Residuos del petróleo como parte de una Transición · PDF file* Maestría...

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    Residuos del petrleo como parte de una Transicin Energtica. Ciclos Combinados con Gasificacin Integrada, captura y

    secuestro de CO2. Guillermo Snchez Livano*

    y Hctor Beltrn Mora**

    Panorama general

    La generacin de electricidad con plantas trmicas es un comn denomina-dor de la produccin mundial de ste recurso energtico, representando el 82% de la generacin mundial, incluyendo la nuclear y la biomasa. Mucho se ha hablado sobre la transicin energtica hacia fuentes ms limpias y res-petuosas del ambiente que a su vez constituyan una base sustentable para el desarrollo de las naciones; sin embargo, la realidad del consumo elctrico y la capacidad de generacin de las energas renovables presentan una dispa-ridad muy grande.

    Por un lado, el consumo inherente a la actividad econmica presenta un constante incremento, que se haba venido cubriendo por el suministro de energa elctrica de bajo costo, procedente de la utilizacin del petrleo. ste haba venido manteniendo sus precios relativamente bajos y estables por largos periodos de tiempo.

    Grfica 1Costo competitividad de las energas renovables

    * Maestra en Ingeniera Energtica, Posgrado de Ingeniera, UNAM. slievg20@gmail.com.** M. of Sc., Power and Energy Systems, University of Illinois. hbeltra2@gmail.com.

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    Por otro lado, los altos costos de la generacin con energas renovables y su baja produccin de fluido elctrico, representan factores que dieron la pauta para el desarrollo de tecnologas que tenan como nico objetivo el aumen-tar sus eficiencias de transformacin disminuyendo el costo de generacin a valores casi marginales. Dejaron as en segundo plano el desarrollo de tecno-logas de generacin alternativas de tipo renovable.

    Las fuentes de energa renovables fueron eclipsadas por la bonanza que present la era del petrleo, al grado que la energa hidrulica explotada desde los orgenes de las grandes civilizaciones ha venido disminuyendo. No obstante, se ha venido compensando paulatinamente dicho decremento con incrementos en la generacin por energas nuclear, geotrmica, elica y de biomasa. Estos cambios en los porcentajes de generacin total han permi-tido la diversificacin de la generacin elctrica en los pases desarrollados y a su vez ha logrado formar una base energtica segura, obteniendo as una menor dependencia de los combustibles fsiles.

    En el caso de pases productores de petrleo, la visin de una diversifi-cacin energtica a base de energas renovables no resultaba viable en trmi-nos econmicos y tecnolgicos: fue de esa forma como se vieron envueltos por las grandes ventajas que presentaban las tecnologas trmicas de bajo costo relativo de inversin y grandes beneficios generados por las nuevas eficiencias desarrolladas. De ah que tecnologas tales como los ciclos combi-nados fueran la mejor opcin, siempre dependientes de las tendencias de la produccin petrolera y sus precios.

    Desarrollo histrico de los ciclos combinados

    A raz de la crisis energtica de los aos setenta, generada por la escalada de los precios del petrleo, se tuvo que volver la mirada a otro tipo de re-cursos energticos de menor capacidad calorfica pero de costos razonables, calificativo alcanzado en relacin con los costos del petrleo imperantes en aquellos aos: es entonces cuando entra en escena el gas natural. No obstan-te el hecho de estar asociado al petrleo en algunos casos, no resultaba tan atractivo recuperar este recurso, por los costos de almacenaje, tratamiento y transporte que representaba; fue quemado as sin aprovechamiento durante dcadas en el lugar de su extraccin. Sin embargo, en pases como Rusia (la ex-Unin Sovitica) y algunos que actualmente forman parte de la OCDE, por su situacin geogrfica vieron en la abundancia de este recurso una opor-tunidad de desarrollo que impuls, entre otras, una tecnologa que hasta

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    entonces haba estado a la sombra desde sus inicios en 1901-1905: la turbina de gas. sta tuvo un desarrollo constante pero no representativo debido a que los combustibles utilizados en la primera mitad del siglo XX eran prin-cipalmente carbn y aceites minerales que presentaban limitaciones de uso por factores de potencia generada, ensuciamiento y deterioro de los equipos. Aunque esto no impidi su utilizacin, las eficiencias y los costos de genera-cin representaban pocos beneficios, pero siguieron implementndose nue-vas tcnicas que terminaron utilizando los derivados del petrleo.

    La convergencia de factores como el incremento en el precio del petrleo, y disponibilidad de gas natural que es un combustible ms limpio- dieron el empuje necesario para que las turbinas de gas se desarrollaran comercial-mente.

    A raz de esta cadena de sucesos, surgieron las plantas de generacin que hacen uso del llamado Ciclo Combinado con turbina de gas (CCGT), aplica-cin del concepto de cogeneracin donde un ciclo Brayton (ciclo superior) genera electricidad y los gases de escape son reutilizados para introducirlos en un ciclo Rankine (ciclo inferior) y as obtener una generacin adicional por medio del vapor de agua. De esta manera las eficiencias de generacin se vieron incrementadas y por consecuencia se redujeron sus costos.

    Situacin en Mxico

    En este contexto, Mxico se encontraba en una etapa de crecimiento econ-mico a finales de los aos setenta, gracias al descubrimiento del complejo de yacimientos petroleros de Cantarell que elev la produccin de crudo, con un objetivo de mantenerla en 1 mmbd; la cual se destinara al consumo inter-no. Los CCGT representaron siempre la mejor inversin en generacin elc-trica, dejando de lado la costosa infraestructura de las grandes centrales que hasta entonces haban mantenido la produccin elctrica en nuestro pas, como lo eran las hidroelctricas y las grandes termoelctricas convencionales de ciclo Rankine. Es pues a lo largo de la dcada de los aos ochenta cuando se comienza la instalacin de CCGT en todo el pas.

    A finales de la dcada de los aos noventa es cuando se comienza a espe-cular sobre las repercusiones que podra tener sobre la generacin elctrica nacional la reduccin o agotamiento de las reservas petroleras; pero no es sino hasta el ao 2005 cuando el yacimiento de Cantarell comienza a dar muestras de agotamiento reflejado en la disminucin de su produccin de crudo. Es entonces cuando se comienza a presentar un panorama adverso sobre nuestro esquema de generacin basado en la utilizacin de combustibles fsiles.

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    En la actualidad todas las plantas CCGT utilizan gas natural y, en situa-ciones de escasez del recurso, an a costos ms elevados, diesel. Es pues gracias a estos costos que el despacho de combustible se hace a las plantas con mayor eficiencia trmica, es decir, las de menor consumo trmico uni-tario, siendo stas las de ltima generacin instaladas por los productores independientes que generan electricidad a un costo menor.

    Mxico cuenta con una capacidad efectiva instalada de 49 898.341 MW de la cul 16 913.163 MW (33.8%) proviene de centrales CCGT. A su vez, la frac-cin correspondiente a las plantas CCGT, propiedad de CFE, es de 5 456.263 MW (32.3%) y la fraccin correspondiente a los Productores Externos de Energa (PEE) es de 11 456.900 MW (67.7%).

    Esta capacidad est integrada por la utilizacin de 54 unidades (conjun-tos turbina recuperador de calor) distribuidas en 12 centrales de CFE ms 71 unidades distribuidas en 21 centrales pertenecientes a los PEE.

    Diversificacin del portafolio de generacin1 El esquema actual de generacin en nuestro pas presenta una dependencia de las plantas termoelctricas con una participacin de 70%. Si le restamos el porcentaje de capacidad instalada correspondiente a la geotermoelctrica resta 67.34% de produccin mediante ciclos trmicos que utilizan combusti-bles fsiles.

    El Sector Elctrico Mexicano (SEM) enfrenta el reto de suministrar energa elctrica para los siguientes aos con un grado aceptable de confiabilidad, calidad y seguridad mediante la expansin de los sistemas de generacin, transmisin y distribucin. Para cumplir con este reto, el SEM desarrolla es-trategias y programas de crecimiento basados en la metodologa de menor costo, que con respecto a la generacin evala diferentes tecnologas de ma-nera individual para integrar las opciones ms baratas al portafolio de generacin.

    Es precisamente por esta razn por la que las estrategias de expansin estn sesgadas a favor de las tecnologas que utilizan combustibles fsiles, lo que a su vez ocasiona una falta de diversificacin en el portafolio de ge-neracin.

    En este contexto, diversificacin significa la mayor participacin de tec-nologas que no utilizan combustibles fsiles, como la tecnologa nuclear o las que utilizan fuentes de energa renovable principalmente.

    1 Beltrn H. Electricity Resource Planning, University of Illinois at Urbana Champaign, 2009.

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    En especial, la inclusin de energas renovables ha sido subestimada y tomada en consideracin en la mayora de los casos para cumplir con restric-ciones ambientales o suministrar energa elctrica a lugares alejados que no cuentan con conexin a la red y el costo de la lnea de transmisin es dema-siado elevado.

    An mas, se cree ampliamente que el costo de la energa elctrica ge-nerada con fuentes renovables es ms alto que aquel que se obtiene si se utilizaran combustibles fsiles (como combustleo, carbn o gas natural), lo cul es parcialmente cierto. Sin embargo, la inclusin de energas renovables tiene entre otros, dos efectos fundamentales: el primero es que, contrario a lo que pudiera esperarse, el costo global de generacin del portafolio no necesariamente se incrementara; y el segundo efecto igualmente importante pero ampliamente desconocido, es que disminuye el riesgo al que e