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ACADEMIA DE INGENIERIA
GENERACION TERMOELECTRICA
SEMINARIO SOBRE ENERGIA. 5 de Agosto de 2009
José Miguel González SantalóInstituto de Investigaciones Eléctricas
• Las tecnologías están ligadas al combustible procesado
• El mismo combustible puede utilizarse en varias tecnologías
TECNOLOGIAS DE GENERACION TERMOELECTRICA
TECNOLOGIAS COMPLEMENTARIAS
Tecnologías de control de emisiones
• Desulfuradores– Del combustible– De gases
• De NOx– Combustión controlada– Convertidores catalíticos
• Filtros• Precipitadores
Electrostáticos
Tecnologías de separación y confinamiento de CO2
• Separación– Precombustión– Postcombustión– Oxicombustión
• Confinamiento– Yacimientos de HC’s– Yacimientos de Carbón– Acuíferos salinos
EL PROCESO DE GENERACION
TECNOLOGIAS DE GENERACION
• Basadas en TV’s– Ciclo Rankine– Carbón Pulverizado– Lecho fluidizado
• Basadas en TG’s– Ciclo abierto– Ciclo combinado
TECNOLOGIAS COMPLEMENTARIAS
• Emisiones locales– Precipitadores– Filtros– Absorbedores SO2
– Combustión controlada– Convertidores catalíticos
• Emisiones de CO2– CCS
• Separación• ConfinamientoPROC. COMBUSTIBLE
•Gasificación•Desulfuración•Molienda ---- Lavado
EL CICLO RANKINE. TERMICA CONVENCIONAL
• Usa combustóleo, gas, carbón o coque.
• Dominó el campo de generación hasta los 90’s
• Sigue mejorando en base a desarrollo de materiales
• Combustibles más adecuados son carbón y coque
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EFI
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LA TURBINA DE GAS
• Utiliza gas natural, gas de síntesis o diesel
• Se desarrolló sustancialmente en la industria aeronaútica
• Empezó a dominar los mercados en los 90´s
• Es la base de los ciclos combinados
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EL CICLO COMBINADO
• Integra las tecnologías de TV y TG
• Mejora la eficiencia de ambas
• Utiliza gas natural, diesel, gas de síntesis
• Domina el mercado a partir de los 90’s
• Costos 800 USD/Kw y dos años de construcción
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COMPARACION DE TECNOLOGIAS
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CICLO COMBINADOCENTRAL TÉRMICA
TURBINA DE GAS
USA CARBON Y COQUE
COSTOS DE 1500 USD/KW Y TIEMPOS DE 4 AÑOS COSTOS DE 800
USD/KW Y TIEMPOS DE 2 AÑOS, USA GAS
COSTOS DE 600 USD/KW, TIEMPO DE 1 AÑO, USA GAS
NUEVAS TENDENCIAS
• Atractivo usar carbón• Usar carbones de baja
calidad en azufre y cenizas• Buscar las ventajas de la
turbina de gas• Precio de los crudos muy
altos• Interés en mitigar el
cambio climático
• Lecho fluidizado
• IGCC
• No más centrales de combustóleo
• Implantación de CCS
IGCC
• Eficiencias del orden de 40 a 42 %
• Facilidad para utilizar combustibles “difíciles”
• Es la tecnología donde se facilita más separar el CO2
. PLANTA DE GASIFICACION DE BASURA EN EL REINO UNIDO
COMPARACION DE TECNOLOGIAS
Tecnología Combustible Eficiencia Costo
USD/KW Plazo de construcción
Ciclo Combinado (CC) Gas / Diesel 50 – 60 % 800 2 Turbina de gas en ciclo abierto Gas / Diesel 35 – 45 % 500 1 Gasificación integrada a CC ** Sólidos 40 – 44 % 2,000 5 Ciclo Rankine subcrítico Combustóleo/
Carbón 35 – 38 % 1,300 4
Ciclo Rankine supercrítico * Carbón pulverizado
Combustóleo/ Carbón
39 – 42 % 1,486 4
Ciclo Rankine ultra supercrítico –Carbón pulverizado
Combustóleo/ Carbón
42 – 47 % 1,550 4
Lecho fluidizado circulante atmosférico***
Carbón 39 – 41 % 1,700 4
Lecho fluidizado presurizado Carbón 42 – 44 % 2,200? 4
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2001
2003
2005
Años
kcal
x 1
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UranioDieselCarbónGas natural Combustóleo
EVOLUCION DE LA GENERACION POR COMBUSTIBLE
• Se tomaron las proyecciones de población del CONAPO• Un objetivo moderado es que México llegue en el 2050 a
los consumos de energía per cápita de hoy, de la OECD• Crecimiento alto en renovables• De ahora al 2015 se toma el POISE• De 2015 a 2030 el crecimiento, además de las renovables,
se reparte entre gas natural, carbón y nuclear en partes iguales
• De 2030 a 2050 el crecimiento se reparte con 20% en gas natural y el resto en carbón y nuclear
PROYECCION DE LA CAPACIDAD AL 2050
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2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060
AÑO
CO
NSU
MO
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MW
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/AÑ
O
Spain 6.15Ireland 6.25United Kingdom 6.25Israel 6.76Germany 7.11France 7.71Korea 7.78Japan 8.23Switzerland 8.24
CONSUMOS PER CAPITA EN 2005
CONSUMO PER CÁPITA ESTIMADO
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RenovablesHidráulicaNuclearCarbónGas NaturalCombustoleo
ESCALA HORIZAONTAL VA DE 2005 A 2050
PROYECCION DE LA CAPACIDAD INSTALADA AL 2050
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A partir del 2020 se requiere aplicar CCS
EMISIONES DE CO2Millones de toneladas al año
CCS. CONFINAMIENTO Y SEPARACION DE CO2
SEPARACION DEL CO2– Postcombustión– Precombustión– Oxicombustión
OXICOMBUSTION
• Es una planta convencional con la adición de una planta de separación de oxígeno
• El combustible se quema con oxígeno• Para mantener temperaturas aceptables se recirculan gases
de escape• En principio se puede aplicar tanto a una turbina de gas
como a una central térmica• Es la menos desarrollada de las opciones
SEPARACION DE CO2
• Tres tecnologías en desarrollo• No hay un ganador claro todavía• Se espera un incremento de costos de la energía eléctrica
generada del orden del 25 al 40%• Postcombustion tiene la ventaja de poder aplicarse como
retrofit• IGCC con reactor “shift” es la que parece tener costos
menos altos
MARCO DE REFERENCIA PARA CONFINAMIENTO DE CO2
MUNDO• Emisiones (40) 28 GT
CO2
• 60% del sector eléctrico• En un escenario BAU se
duplican las emisiones al 2050
• 2050 reducir emisiones al 20 % del valor actual
MEXICO• Emisiones del SE de 110
Mton CO2• Sector Eléctrico representa
el 45 % de las emisiones totales
• Capacidad de almacenamiento de 5 a 15 Gton CO2
TIPOS Y CARACTERISTICAS DE CONFINAMIENTO
• Tipo de confinamiento– Yacimientos de crudo y gas– Yacimientos de carbón– Acuíferos salinos– Terrenos basálticos ??
• Profundidad de 1,000 a 2,500 metros• Fugas estimadas 1% en la vida del
confinamiento
SITIOS DE CONFINAMIENTO EN MEXICO
No hay sitios disponibles para confinamiento en todas las zonas del país
PENDIENTES EN CONFINAMIENTO
• Identificar los sitios viables para confinamiento y sus capacidades
• Incorporar en la planeación del sector eléctrico los criterios de separación y confinamiento
• Planear el desarrollo de infraestructura para transporte de CO2
• Integrar grupos capaces, responsables del monitoreo de los sitios de confinamiento de CO2
CONCLUSIONES
• La generación eléctrica deberá sustentarse en los combustibles fósiles hasta al menos 2050
• Las tecnologías dominantes serán CP, IGCC y CCGN• Los combustibles serán carbón, gas natural y coque de
petróleo.• Las emisiones de GEI serán factor determinante para
selección de tecnologías. Una decisión sobre la energía nuclear es fundamental.
• CCS será una necesidad en México en los próximos años• CCS representa una oportunidad para la industria mexicana• Se requiere desarrollar capacidad en el país