ÁREAS POTENCIALES A ABORDAR POR EL INSTITUTO DE INVESTIGACIONES ELÉCTRICAS Presentación al...

ÁREAS POTENCIALES A ABORDAR POR EL INSTITUTO DE

INVESTIGACIONES ELÉCTRICAS

Presentación al Comité de Política Energética de la SENER

Septiembre 2007

Ing. Julián Adame, Director Ejecutivo

Septiembre 2007 Comité de Política Energética, SENER

2

CRECIMIENTO DEL SECTOR ELÉCTRICO A 2030

• Según la prospectiva del Sector Eléctrico 2006-2015, para este último año se requerirán 305 TWh (con 83,530 MWe – cuadro 24 y pag. 56) para una tmca del PIB de 3.8% y de la demanda eléctrica de 4.8% (cuadro 19 y graf. 26).

• Si suponemos que entre 2015 y 2030, la tmca de la demanda eléctrica se mantiene en 4.5% promedio, para este último año, la demanda será de 590 TWh (con 161,583 MWe si se mantiene la misma estructura de generación).

• Será necesario mantener todas las opciones tecnológicas abiertas para alcanzar estas cifras.


3

LIMITANTES PREVISTAS

• Seguridad energética

• Cambio climático

• Aspectos sociales

• Situaciones geopolíticas


4

ESQUEMA DEL FLUJO ENERGÉTICO

PRIMARIA SECUNDARIA FINAL EXPLORACIÓN PRODUCCIÓN PRODUCCIÓN PRODUCCIÓN TRANSPORTE TRANSPORTE

PETROLEO

GAS NATURAL CARBÓN PETROLÍFEROS CALOR/FRIO URANIO/TORIO GAS NAT. PROC. ILUMINACIÓN HIDROENERGÍA ELECTRICIDAD MOVIMIENTO GEOTÉRMIA ALCOHOL POTENCIA

EÓLICA HIDRÓGENOSOLARBIOMASA


5

ACTIVIDADES DEL IIE


6

TECNOLOGÍAS DE PROCESO PARA ENERGÍAS RENOVABLES


7

ENERGÍA EÓLICA

• En base a 29 estaciones de monitoreo, se evalúa el recurso disponible en diferentes sitios de interés en el país. En el presente, se tiene una estimación total de 5,000 MWe, distribuida en 8 regiones.

• Se desarrolla infraestructura tecnológica a través de la construcción, con apoyo del GEF/PNUD, del Centro Regional de Tecnología Eólica en Oaxaca, actualmente en fase de construcción, tentativamente a inaugurarse en 2010, con el fin de ser un soporte importante para el desarrollo tecnológico y capacitación de personal.

• Se realizan estudios de viabilidad y factibilidad de proyectos de centrales eoloeléctricas para CFE y entidades privadas.

• Se apoya el proyecto recién iniciado para el desarrollo de la fabricación nacional de aerogeneradores con tecnología propia, con un horizonte de tener la primera producción en 4-5 años.


8

ENERGÍA SOLARSISTEMAS FOTOVOLTAICOS

• Se realizan estudios y proyectos relacionados con la instalación de estos sistemas aislados de la red eléctrica, tanto en comunidades rurales como en desarrollos ecoturísticos, plataformas petroleras,..etc. Actualmente se apoya a SENER en la ejecución de un proyecto para la dotación de electricidad a comunidades rurales en cuatro estados del país, co-financiado con fondos GEF/BM.

• Se desarrolla la infraestructura par apoyar en la introducción de estos sistemas conectados a la red, en la modalidad de generación distribuida. Como proyectos piloto, a 220 viviendas de interés social en B.C.S. se les han instalado 1 kW c/u en sus techos, y un sistema de 30 kW se ha instalado en un establecimiento comercial en el D.F., todos conectados a la red. Estudios se han realizado en apoyo de la CRE para generar la reglamentación correspondiente. El GEF/PNUD ha otorgado un apoyo de un millón de USdls para incrementar la infraestructura desarrollada en este tema.


9

ENERGÍA SOLARVÍA TÉRMICA

• Se desarrolla un sistema de plato parabólico con maquinas stirling obtenidas en colaboración con el CIEMAT de España, para generación eléctrica, con miras a utilizarse tanto en el medio rural no electrificado operando como sistema aislado, así como en aplicaciones conectado a la red.

• También se desarrollan sistemas en base de tecnología de canales parabólicos para generación de calor de baja temperatura, con el fin de buscar aplicaciones en la industria de proceso y reemplazar petrolíferos. Se tiene dos sistemas en operación de 14 m2 en Cuernavaca y en Torreón. Por encargo de CFE, el IIE realizó los estudios para el acoplamiento de un campo solar de 25 MWe a la central de ciclo combinado que se construirá en Agua Prieta, Sonora.


10

GEOTERMIA - EXPLORACIÓN

• Se tiene capacidad para la caracterización geológica y geoquímica de sitios, así como modelación preliminar para estimar reservas volumétricas del fluido geotérmico.

• Se cuenta con una base de datos de 2,332 sitios con manifestaciones superficiales geotérmicas, en 27 estados de la República. En base a análisis geoquímicos de muestras superficiales en 276 sitios, se estima que solo en estos, se tiene un recurso equivalente entre 77,000 – 86,000 PetaJoules/año, es decir del orden de 8 veces la producción total de energéticos primarios en México en 2005. El recurso es inmenso. La mayor parte de este recurso es de baja temperatura (< 180°C), no apto para generación eléctrica pero si para otras aplicaciones inclusive industriales; en el presente solo se estima que se utilizan 0.34 PetaJoules/año, principalmente en balnearios.


11

GEOTERMIA – GENERACIÓN ELÉCTRICA

• Se apoya a CFE en la explotación de los campos geotérmicos de alta temperatura para la generación eléctrica a través de;– El desarrollo de modelos conceptuales sobre la física de los yacimientos.

– La caracterización de las formaciones como medios de almacenamiento y transporte de fluidos y calor.

– El desarrollo de estudios que apoyan la definición de esquemas adecuados de explotación de los yacimientos.

– El desarrollo de estudios sobre el impacto ambiental de la explotación del recurso y su mitigación.

Algunas de las técnicas también se utilizan en apoyo a actividades de exploración y explotación de yacimientos petroleros como es la caracterización de núcleos obtenidos durante la perforación.


12

TECNOLOGÍAS DE PROCESO PARA ENERGÍAS NO RENOVABLES


13

CAPTURA Y SECUESTRO DE CARBÓN (CSC)

• Se mantiene un análisis de las tecnologías en desarrollo a nivel mundial en este tema. Se ha participado en foros internacionales como el reciente organizado por la AIE/OCDE para generar recomendaciones al grupo G-8.

• Están en diseño las adecuaciones requeridas a la cámara de combustión para realizar pruebas de oxycombustión (combustión con Oxígeno en ausencia de Nitrógeno) y determinar sus características. Esto facilita en forma importante la captura del CO2.

• Se espera que los procesos de CSC incrementen el costo del kWh en un rango de entre el 30 al 50%.


14

COGENERACIÓN

• Se mantiene una base de datos sobre todas las tecnologías y equipamiento para la generación eléctrica. En base a esto se ha desarrollado metodología propia y se ha utilizado software comercial para la evaluación técnico-económica de las distintas alternativas de cogeneración en diferentes procesos industriales, como son las instalaciones de PEMEX.

• En el caso de PEMEX, se estima que la implantación de estas tecnologías pueda generar un ahorro del orden del 15% en términos

de energía primaria.


15

GASIFICACIÓN DE COMBUSTIBLES FÓSILES

• Utilizando la base de datos desarrollada en este tema, está en diseño un reactor de flujo laminar para caracterizar el gas de síntesis generado en el proceso de gasificación, el cual deberá estar listo para fines del 2008.

• Los combustibles viables de gasificar en México son los residuales líquidos del petróleo, el coque de refinería y el carbón mineral; respectivamente, los costos de inversión (directos e indirectos) son 1,260.00, 1,660.00, y 1,370.00 en dólares del 2006.

• Se realizó un estudio para CFE sobre la factibilidad de instalar unidades de IGCC (Integrated Gasification and Combined Cycle) para diferentes sitios propuestos.


16

REDUCCIÓN DE EMISIONES Y MEJORA DE LA EFICIENCIA TÉRMICA

• Se ha rediseñado equipo de combustión como atomizadores y estabilizadores de flama, con el fin de reducir las emisiones de partículas a la atmósfera, logrando una reducción de entre 20 al 40% en diez unidades termoeléctricas de CFE.

• Se ha desarrollado e implementado una metodología para realizar diagnósticos al ciclo de vapor de las unidades termoeléctricas, con el fin de aumentar la eficiencia térmica y consecuentemente reducir emisiones. En su aplicación en unidades de CFE, identificando los equipos susceptibles de mejoría, se ha logrado incrementar la eficiencia de los ciclos en valores del orden de 1 a 3%.


17

EFICIENCIA EN TURBOMAQUINARIA

• En base a una metodología de diagnóstico desarrollada, se identifican las pérdidas de potencia y eficiencia en la operación de la turbina de vapor, del tren de calentadores de agua, y del condensador con el objetivo de determinar el desgaste de los componentes mecánicos.

• Se esta en proceso de desarrollar un sistema de diagnóstico automatizado de manera que en tiempo real y de forma remota, se identifiquen estas problemáticas, analizando las desviaciones que se midan y determinando las causas que las producen, así como sus impactos en la operación.


18

CONTROL Y OPTIMIZACIÓN DEL RÉGIMEN

TÉRMICO EN CICLOS COMBINADOS

• Se ha desarrollado un sistema de algoritmos que calculan las variables esperadas de operación de una unidad de ciclo combinado a partir de condiciones ambientales, parámetros de control y la carga que genera la unidad y, comparando estos valores esperados con los que se miden con la instrumentación de la planta, se identifica el deterioro de los diferentes componentes al operar fuera de sus condiciones de diseño así como su impacto económico.

• Esta en desarrollo la automatización de estos sistemas para operar en línea y ligarse con el sistema supervisorio de la unidad. Ya dos sistemas están operando en línea (Rosarito y Dos Bocas) y se espera que en el futuro todas las unidades lo tengan integrado.


19

ENERGÍA NUCLEAR MODELADO DE PROCESOS

• Se cuenta con un grupo especializado en el modelado de procesos nucleares relacionados con la administración de combustible y el análisis de eventos transitorios y accidentes severos, el cual apoya a la CNLV en el cumplimiento de requerimientos regulatorios y el soporte en la toma de decisiones.

• En la administración de combustible, se apoya en el diseño de las recargas y análisis multiciclos de las unidades con el fin de incrementar su rentabilidad, respetando los requerimientos de seguridad.

• En el análisis de eventos, a través de cálculos termohidráulicos y simulación de eventos transitorios y accidentes severos, se apoya en la toma de decisiones, en mejorar el entrenamiento del personal y contar con mejores procedimientos de operación normal y de emergencia.

• Estas actividades deberán extenderse a las nuevas generaciones de reactores cuya instalación se espera en el futuro.


20

TECNOLOGÍAS RELACIONADAS CON ENERGÉTICOS SECUNDARIOS


21

PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO

• Se desarrolla un electrolizador de tipo membrana, con el fin de generar el hidrógeno para una celda de combustible de 1 kW, con un área activa de 50 cm2, utilizando electricidad obtenida de la energía solar. Estos estudios corresponden a la búsqueda de alternativas para suministro de electricidad de alto valor de uso, como es el caso de las clínicas y dispensarios médicos en zonas rurales.

• Se realizan estudios exploratorios para determinar la viabilidad de utilizar fuentes intermitentes de energía, como el viento y el sol, para la producción de hidrógeno a escala comercial, una vez que los costos de la tecnología lo hagan rentable.


22

CELDAS DE COMBUSTIBLE

• Desarrollo de la tecnología de ensambles membrana-electrodo en base a microreactores nanoestructurados, lo cual es el corazón de la celda.

• Desarrollo de la ingeniería para el diseño, construcción e integración del conjunto (stacks) de celdas que conforma la planta de potencia eléctrica.

• Desarrollo del balance de planta para entregar la energía eléctrica en las mejores condiciones requeridas por la aplicación que tenga.

• Para diciembre 2008, se espera tener la base de diseño de la tecnología de celdas de combustible con capacidad de 1 kW.


23

TECNOLOGÍAS RELACIONADAS CON EQUIPAMIENTO


24

REHABILITACIÓN DE COMPONENTES DE TURBOMAQUINARIA

• Se han desarrollado técnicas especiales para la reparación de toberas, álabes móviles, diafragmas, chumaceras, rotores y carcasas de turbinas de vapor y gas, que han generado más de 20 patentes.

• Los procedimientos incluyen una evaluación previa para determinar la factibilidad de llevar a cabo la reparación, procedimientos de soldadura necesarios, maquinado y recubrimiento de las piezas, tratamientos térmicos para el relevado de esfuerzos,...etc.

• El costo de rehabilitar un componente es típicamente el 30% del costo de un componente nuevo.


25

VIDA REMANENTE EN TURBOMAQUINARIA

• La operación cíclica de las turbinas de vapor genera esfuerzos térmicos en sus componentes muy importantes debido a los procesos de calentamiento y enfriamiento durante paros, arranques y cambios de carga. Estos esfuerzos producen daños por fatiga y la vida de las turbinas esta determinada por este fenómeno.

• Se ha desarrollado una metodología para la estimación del consumo de vida de las turbinas de vapor en función de su historial operativo, para tener una estimación de su vida remanente. Con esta herramienta, se optimizan los periodos de inspección para decidir cuando hay que realizar un proceso de recuperación de los componentes.

• Se está desarrollando la misma metodología para las turbinas de gas, la cual se espera esté lista en dos años.


26

OPTIMIZACIÓN DE RODETES EN TURBINAS HIDRÁULICAS

• Está en desarrollo de una metodología para el análisis y rediseño de rodetes de turbinas hidráulicas basada en la aplicación de códigos computacionales especializados para el flujo de agua dentro de ella.

• La optimización implica la digitalización de la geometría del rodete original, modelado de la misma, el análisis de las características del flujo a través del rodete para determinar su potencia y eficiencia, la aplicación de redes neuronales y algorítmos genéticos para su optimización, el análisis de esfuerzos y vibraciones del rodete optimizado y la generación de planos de fabricación.

• Esta optimización es conveniente en rodetes diseñados hace más de 30 años con metodologías menos precisas y por lo tanto generando diseños menos eficientes.


27

EQUIPOS EN BASE A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA

• Desarrollo de un sistema móvil de adquisición de datos y monitoreo para el diagnóstico de los circuitos de potencia de los sistemas de excitación de generadores síncronos trifásicos.

• Se ha iniciado el desarrollo para el diseño, especificación, integración y puesta en servicio de los circuitos de rectificación e inversión de potencia para un aerogenerador, cuyo prototipo estará listo en 3 años.


28

TECNOLOGÍAS DE SOPORTE


29

ANÁLISIS PROBABILISTICO DE SEGURIDAD

• Capacidad avanzada para realizar estudios de análisis probabilístico de seguridad (APS) de nivel 1 (identificación de las secuencias de eventos que pueden llevar a daño del núcleo de un reactor nuclear) y nivel 2 (identificación de los mecanismos potenciales de liberación de material radioactivo al ambiente). Esta metodología también se aplica en las industrias petrolera y química en México.

• Se participa en un grupo a nivel mundial para el desarrollo de la plataforma Risk and Reliability Workstation, liderado por EPRI, lo que mantiene a este grupo a la vanguardia de esta metodología.

• Algunas aplicaciones realizadas se relacionan con programación de mantenimiento así como regulación basadas en riesgo lo que reduce costos de O&M y simplifica la operación de las instalaciones.


30

INSTRUMENTACIÓN

• En base a la instrumentación inteligente y buses de campo, se apoya a CFE en la modernización de la instrumentación y sistemas de control de unidades termoeléctricas tanto convencionales (PEMEX) como de ciclo combinado (CFE) y plantas industriales de proceso (PEMEX).

• Se han desarrollado módulos electrónicos orientados al registro de KWh, con la finalidad de realizar balances que ayuden a detectar pérdidas técnicas y no técnicas. El Sistema Integral de Medición tiene esta finalidad para ser utilizado de manera individual (por usuario) y por concentraciones (grupo de varios medidores).

• En desarrollo se encuentra la tecnología de sensores virtuales, los cuales utilizan técnicas de inteligencia artificial para generar modelos que relacionan a las diferentes variables del proceso, basados en datos históricos del proceso. Ya se tienen prototipos de sensores virtuales de viscosidad y emisión de contaminantes.


31

SISTEMAS AVANZADOS DE CONTROL

• Se desarrollan sistemas digitales de alcance total para el control de unidades de ciclo combinado y turbogas. Entre estos se encuentra un sistema de control de velocidad y potencia de TG basado en redes neuronales y sistemas difusos.

• Se ha iniciado el desarrollo de los sistemas de control de velocidad, de posicionamiento del rotor, de secuenciamiento de arranque y paro, de regulación de voltaje y del factor de potencia para un aerogenerador con un horizonte de tres años para tener el prototipo en operación.

• Se realiza la modernización de los sistemas de control del voltaje y velocidad, de protecciones, y de supervisión y comando del generador de corto circuito de 2 GVA de LAPEM.


32

SIMULADORES PARA CAPACITACIÓN

• Se han desarrollado a lo largo del tiempo los simuladores de alcance total que utiliza CFE para el entrenamiento de sus operadores de centrales de generación termoeléctrica. Entre estos se cuentan los siguientes: unidades termoeléctricas operando con gas o combustóleo, carboeléctricas, geotermoeléctricas, ciclos combinados y nucleoeléctrica.

• Se desarrollan sistemas informáticos como el Medio Ambiente de Simulación (MAS) para estandarizar la operación de la simulación de los procesos y reducir el costo de desarrollo y la complejidad de los equipos. El objetivo de estas actividades es simplificar el proceso de armar un simulador de tiempo real de algún proceso específico.


33

MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN

ÁREAS POTENCIALES A ABORDAR POR EL INSTITUTO DE INVESTIGACIONES ELÉCTRICAS Presentación al...

Documents

Transcript of ÁREAS POTENCIALES A ABORDAR POR EL INSTITUTO DE INVESTIGACIONES ELÉCTRICAS Presentación al...