Desarrollada  para:  

Hacia  un  Desarrollo  de  Termoelectricidad  más  Sostenible  

Junio,  2015  

Junio,  2015   2  

Nuevos  proyectos  de  generación  necesitan  considerar  emisiones  de  CO2  y  uso  de  Agua  como  factores  críFcos  

Junio,  2015   3  

[Edison  Electric  InsFtute  Inc]  

Indicador  de  estrés  en  el  uso  de  agua  

Junio,  2015   4  

Proyectos  Cancelados  o  con  retrasos  significaFvos  

Junio,  2015   5  

Factores  en  Definición  de  Nuevos  Proyectos    

•  Demanda  de  electricidad  •  Disponibilidad  de  terreno  •  Cercanía  y  robustez  de  Transmisión  •  Fuentes  de  combusFble  •  Agua  para  enfriamiento  •  Consideraciones  ambientales  •  Opinión  /  percepción  pública  •  Regulación  territorial  •  Otros  (clima,  inundaciones,  etc)  

Junio,  2015   6  

Definición  y  Priorización  de  Requerimientos  

 

Propiedades  Tradicionales  Capacidad  –  Performance  –  Costo  

 

Propiedades  No  Tradicionales  Mul5-­‐funcionalidad,  Confiabilidad,    Flexibilidad,    Robustez,    Escalabilidad,  Seguridad,    Sostenibilidad,    Mantenibilidad,    Reparabilidad,  Adaptabilidad,    Interoperabilidad,    Modularidad,  Resiliencia,    Agilidad,    y  Capacidad  de  

Evolucionar  

Sistemas  Eléctricos  están  Evolucionando:  Desde  una  necesidad  de  capacidad  a  una  necesidad  de  flexibilidad  

Junio,  2015   7  

Balance  de  Calor  en  Plantas  Termoeléctricas  

Junio,  2015   8  

[Anna  Delgado,  2012]  

Central  a  Carbón  

Ciclo  Combinado  Gas  Natural  

Energía  Térmica  de  Entrada  (100%)  

Energía  Térmica  de  Entrada  (100%)  

Gases  de  la  CombusFón  (11,9%)  

Otras  Pérdidas  (5%)  Calor  al  Sistema  de  Enfriamiento  (46,3%)  

Electricidad  (36,8%)  

Electricidad  (50,2%)  

Calor  al  Sistema  de  Enfriamiento  (26,8%)  Otras  Pérdidas  (3%)  

Gases  de  la  CombusFón  (20%)  

Sistemas  de  Enfriamiento  de  Centrales  Termoeléctricas  

Gen.  Turbina  Vapor  

Sistema(de(Captación(de(Agua(

Estación(de((Bombeo(

Sistema(de((Enfriamiento(

Pozo$

Sifón$inver-do$

Sistema$Abierto$

Torre$de$Enfriamiento$

Laguna$

Toma$de$agua$sumergida$

Condensador$

Condensador$$

Condensador$$

Bombas$

Bombas$

Bombas$

Bombas$

En$línea$de$la$costa$

Junio,  2015   9  

Junio,  2015   10  

33  Unidades  a  Vapor  Instaladas  en  Chile,  28  de  ellas  ubicadas  en  el  borde  costero  

Mínimo   Promedio   Máximo  

Ciclo  de  vapor  simple   81   131   218  

Ciclo  combinado   96   114   134  

Mínimo   Promedio   Máximo  

Ciclo  de  vapor  simple   5,7   5,7   5,7  

Ciclo  combinado   0,9   1,1   1,2  

ReFro  de  agua  de  unidades  con  sistemas  de  enfriamiento    abiertos  (2013),  cifras  en  m3/MWh  

ReFro  de  agua  de  unidades  con  sistemas  de  enfriamiento  cerrados  (2013),  cifras  en  m3/MWh  

Junio,  2015   11  

Potencial  de  uFlización  de  agua  por  ciclos  a  vapor  (Carbón  &  Gas)  en  Chile**  

Abierto  Paso  Único  

Torres  de  Enfriamiento  

(m3/hr)  

(m3/hr)  

246.500  

17.900  

59.400  

103.800  

6.000  

420  

2.600  

96.800  

*  33  Unidades  a  Vapor  (28  ubicadas  en  el  borde  costero,  5  en  el  interior)    **  Considera  operación  simultánea  –  a  capacidad  nominal  -­‐  de  todas  las  unidades  instaladas  que  cuentan  con  ciclos  a  vapor.  

Junio,  2015   12  

Abierto  Paso  Único  

Torres  de  Enfriamiento  

(m3/hr)  

(m3/hr)  

246.500  

17.900  

59.400  

103.800  

6.000  

420  

2.600  

96.800  

Junio,  2015   13  

Fuente  de  Agua   Número  de  Plantas   Porcentaje  

Río   349   52  %  

Lago   134   20  %  

Grandes  Lagos   48   7  %  

Estuario   117   17  %  

Mar   22   3  %  

Diferencias  de  Contexto  Deben  Ser  Consideradas  

[US  EPA  2014]  

Captación  de  Agua:  MúlFples  configuraciones  dependiendo  de:  

Línea  de    la  costa  

Ducto  toma  de  agua  

Estación  de  bombeo  

Bombas  

Barreras    Filtros  

                                                     

•  Disponibilidad  de  agua  •  BaFmetría  •  Layout  de  la  planta  •  Transporte  de  sedimientos  •  Regulación  ambiental  •  Condiciones  climáFcas  •  ConstrucFbilidad  de  la  solución  •  Necesidad  de  limitar  velocidad  de  captación  •  Esfuerzo  producto  de  las  olas  •  Requerimientos  de  operación  (flujo  y  

calidad  del  agua)  

•  Requerimientos  de  mantenimiento  •  Requerimientos  de  dragado  inicial  y  

mantención  •  Interacción  con  otros  sistemas  de  captación  

(presentes  o  futuros)  •  Interacción  con  otros  sistemas  de  descarga  

(presentes  o  futuros)  •  Requerimientos  de  navegación  y  pesca  

Junio,  2015   14  

Núm

ero  de

 Sistemas  de  En

friamiento  

MW  de  Ciclos  a  Vapor  Instalados  

Año  

Evolución  de  la  Instalación  de  Sistemas  de  Enfriamiento  en  Estados  Unidos  (2011)  

[Carey  W.  King.  ASME,  2014]  

Abierto  (agua  dulce  y  

salada)  

Abierto  (agua  dulce)  

Torres  de  Enfriamiento  

Seco  &  Híbrido  

Junio,  2015   15  

Parámetros  de  diseño  que  afectan  la  definición  de  un  Sistema  de  Enfriamiento  

Junio,  2015   16  

Balance  en  la  decisión  de  un  sistema  de  enfriamiento  

Junio,  2015   17  

Parámetros  de  diseño  que  afectan  la  definición  de  un  Sistema  de  Enfriamiento  

Junio,  2015   18  

Junio,  2015   19  

Balance  entre  Uso  de  Agua  para  Enfriamiento  (Sistema  Abierto)  e  Incremento  de  Temperatura  

Gen.  

Condensador  

Agua  [m3/hr]  

Turbina  Vapor  

Vapor  

Diferencia  de  Temperatura  

Fuentes  Potenciales  de  Cambios  Ecológicos  Producto  de  la  UFlización  de  Sistemas  de  Enfriamiento  Abierto  

Junio,  2015   20  

Existen  diversas  tecnologías  que  uFlizadas  de  manera  aislada  o  combinada  Fenen  el  potencial  de  reducir  el  atrapamiento  y  el  arrastre  de  organismos  

Junio,  2015   21  

Barreras  pasivas  para  reducir  velocidad  de  captación  en  el  “primer  punto  de  contacto”  

Junio,  2015   22  

Junio,  2015   23  

La  Disponibilidad  y  el  Uso  de  Agua  para  Enfriamiento  Fene  Importantes  Implicancias  en  Requerimientos  de  Diseño  y  Desempeño  Operacional  de  Turbina  a  Vapor  

Gen.  

Sistema  de  Recuperación  de  

Calor  

Gen.  

Condensador  

Sistema  

Enfriamiento  

CombusVble  

Aire  

Gases  

Vapor  

Agua  

Agua   Agua  

Aire  

Turbina  Gas  

Turbina  Vapor  

Aire,  vapor  de  agua  

E.Eléctrica  

Producción  de  la  Turbina  a  Vapor  vs  Presión  en  el  Condensador  

Junio,  2015   24  

Avances  en  Eficiencia  

Junio,  2015   25  

[Carl  Bozzuto,  2009]  

Regulación,  Desarrollo  Termoeléctrico  e  IncerFdumbre  

Junio,  2015   26  

1.  Emisiones  Atmosféricas  DS  Nº13/2011:  Norma  de  emisiones  para  centrales  termoeléctricas  DS  Nº  138/2005:  Obligación  de  declarar  emisiones  DS  Nº  55/1994:  Norma  emisiones  a  vehículos  motorizados  pesados  DS  Nº  10/2013:  Reglamento  de  calderas  y  generadores  a  vapor  DS  Nº  144/1961:  Normas  para  evitar  emanaciones  atmosféricas    

2.  Residuos  Líquidos  DS  Nº  90/2000:  Regula  contaminantes  asociadas  a  descargas  de  residuos  líquidos  en  aguas  marinas  y  conFnentales  superficiales  DS  Nº1/1992:  Reglamento  para  el  control  de  contaninación  acuaFca  DL  Nº2222/1978:  Ley  de  navegación.  Artculo  142  DFL  Nº340/1960:  Ley  sobre  concesiones  maríFmas  DS  Nº2/2006:  Reglamento  sobre  concesiones  maríFmas  DFL  Nº725/1967.  Código  Sanitario.    

3.  Captación  de  Agua  DL  Nº2222/1978:  Ley  de  navegación.  Artculo  142  DFL  Nº340/1960:  Ley  sobre  concesiones  maríFmas  DS  Nº2/2006:  Reglamento  sobre  concesiones  maríFmas    4.  Residuos  Sólidos  {DS  Nº594/1999,  DS  Nº  148/2003}  5.  Sustancias  Peligrosas  {DS  Nº78/2009,  DS  Nº160/2008}  6.  Ruidos  {DS  Nº146/1997,  DS  Nº38/2011}  

Junio,  2015   27  

Sistema  Termoeléctrico  MulFfuncional  

Comentarios  Finales  •  La  eficiencia  de  una  central  está  relacionada  a  la  función  del  sistema  de  enfriamiento  y  el  uso  

de  agua.  

•  La  canFdad  de  agua  requerida  para  enfriamiento  depende  del  tamaño  de  la  central,  su  eficiencia  y  el  Fpo  de  sistema  de  enfriamiento  (independiente  del  Fpo  de  combusFble  uFlizado)  

•  El  desawo  asociado  al  nexo  entre  la  energía  y  el  agua  depende  del  contexto  regional  (el  contexto  en  Chile  es  disFnto  al  contexto  en  Estados  Unidos  y  Europa)  

•  Un  menor  uso  de  agua  no  implica,  necesariamente,  un  menor  impacto  ambiental  (impactos  directos  e  indirectos  en  eficiencia  y  emisiones)  

•  Sistemas  de  protección  diseñados,  mantenidos  y  operados  adecuadamente  contribuyen  a  reducir  significaFvamente  efectos  de  atrapamiento  y  arrastre  

•  Sistemas  eléctricos  están  evolucionando,  desde  una  necesidad  de  capacidad  en  el  sistema  a  una  necesidad  de  flexibilidad  en  el  sistema  

•  Sistemas  termoeléctricos  pueden  otorgar  un  beneficio  funcional  a  comunidades  locales  mediante  la  definición  de  sistemas  multripropósito,  que  incluyan  desalinización  

Junio,  2015   28  

Referencias  •  “Estudio  de  antecedentes  técnicos,  económicos,  normaFvos  y  

ambientales  de  tecnologías  de  centrales  termoeléctricas  y  sus  sistemas  de  refrigeración”  

hxp://www.minenergia.cl/documentos/estudios/2014/estudio-­‐de-­‐antecedentes-­‐tecnicos.html  

•  Equipo:  –  Vicente  Iraguen  –  Donny  Holaschutz  –  Carlos  Barria  –  Jorge  Moreno  –  Carl  Bozzuto  –  Héctor  Moreno  –  Pablo  Mackenney  

Junio,  2015   29  

Elaborado  para:  

CONTACTO:    

jmoreno@inodu.com  +56  2  2502  0626  Jorge  Moreno  de  la  Carrera  

Junio,  2015  

ANEXOS  

Junio,  2015   31  

Definición  de  casos  

Junio,  2015   32  

Balance  de  Costo  de  Inversión  

Junio,  2015   33  

Balance  de  Costo  de  Operación  

Junio,  2015   34