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ACADEMIA DE INGENIERIA
GENERACION TERMOELECTRICASEMINARIO SOBRE ENERGIA. 5 de Agosto de 2009
Jos Miguel Gonzlez Santal Instituto de Investigaciones Elctricas
TECNOLOGIAS DE GENERACION TERMOELECTRICA
Las tecnologas estn ligadas al combustible procesado El mismo combustible puede utilizarse en varias tecnologas
TECNOLOGIAS COMPLEMENTARIAS
Tecnologas de control de emisiones Desulfuradores Del combustible De gases
Tecnologas de separacin y confinamiento de CO2 Separacin Precombustin Postcombustin Oxicombustin
De NOx Combustin controlada Convertidores catalticos
Confinamiento Yacimientos de HCs Yacimientos de Carbn Acuferos salinos
Filtros Precipitadores Electrostticos
EL PROCESO DE GENERACION
TECNOLOGIAS DE GENERACION Basadas en TVs Ciclo Rankine Carbn Pulverizado Lecho fluidizado
TECNOLOGIAS COMPLEMENTARIAS Emisiones locales Precipitadores Filtros Absorbedores SO2 Combustin controlada Convertidores catalticos
Basadas en TGs Ciclo abierto Ciclo combinado
Emisiones de CO2 CCS Separacin Confinamiento
PROC. COMBUSTIBLEGasificacin Desulfuracin Molienda ---- Lavado
EL CICLO RANKINE. TERMICA CONVENCIONAL
Usa combustleo, gas, carbn o coque. Domin el campo de generacin hasta los 90s Sigue mejorando en base a desarrollo de materiales Combustibles ms adecuados son carbn y coque
60 EFICIENCIA 50 40 30 20 10 50 70 90 2010
LA TURBINA DE GAS
Utiliza gas natural, gas de sntesis o diesel Se desarroll sustancialmente en la industria aeronatica Empez a dominar los mercados en los 90s Es la base de los ciclos combinados
60 EFICIENCIA 50 40 30 20 10 50 70 90 2010
EL CICLO COMBINADO
Integra las tecnologas de TV y TG Mejora la eficiencia de ambas Utiliza gas natural, diesel, gas de sntesis Domina el mercado a partir de los 90s Costos 800 USD/Kw y dos aos de construccin
60 EFICIENCIA 50 40 30 20 10 50 70 90 2010
COMPARACION DE TECNOLOGIASCOSTOS DE 600 USD/KW, TIEMPO DE 1 AO, USA GAS60
TURBINA DE GAS50 40 30 20 10 50 70 90 2010
COSTOS DE 1500 USD/KW Y TIEMPOS DE 4 AOS
USA CARBON Y COQUE60 EFICIENCIA
COSTOS DE 800 USD/KW Y TIEMPOS DE 2 AOS, USA GASEFICIENCIA
EFICIENCIA
60 50 40 30 20 10
50 40 30 20 10 50 70 90 2010
50
70
90
2010
CENTRAL TRMICA
CICLO COMBINADO
NUEVAS TENDENCIAS
Atractivo usar carbn Usar carbones de baja calidad en azufre y cenizas Buscar las ventajas de la turbina de gas Precio de los crudos muy altos Inters en mitigar el cambio climtico
Lecho fluidizado
IGCC No ms centrales de combustleo Implantacin de CCS
IGCC
IGCC
Eficiencias del orden de 40 a 42 % Facilidad para utilizar combustibles difciles Es la tecnologa donde se facilita ms separar el CO2.PLANTADEGASIFICACIONDEBASURAENELREINOUNIDO
COMPARACION DE TECNOLOGIASTecnologa CicloCombinado(CC) Turbinadegasencicloabierto GasificacinintegradaaCC** CicloRankinesubcrtico Ciclo Rankine supercrtico * Carbnpulverizado CicloRankineultra supercrtico Carbnpulverizado Lecho fluidizado circulante atmosfrico*** Lechofluidizadopre surizado Com bustible Gas/Diesel Gas/Diesel Slidos Com bustleo/ Carbn Com bustleo/ Carbn Com bustleo/ Carbn Carbn Carbn Eficiencia 5060% 3545% 4044% 3538% 3942% 4247% 3941% 4244% Costo USD/KW 800 500 2,000 1,300 1,486 1,550 1,700 2,200? Plazo de construccin 2 1 5 4 4 4 4 4
LA SITUACION EN MEXICO
EVOLUCION DE LA GENERACION POR COMBUSTIBLE45,000 40,000 35,000 30,000 Uranio Diesel Carbn Gas natural Combustleo
kcal x 10
10
25,000 20,000 15,000 10,000 5,000 095 99 97 85 87 81 83 75 77 79 89 91 93 01 03 20 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 20 20 05
Aos
PROYECCION DE LA CAPACIDAD AL 2050
Se tomaron las proyecciones de poblacin del CONAPO Un objetivo moderado es que Mxico llegue en el 2050 a los consumos de energa per cpita de hoy, de la OECD Crecimiento alto en renovables De ahora al 2015 se toma el POISE De 2015 a 2030 el crecimiento, adems de las renovables, se reparte entre gas natural, carbn y nuclear en partes iguales De 2030 a 2050 el crecimiento se reparte con 20% en gas natural y el resto en carbn y nuclear
CONSUMO PER CPITA ESTIMADO9.00 8.00 CONSUMO EN MW-HR/AO 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 2000Spain Ireland United Kingdom Israel Germany France Korea Japan Switzerland 6.15 6.25 6.25 6.76 7.11 7.71 7.78 8.23 8.24
CONSUMOS PER CAPITA EN 2005
2010
2020
2030
2040
2050
2060
AO
PROYECCION DE LA CAPACIDAD INSTALADA AL 2050250,000
200,000
150,000
100,000
Renovables Hidrulica Nuclear Carbn Gas Natural Combustoleo
50,000
01 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45
ESCALA HORIZAONTAL VA DE 2005 A 2050
EMISIONES DE CO2Millones de toneladas al ao
A partir del 2020 se requiere aplicar CCS500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 01 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 45
2006
2030
2050
CCS. CONFINAMIENTO Y SEPARACION DE CO2
SEPARACION DEL CO2 Postcombustin Precombustin Oxicombustin
POSTCOMBUSTION
PRECOMBUSTION
OXICOMBUSTION
Es una planta convencional con la adicin de una planta de separacin de oxgeno El combustible se quema con oxgeno Para mantener temperaturas aceptables se recirculan gases de escape En principio se puede aplicar tanto a una turbina de gas como a una central trmica Es la menos desarrollada de las opciones
SEPARACION DE CO2
Tres tecnologas en desarrollo No hay un ganador claro todava Se espera un incremento de costos de la energa elctrica 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 elctrico 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 Elctrico 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 carbn Acuferos salinos Terrenos baslticos ??
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 pas
PENDIENTES EN CONFINAMIENTO
Identificar los sitios viables para confinamiento y sus capacidades Incorporar en la planeacin del sector elctrico los criterios de separacin 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 generacin elctrica deber sustentarse en los combustibles fsiles hasta al menos 2050 Las tecnologas dominantes sern CP, IGCC y CCGN Los combustibles sern carbn, gas natural y coque de petrleo. Las emisiones de GEI sern factor determinante para seleccin de tecnologas. Una decisin sobre la energa nuclear es fundamental. CCS ser una necesidad en Mxico en los prximos aos CCS representa una oportunidad para la industria mexicana Se requiere desarrollar capacidad en el pas
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