Modulo 1 Gen Renov y Carbon

MODULO I: CADENA ENERGTICA

Renovables: Produccin, transformacin y suministro

Carbn: Exploracin, embarque, transporte, comercializacin,

distribucin y usos.

Carlos A. Echaz

Economista en Energa

01-03 Julio, 2014

Quito, Ecuador


Contenido

Hidrocarburos: Exploracin, explotacin, refinacin y comercializacin de combustibles.

Electricidad: generacin, transmisin y distribucin

Renovables: Produccin, transformacin y suministro

Carbn: Exploracin, embarque, transporte, comercializacin, distribucin y usos.

Actividad Prctica, investigacin



http://www.universetoday.com/41702/picture-of-earth-from-space/

I.2 Electricidad: generacin, transmisin y distribucin

El mundo en la noche desde el Satelite


Fuente:IEA World Energy Outlook

Poblacin Total sin electricidad cerca de 1/4 no tiene , 1/2 No es confiable


Fuente:IEA UNDP http://www.action4energy.org

Poblacin Total sin electricidad cerca de 1/4 no tiene , 1/2 No es confiable

BP Statistical Review of World Energy 2012 BP 2012

Primary energy world consumption Million tonnes oil equivalent


Son: fuentes de energa en su estado natural, es decir que no han sufrido ningn tipo de transformacin fsica o qumica mediante la intervencin humana

Las fuentes primarias de energa, estn subdivididas en dos grupos:

a) las fuentes no renovables de energa, como son los combustibles fsiles y la

energa nuclear y

a) las fuentes renovables de energa como la hidroenergia, la energia elica, la energa solar, la biomasa, etc.

Fuente: Manual de estadsticas energticas OLADE, 2011

Fuentes de energa primaria


Como vimos en la anterior clase son fuentes de energa primaria no renovables

la siguientes:

Petrleo crudo

Lquidos de gas natural

Gas natural

Carbon


Fuentes de energa primaria no renovables


Hidroenergia

Geoenergia

Energia elica

Energia solar

Biomasa

Lena

Productos de cana

Residuos


Fuentes de energa primaria renovables



IEA-2013 Key World Energy STATISTICS

Generacin Elctrica Mundial



Generacin de Electricidad Mundial



Generacin de Electricidad con combustibles fsiles.



Productores de Electricidad

Resumen: Situacin Elctrica del Pais

En hoja tamao carta y letra Arial 11, Puede usar grficos

Usando la matriz elctrica (simplificada) 2010 de su pas obtenida en:

http://www.iadb.org/es/temas/energia/centro-de-innovacion-energetica/flujos-y-datos-

institucionales%2c8879.html?view=v18

1. Seale cuales son los principales energticos con los que se produce

electricidad.

2. Que energas se importan para producir electricidad.

3. Indique si su pas importa o exporta electricidad (energa Secundaria)

4. Que energticos reciben subsidios o tienen precios fijados por debajo a los

precios internacionales.

5. Verifique si hay algn cambio significativo de 2010 con la informacin mas

actualizada.

6. Indique si cree que los datos estn errados.

7. Finalmente con la informacin que pueda obtener de sus colegas y sus

propio conocimiento seale: Fortalezas, Oportunidades, Debilidades y

Amenazas de la Industria elctrica de su pas.



CADENA ENERGTICA

Matriz Elctrica de Costa Rica 2010

CADENA ENERGTICA

Matriz Elctrica de Republica Dominicana 2010

CADENA ENERGTICA

Matriz Elctrica de Ecuador 2010

CADENA ENERGTICA

Matriz Elctrica de El Salvador 2010

CADENA ENERGTICA

Matriz Elctrica de Guatemala 2010

CADENA ENERGTICA

Matriz Elctrica de Honduras 2010

CADENA ENERGTICA

Matriz Elctrica de de Mxico 2010

CADENA ENERGTICA

Matriz Elctrica de Nicaragua 2010

CADENA ENERGTICA

Matriz Elctrica de Panam 2010

CADENA ENERGTICA

Proyeccin de Consumo de energa primaria

Fuente: BP

CADENA ENERGTICA

Proyeccin de Consumo de energa primaria

Fuente: German Wind Energy Association

Fondos de Estabilizacin estabilizar tarifas de electricidad para lo cual se crean fondos:

Subvencin Directa

a. El estado otorga una subvencin en dinero al productor, distribuidor o

consumidor para reducir el precio de la electricidad.

b. El subsidio se le da algn energtico (gas natural o diesel oil) As el precio

de generacin es menor

Subvencin indirecta

Para determinar los precios de la generacin se utiliza un mecanismo de mrito en costos. Es decir, las plantas con los menores costos son las que

salen despachadas.

No obstante si se fija un precio en mercado interno para la generacin elctrica (ej. gas natural 1 US$/MPC ) de electricidad y el gas podra ser

exportado a precios mucho ms altos ej 8 US$/MPC. Tendramos un

subsidio indirecto de 7

Ms de esto en el modulo de regulacin.

27


Subsidios y Fondos en Cadena Elctrica


La Cadena Elctrica

Grafico: www.need.org

Transmisin

Generacin Distribuci

n

CADENA ENERGTICA

Generacin de Electricidad

Planta nuclear en Cattenom, Francia.

Imagen: Stefan Khn

CADENA ENERGTICA

Electricidad: una fuente de energa secundaria

No puede ser extrada o capturada.

La generacin de electricidad requiere de un generador.

Los generadores contienen imanes y giran bobinas de cobre.

Se genera electricidad renovables o no renovables:

La generacin de electricidad con un recurso NO Renovable:

El combustible se quema para calentar el agua

El agua hierve y cambia de estado a vapor

El vapor se enruta a travs de una turbina de vapor, hacindola girar.

El Eje de la turbina hace girar un generador para producir electricidad.

La generacin de electricidad con un recurso Renovable:

El viento sopla a travs de una turbina de viento -.

El eje de la turbina hace girar un generador para producir electricidad.

Generacin de Electricidad

CADENA ENERGTICA

Centrales electricas (publicas y autroproductoras)

Son instalaciones que disponen de equipos que permiten convertir diferentes

formas de energia en electricidad, tanto energia directa obtenida de la naturaleza, como la hidroenergia, la geotermia, la energia elica y la energia solar; como el calor obtenido de la combustin de otras fuentes.

Segun la tecnologia y el tipo de fuente que utilizan para producir electricidad, las centrales electricas se clasifican en:

Hidroelectricas

Termoelectricas convencionales

Geotermicas

Elicas

Fotovoltaicas

Nucleares

Generacin elctrica


CADENA ENERGTICA

Centrales electricas (publicas y autroproductoras)

A su vez las termoelectricas convencionales se las puede subdividir en:

Turbo vapor

Turbo gas (ciclo abierto)

Ciclos combinados

Motores de combustin interna

Generacin elctrica


Trmica

Nuclear

Hidroelctrica

Geotrmica

Solar Trmica

Solar Fotovoltaica

Mareomotriz

CADENA ENERGTICA

Ahora Veremos algunas Centrales Elctricas

Combustible

Caldera Vapor

Agua Generador Transformador

Torre de refrigeracin

Lnea de transmisin

Turbinas

CADENA ENERGTICA

Generacin Trmica

Las centrales trmicas utilizan combustibles fsiles

Imagen: ANAYA Produccin, transporte y almacenamiento de energa elctrica


Generacin de gas- Ciclo combinado

Fuente: www.need.org


Plantas de generacin de Carbn

El agua de alimentacin

El agua de alimentacin utilizada en una caldera de vapor para transferir energa trmica desde la zona de la quema de

combustibles

Caldera

Horno Rectangular, carbn pulverizado se sopla desde boquillas de combustible a las 4 esquinas. El carbn y luego se quema

rpidamente y forma una bola de fuego en el centro.

Turbinas de vapor interconectados entre s y a continuacin, un generador


Reactor

Vapor

Barras de control

Generador de vapor

Edificio de contencin

Agua

Generador Transformador


Lnea de transmisin

Turbinas

CADENA ENERGTICA

Generacin en Centrales Nucleares

El combustible de una central trmica es uranio. Ventajas: no emiten gases

contaminantes y producen energa barata; Desventaja: la generacin de residuos

nucleares.

Imagen:: ANAYA Produccin, transporte y almacenamiento de energa elctrica

Compuerta

Presa

Embalse

Turbina

Generador

Transformador

Lnea de transmisin

CADENA ENERGTICA

Generacin Hidroelctrica

Se usa agua almacenada en los embalses


Subtipos

Embalse

De pasada

Tamao

Grande: 100 MW - 15 GW

PequeA: 100 kW - 300 MW



Produccin Hdrica

Lluvia

Circulacin de agua

Agua caliente

Bombas

Agua fra

Bomba

Generador

Condensador Bomba

Terreno impermeable


Lnea de transmisin Turbina

Fuente de calor

Cambiador de calor

CADENA ENERGTICA


Generacin geotrmica

En algunos pases se tiene generacin geotrmica cerca a giseres y volcanes.

CADENA ENERGTICA

Generacin geotrmica Geothermal Heat Pumps

La generacin geotrmica no solo se produce con giseres y volcanes.


La produccin de energia solar es la energia de la radiacin del sol aprovechada tanto para la produccin de electricidad en las centrales fotovoltaicas y termosolares, como para uso final en calentamiento de agua,

secado de granos, etc.

El aprovechamiento de energia solar en centrales fotovoltaicas se calcula multiplicando el indice de radiacin solar de la zona de ubicacin de las centrales, expresado en unidades de potencia por unidad de area (kW/m2), por el area de los paneles fotovoltaicos o espejos en el caso de centrales termosolares; y por el tiempo de exposicin de los dispositivos a dicha radiacin. Estos indices se los encuentra en los mapas de radiacin solar que se elaboran en muchos paises.



Produccion de energia solar

Central solar de media temperatura Central solar de media temperatura

Emplean colectores que concentran la radiacin solar que reciben en un elemento receptor de superficie muy reducida en las que se alcanzan temperaturas de hasta 300 C.

En ellas, la radiacin solar incide en un campo de heliostatos (grande espejos) que concentran la radiacin solar en un receptor, generalmente una torre, donde estn la turbina y el generador.

Colectores

Tanques de aceite Caldera Vapor

Turbina Alternador

Transformador

Colector

Tanques de sodio

Caldera

Vapor

Turbina Alternador

Transformador

Heliostatos

Agua

CADENA ENERGTICA


Centrales trmo solares

Las centrales solares trmicas constan de un campo de heliostatos, que es una

gran superficie cubierta de espejos que concentran la radiacin captada en un

receptor, generalmente una torre, en el que se encuentran la turbina y el receptor.


Concentrating solar power(CSP) or concentrated solar thermal,


Esquema de funcionamiento de una clula fotoelctrica

Dos capas de silicio

Contacto metlico superior (+) Contacto metlico inferior (--)

Radiacin solar

CADENA ENERGTICA

Fuente: ANAYA Produccin, transporte y almacenamiento de energa elctrica

Centrales solares Fotovoltaicas

Las centrales solares fotovoltaicas transforman directamente la energa solar en

energa elctrica, sin necesidad de que exista ningn elemento mvil, gracias a

las clulas fotovoltaicas, que estn fabricadas con silicio. Se utilizan, adems,

para suministrar electricidad a satlites y estaciones espaciales.

CADENA ENERGTICA

Centrales que utilizan desechos


La produccin de energia elica corresponde a la energia cinetica del viento captada por las turbinas de los aerogeneradores

Al igual que en una central hidroelectrica, la turbina esta acoplada a un generador electrico, convirtiendose la energia mecanica de rotacin en energia electrica.



Produccion de energia eolica

Esquema de funcionamiento de un aerogenerador

Pala del rotor, generalmente construida en fibra de vidrio Soporte o

torre

Generador

CADENA ENERGTICA

Fuente:: ANAYA Produccin, transporte y almacenamiento de energa elctrica

Centrales Elicas Las centrales elicas aprovechan la energa del viento para producir electricidad;

presenta inconvenientes, como un impacto visual negativo y la interferencia con

las rutas de aves migratorias; adems, se ve afectada por las condiciones

meteorolgicas.

Subtipos

En tierra On-Shore

Costa afuera Off-Shore

Tamao

Turbina: 1-6 MW

Granja: 100 MW - 1000 MW


Energa elica


Esquema de funcionamiento de una central maremotriz

En la bajamar, el agua almacenada sale hacia fuera, haciendo girar nuevamente las turbinas

En la pleamar, al agua pasa a travs del dique en direccin al ro, moviendo las turbinas

El agua se almacena en el ro, que acta como un pantano

Rejilla (filtro) Turbina

CADENA ENERGTICA


Centrales Mareomotrices

CADENA ENERGTICA

Transmisin o Transporte de Electricidad


CADENA ENERGTICA

Transporte-Transmisin de Electricidad

Torres de alta tensin

Subestaciones que transforman el voltaje de salida para los consumidores industriales y residenciales

Una lnea de transporte de energa elctrica o lnea de alta tensin es el medio fsico mediante el cual se realiza la transmisin de la energa

elctrica a grandes distancias.

Est constituida por un elemento conductor, usualmente cables de cobre o aluminio, y por elementos de soporte, que son las torres de alta tensin.



Transmisin Transporte de Electricidad


1. Planta de Generacin

2. Transformador aumenta el voltaje para la transmisin

3. Lnea de transmisin que lleva la electricidad por largas distancias

4. Torres de alta tensin

5. Transformador reduce el voltaje

6. Lnea de distribucin

7. Transformador: baja el voltaje antes de entrar en la casas, ediciones y fabricas

Salida de la energa elctrica al voltaje adecuado (132 kV o menor)

Entrada de la energa elctrica procedente de la planta de generacion (220 kV-400 kV)

CADENA ENERGTICA

Transporte y Distribucin de Electricidad


La energa que llega de la red de transporte tiene un voltaje alto para poder recorrer largas distancias; en la subestacin, mediante un transformador, se reduce esta tensin para iniciar su distribucin.

CADENA ENERGTICA

Transporte-Transmisin de Electricidad


CADENA ENERGTICA

Transmisin Transporte Electricidad


Un centro de control es el responsable de la operacin y supervisin coordinada en tiempo real de las instalaciones de generacin y de

transporte del sistema elctrico.

Con toda la informacin recibida de las subestaciones se comprueba el funcionamiento del sistema elctrico en su conjunto, y se toman

decisiones para modificarlo o corregirlo si procede.

La transmisin opera bajo acceso abierto, es decir que toda persona individual o colectiva que realice actividades de la industria elctrica puede

utilizar las instalaciones de transmisin, siempre que exista capacidad

disponible.

En algunos paises los precios en el mercado de transporte se regulan por el mtodo de tasa de retorno. Las remuneracin de la transmisin (Ingreso

tarifario y Peaje) deben cubrir la totalidad de sus costos (costo de

operacin, mantenimiento y administracin, as como de inversin.

El peaje, no considera la distancia es decir es una tarifa estampilla que implica subsidios cruzados de aquellos que transportan la electricidad por

tramos cortos respecto a los que transportan por tramos largos, por lo que

el valor el pagado depende del volumen transportado independientemente

de la distancia.

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Actividad de transmisin


Planta de generacin

Red de transporte (200 kV-400 kV)

Parque de generacin Consumo industrial

(132 kV-12,5 kV)

Consumo domstico (220 V-380 V)

Subestacin de distribucin

Centro de control elctrico

CADENA ENERGTICA

Distribucin elctrica


La metodologa de determinacin de tarifas de distribucin es e general es a traves de Price Cap o precios tope, determinados por el regulador sobre la base de costos medios y vigentes.

Este precio garantizara un retorno adecuado a las empresas distribuidoras dado que considera costos operativos, depreciacin,

estructura de la demanda y una utilidad promedio

61


Actividad de Distribucin

CADENA ENERGTICA

Pensar y no adoptar dogmas:

Fuente: Rodrigo Garca Pizarro [email protected]

CADENA ENERGTICA


Problemas con la generacin con combustibles fsiles

Gran parte de la electricidad se genera en forma centralizada en grandes plantas de carbn, diesel, gas) y grandes centrales hidrulicas (embalses y de pasada).

Estas plantas tienen economas de escala, pero transmiten la electricidad a

grandes distancias y presentan grandes problemas medioambientales.

Las economas de escala comenzaron a decrecer las ltimas tres dcadas; ya no pueden suministrar electricidad barata y confiable a los consumidores, tanto

porque el costo de las redes se ha encarecido con respecto a las plantas

generadoras, como porque que la mayora de las fallas del sistema se originan en

la red.

A diferencia de las grandes centrales, las centrales medianas y pequeas, especialmente las Energias Renovables (no convencionales), pueden

dimensionarse a escala de las comunidades, hacindolas ms fciles de financiar,

construir y conectar a las redes existentes; y por lo tanto pueden conseguir un

aumento en el nmero de actores y formar un verdadero mercado competitivo.

CADENA ENERGTICA

Generacin Distribuida


Este modelo de produccin de energa con muchas medianas y pequeas generadoras que se conectan a las redes de distribucin, y que se denomina

Generacin Distribuida (GD), presenta grandes ventajas para las comunidades y

tambin para las redes elctricas, puesto que tener numerosas centrales

pequeas hace que la red se descongestione, sea ms resiliente y estable, y se

reducen ostensiblemente las perdidas de transmisin y distribucin.

En GD la generacin elctrica est localizada cerca de los centros de consumo y conectada a un circuito que conforma una isla, que a su vez se conecta a islas

vecinas. Las generadoras de una isla abastecen con prioridad los consumos de

su isla y los excedentes van a suplir los dficit de islas vecinas. As, una falla

afecta solamente a la isla y no al resto del sistema; y adems las islas vecinas

pueden suministrar el dficit ocasionado por la falla.

CADENA ENERGTICA



La GD es una oportunidad histrica para

democratizar el sistema elctrico y mejorar la

eficiencia y la seguridad energtica:

Democratizar, significa tambin lograr una

verdadera economa de mercado al tener una

gran cantidad de propietarios diferentes en el

sector generacin.

Mejorar la eficiencia energtica significa reducir

las prdidas de transmisin en grandes

distancias. por reduccin de prdidas, podra

reducir en aproximadamente 10% los

requerimientos de generacin elctrica del pas.

Mejorar la seguridad significa reducir la incidencia geogrfica de los apagones

CADENA ENERGTICA



Generacin Distribuida Generacin Centralizada


CADENA ENERGTICA

Una Ley de Medicin Neta. sera un primer paso hacia la GD.

. Que se autoconsuma toda la electricidad que se pueda y que, la excedentaria inyectada compense la consumida cuando la instalacin no est produciendo.

Un balance neto anual permitira compensar la inyeccin efectuada en horas de

alta radiacin, con el consumo en horas sin radiacin; y compensar en invierno el

excedente inyectado en las vacaciones de verano.

CADENA ENERGTICA


Medicin Neta (Net Metering)

Las Smart Grid es la gestin eficiente de la electricidad usando tecnologa para optimizar la generacin y distribucin elctrica. El objetivo es optimizar las cantidad de energa ofertada y demandada.

Medidores inteligentes con facturacin detallada por franjas horarias

Consumidores eligen tarifas entre diferentes empresas elctricas

Conocen sus horas de consumo mas alto y mas bajo y sus precios

Mejora el uso de la red.

Con las energas renovables los usuarios no slo consumen sino que tambin producen electricidad a travs de la red.

El flujo de energa es bidireccional.

La red inteligente enva electricidad desde generadores a los consumidores usando una tecnologa digital bidireccional.

Ahorro energtico

Eficiencia energtica

Reduccin de emisiones de CO2

CADENA ENERGTICA

Red elctrica inteligente- smart grid



Produccin de Carbn


Coal production/consumption by region Million tonnes oil equivalent

Production by region Consumption by region



Coal consumption per capita 2013 Tonnes oil equivalent


Turba


Formacin del Carbn


Carbon Mineral

Es un mineral combustible slido, de color negro o marrn oscuro que contiene esencialmente carbono, asi como pequenas cantidades de hidrgeno y oxigeno, nitrgeno, azufre y otros elementos. Resulta de la degradacin de los restos de organismos vegetales durante largos periodos, por la accin del calor, presin y otros fenmenos fisico quimicos naturales.

Debido a que se dan distintos grados de cambio en el proceso, el carbn mineral no es un mineral uniforme y se clasifican por rangos de acuerdo

a su grado de degradacin, en series que van desde lignitos a antracitas, pasando por los sub- bituminosos y los bituminosos, los

cuales presentan diferencias considerables en su contenido de volatiles, carbono fijo y poder calorifico.

Turba


El Carbn


En terminos de uso final, el carbn mineral se puede dividir en dos clases:

a) Carbon coquizable o metalurgico

Es el carbn cuyas propiedades permiten el proceso de pirolisis o destilacin destructiva del mismo, para la produccin de coque, que es un producto empleado en la fabricacin del acero en los altos hornos.

b) Carbon termico o de vapor

Es el carbn empleado como combustible para la produccin de vapor de agua, tanto para la generacin de electricidad como para procesos industriales. Se caracteriza por un relativamente alto poder calorifico.

Turba


El Carbn


Antracita

Hulla-Bituminoso

Lignito

Turba "Brown Carbn

Turba


Clasificacin Carbn

Fuente: Extraido de www.trivenomining.com

Turba


Clasificacin Carbn

Fuente: American Society for Testing Materials, extraido de www.trivenomining.com

Ms barato por unidad de energa que el petrleo o el gas natural

Abundante

Grandes Reservas suficientes para los prximos

Eficiencia - Centrales elctricas ms grandes son ms eficientes

Seguras para el transporte y almacenamiento

Comtiene gran cantidad de energa

Generalmente se consume cerca de donde se explota.

Menor costes de transporte.


Ventajas del carbn

Las plantas trmicas de carbn son el mayor contribuyente de los

contaminantes

El dixido de azufre (SO2)

xido de Nitrgeno (NOx)

Dixido de carbono (CO2)

Mercurio

Contribuye al efecto invernadero y la lluvia cida.

La extraccin es peligrosa.

Es no renovable


Desventajas del carbn

Explotacin de cielo abierto:

Minas de superficie (lignito)

Grandes movimientos de tierra

Transporte en camiones de alto tonelaje

Gran impacto sobre el entorno

Explotacin subterrnea:

Instalaciones complejas-varios pozos

Red de trasporte interior

Problemas de la extraccin:

eliminacin del gris o metano (explosivo)

gases txicos, aguas subterrneas (inundaciones).

Diversas Enfermedades


La explotacin de los yacimientos de carbn


Es sucio, pesado y difcil de manipular

Requiere el transporte de grandes tonelajes:

Por barco:

Instalaciones portuarias

barcos carboneros (150000-225000 tm de carga).

Por ferrocarril:

Por carretera

Si bien el carbn es relativamente barato, los costos de transporte son

determiantes.


El Transporte del Carbn



Produccin de Carbn



Costos de importacin de Carbn



Emisiones de CO2

Flujo del Carbn EEUU



Resumen: Situacin Elctrica

En hoja tamao Carta y Letra Arial 11 Puede usar grficos

Usando la matriz elctrica (simplificada) 2010 de su pas obtenida en:

http://www.iadb.org/es/temas/energia/centro-de-innovacion-energetica/flujos-y-

datos-institucionales%2c8879.html?view=v18

1. Seale cuales son los principales energticos con los que se produce

electricidad.

2. Que energas se importan para producir electricidad.

3. Indique si su pas importa o exporta electricidad (energa Secundaria)

4. Que energticos reciben subsidios o tienen precios distintos a los

internacionales.

5. Verifique si hay algn cambio significativo de 2010 con la informacin

mas actualizada.

6. Indique si cree que los datos estn errados.

7. Finalmente con la informacin que pueda obtener de sus colegas y sus

propio conocimiento seale: Fortalezas, Oportunidades, Debilidades y

Amenazas de la Industria elctrica de su pas.



MUCHAS GRACIAS


Modulo 1 Gen Renov y Carbon

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