seminario : “diversificación energética de chile” · gasificador manejo de ... esquema de un...
Post on 17-May-2020
4 Views
Preview:
TRANSCRIPT
1
“Diversificación de Matriz de Combustibles”
Seminario : “Diversificación Energética de Chile”
Expositor : Dr. Ing. Alejandro Sáez C. Universidad Técnica Federico Santa María
2
Índice de Materias
1. Situación actual
2. Recursos nacionales e importación
3. Situación actual sectorial
4. Centros de transformación
5. Sector Urbano: Residencial, Comercial e Industrial
6. Sector Transporte
3
1. Situación Actual
Matríz de Energías Primarias en Chile Año 2003
37%
24% 8%
18%
13% 0%
PETROLEO CRUDO GAS NATURAL CARBON HIDROELECTRICIDAD LEÑA Y OTROS BIOGAS
Total = 315.205 [ Teracalor ías]
Fuente : Comisión Nacional de Energía (CNE)
4
2. Recursos Nacionales : Energías Primarias
Producción de Energías Primarias en Chile Año 2003
15,7%
3,1%
48,1%
31,5%
0,0% 1,5%
PETROLEO CRUDO GAS NATURAL CARBON HIDROELECTRICIDAD LEÑA Y OTROS BIOGAS
Total = 129.243 [ Teracalorías]
Importación de Energías Primarias en Chile Año 2003
58% 31%
11%
0%0%0%
PETROLEO CRUDO GAS NATURAL CARBON HIDROELECTRICIDAD LEÑA Y OTROS BIOGAS
Total = 185.962 [ Teracalorías]
40 [%] de la Matriz Energética 60 [%] de la Matriz Energética
Fuente : Comisión Nacional de Energía (CNE)
5
3. Demandas Energéticas Sectoriales
Consumo Sector Transporte Año 2003
99,37%
0,00% 0,37%
0,00% 0,27%
Petroleo Crudo Electricidad Carbón GN Leña
Consumo Total 70.365 [Teracalorías]
Consumo Sector Industrial y Minero Año 2003
37,55%
6,47%
13,88% 10,83%
31,27%
Petroleo Crudo
Electricidad Carbón GN Leña
Consumo Total 70.878 [Teracalorías]
Fuente : Comisión Nacional de Energía (CNE)
6
3. Demandas Energéticas Sectoriales
Consumo Sector Comercio, Público y Residencial Año 2003
20,26%
0,01% 7,41%
51,52%
20,79%
Petroleo Crudo Electricidad Carbón GN Leña
Consumo Total 50.843 [Teracalorías]
Consumo Sector Centros de Transformación Año 2003
1,53%
21,72%
65,74%
4,74% 6,27%
Petroleo Crudo Electricidad Carbón GN Leña
Consumo Total 90.685 [Teracalorías]
Fuente : Comisión Nacional de Energía (CNE)
7
Carbón : Tecnologías Limpias
a. Gasificación Integrada a Ciclo Combinado (GICC).
b. Calderas de Lecho Fluidizado.
c. Carbón Pulverizado en ciclos subcríticos y supercríticos con sistemas de abatimiento de contaminantes.
4. Centros de Transformación
4.1 Alternativas de Corto Plazo
Tendencia Mundial
8
a. Gasificación integrada a un ciclo combinado (GICC)
• Gasificación de carbón: proceso termoquímico ; Gas de Síntesis: CO + H2; PCI: 9 →13 [MJ/Nm3]).
• Tecnología madura utiliza carbón de diferentes calidades, obteniendo una alta eficiencia y minimizando el impacto ambiental (20% menor emisión de CO2 respecto a carbón pulverizado).
•Menor consumo de agua respecto de las plantas de carbón pulverizado.
• Gasificación por lecho arrastrado (Tecnología ShellUhde / Tecnología GE –Texaco).
•Eficiencias térmicas de GICC 40 a 45% base PCI (según nivel de integración).
•Capacidad de limpieza de mas del 99% de los contaminantes generados por las impurezas del carbón (NOx, SOx, Hg, NH3, HCN, HF, HCL, cenizas volantes.)
• Aplicable en la mayoría de las turbinas a gas existentes en el país.
9
a. Gasificación integrada a un ciclo combinado (GICC)
Integración de una Planta de Gasificación de Carbón
Fuente : ELCOGAS España
10
Sistema de Limpieza del Gas de Síntesis
Ciclo Combinado
Gasificador
Manejo de Escoria
PLANTA GICC TÍPICA
a. Gasificación integrada a un ciclo combinado (GICC)
Fuente : Southwest Research Institute
11
c. Calderas de Lecho Fluidizado
• Método para quemar carbón en un lecho de partículas calientes suspendidas por una corriente de gas. • Lecho actúa como un fluido y permite una mayor eficiencia en la transferencia de calor. • Carbón ingresa al lecho y la mezcla continua estimula la combustión completa y una menor temperatura que en los sistemas de carbón pulverizado.
• Menor emisiones de NOx • Se puede utilizar un rango mas amplio de combustibles • Dos Tipos : Lecho Burbujeante (AFBCs)
Lecho Circulante (CFBCs) • Eficiencias de un 45% base PCS • Mejor desempeño ambiental • Etapa comercial
12
b. Tecnologías de Carbón Pulverizado
Calderas de Carbón Pulverizado
Subcríticas
Supercríticas Ultracríticas
Eficiencia 35% PCI
Eficiencia 40% PCI
Presión > 248 [bar] Temperatura > 566 [°C] Menor emisión de CO 2 que las Sub criticas
Tecnologías Limpias
Eliminación de las emisiones en los gases de combustión
•Precipitadores Electroestáticos •Filtros
Remueven 99% de la ceniza
•Métodos de Desulfurización
Remueven 90 a 97 % de los SO x
•Quemadores de Bajo No x •Técnicas de Requemado
Reducen hasta un
50% de NO x
•Reducción Catalítica (post combustión)
Reducen entre un
80 a 90% de NO x
13
Comparación de emisiones de GICC con tecnologías de Carbón Pulverizado
PARTICULAS
PC Caldera GICC
Todas las unidades en [lb/mmBtu]
OTROS POTENCIALES: •Eliminación de Mercurio •Separación de CO 2
0,002 0,01 Particulas
0,036 0,15 NO x
0,017 0,05 SO x
GICC PC Caldera Fuente : Southwest Research Institute
14
• PC : Carbón Pulverizado
• CFBC: Combustión en Lecho Fluidizado Circulante
• GICC: Gas de Síntesis Integrado en Ciclo combinado
• CCGN: Ciclo Combinado a Gas Natural
Comparación de emisiones efecto invernadero de GICC con otras tecnologías de Generación en lb/MMBtu.
Fuente: EPRI
Óxidos de azufre
[lb/mmBtu]
Óxidos de Nitrógeno
[lb/mmBtu]
MP
[lb/mmBtu]
COV
[lb/mmBtu]
PC/ CFBC
3,100 0,800 0,070 0,003
GICC 0,017 0,024 0,010 0,003
GNCC 0,010 0,028 0,010 0,003
16
4.2 Alternativas de Largo Plazo
4. Centros de Transformación
a. CSG (Coal Seam Gas)
b. Hidratos de Metano
c. Gas Natural Austral
17
a. CSG (Coal Seam Gas)
¿ Qué es CSG (Coal Seam Gas)?
El metano (CH 4 ) es formado como parte de la turba enterrada que forma el carbón.
Se distingue el metano Biogénico, el cual es producto de la actividad bacteriana generándose a poca profundidad, y el metano termogénico, el cual se produce a mayores profundidades.
El metano generado se mantiene adsorbido por el carbón.
Fuente : Origin Energy
18
a. CSG (Coal Seam Gas)
Esquema de un sistema de cogeneración mediante la utilización de CSG
Fuente : Empresa Pro 2 Anlagentechnik GmbH
19
a. CSG (Coal Seam Gas) Caso Australiano. Queensland
• CSG contribuye actualmente en un 30% la demanda interna de GN en Queensland.
• CSG contribuirán en mas de 20% de la demanda de GN en NSW para el año 2007.
• Existen 2.800 PJ de 2P CSG de reservas de CSG en Queensland, con lo cual se podría suplir por 20 años la demanda interna de gas.
• Potencial de 15.000 PJ en Queensland
Fuente : Origin Energy
1 PJ= 25,7 MMm 3 de GN
20
a. CSG (Coal Seam Gas) Proyecto Spring Gully. Queensland
• Puesta en marcha en Junio 2005
• Producción de 13 PJ/ año
• 42 Pozos
• 89 km de líneas de transmisión
• 2P reservas à 716 PJ
• Potencial de reserva à 1.300 PJ
• Costo del proyecto : US$199 millones ( Desarrollo, investigación, infraestructura,etc)
• Mano de Obra Durante Construcción : 244 Actual : 40
Fuente : Origin Energy
21
a. CSG (Coal Seam Gas) Caso de Alemania. Empresa Pro 2 Anlagentechnik GmbH
• Instalación motores de gas BHKW 2 x 1.358 kW el en modelo contenedor • Estación de compresor 1 x 1.700 m³/h y 1 x 1.000 m³/h • Estación de transformador 2 x 1.600 kVA • Cliente : ATec Anlagentechnik GmbH (D)
Mina Anna, Pozo Eduard, Alsdorf (D)
Mina MontCenis III, Herne (D)
• Estación de compresor con compresor de émbolo rotativo, análisis de gas, control remoto, potencia de aspiración 30 x 700 m³/h • Cliente : Stadtwerke Herne (D)
22
a. CSG (Coal Seam Gas) Caso Chileno
Existe un potencial en las Minas de Carbón de la VIII Región
Se requiere cuantificar el potencial de aprovechamiento de CSG .
23
b. Hidratos de Metano
¿ Que son los Hidratos de Metano?
Son acumulaciones cristalinas similares al hielo formadas de gas
natural y agua.
La descomposición de 1 m3 de hidrato de metano produce 164 m3 de metano gaseoso y 0.8
m3 de agua
24
Métodos de explotación de yacimientos de hidratos
b. Hidratos de Metano
Fuente : Hidratos de Metano. Estado del Arte 2004
25
b. Hidratos de Metano Reservas en Chile
Parámetros para la capa de Hidratos:
Espesor = 100 [m] Longitud EW =20 [km] Longitud NS = 1000 [km]
Volumen de Gas Estimado :
3.2 x 10 13 [m 3 ]
Fuente : Hidratos de Metano. Estado del Arte 2004
26
b. Hidratos de Metano Limitaciones
• Estabilidad del fondo marino
• Cambio Climático Descontroladas emisiones de CH 4 ( 25 veces mas poderoso que el CO 2 en efecto invernadero)
• Ecosistema Marino : Alteración de la vida del fondo marino
Fuente : Hidratos de Metano. Estado del Arte 2004
27
b. Hidratos de Metano Futuro método de extracción minera, recuperando y utilizando gas de metano a
partir de los hidratos de metano
Fuente : Hidratos de Metano. Estado del Arte 2004
28
c. Gas Natural Austral
Lago Mercedes
Proyecto Enap
Objetivo
• Suplir demanda interna de GN de 22 millones m 3 /día
Se encontró GN en pozos exploratorios en las zonas:
• Lago Mercedes (reservas de gas en tres Reservorios de la edad del Cretácico, a 4.000 [m] de profundidad) • Laguna Ema • Chilenita • Riquelme • Dorado y Puerto Sara
Fuente : Diario Estrategia. 01 de Julio 2005
29
c. Gas Natural Austral
Expectativas del Proyecto
• Encontrar 5 trillones de m 3 de GN ( 5 TCF)
Recursos destinados por Enap:
• Lago Mercedes à US$ 12,7 millones • Dorado y Puerto Sara à US$ 7 millones • Riquelme à US$ 3 millones
Instalar términal de Licuefacción de GN Terminal Licuefacción
Terminal Regasificación (Quintero)
Terminal Regasificación (Antofagasta)
Fuente : Diario Estrategia. 01 de Julio 2005
30
a. Gas Natural Licuado (GNL): mediano plazo/ alto precio
b. Mezcla PropanoAire: alto precio
c. Gas Licuado de Petróleo (GLP): alto precio
d. Biogas: baja cantidad
e. Gas Cuidad: alto precio basado en petróleo
f. Leña Limpia: aplicación limitada
5. Sector Urbano: Residencial, Comercial e Industrial.
5.1 Alternativas de Corto Plazo
31
a. Gas Natural Licuado (GNL)
Infraestructura Requerida
Plantas Satélites de Regasificación Containers de LNG
Fuente : INECO
32
b. Biomasa , Biogas y Leña Limpia
Procesos de conversión de la Biomasa en Energía
Leña Limpia • Homogenización de la madera • Utilización de tecnologías limpias • Reducción de emisiones de CO 2
Fuente : FOCER
33
b. Biomasa , Biogas y Leña Limpia
Consumo de una familia 4 personas
Produce 1 ton al año de residuos
Esa tonelada puede Generar 460 Wh
Representa el 10% de su consumo energético
Fuente : FOCER
34
a. Cuidades Planificadas bajo concepto de eficiencia energética.
b. Adecuado aprovechamiento de la energía solar pasiva.
5.2 Alternativas de Largo Plazo
5. Sector Urbano: Residencial, Comercial e Industrial.
35
b. Adecuado aprovechamiento de la energía solar pasiva.
Costo de una casa bioclimática es un 10 a 15% mayor que una convencional
Ahorro energético entre 7080% en su periodo de utilización
Para el año 2010 se podría duplicar el aprovechamiento de la energía solar pasiva
Disminución en un 50% en la emisiones de CO 2 Aumento del ahorro energético
36
6. Sector Transporte
6.1 Alternativas de Corto Plazo
• Vehículos híbridos
6.1 Alternativas de Largo Plazo
• Biocombustibles: BTL • Hidrógeno
37
a. Biocombustibles : BTL ( Biomass to Liquid) Combustibles obtenidos mediante el Proceso GTL de el gas de síntesis
Fuente : Status and Perspective of BTL Fuels in the European Union
38
a. Biocombustibles : BTL ( Biomass to Liquid) Propiedades de los derivados del petróleo y combustibles BTL
Fuente : Status and Perspective of BTL Fuels in the European Union
39
a. Biocombustibles : BTL ( Biomass to Liquid) Planta BTL demostrativa de 1 [MW] de Industrias Choren GmbH en Frienberg Alemania
Fuente : Status and Perspective of BTL Fuels in the European Union
40
a. Biocombustibles : BTL ( Biomass to Liquid) Planta CHP en Güssing, Austria
Fuente : Status and Perspective of BTL Fuels in the European Union
41
a. Biocombustibles : BTL ( Biomass to Liquid)
Capacidad de producción de biocombustibles por hectárea, para diferentes materias primas y rutas de conversión
Girasol BD
Trigo BE
Patata BE
remolacha BE
Mínima Producción Diferencia con la máxima producción
BD : Biodiesel
BE : Bioetanol
OF : Bosques ordinarios
SRF : Bosques de rotación corta
HEC : Energía de cultivos Herbáceos
Fuente : Status and Perspective of BTL Fuels in the European Union
Consumo Diesel 2003 : 5 [millones m 3 ]
Rend. = 75 [GJ/ha]
Area Requerida = 2,4 [millones ha]
42
a. Biocombustibles : BTL ( Biomass to Liquid)
•La tecnología BTL representa una transformación de Biomasa vegetal en combustibles líquidos y gaseosos vía gasificación o reacciones de síntesis, con PCI entre 10,45 [Mcal/kg] (BTL Nafta) y 11,35 [Mcal/kg] (BTL Diesel).
•Actualmente esta tecnología está a nivel de plantas pilotos.
•El Diesel BTL es un combustible que puede ser introducido al mercado, preferiblemente mezclado con diesel derivado del petróleo.
•Los costos de generación de combustibles BTL dependen fuertemente del valor de la materia prima, para valores actuales de la leña el BTL estaría en el rango de 350 a 400 US/m 3
•El uso de combustibles BTL trae mayores reducciones de emisiones contaminantes que los combustibles fósiles tradicionales .
43
b. Hidrógeno Celda de Combustión
• Se sustituye el motor térmico por celda de combustión
• La Celda consiste en un generador de electricidad por medios electroquímicos
• No genera emisiones (Solo vapor de agua)
• Combustible Hidrógeno
• Inversión 2000 a 3000 US/kWe
45
Conclusiones
1. Centros de transformación: gas de síntesis en reemplazo o complemento del GN para el corto plazo. GN de hidratos y de minas de carbón en el largo plazo.
2. Sector Urbano: GN, GNL, Gas cuidad, Biogas, Leña (con limitaciones de uso importantes).
3. Sector Transporte: biocombustibles en el mediano/largo plazo.
4. Programa a nivel país para enfrentar orgánicamente la dependencia externa para cubrir las demandas de combustible.
47
PC Sub Crit. PC Sup Crit. IGCC (W/S) IGCC (N/S) NGCC Combustible PT#8 PT#8 PT#8 PT#8 Gas
Costo de capital [US$/kW] 1.430 1.490 1.610 1.490 475 O&M Fijos [US$/kWyr] 40,5 41,1 56,1 52,0 5,1
O&M Variables [US$MWh] 1,7 1,6 0,9 0,9 2,1 Consumo Especifico [Btu/kWh] 9.310 8.690 8.630 8.630 7.200
Factor de Capacidad 80 80 80 80 80 Capital [US$/MWh] 25,0 26,1 28,1 26,0 8,4 O&M [US$/MWh] 7,5 7,5 9,2 8,6 2,9
Combustible [US$/MWh] 14,0 13,0 12,9 12,9 36,0 COE total [US$/MWh] 46,5 46,6 50,2 47,5 47,3
Comparación de costos entre las tecnologías de generación a carbón
48
Comparación de costos entre las tecnologías de generación a carbón
PC Sub Crit. PC Sup Crit. IGCC (W/S) IGCC (N/S) NGCC Combustible IL#6 IL#6 IL#6 IL#6 Gas
Costo de capital [US$/kW] 1.500 1.550 1.710 1.580 475 O&M Fijos [US$/kWyr] 42,5 42,7 61,9 57,2 5,1
O&M Variables [US$MWh] 2,9 2,7 1,0 1,0 2,1 Consumo Especifico [Btu/kWh] 9.560 8.920 9.140 9.140 7.200
Factor de Capacidad 80 80 80 80 80 Capital [US$/MWh] 26,1 27,2 29,9 27,7 8,4 O&M [US$/MWh] 9,0 8,8 9,8 9,1 2,9
Combustible [US$/MWh] 9,6 8,9 9,1 9,1 36,0 COE total [US$/MWh] 44,7 44,9 48,8 45,9 47,3
top related