EXAMEN PARCIAL DE CENTRALES TERMICAS

ALUMNO: Ernesto José Donayre HernandezCURSO: CENTRALES TERMOELECTRICASCICLO: X-ME UNIVERSIDAD: SAN LUIS GONZAGA DE ICA

1. DESARROLLE UN BREVE ANÁLISIS CRONOLÓGICO DEL DESARROLLO TECNOLOGICO MUNDIAL DESDE LA REVOLUCIÓN INDUSTRIAL HASTA LA FECHA Y LA RELACION DEL IMPACTO DE LAS FUENTES DE ENERGÍA HACIA EL MEDIO AMBIENTE. MENCIONE, EVOLUCION DE RESERVAS, PRODUCCIÓN, CONSUMO Y PRECIOS DE CARBON, PETROLEO, GAS

IMPACTO DE LA ENERGIA SOBRE EL MEDIO AMBIENTE

El  desarrollo y el uso de la energía están íntimamente ligados. De hecho un problema clave para los próximos años es como asegurar fuentes de energía suficientemente confiables y económicas que nos garanticen un adecuado nivel de desarrollo.

Sin embargo el problema no termina allí. Es claro que toda actividad tendrá un impacto sobre el medio ambiente. El problema se inicia cuando este impacto es negativo o incluso irreversible. En el punto anterior vimos que la disponibilidad de energía es una limitante al desarrollo; pero además los impactos ambientales tambien pueden limitar o condenar el desarrollo. La historia abunda en ejemplos de sociedades que hicieron colapsar su entorno y luego, ellas a su vez tambien colapsaron. Un buen ejemplo es lo ocurrido en Isla de Pascua. Otro ejemplo abundante es el caso de sociedades en que el entorno cambió, y ellas a su vez no pudieron adaptarse. Es lo que ocurrió con las colonias Vikingas en Groenlandia o (parece) que ocurrió con el colapso del Imperio Maya en Mesoamérica.

La actividad humana en lo referente a aspectos relacionados con energía puede tener los siguientes impactos en el medio ambiente (lista no exhaustiva):

En Actividades de Extracción: contaminación por actividades mineras de carbón, petróleo u otras. Impacto ambiental por construcción de represas.

En Generación: emisiones sólidas, líquidas o gaseosas. Contaminación térmica. Contaminación nuclear. Uso del suelo.

En distribución: derrames sólidos o líquidos. Impacto ambiental de líneas de alta tensión, impacto de gaseoductos.

Utilización: emisiones sólidas, líquidas o gaseosas. Contaminación de recintos cerrados, contaminación térmica y acústica.

Desde el punto de vista de cuales son los contaminantes específicos asociados a estas actividades, hay muchos, pero cabe destacar por su gravedad:

CO2: Anhídrido carbónico. Origina el llamado efecto invernadero. En los últimos 100 años se ha medido un aumento de la concentración de CO2 en la atmósfera de algo más de un 30%. El temor existente es que este gas invernadero (junto a otros como el metano) esté causando un aumento significativo de la temperatura media terrestre. Esto originará cambios climáticos nó bien definidos. La evidencia de este cambio lo vemos en la disminución de los glaciares y parte del casquete polar.

Lluvia Acida: Muchos procesos industriales (quema de carbón, refinación de minerales [en especial de cobre]) desprenden gases o sustancias que contienen SO2 y SO3. Estos gases son precursores de la lluvia ácida. En Europa y América del Norte la lluvia ácida ha dañado enormemente grandes superficies boscosas. Tambien daña las construcciones; por ejemplo esta ataca los mármoles, piedras calcáreas y otros revestimientos. En lugares se ha medido lluvia con una acidez equivalente a una limonada!! En Chile la industria Minera desprende enormes cantidades de SO2 en la pirometalurgia. La tendencia hoy es pasar a procesos hidrometalúrgicos en los cuales los efluentes son mucho más controlables.

CFC: son los Cloro-Fluoro-Carbonos. Inicialmente se usaron como refrigerantes para uso doméstico e industrial. Posteriormente se usaron como propelentes de tarros con spray y espumantes para plásticos. Al emigrar a la alta atmósfera el Cloro que contienen destruyen las moléculas de Ozono (O3) que están en la capa de Ozono. Esto permite la llegada de radiación UV corta a la superficie terrestre. El efecto es daño genético a piel y tejidos expuestos, así como destrucción de materiales fotosensibles (plásticos, pinturas). En 1990 (?) se firmó la Convención de Montreal que limita la producción y uso de los CFC. Ya hay refrigerantes alternativos. El efecto del daño a la capa de Ozono (más notorio en hemisferio Sur) se calcula llegará a su máximo hacia inicios del próximo siglo.

Desechos Nucleares: este es un tema que no nos afecta en forma directa (afortunadamente) pero debe estar presente en nuestra mente. La gran cantidad de centrales termonucleares de fisión nuclear originan una enorme cantidad de desechos radiactivos. El manejo, reprocesamiento y almacenamiento de estos desdechos es un tema no resuelto. Más aún, estará cada vez más presente por el volumen que alcanzará en las medidas que las centrales nucleares antiguas deban desguazarse.

NOx: óxidos de nitrógeno. Son productos de la combustión a temperaturas mayores de unos 800ºC. Por lo tanto son muy típicos de motores de combustión interna (Otto y Diesel), así como de turbinas a gas. Los NOx son precursores de la fomación de Ozono en la baja atmósfera. Si el Ozono es bueno a 60 km de altura, es malo a nivel del suelo. Principalmente porque es un fuerte oxidante, con efectos dañinos sobre piel, mucosas y órganos, así como pinturas, revestimientos y otros materiales inorgánicos. La Región Metropolitana está declarada saturada en Ozono.

Desechos químicos: son abundantes y variados. Van desde la contaminación por mercurio y cadmio, desecho de ciertos procesos, pasa por los restos de la industria petroquímica y llega a la enorme variedad de contaminación de freáticos por pesticidas, fertilizantes y otros.

En resumen, la actividad humana tiene un impacto muy grande con respecto al medio ambiente. Hoy se habla mucho de Desarrollo Sustentable, en rigor esto es una contradicción en términos. En efecto, si consideramos que el desarrollo (lo cual implica el aumento permanente de uso de recursos) debe ir siempre en aumento, es inevitable que

en un plazo mayor o menor encontremos limitaciones fundamentales al desarrollo por la inevitable escasez de recursos. Por lo tanto es clave saber diferenciar entre crecimiento y desarrollo. En efecto, un país puede tener un fuerte crecimiento, sin embargo aumentando su nivel de desarrollo en forma mucho más lenta. También es posible tener gran aumento de desarrollo con niveles de crecimiento bajos.

El diferenciar ambos conceptos es importante, pues permite mirar la evolución de un país desde otra óptica. Es claro que en la última década Chile ha tenido bastante crecimiento, sin embargo nuestro aumento de desarrollo ha sido mucho menor. También es claro que un crecimiento indefinido no es viable pues implica el tener recursos ilimitados, lo cual no es del caso en nuestro planeta.

En los próximos párrafos daremos una idea de como uno podría acercarse al ideal de desarrollo sustentable. 

DIFERENCIA ENTRE PROCESOS Y SISTEMAS:

De los párrafos precedentes está claro de que existen muchos desafíos y problemas tanto desde el punto de vista energético como ambiental. Además es obvio que si se plantea como meta alcanzable el tener un nivel de desarrollo razonable para la gran mayoría de la población mundial, nuestros métodos, tecnologías y enfoques tendrán que cambiar radicalmente.

La gran falencia que ha existido en el modelo de desarrollo (o crecimiento) a nivel occidental en el Siglo XX, es que siempre el énfasis ha estado puesto en los procesos y no sobre los sistemas. Es decir, tenemos la tendencia a pensar en procesos abiertos...

COMBUSTIBLES FÓSILES

Origen de los combustibles fósiles El petróleo, el carbón y el gas natural se llaman combustibles fósiles porque provienen de los restos de organismos vivos, las condiciones anaerobias de las capas inferiores de masa de agua impedían la respiración de los descomponedores y por ende la putrefacción de los detritos. Se acumulan grandes cantidades de materia orgánica, al cabo de millones de años, quedo enterrada bajo capas de sedimento y por la presión y el calor se convirtió en carbón, petróleo y gas natural. El gas natural es el metano atrapado, el petróleo representa el lodo residual y el carbón es materia orgánica comprimida. 

PETROLEO

Reservas de petróleo y producción : Si la exploración da con petróleo, se sigue perforando para determinar la extensión y la profundidad del manto petrolífero. Sacar el petróleo se llama producción en la jerga del negocio.

La crisis petrolera de los 70’s En 1973 la OPEP suspendió las importaciones, se requiere un flujo continuo de los pozos a los puntos de consumo.

Reservas nacionales e importación:

EEUU se autoabastecía de petróleo, pero ante la crisis empezó a depender cada vez más de las importaciones. La crisis petrolera de los 70: EL negocio del petróleo lo maneja la OPEP, ésta comienza a aprovecharse de los países exportadores (crisis del 73´). Adaptación a los precios altos: Los países industrializados realizaron cambios en los 70´; suba de la producción, bajo consumo de petróleo, creación de una reserva estratégica.

RESERVA ESTRATÉGICA:

Hasta 1995 EEUU ha apilado millones de barriles en Louisiana. Esta reserva sirve si el precio es elevado, o sino las inversiones no se justificarían. EN los 80´ la producción es elevada y el consumo es bajo, por lo que asimila la dependencia de la OPEP.

LAS VICTIMAS DEL ÉXITO , Se debilitaron las ideas constructivas de la crisis; la exploración se acortó, cesó la producción de los viejos campos, se debilitó la idea de consumo restricto, se acabaron las investigaciones sobre otras alternativas de energía, uso inconsciente de los transportes como medio de consumo. - EEUU disminuye su producción conforme se agotan las reservas probadas. El consumo vuelve a aumentar porque los compradores adquieren autos menos eficientes. Después de mejoras considerables el 30 % del petróleo en Estados Unidos era importado.

.   PROBLEMAS DE LA DEPENDENCIA DEL PETROLEO IMPORTADO:

Los países que dependen de la importación del petróleo enfrentan 3 problemas: 1. El precio de comprarlo. 2. Peligra el suministro de petróleo desde Medio Oriente. 3. Los limites de los recursos.

EL CARBON

se origina por descomposición de vegetales terrestres, hojas, maderas, cortezas, y esporas, que se acumulan en zonas pantanosas, lagunares o marinas, de poca profundidad. Los vegetales muertos se van acumulando en el fondo de una cuenca. Quedan cubiertos de agua y, por lo tanto, protegidos del aire que los destruiría. Comienza una lenta transformación por la acción de bacterias anaerobias, un tipo de microorganismos que no pueden vivir en presencia de oxígeno. Con el tiempo se produce un progresivo enriquecimiento en carbono. Posteriormente pueden cubrirse con depósitos arcillosos, lo que contribuirá al mantenimiento del ambiente anaerobio, adecuado para que continúe el proceso de carbonificación:

Proceso de carbonificacion:

La carbonificación es el proceso geológico de formación de materiales con contenido creciente en carbono a partir de materiales orgánicos que se encuentran en la corteza terrestre por transformación gradual a temperaturas moderadas (alrededor de 250 ºC) y a alta presión. Es un proceso de deshidrogenación incompleta, con una cinética muchísimo más lenta que la de la carbonización (eliminación de los volátiles de la materia orgánica por calentamiento en ausencia de aire). La carbonificación no es una fosilización ya que en el caso de la fosilización la materia orgánica se sustituye gradualmente por materia mineral mientras que en el caso de la carbonización el carbón mineral resultante sigue siendo un compuesto orgánico.

Reservas

Las reservas mundiales de carbón son enormes. La cantidad de carbón recuperable desde un punto de vista técnico y económico en las condiciones actuales proporcionaría cinco veces más energía que las reservas de petróleo crudo; como existen muchas reservas de carbón de alto coste, la cantidad que será económicamente recuperable a medida que crecen los precios de la energía podría proporcionar más de 20 veces más energía que las reservas de petróleo.

Cuatro regiones del mundo contienen tres cuartas partes de las reservas de carbón actualmente recuperables: Estados Unidos (28%), los países de la antigua URSS (17%), China (16%) y Europa Occidental (14%).

Producción de carbón

La producción mundial del carbón en 1994 refleja la crisis de la minería en la Unión Europea (la producción bajó un 17,4%) y en Rusia (decayó en un 6,2%). En cambio se produjo un dinamismo en la industria carbonífera de Estados Unidos, China, India, Colombia y Australia entre otros países. La producción total en el mundo ese año fue 2.158,3 millones de toneladas, de las cuales China produjo un 27,4%, Estados Unidos un 5,5% y la República de Suráfrica un 4,8%.

EL GAS NATURAL

Formación Aunque como gases naturales pueden clasificarse todos los que se encuentran de forma natural en la Tierra, desde los constituyentes del aire hasta las emanaciones gaseosas de los volcanes, el término "gas natural" se aplica hoy en sentido estricto a las mezclas de gases combustibles, hidrocarburados o no, que se encuentran en el subsuelo donde, en ocasiones, se hallan asociados con petróleo líquido. El principal constituyente del gas natural es siempre el metano, que representa habitualmente entre el 75% y el 95% del volumen total de la mezcla, razón por la cual se suele llamar metano al gas natural. Los otros hidrocarburos gaseosos que suelen estar presentes, etano, butano y propano, aparecen siempre en proporciones menores. El gas natural puede ser "húmedo" (si contiene hidrocarburos líquidos en suspensión) o "seco" ( si no los contiene).

Producción y consumo mundial del gas natural.

Es una de las energías primarias de utilización más reciente, puesto que hasta la segunda década del siglo XX no comenzó su comercialización en los Estados Unidos –país pionero en su producción y consumo–, no extendiéndose su empleo a Europa Occidental hasta después de la Segunda Guerra Mundial. La demora en la utilización comercial del gas natural respecto al petróleo se explica básicamente por la existencia de importantes problemas técnicos en su transporte y distribución, que frenaron su empleo hasta bien entrado el siglo actual. Europa, por el contrario, permaneció totalmente al margen del empleo del gas natural hasta la segunda mitad de siglo. Varias causas explican este retraso, en primer lugar, la carencia de producción propia, que se mantiene hasta la segunda posguerra; en segundo lugar, la imposibilidad del transporte intercontinental del gas por medios marítimos; en tercer lugar, porque el papel del gas natural en el consumo doméstico y en otros usos comerciales lo desempeñaría durante casi cien años, el gas manufacturado obtenido de la destilación de carbones, en general abundantes en casi todos los países europeos. La importancia que adquiere el petróleo a partir de la Segunda Guerra Mundial propiciará una gran oleada de prospecciones en suelo europeo, con resultados mucho más brillantes en lo que se refiere al descubrimiento de bolsas de gas que en lo relativo a crudos de petróleo.

- EVOLUCION DE RESERVAS

Los 948 billones de toneladas de reservas de carbón son equivalentes a 4,196 BBEP (billones de barriles equivalentes de petróleo). British Petroleum, en su reporte de 2007, calculaba que a finales de 2006 habían por 147 años de reservas, basadas en reservas "probadas". La siguiente tabla muestra solo las reservas probadas, las cuales son calculadas en los programas de exploración de las diferentes empresas mineras. Particularmente, algunas zonas inexploradas están continuamente agrandando el volumen de reservas. Proyecciones especulativas predicen que el pico del carbón global de producción se producirá alrededor de 2025, a un 30 % por encima de la producción actual, dependiendo en la tasa de producción futura. De todas las energías fósiles, el carbón es la que está más dispersada por todo el mundo: es producido por alrededor de 100 países. Las reservas más importantes se encuentran en Estados Unidos, Rusia, China, Australia e India.

Reservas probadas de carbón (millones de toneladas)

PaísAntracita y

bituminoso

Sub-

bituminosoLignito Total Porcentaje

Estados

Unidos108501 98618 30176 237295 22,6 %

Rusia 49088 97472 10450 157010 14,4 %

China 62200 33700 18600 114500 12,6 %

Australia 37100 2100 37200 76400 8,9 %

India 56100 0 4500 60600 7,0 %

Alemania 99 0 40600 40699 4,7 %

Ucrania 15351 16577 1945 33873 3,9 %

Kazajistán 21500 0 12100 33600 3,9 %

Sudáfrica 30156 0 0 30156 3,5 %

Serbia 9 361 13400 13770 1,6 %

Colombia 6366 380 0 6746 0,8 %

Canadá 3474 872 2236 6528 0,8 %

Polonia 4338 0 1371 5709 0,7 %

Indonesia 1520 2904 1105 5529 0,6 %

Brasil 0 4559 0 4559 0,5 %

Reservas probadas de carbón (millones de toneladas)

PaísAntracita y

bituminoso

Sub-

bituminosoLignito Total Porcentaje

Grecia 0 0 3020 3020 0,4 %

Bosnia-

Herzegovina484 0 2369 2853 0,3 %

Mongolia 1170 0 1350 2520 0,3 %

Bulgaria 2 190 2174 2366 0,3 %

Pakistán 0 166 1904 2070 0,3 %

Turquía 529 0 1814 2343 0,3 %

Uzbekistán 47 0 1853 1900 0,2 %

Hungría 13 439 1208 1660 0,2 %

Tailandia 0 0 1239 1239 0,1 %

México 860 300 51 1211 0,1 %

Irán 1203 0 0 1203 0,1 %

Chequia 192 0 908 1100 0,1 %

Kirguistán 0 0 812 812 0,1 %

Albania 0 0 794 794 0,1 %

Corea del

norte300 300 0 600 0,1 %

Nueva

Zelanda33 205 333-7000 571-1500011 0,1 %

España 200 300 30 530 0,1 %

Laos 4 0 499 503 0,1 %

Zimbabue 502 0 0 502 0,1 %

Argentina 0 0 500 500 0,1 %

Otros 3421 1346 846 5613 0,7 %

Total 404762 260789 195387 860938 100 %

- PRODUCCION

La siguiente tabla muestra la producción anual de carbón por país de 2003 a 2011.

Producción anual de carbón por país (millones de toneladas)

País20

03

20

04

200

5

20

06

200

7

20

08

200

9

20

10

201

1

Porcent

aje

Reserv

a

(en añ

os)

Chi

na

1834,

9

2122,

6

2349,

5

2528,

6

2691,

6

2802,

0

2973,

0

3235,

0

3520,

049,5 % 35

Estados

Unidos

972,31008,

9

1026,

5

1054,

8

1040,

2

1063,

0975,2 983,7 992,8 14,1 % 239

Indi

a375,4 407,7 428,4 449,2 478,4 515,9 556,0 573,8 588,5 5,6 % 103

Uni

ón

Europe

a

637,2 627,6 607,4 595,1 592,3 563,6 538,4 535,7 576,1 4,2 % 97

Australi

a

350,4 364,3 375,4 382,2 392,7 399,2 413,2 424,0 415,5 5,8 % 184

Rusi

a276,7 281,7 298,3 309,9 313,5 328,6 301,3 321,6 333,5 4,0 % 471

Indones

ia

114,3 132,4 152,7 193,8 216,9 240,2 256,2 275,2 324,9 5,1 % 17

Sudáfric

a

237,9 243,4 244,4 244,8 247,7 252,6 250,6 254,3 255,1 3,6 % 118

Alemani

a

204,9 207,8 202,8 197,1 201,9 192,4 183,7 182,3 188,6 1,1 % 216

Polonia163,8 162,4 159,5 156,1 145,9 144,0 135,2 133,2 139,2 1,4 % 41

Producción anual de carbón por país (millones de toneladas)

País20

03

20

04

200

5

20

06

200

7

20

08

200

9

20

10

201

1

Porcent

aje

Reserv

a

(en añ

os)

Kazajist

án

84,9 86,9 86,6 96,2 97,8 111,1 100,9 110,9 115,9 1,5 % 290

Total5301,

3

5716,

0

6035,

3

6342,

0

6573,

3

6795,

0

6880,

8

7254,

6

7695,

4100 % 112

- CONSUMO

El gráfico muestra la correlación entre el aumento en el consumo de carbón y de los precios del petróleo.Hasta 1973, el consumo de carbón es estable, luego de la primera crisis del petróleo el consumo mundial de carbón aumenta, la segunda crisis del petróleo tiene el mismo efecto sobre el consumo mundial de carbón.Entre 1986 y 2000, el precio del petróleo se mantiene en un nivel muy bajo. Durante este período, el consumo de carbón se ha estancado con el precio del petróleo, a continuación, en 2000, con los precios del petróleo el consumo de carbón del mundo está aumentando fuertemente, incluso más brutal que en las crisis del petróleo primero y segundo. Así pues, existe fuerte correlación entre los precios del petróleo y el consumo de carbón.

El carbón es la segunda fuente de energía primaria en el mundo después del petróleo (36%). En 2008, el 29% de la energía primaria consumida en el mundo se origina a partir del carbón. La energía nuclear (5%) y energía hidroeléctrica (6%) están muy por detrás.

El consumo de carbón en China representa el 42,4% del consumo mundial de carbón con un consumo de carbón de 1406 Mtep en 2008 (millones de toneladas equivalentes de petróleo). El consumo de carbón en China se ha duplicado en 6 años y ha aumentado 10% desde 2007 hasta 2008. Los Estados Unidos es el segundo mayor consumidor de carbón del mundo con 565 Mtep (17%). La India ocupa el tercer lugar con 231 Mtep (7%), seguido por Japón (3,8%), Sudáfrica (3,1%) y Rusia (3%). Estos siete países representan tres cuartas partes del consumo mundial de carbón en el mundo. El crecimiento de la India y China seguira pesando sobre el consumo de carbon. El acero japonés seguirá necesitando el coque de carbón, y Rusia ha optado por centrar su consumo de carbón para exportar su gas natural. Sólo la producción de los EE.UU. parece estancarse en los últimos años. Sudáfrica es un exportador de carbón, ya es ahora elegir entre la exportación y el consumo de su propia fuente de electricidad y las minas de electricidad del país en espera de la construcción de una central nuclear.

Si se hace el paralelismo entre el consumo de carbón y de la población, los EE.UU. por delante de China, con 1,9 toneladas equivalentes de petróleo de carbón consumida por habitante y año, el 1,1 de China, 1 en Japón y 0,2 para el India. Un americano consume casi el doble de carbón mucho más por año que los chinos y 9 veces más que la India.

- PRECIO

El precio del carbón o el carbón puede variar hasta el triple dependiendo de si se trata de lignito, carbón de coque y antracita. El lugar de la producción es importante, si el carbón tiene que viajar 7 000 kilómetros al consumidor de que aumentará su costo. Por esta razón, usted tiene los gráficos con los precios del carbón diferentes, o el origen y (o) el destino geográfico de carbón se muestran.

En este gráfico el precio del carbón, podemos ver que hay una fuerte correlación entre el precio de un barril de petróleo y el precio por tonelada de carbón. En cuanto al precio de una libra de uranio por pie cúbico de gas natural por tonelada de carbón está fuertemente vinculada al precio de un barril de petróleo. Cuando nos miramos en detalle en el precio del carbón, encontramos que la calidad del precio del carbón de coque (alto: bituminoso y antracita) ha aumentado durante el período 2000 a 2008 que el carbón-vapor (de menor calidad: Sub -- Sands). Por ejemplo, los EE.UU. el precio del carbón de coque aumentado en un 154%, mientras que el carbón térmico, se ha incrementado en 70,9%. En Polonia, el coque de carbón aumentó en un 580% y el carbón térmico a 279%. En la India desde 2000 hasta 2007, el aumento de carbón de coque fue de 81% y el carbón térmico, un 38%. Lamentablemente, no puedo dar cifras para China, ya que no están disponibles. Sin embargo, creo que la tendencia es la misma calidad del carbón (coque o carbón) aumenta más rápidamente que bajo el carbón de grado (lignito, carbón o vapor). Esto plantea muchas preguntas que me extenderé en un próximo número del carbón.De carbón, debido a la contaminación que genera es discreta, tan discreta que parece haber desaparecido con los trenes de vapor. Sin embargo, es la segunda fuente de energía primaria en el mundo y que incluso podría llegar a ser uno con la caída de la producción de petróleo.Desde la primera crisis del petróleo y el segundo, y desde el año 2000, el aumento de los precios del petróleo siempre han dado lugar a un aumento en el consumo y el precio del carbón. Con el pico del petróleo, el crecimiento en China y Asia, el consumo mundial creciente de electricidad y el aumento potencial en el consumo de carbón en la India, la demanda y el precio para la calidad del carbón seguirá siendo alta en los próximos años.

4.- PETROLEO

- EVOLUCION DE RESERVAS Y PRODUCCION

A finales de 2001, las reservas mundiales probadas de petróleo ascendían a 143.000 millones de toneladas, equivalentes a 1,05 billones de barriles.

Por países el 78% de esas reservas se encuentran en los 11 países pertenecientes a la Organización de Países Productores de Petróleo (OPEP) –Arabia Saudí, Argelia, Emiratos Árabes Unidos, Indonesia, Irak, Irán, Kuwait, Libia, Nigeria, Qatar y Venezuela–. El 7,8% del total mundial se encuentra en países pertenecientes a la OCDE (Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico), formada por 30 países entre los que se encuentran los económicamente más potentes del mundo.

El resto, un 15,2%, está repartido en los demás países del mundo (entre éstos destacan, por sus reservas, Rusia y China). Esto quiere decir que el 87,4% de las reservas actualmente existentes de petróleo en el mundo se encuentran en esos 12 países.

En el siguiente gráfico se expresan las reservas mundiales de crudo por zonas geográficas:Es decir, que dos tercios de las reservas mundiales de petróleo se encuentran en Oriente Medio. Sin embargo, el porcentaje que consume cada zona no tiene nada que ver con sus reservas:

En 2001 se produjeron 3.585 millones de toneladas de petróleo, prácticamente la misma cantidad que en 2000 (3.595 toneladas).

De esta forma, si la producción de petróleo siguiera en el futuro al mismo ritmo que en 2001, las reservas mundiales–salvo que se encontrasen nuevos yacimientos– durarían 40,3 años. En los últimos 30 años, la capacidad máxima de reservas de petróleo se alcanzó en 1989, cuando se estimó que éstas durarían 45 años más.

Los dos siguientes cuadros muestran la evolución de la duración de las reservas mundiales de petróleo en el mundo en el período 1975-2001 (cuadro de la izquierda) y la duración estimada de las reservas por zonas en el año 2001 (cuadro de la derecha). En 2001 descendió ligeramente la producción global de petróleo con el consiguiente aumento de la capacidad de reservas mundiales. En la última década el ratio reservas / producción de petróleo se mantuvo en términos estables, aunque con un ligero descenso (43,2 en 1991 y 40,3 en 2001).

- CONSUMO

Consumo de petróleo actual y futuro:

No existe una fuente de energía tan versátil y fácil de almacenar. Un 95% del sector del transporte lo utiliza. En agricultura es utilizado en la fabricación y usos de maquinaria, fertilizantes y plaguicidas. Se calcula que en 2025 la demanda será de 120 millones de barriles al día. Ya existen dificultades para que la oferta iguale a la demanda. La mayoría de países productores mantienen una tendencia de extracción negativa. El embargo árabe de 1973 demostró la gran sensibilidad de las economías occidentales al suministro ordenado. El pico Hubbert fija para el 2010 el momento en que la producción entre en declive. Según la Teoría del pico de Hubbert, actualizada con datos recientes por la Asociación para el estudio del pico del petróleo, el inicio de dicho declive debería empezar para 2007. El límite de las reservas podría estar más cercano de lo previsto si se tienen en cuenta modelos de previsión con un consumo creciente, especialmente asiático. Cada año se incorporan 60 millones de automóviles al parque mundial.

- PRECIO

No debe confundirse con Precio de la gasolina y del diésel.

Gráfico de la evolución de los precios del petróleo a largo plazo (1861-2006). La línea naranja muestra el nivel de precios constantes, ajustado según la inflación. La línea negra muestra los precios corrientes.

El precio del barril de petróleo (el West Texas Intermediate, de referencia en EE. UU.) es el precio que se le da a un barril de petróleo, considerándose un barril como 159 litros de petróleo (42 galones). Debido a las características actuales de la economía mundial el precio puede oscilar o variar en relación a los tiempos de prosperidad y niveles de consumo, la especulación, cantidad de reservas disponibles y acontecimientos sociales importantes, sobre todo los de aquellos países productores. A lo largo de la historia los precios han oscilado dentro de un rango de los $20 a $150 dólares por barril aproximadamente

5.- GAS

- EVOLUCION DE RESERVAS

En 2011 y de acuerdo con el BP Statistical Review of World Energy 2012, las reservas probadas de gas natural totalizaron 7,361 billones de pies cúbicos (Bpc) 13. Esto representó un incremento de 6.3% respecto al año anterior. Este resultado fue atribuible principalmente al aumento en las reservas de Turkmenistán, y en menor medida de Irak, Estados Unidos y Rusia.

Las reservas probadas de gas natural de Medio Oriente ascendieron a 2,826 Bpc; es decir, 38.4% de las reservas globales (véase Mapa 1). Las reservas de Europa y Eurasia fueron equivalentes a 37.8% del total mundial. Norteamérica concentró más de 5.2% de las reservas totales. La región de Centro y Sudamérica aportó 3.6%, África 7.0% y la región Asia Pacífico 8.0%. En 2011, Estados Unidos registró un volumen de reservas de 299.8 Bpc, el más alto desde 1971. Este aumento se debió a la incorporación de las reservas de shale gas. En 2011, México se ubicó en el lugar 36 en reservas de gas natural a nivel mundial (véase Cuadro 1).

La Federación Rusa contribuyó con 21.4% de las reservas de gas natural. Le siguieron Irán y Qatar, con 15.9% y 12.0%, respectivamente. Destaca que diez países poseen 79.1% de las reservas totales reportadas en 2011 (véase Cuadro 1).

En 2011, la relación mundial de reservas probadas respecto a los niveles actuales de producción (R/P), fue de 63.6 años14. Esto significó un aumento de casi dos años con relación a 2010, principalmente por el crecimiento de las reservas. Para fines de comparación, el carbón tuvo una relación R/P de 112 años y el petróleo de 54.2 años, en el mismo año.

Sin duda, en los últimos años la combinación de técnicas de perforación horizontal y el fracturamiento hidráulico han incrementado las capacidades de los productores de gas natural. El avance tecnológico ha permitido explotar recursos de baja permeabilidad como las formaciones

de shale gas; lo que se ha traducido en la incorporación de recursos prospectivos a las reservas probadas.

- PRODUCCION

En 2011 la producción mundial de gas natural17 fue de 316,982 MMpcd, lo que significó un aumento de 3.1% respecto a 2010. Norteamérica y los países miembros de la Comunidad de Estados Independientes aportaron cerca de la mitad de dicha producción.

Las regiones de Asia Pacífico y Medio Oriente aportaron en conjunto 31% de la producción de gas natural total global, mientras que Europa, África y Latinoamérica participaron con 19%18. Durante 2011, la producción en la región Asia Pacífico disminuyó 0.9%, alcanzando un total de 46,352 MMpcd. En Medio Oriente la producción de gas comercializable incrementó 11.4%, totalizando 50,906 MMpcd.

Los 19 países con la mayor producción de gas natural representaron alrededor de 81.6% del total mundial en 2011. Los principales productores siguen siendo Estados Unidos y Rusia, con una participación de 38.4%. En 2011 éstos produjeron 63,014 MMpcd y 58,730 MMpcd, respectivamente.

En Estados Unidos la producción aumentó 7.7%, impulsada por la mayor extracción de shale gas, que compensó la disminución de la producción de gas costa afuera. El mejor aprovechamiento de esta fuente de gas natural fue resultado de técnicas más eficientes y rentables de perforación. En los últimos tres años, la aportación del shale gas a la producción de Estados Unidos se duplicó y representó casi un cuarto del volumen total.

- CONSUMO

En 2011 el consumo energético mundial creció 2.5%, respecto al año anterior. El consumo de carbón fue el de mayor aumento (véase Cuadro 8), impulsado principalmente por China. El petróleo, que ha sido el principal combustible a nivel mundial, registró una participación de 33.1%. El uso de energías renovables creció 17.7%, sobresaliendo el aumento de Estados Unidos y China. La energía nuclear disminuyó su demanda 4.3%; la región Asia Pacífico presentó la mayor reducción, principalmente en Japón.

Durante 2011, la demanda de gas natural creció 2.2% respecto a 2010. Con la excepción de Europa, donde la demanda cayó abruptamente, la evolución sostenida del mercado en la mayoría de las regiones fue impulsada por el crecimiento de la demanda mundial (sin incluir los cambios en las existencias)26. La demanda de los países miembros de la Organización para la Cooperación y Desarrollo Económicos (OCDE) disminuyó 0.1%, derivado de los problemas económicos que afectaron a los países europeos. Sin embargo, el gas natural se ha convertido en una opción más

atractiva en comparación con otros combustibles fósiles, debido a su baja emisión de bióxido de carbono (CO2) y, en algunas regiones, a la relativa estabilidad y nivel de sus precios.

La región con el mayor consumo de gas natural fue Europa y EurasiaGráfica 8). 27, con una participación de 34.1% sobre el total mundial. A esta región, le siguió Norteamérica, con 26.9% y Asia Pacífico, con 18.3%. Ésta última registró el mayor crecimiento en términos absolutos, con 3,165 MMpcd adicionales respecto al año anterior. Norteamérica y Medio Oriente, presentaron incrementos de 2,670 MMpcd y 2,501 MMpcd, respectivamente (véase

En 2011, la demanda total de gas natural de los países pertenecientes a la región Europa y Eurasia disminuyó 2,275 MMpcd. La demanda de los países miembros de la OCDE en esta región disminuyó 8.3%, mientras que los miembros de la antigua Unión Soviética, que representan más de 50% del consumo de la región, aumentaron su demanda 3.2%, ambas con respecto a las observadas en 2010.

Rusia, el mayor consumidor de gas natural de la región Europa y Eurasia, tuvo una participación de 38.6%. Durante 2011, su consumo aumentó 2.5% con respecto a 2010. A nivel mundial, este país continuó como el segundo consumidor más importante de gas natural (véase Gráfica 9).

- PRECIO

El aumento de la demanda global y la variabilidad en la oferta han provocado aumentos en los precios de las materias primas Gráfica 10). 29, sobre todo los del petróleo. El precio del crudo West Texas Intermediate (WTI) aumentó 20% en 2011, alcanzando un promedio de 95.04 dólares por barril. Por su parte, el precio del carbón con referencia en Australia registró un aumento anual de 22.2%, ubicándose en 120.94 dólares por tonelada métrica en 201130 (véase No obstante, los precios del gas natural mostraron un comportamiento distinto. En Estados Unidos, los precios del gas natural permanecieron bajos, debido a la oferta adicional derivada de la extracción incremental de shale gas. En Europa, éstos aumentaron 32.4%.

Nota. El índice de precios del carbón de Australia fue tomado del Commodity Price Data del Banco Mundial. Fuente: BP Statistical Review of World Energy 2012.

6.- CENTRALES TERMICAS DE GAS

- VENTAJAS

La sustitución de centrales convencionales de carbón y diesel por centrales de ciclo combinado que utilizan gas natural es una manera efectiva de contribuir a la reducción del efecto invernadero. Por otro lado, la tecnología de ciclo combinado consume un 35% menos de combustible fósil que las convencionales, lo que aporta, de hecho, la mejor solución para reducir las emisiones de CO2 a la atmósfera y, por tanto, contribuir a preservar el entorno medioambiental. Respecto al resto de contaminantes, la emisión unitaria por kWh producido a través de plantas de ciclo combinado es, en general, sensiblemente menor, aunque destaca especialmente la reducción de emisión de dióxido de azufre, que es despreciable frente a la de una central alimentada por carbón o fuel.

En cuanto a los costos; en una planta de ciclo combinado, la inversión necesaria para instalar un módulo es del orden de 50% en relación a la inversión en una planta con carbón importado; el tiempo de construcción es, aproximadamente, 30 % menor. La repercusión, en términos de costos de capital, sobre el precio final del kWh producido en una planta de ciclo combinado es la tercera parte que en el caso de utilizar carbón de importación. También resulta significativa la menor cantidad de agua que se utiliza en el proceso, ya que la turbina de gas no precisa de refrigeración alguna y únicamente se requiere agua para el ciclo de vapor, lo que supone que una central de ciclo combinado con gas natural necesita tan sólo un tercio del agua que se precisa en un ciclo simple de fuel o de carbón.

– DESVENTAJAS

El uso de combustibles fósiles genera emisiones de gases de efecto invernadero y de lluvia ácida a la atmósfera, junto a partículas volantes (en el caso del carbón) que pueden contener metales pesados.

Al ser los combustibles fósiles una fuente de energía finita, su uso está limitado a la duración de las reservas y/o su rentabilidad económica.

Sus emisiones térmicas y de vapor pueden alterar el microclima local. Afectan negativamente a los ecosistemas fluviales debido a los vertidos de agua caliente en estos. Su rendimiento (en muchos casos) es bajo (comparado con el rendimiento ideal), a pesar de haberse realizado grandes mejoras en la eficiencia (un 30-40% de la energía liberada en la combustión se convierte en electricidad, de media).

7.- CENTRALES TERMICAS DE VAPOR

- VENTAJAS

Producen mucha energía. Producción de energía relativamente rentable. Las cenizas producidas durante la combustión pueden usarse en la construcción. Son las que menos contaminan. Son las centrales más baratas de construir.

- DESVENTAJAS

Los gases producidos en la combustión contaminan la atmósfera. El agua usada para la refrigeración queda contaminada. En los procesos de limpieza de la central se producen muchos residuos. Uso de combustibles fósiles. Las partículas volantes que pueden contener metales pesados. Afectan a los ecosistemas fluviales debido a los vertidos de agua caliente en éstos.

8.- EXPLIQUE EL FUNCIONAMIENTO DE LOS CICLOS TERMODINAMICOS APLICADOS A CENTRALES TÉRMICAS, DIAGRAMAS T-S Y P-V Y LA IDENTIFICACION DE PUNTOS CRÍTICOS PARA LA MEDICION DE VARIABLES Y EL CÁLCULO DE LA EFICIENCIA TERMICA.

8.1 El ciclo de potencia de turbinas de gas

8.1.1 El ciclo Brayton

La eficiencia de un ciclo Brayton ideal depende de la relación de presiones de la turbina de gas "rp" según la siguiente expresión:

8.2 Ciclo de potencia de turbinas de vapor

8.2.1 El ciclo Rankine

El ciclo ideal Rankine no incluye ninguna irreversibilidad interna y está compuesto por los siguientes cuatro procesos:

1 - 2 Compresión isentrópica en una bomba. 2 - 3 Adición de calor a presión constante en una caldera. 3 - 4 Expansión isentrópica en una turbina. 4 - 1 Rechazo de calor a presión constante en un condensador.

8.2.2 El ciclo ideal Rankine de recalentamiento

La mejora en la eficiencia térmica de un ciclo Rankine por el uso de expansión de vapor sobrecalentado se observa en el apartado anterior. Desafortunadamente, la expansión completa en un ciclo Rankine desde la entrada hasta la salida (proceso a-b-c, de la figura 1.9) normalmente no ocurre y el vapor no permanece siempre seco; tarde o temprano el punto de estado debe cruzar a la región bifásica (húmeda) para aprovechar la baja presión de salida.

9.- COGENERACION Y SUS APLICACIONES EN EL PERU Y EL MUNDO

Cuando se trató la historia de la cogeneración, se mencionó que a partir de la primera crisis mundial de petróleo en 1973 empezaron a cobrar mayor importancia los sistemas de cogeneración, en especial aquel que utiliza un motor alternativo para la generación conjunta de potencia mecánica, que accione el alternador, y de vapor.

A principios de la década del 70, la cogeneración era vista como una alternativa eficiente, pero muy costosa, debido a la cantidad e instalación de equipos. Se empezó a trabajar en mejorar la eficiencia, reducir las dimensiones de los equipos, ampliar el rango de potencias, etc. De esta forma, continúan desarrollándose los sistemas de cogeneración hasta la actualidad, con el objetivo de ser más viables y beneficiosos para los cogeneradores.

Como la producción de vapor era para satisfacer únicamente necesidades propias, no existieron demasiados problemas para cogenerar en este aspecto. Sin embargo, para la producción de electricidad se empezaron a presentar dificultades, ya que muchas veces lo generado por uno excedía su propia demanda y se tenía que recurrir a la venta de electricidad a la red nacional o a terceros. Por esta razón, empezaron a surgir ideas, organizaciones, leyes, etc. que se encargan de regular algunos aspectos de la cogeneración, cuidar el medio ambiente, preservar los recursos energéticos, etc.; que siguen vigentes hasta la fecha y que realmente no son obstáculos para cogenerar, sino herramientas de funcionamiento para ubicarla en un contexto mundial adecuado.

Los sistemas de regulación, empezaron en las décadas del 20 y 30 del siglo XX, con el desarrollo de la industria eléctrica y la expansión de sus líneas de transmisión. En Estados Unidos, por ejemplo a inicios de siglo se empezaron a formar sociedades económicas denominadas “Utility Holding Company”, que tenían el control de varias empresas del país. Por 1925, dieciséis de estos grupos controlaban el 80% del mercado eléctrico nacional, mientras que los 3 más importantes cerca del 50%. La clave para su éxito radicaba en que no habían ningún organismo que regule o verifique que estas empresas no cometan abusos contra los usuarios. El fin de dichos grupos financieros llegó con la depresión de 1929, que trajo abajo la bolsa de los Estados Unidos y llevó a la quiebra a la gran mayoría de ellos. Sin embargo, para que esta situación no se repita el congreso de ese país

creó en 1935 una ley denominada “Public Utility Holding Company Act” (PUHCA) con el objetivo de regular las industrias de gas y eléctricas, y de prevenir los excesos de las empresas encargadas.

En Europa, los mecanismos de regulación fueron parecidos a lo explicado, y a eso le agregaron en la década del 50, dos tratados para empezar a cuidar los recursos energéticos del planeta:

“European Coal and Steel Community” (ECSC), firmado en Paris en 1951. “European Atomic Energy Community” (EAEC o EURATOM), firmado en Roma en 1957.

Regresando a los Estados Unidos, a finales de los 60, un grupo de vecinos emprendedores de Nueva York, decidieron poner en marcha un molino de viento con el fin de generar energía eléctrica que redujera los costos que debía pagar por consumo a la “Consolidated Edison” (Con Ed), empresa más importante de distribución por esos tiempos. Aquel grupo seguía dependiendo de la generadora, sin embargo cuando el viento soplaba se dieron cuenta que podían abastecerse con su propia energía, y mas aún que tenían un exceso de la misma, que decidieron vender a la empresa.