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

50 70 90 2010

10

20

30

40

50

60

EFI

CIE

NC

IA

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

50 70 90 2010

10

20

30

40

50

60

EFI

CIE

NC

IA

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

50 70 90 2010

10

20

30

40

50

60

EFI

CIE

NC

IA

COMPARACION DE TECNOLOGIAS

50 70 90 2010

10

20

30

40

50

60

EFIC

IEN

CIA

50 70 90 2010

10

20

30

40

50

60

EFIC

IEN

CIA

50 70 90 2010

10

20

30

40

50

60

EFIC

IEN

CIA

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

 

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   

    

• LA SITUACION EN MEXICO

0

5,000

10,000

15,000

20,000

25,000

30,000

35,000

40,000

45,000

1975

1977

1979

1981

1983

1985

1987

1989

1991

1993

1995

1997

1999

2001

2003

2005

Años

kcal

x 1

010

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

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060

AÑO

CO

NSU

MO

EN

MW

-HR

/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

0

50,000

100,000

150,000

200,000

250,000

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45

RenovablesHidráulicaNuclearCarbónGas NaturalCombustoleo

ESCALA HORIZAONTAL VA DE 2005 A 2050

PROYECCION DE LA CAPACIDAD INSTALADA AL 2050

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 452006 2030 2050

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

POSTCOMBUSTION

PRECOMBUSTION

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

• CONFINAMIENTO GEOLOGICO DE CO2

CONFINAMIENTO DE CO2

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