiento es elevado con

lo que disminuye el consumo de energía primaria.

NUCLEAR

El combustible utilizado en las centrales de fisión nuclear es el Uranio-235, que se encuentra en una cantidad del 0,7% de todo el Uranio disponible en la naturaleza, por lo que partiendo del Uranio-238, no fisible, este se enriquece para que el contenido de U-235 sea de un 2% a 3%.

En la reacción de fisión, un núcleo pesado (U-235) se divide en dos núcleos más ligeros al absorber un neutrón, liberándose varios neutrones, generando una radiación y una cantidad considerable de energía que se manifiesta en forma de calor. Estos neutrones son empleados para provocar otra reacción, consiguiendo reiterativamente de este modo una cadena sucesiva de reacciones de fisión.

El dispositivo encargado de regular las reacciones en un estado estacionario, que permita mantener un balance equilibrado de las mismas en la captura y escape de neutrones es llevado a cabo por el reactor nuclear.

CAPITULO I 15

HIDROGENO Y LAS CELDAS DE COMBUSTIBLE El hidrógeno no es fuente primaria de energía. No es un combustible que podamos extraer directamente de la tierra como el gas natural. Se puede producir hidrógeno a partir del agua utilizando un electrolizador, impulsado por electricidad obtenida de la energía solar o eólica. Este electrolizador divide el agua, produciendo oxígeno puro e hidrógeno. El hidrógeno se puede comprimir y almacenar en tanques por horas, días, e incluso por varios meses hasta que se lo necesite. El hidrógeno representa energía almacenada. El hidrógeno se puede quemar como cualquier combustible para producir calor, impulsar un motor, o producir electricidad en una turbina. Pero la celda de combustible es una manera más limpia y más eficiente de utilizar el hidrógeno.

CAPITULO I 16

La celda de combustible recombina el hidrógeno y el oxígeno para producir energía eléctrica. El único subproducto es agua pura. En otras palabras, la celda de combustible es como un electrolizador funcionando al revés. La agrupación de la celda de combustible, el electrolizador, el almacenaje de hidrógeno y la fuente de energía renovable constituyen el “ciclo de hidrógeno renovable” (Fig. 1). Este ciclo se convertirá en el corazón y el alma de nuestra economía energética del futuro, tal vez durante todo el período de nuestras vidas.

La situación actual

Docenas de compañías y laboratorios investigadores en Norteamérica, Europa y Asia están desarrollando las celdas de combustible y los electrolizadores. Sin embargo, todavía no hay productos de celda de combustible listos para su venta “al detalle” a consumidores individuales.

Varios investigadores y empresas están desarrollando celdas de combustible que funcionarán utilizando combustibles fósiles en vez de hidrógeno electrolizado puro. Esta técnica tiene la ventaja de que estos combustibles siguen siendo baratos y disponibles en todas partes. A los precios actuales, es más económico producir el hidrógeno utilizando los combustibles fósiles que hacerlo por medio de la electrólisis. Sin embargo, los combustibles fósiles no serán baratos ni abundantes en el futuro. Además, el proceso de reformar estos combustibles para su uso en celdas de combustible no evita el problema de la emisión de dióxido de carbono en la atmósfera. El hidrógeno solar, en comparación, nos ofrece una solución energética que resuelve todos estos problemas.

CAPITULO I 17

Hay varias clases de celda de combustible, cada una con características especiales que las hacen apropiadas para aplicaciones específicas. Celdas de combustible de las clases carbonato derretido, ácido fosfórico y óxido sólido, por ejemplo, funcionan muy eficientemente a temperaturas elevadas y son ideales para impulsar plantas de energía grandes y centralizadas que operan por largos períodos con cargas constantes. En cambio, las celdas de combustible de membrana de intercambio protónico (PEM) funcionan a bajas temperaturas y se prenden rápidamente; por eso, son apropiados para el uso en vehículos y generadores de energía en pequeña escala para casas. Incluso algunos investigadores están desarrollando micro-celdas de combustible PEM para impulsar aparatos tan pequeños como los teléfonos celulares y las computadoras portátiles.

El precio que debemos pagar

Si las celdas de combustible son tan maravillosas, ¿por qué todavía no las vemos en cada casa y automóvil? El obstáculo mayor es el gran costo inicial. Los sistemas de celda de combustible actualmente cuestan por lo menos $5.000 USD por kilovatio, y puede ser muy difícil encontrarlos a cualquier precio. El costo tendrá que rebajarse hasta $1.500 USD o menos para competir con las otras tecnologías para la generación de energía eléctrica. En el futuro ocurrirán cuatro cosas que van a hacer la energía de hidrógeno más atractiva económicamente:

Avances técnicos en las celdas de combustible van a resultar en la producción de mayor potencia a menor costo.

Producción en gran escala va a reducir el costo por unidad. En comparación con los aumentos en el costo del petróleo, el

hidrógeno se convertirá en una ganga. El aumento de la atención respecto de la eficiencia energética, reducirá

nuestro uso de energía por persona, haciendo más factible la adopción de tecnologías relativamente costosas, como las celdas de combustible.

La buena noticia para la economía es que, una vez construido un sistema de energía renovable, obtiene su “combustible” gratis, y el costo de mantenimiento es muy bajo. Los sistemas para la generación de hidrógeno son realmente muy sencillos y tienen pocos componentes móviles que se agotan.

Tendencias de la política energética

A las puertas de un nuevo milenio, el panorama mundial del sector energético, se haya inmerso en un proceso general de desregulación y liberalización de la economía, donde se considera prioritaria la competitividad en un mercado global sin barreras físicas y arancelarias.

CAPITULO I 18

En los países desarrollados, con sistemas asentados de economía de mercado, este proceso en el sector de la energía, ha contribuido a grandes mejoras en términos de eficiencia, una presión a la baja de los costes, una mayor amplitud de los suministros energéticos y a un papel cada vez más reducido de los monopolios.

Este proceso de liberalización y competencia en el objetivo de un menor coste de la energía y en su uso más racional, como motor indispensable que permita el desarrollo económico de la sociedad, debe ser compatible con el respeto al medio ambiente y a la calidad de vida deseable para cada uno de los 6.000 millones de habitantes de nuestro planeta y sus futuras generaciones, siendo capaz de enfrentarse a los dos retos fundamentales que establecía la Declaración de Tokio (XVI CME-1995):

- Respuesta urgente a la situación de más de 2.000 millones de personas que no tienen ni electricidad, ni acceso a otra energía comercial, sin posibilidad de salir de su actual situación de pobreza, que les permitiese mejorar su nivel de vida y reducir el alto grado de degradación de su medio ambiente.

- Definición de una estrategia de desarrollo sostenible a largo plazo, que tenga en cuenta el inevitable crecimiento de la población mundial y la prioridad del desarrollo económico suficiente que permita a todos los pueblos el acceso a una calidad de vida aceptable, así como afrontar su impacto en el medio ambiente, tanto a escala local y regional, como a nivel global.

En las conclusiones del XVI CME, la respuesta ha sido formulada en los siguientes términos: "Las políticas requeridas y la toma de decisiones que afectan al sector energético productor y al consumidor final, deben establecerse sin demora con el fin de asegurar el éxito de la transición hacia el suministro y uso de una energía comercial sostenible a largo plazo.

De entre las recomendaciones del XVI CME, resalto las siguientes:

* Los gobiernos, tanto de los países ricos, como de los países pobres, de común acuerdo y sin desmayo, deben trabajar conjuntamente para conseguir que el 40 % de la población mundial que no dispone de energía, pueda tener acceso a una energía comercial, en progresivo aumento, ya que de otra forma no podrán satisfacer sus necesidades básicas y su esperanza de lograr el desarrollo económico.

* Los gobiernos y el sector privado, en estrecha colaboración, tanto a escala nacional como internacional, deben incrementar las inversiones en Investigación, Desarrollo y Demostración en las nuevas fuentes de energías renovables comercialmente viables, con el fin de mejorar su eficiencia, lo que les permitirá acelerar y aumentar su participación en el abastecimiento energético global.

CAPITULO I 19

La aprobación el pasado 10 de Diciembre de 1997, en la cumbre de Kioto de un protocolo destinado a limitar las emisiones de seis gases de efecto invernadero en los países industrializados, tendrán un indudable efecto sobre las políticas energéticas a desarrollar en la próxima década, con una clara tendencia a incentivar el crecimiento de las energías renovables y fomentar la eficiencia en la producción y consumo de la energía.

CAPITULO I 20

CRITERIOS PARA EL DISEÑO Y SELECCIÓN DE PLANTAS DE GENERACION CON TURBINAS A GAS

General:

La utilización de las turbinas a gas en plantas de generación de electricidad

han encontrado en el transcurso de los años algunas limitaciones en su

crecimiento debido fundamentalmente a que las mismas típicamente tienen

un mayor consumo especifico de calor (HEAT RATE) comparado plantas de

generación con turbinas a vapor o motores diesel. Esta desventaja asociada

con los tradicionales precios altos de los combustibles, ha producido que

rápidamente las ventajas iniciales de las turbinas a gas se hayan visto

disminuidas en la mayoría de las aplicaciones, entre las cuales tenemos:

a.- Limitaciones de espacio físico en plantas de generación medianas o

mayores.

b.- Zonas donde se requiere generación temporal.

c.- Zonas donde se tiene acceso limitado.

d.- Necesidades de generación móvil.

e.- Plantas de generación para cubrir niveles de demanda pico.

f.- Suplir requerimientos de generación de emergencia. Donde el tiempo

necesario para arrancar y poner en marcha el equipo tiene mayor

importancia que su consumo de combustible.

g.- Plantas de Ciclos Combinados o de Co-generación donde los niveles de

niveles de desperdicio de calor existentes en los gases de escape de la

turbina pueden ser económicamente utilizados para generar adicional

potencia o energía térmica para procesos.

CAPITULO I 21

Selección de Turbo-Generadores a Gas:

Los ciclos simples con turbinas a gas son normalmente adquiridos como un

paquete completo de planta de generación.

Con algunas excepciones, un paquete de generación con turbinas a gas

incluye entre otros los siguientes dispositivos:

a.- El conjunto principal de accionamiento: Grupo Turbo-Compresor.

b.- Sistema de combustión.

c.- Sistema de arranque.

d.- Generador

e.- Interruptor principal o SWITCHGEAR

f.- Paquete de auxiliares eléctricos

g.- Paquete de auxiliares mecánico

h.- Sistema auxiliar protección y control.

Este paquete usualmente se ubica sobre una base de metal común

denominada SKID. Colocándose por lo general fuera de la misma: el tanque

de aceite, las bombas de transferencia, el interruptor de distribución,

transformadores, baterías de alimentación de corriente continua, entre otros.

La selección del tamaño de unidad requiere establecer los requerimientos de

carga y el numero de unidades para mantener una disponibilidad pre-

establecida. La amplia gama de rangos de capacidad existentes en los

equipos estándar en el mercado puede influir en la selección del numero de

unidades a considerar para lograr la capacidad total que se requiere para la

planta.

CAPITULO I 22

La selección inicial de la turbina a gas comienza utilizando los parámetros o

condiciones de la INTERNATIONAL STANDARS ORGANIZATION (ISO),

usualmente disponible a través de los fabricantes de los equipos. Las

condiciones ISO establecen la capacidad real de una turbina a gas sobre la

base de una velocidad dada al nivel del mar y a una condición ambiental de

temperatura de 59 oF (15 oC). Adicionalmente estas condiciones ISO

suponen que las perdidas tanto en la entrada como en la salida de la turbina

a gas son nulas.

Para establecer la capacidad real de la turbina a gas en el sitio donde será

instalada se necesita adecuar las condiciones dadas por los fabricantes

según parámetros ISO a las condiciones reales existentes. Este proceso se

realiza ajustando la capacidad dada en condiciones ISO mediante cuatro

variables: Elevación, temperatura ambiente, perdidas de presión en el

sistema de entrada y perdidas presión en el sistema de escape.

Elevación:

Para una ubicación dada, la capacidad ISO ajustada a la altitud del sitio es

obtenida directamente de una curva de corrección por altitud suplida por los

fabricantes. Existen pequeñas diferencias entre estas curvas. Para unidades

móviles el efecto de la altitud debe ser evaluado para cada sitio donde se

ubique.

Temperatura:

La temperatura del sitio a seleccionar normalmente es equivalente al 2 ½ %

de la temperatura promedio de bulbo seco presente durante un día y año

calendario. Usualmente se toma la hora del día cuando se presenta la carga

pico. Típicamente es suficiente seleccionar una turbina que pueda ofrecer la

capacidad para atender la demanda que se genera durante 2 ½ % del tiempo

donde esta presente la máxima temperatura. Otro valor importante de

temperatura a considerar es aquella donde comienza a producirse

CAPITULO I 23

congelamiento de las partículas húmedas en el ambiente. El congelamiento

cuando un adecuado nivel de temperatura y humedad se presenta,

manifestándose por la formación de hielo aguas abajo del sistema de

filtración o en el área de entrada al compresor. Es importante eliminar o

minimizar este efecto ya que partículas de hielo pueden entrar al compresor

causando daños importantes. El fenómeno de congelamiento ocurre cuando

la temperatura ambiente alcanza alrededor de los 35 a 42 oF y la humedad

relativa es alta. Este problema usualmente es eliminado recirculando aire

caliente extraído de la salida del compresor e introduciéndolo en el sistema

de filtración, de forma manual o automática. Aunque esta acción causa

perdidas en la eficiencia de la turbina, es necesario eliminar la posibilidad de

causar un daño importante a la misma.

Perdidas en el sistema de entrada:

Las perdidas por fricción en sistema de entrada representan una de las

variables mas criticas que afectan el desempeño de la turbina a gas y sobre

las cuales el diseñador del equipo impone control. El incremento de las

perdidas por fricción en el sistema de entrada a la turbina puede causar una

significativa reducción en la potencia producida. Por diseño se establece que

la totalidad de perdida de presión en el sistema de entrada no deberá

exceder dos (2) pulgadas de agua y debe ser cercana a cero tanto el espacio

como los parámetros económicos puedan permitir. Todos los costos

destinados a optimizar el sistema de entrada con el fin de reducir las

perdidas será rápidamente amortizado por el ahorro en el consumo de

combustible. Otros factores que afectan el desempeño del sistema de

entrada lo son la presencia de: polvo, lluvia, arena y nieve; los cuales deben

ser controlados a través de un adecuado sistema de filtración. Un diseño

adecuado del sistema de filtración debe limitar la entrada de estos

contaminantes con un mínimo de perdida de presión. Adicionalmente el

sistema de entrada debe ubicarse de tal manera que evite la ingesta de

CAPITULO I 24

adicionales elementos contaminantes provenientes de otras turbinas o

escapes de otras instalaciones o procesos.

Perdidas en el sistema de escape:

Las perdidas por fricción en el sistema de escape también resultan en un

decrecimiento de la potencia de salida de la turbina a gas y tienen que ser

contabilizadas el diseño y selección de la unidad. El principal factor de las

perdidas en el sistema de escape resulta en la necesidad de atenuar el nivel

de ruido que genera la operación de la turbina a gas. Mientras mas efectivos

son los silenciadores mas perdidas de presión se tienen. Aunque los niveles

de perdida de presión aguas abajo en el escape tienen un menor efecto

sobre el desempeño de la turbina a gas que las perdidas de presión en la

entrada estas deben mantenerse a niveles tan bajos como sea posible y

deben mantenerse por debajo de seis (6) pulgadas de agua.

Existen otros factores a considerar al momento de seleccionar una turbina a

gas, entre los cuales podemos resaltar los siguientes: Combustibles, Arreglo

de la Planta y Alternativas para la recuperación del calor desperdiciado.

Combustibles:

Cada fabricante tiene sus propias especificaciones para los combustibles que

son aceptables para su turbina. Combustibles líquidos de alto grado tales

como: Diesel Nro. 1 y 2 o JP-4 o JP-5; son usualmente aceptados por la

mayoría de todos los fabricantes. El uso de combustibles mas pesados es

posible considerando ajustes en el diseño o selección de la turbina a gas. El

combustible liquido pesado tiene que ser tratado para reducir los

contaminantes corrosivos tales como: sales de sodio, potasio, vanadio y

sulfuros: Este proceso de tratamiento incrementa el costo neto del

combustible. Adicionalmente los costos de almacenamiento y manejo del

combustible en el sitio donde se ubicara la turbina también serán altos,

particularmente si se utiliza combustibles pesados tales como el Nº 4 y Nº 6.

CAPITULO I 25

Arreglo de la Planta:

General:

Como hemos indicado anteriormente los arreglos de turbina-generador son

frecuentemente suplidos en paquetes completos, el cual incluye todos los

componentes para operar, listo para conectarse al sistema de suministro de

combustible y al sistema de distribución eléctrica. Este factor representa una

de las ventajas de la turbina a gas, el corto tiempo de instalación.

En términos generales podemos encontrar dos tipos de instalaciones para las

plantas con turbinas a gas: Externa e Interna.

Instalación Externa:

Las instalaciones externas pueden dividirse en:

a.- El paquete de potencia es suministrado con los componentes principales

de la unidad ensamblados en la fabrica en tres o mas SKID montados en

módulos, cada uno con su carcaza externa (Housing) a prueba de impactos

ambientales, cada modulo por separado con sus conexiones eléctricas,

conexiones de tuberías y bridas que permiten que cada modulo sea

rápidamente conectado el uno con el otro en su base de concreto ubicada en

el sitio final de instalación. Anexando a estos módulos principales los ductos

de escape y de entrad, los silenciadores y filtros de entrada, cilindros de

escape, tanques de combustibles, unidad de suministro y tratamiento de

combustible y la unidad de transformadores auxiliares, los cuales están

conectados a través de tuberías y cables al ensamblaje principal en una

fundación de concreto separada.

b.- Se puede tener un paquete similar excepto que la carcaza externa

(Housing) a prueba de impactos ambientales es construida en una sola

unidad y transportada separadamente. Lo cual le permite tener un tener un

encerramiento único, de instalación y ensamblaje rápido.

CAPITULO I 26

c.- La unidad es suministrada con todos los componentes, auxiliares y

sistemas de control; ensamblados dentro de un encerramiento a prueba de

impactos ambientales arreglados en un solo modulo listo para operar.

Instalación Interna:

En una instalación del tipo interna se tiene el conjunto Turbina-Compresor-

Generador montado a cierto nivel del piso del edificio donde se ubica la

instalación final de la unidad en una base o fundación. También puede ser

ubicado a una elevación tal desde el piso que permita disponer espacio para

la instalación de ductos, tuberías y cableados. Los ductos de entrada y salida

son orientados hacia el área exterior del edificio a través de las paredes

laterales o por el techo. Las paredes o el techo por lo general se adecua para

poder colocar una grúa puente que pueda desplazarse a lo largo de todo el

arreglo Turbina-generador. Todos los sistemas que requieran la liberación de

calor son colocados externamente al edificio.

Alternativas para la recuperación del calor desperdiciado:

Los procesos de recuperación de calor desperdiciado pueden ser necesarios

independientemente de su impacto en la estructura de costos del proyecto.

Si la turbina a gas es utilizada en un proceso intermitente de generación, el

costo de capital de la recuperación de calor debe mantenerse bajo de

manera tal que sea considerado, tanto para el periodo de operación como

para los periodos en los cuales el sistema auxiliar este trabajando debido a

que la unidad no esta en servicio. Por el contrario, instalaciones de turbinas a

gas diseñadas para operar por largos periodos de tiempo, los costos

asociados a los equipos necesarios para la recuperación de calor son

fácilmente abordados, pero en todo caso todavía debe ser considerado como

un sistema auxiliar y debe evaluarse si se tendrá un nivel de generación que

justifique, por ejemplo, la inclusión de una caldera de recuperación de calor.

Además del impacto en la eficiencia por las perdidas agregadas en el

escape.

CAPITULO I 27

Otros factores importantes a considerar:

1. Contaminación ambiental / Inyección de agua o vapor

2. Niveles de ruido

3. Disponibilidad de planta

CAPITULO I 28