Lima, 5 al 9 de Agosto, Por el Dr. Alfredo Viloria Vera

Transcripción

1 Lima, 5 al 9 de Agosto, 2013 Por el Dr. Alfredo Viloria Vera

2 Competencia inter-combustible para la generación de electricidad mediante plantas térmicas

3 Introducción Contenido Generación eléctrica a partir de plantas térmicas. Parque Eléctrico Venezolano. Combustibles para la generación: Carbón/Coque de petróleo Diesel/ Fuel Oil. Gas natural. Ciclos Térmicos Ciclo simple turbina a gas. Ciclo simple turbina a vapor. Ciclo combinado a turbina de gas/ gasoil. Eficiencias de los distintos ciclos. Evaluaciones Económicas De los ciclos utilizando gas natural y carbón como combustibles. Gas por Cable Generación Distribuida

4 Energía Eléctrica. Introducción Hidroeléctrica Recursos renovables Termoeléctrica Competencia Inter-Combustible. Recursos naturales no renovables Carbón Diesel/ Fuel oil Gas Natural Ambiental Se prevé un crecimiento de más del 5% anual de la demanda de electricidad en el Sur' durante los próximos 15 años

5 Generación eléctrica a partir de plantas térmicas Central Termoeléctrica Clásica Carbón Petróleo Gas Natural Según el combustible, y suponiendo un rendimiento del 40% sobre la energía primaria consumida, una central térmica emite aproximadamente: Combustible Emisión de CO 2 kg/kwh Gas Natural 0,44 Fueloleo 0,71 Biomasa (leña, madera) 0,82 Carbón 1,45

6 Parque eléctrico venezolano Oferta de energía en Venezuela en generación de tipo hidráulica y térmica. Generación Energía (TW-h) Promedio Firme Real 2007 Hidráulica Térmica Totales Oferta de energía en Venezuela de los diferentes tipos de generación de electricidad. Generación Cap (MW) Energía (TW-h) Nominal Promedio Firme Hidráulica Sur 13, Hidráulica Occid Turbovapor 4, Turbo Gas 2, Generación Distribuida Ciclo Combinado Totales , El concepto de energía promedio para las centrales hidráulicas es el promedio de los valores de energía generada con base en los aportes históricos de caudal, mientras que para las centrales térmicas es aquel valor de energía que se determina de la capacidad nominal con un factor de planta de 0,70. El concepto de energía firme de las centrales hidráulicas es el máximo valor de energía que puede ser generada de suceder el mínimo histórico de caudal (OPSIS, 2007). Fuente: OTEPI & INTEVEP.

7 Parque eléctrico venezolano Plantas eléctricas en Venezuela del tipo hidráulico. Nombre de la Planta Unidades Empresa Cap (MW) Ubicación de la Planta GURI 20 EDELCA Bolívar MACAGUA 20 EDELCA Bolívar CARUACHI 12 EDELCA Bolívar SAN AGATÓN 2 CADAFE 300 Uribante Caparo JOSÉ A. PÁEZ 4 CADAFE 240 Santo Domingo JUAN A. RODRIGUEZ 2 CADAFE 80 Barinas Totales Plantas eléctricas en Venezuela del tipo turbo-vapor. Cap. Nominal Nombre Unidades Comb. Empresa (MW) 2 Gas/ Fuel-Oil 800 Planta Centro CADAFE 3 Fuel-Oil Ubicación Morón Joaquina Sánchez 10 Gas/ Fuel-Oil La EDC Tacoa y Arrecifes Ramón Laguna 5 Gas/ Fuel-Oil ENELVEN 660 Maracaibo Totales Fuente: OTEPI & INTEVEP.

8 Parque eléctrico venezolano Plantas eléctricas del tipo turbo-gas en Venezuela Nombre de la Planta Unidades Comb. Empresa Cap. Nominal (MW) Ubicación de la Planta Termobarrancas II 1 Gas CADAFE 150 Edo. Barinas Alfredo Salazar 3 Gas CADAFE 210,0 Anaco Guanta 2 Gas CADAFE 140,0 Guanta Planta del Este 8 Gas ELEVAL 141,2 Valencia Pedro Camejo 4 Gas CADAFE 300,0 Valencia Planta Castillito 3 Gas ELEVAL 60,7 Valencia Jusepin 1 Gas S.P.Oriente 20,0 Jusepín Sta Bárbara-Oriente 1 Gas S.P.Oriente 20,0 Santa Bárbara SubTotales Gas ,9 ENELBAR 7 Dual: Gas ENELBAR 130,0 Barquisimeto Argimiro Gabaldón 2 Dual: Gas ENELBAR 80 Barquisimeto San Lorenzo 2 Dual: Gas ENELVEN 40,0 Cabimas OAM 5 Dual: Gas/Gas-Oil La EDC 450,0 Caracas Casigua 3 Dual: Gas/Gas-Oil ENELVEN 61,6 Casigua Planta Táchira 8 Dual: Gas-Oil CADAFE 217,4 La Fría Punto Fijo 8 Dual: Gas-Oil CADAFE 199,0 Punto Fijo Concepción 2 Dual: Gas-Oil ENELVEN 32,0 Maracaibo Rafael Urdaneta 10 Dual: Gas-Oil ENELVEN 265,7 Maracaibo SubTotal Duales ,7 San Fernando 3 Gas-Oil CADAFE 60 San Fernando Luisa Cáceres 9 Gas-Oil SENECA 220,4 Margarita Sta Bárbara - Occid. 2 Gas-Oil ENELVEN 36 Santa Bárbara Tucupita 1 Gas-Oil CADAFE 10 Tucupita Planta Coro 4 Gas-Oil CADAFE 71,3 Coro Dabajuro 1 Gas-Oil CADAFE 20 Dabajuro SubTotal Gas-Oil ,7 Totales ,3

9 Parque eléctrico venezolano Plantas eléctricas de motores en Venezuela. Nombre de la Planta Unidades Comb. Empresa Cap. Nominal (MW) Ubicación de la Planta Luisa Cáceres 1 Gas-Oil SENECA 11,8 Margarita Cadafe Oriente 1 Gas-Oil CADAFE 30 Margarita San Fernando 1 Gas-Oil CADAFE 30 San Fernando Clarines 1 Gas-Oil CADAFE 15 Edo. Anzoátegui Universidad 1 Gas-Oil CADAFE 20 Edo. Monagas Barranca del Orinoco 1 Gas-Oil CADAFE 10 Tucupita El Cuartel 1 Gas-Oil CADAFE 15 Barcelona Guanape 1 Gas-Oil CADAFE 30 Barinas Ureña 1 Gas-Oil CADAFE 10 Ureña Totales 9 171,8 Plantas eléctricas de tipo ciclo combinado Gas-Oil en Venezuela Nombre de la Planta Unidades Comb. Empresa Cap. Nominal (MW) Ubicación de la Planta Termozulia 3 Dual: Gas-Oil ENELVEN 470 Maracaibo Fuente: OTEPI & INTEVEP.

10 Parque eléctrico venezolano Oferta Proyectada Los proyectos de instalación de plantas de generación eléctrica en Venezuela están listados en la siguiente tabla: Proyectos de Generación Eléctrica en Venezuela Nombre Unid. Tipo Comb. Cap. (MW) Ubicación Año estimado de Operación La Vueltosa 3 Hidráulica Táchira Tocoma 12 Hidráulica --- 2,160.0 Bolívar Josefa Camejo I 3 Turbogas Gas/Gasoil Falcón Josefa Camejo II 3 Turbogas Gas/Gasoil Falcón 2011 Josefa Camejo III 3 Ciclo Comb Falcón 2012 La Raisa 2 Turbogas Gas/Gasoil Miranda 2010 El Sitio 3 Ciclo Comb. Gas/Gasoil Miranda 2012 Alberto Lovera 2 Turbogas Gas Anzoátegui 2012 Cumaná 3 Ciclo Comb. Gas Sucre 2012 Cabruta 3 Ciclo Comb. Gas Anzoátegui 2013 Ezequiel Zamora 1 Turbogas Gas Guárico 2012 TermoZulia II 3 Ciclo Comb. Gas/Gasoil Zulia 2009 Tamare 3 Ciclo Comb. Gas/Gasoil Zulia 2011 Bachaquero 3 Ciclo Comb. Gas/Gasoil Zulia 2011 San Diego de Cabrutica 2 Turbogas Gas/Gasoil Anzoátegui 2010 Totales 49 8,111.0 Fuente: OTEPI & INTEVEP.

11 Proyectos - Fuente CORPOELEC NOMBRE TIPO COMBUSTIBLE CAPACIDAD MW TRENES INVERSIÓN MMUS$ UBICACIÓN AÑO COMPLEJO GENERADOR TERMOCENTRO(El SITIO Y LA RAISA) CICLO COMBINADO GAS 1080 (EL SITIO) 530 (LA RAISA) TOTAL 1610 (540 C/U) 2187 EDO-MIRANDA PLANTA TERMOELÉCTRICA SAN DIEGO DE CABRUTICA CICLO SIMPLE TG GAS 300 (150 C/U) 186,87 EDO- ANZOÁTEGUI PLANTA TERMOZULIA II CICLO COMBINADO GAS ,5 EDO-ZULIA PLANTA TERMOELÉCTRICA TAMARE CICLO COMBINADO GAS ,66 EDO-ZULIA PLANTA TERMOELÉCTRICA BACHAQUERO CICLO COMBINADO GAS ,56 EDO-ZULIA PLANTA TERMOELÉCTRICA EZEQUIEL ZAMORA CICLO SIMPLE TG GAS ,72 EDO-GUÁRICO PLANTA TERMOELÉCTRICA JOSEFA CAMEJO CICLO SIMPLE TG/DIESEL GAS/DIESEL 450 (150 C/U) 220,3 EDO-FALCÓN PLANTA TERMOELÉCTRICA JUAN MANUEL VALDEZ (CIGMA) CICLO COMBINADO GAS EDO-SUCRE 2007 AMPLIACIÓN GENERACIÓN MARGARITA CICLO COMBINADO GAS/FUEL-OIL EDO-NUEVA ESPARTA 2007 PLANTA TERMOELÉCTRICA ANTONIO JOSE DE SUCRE CICLO COMBINADO GAS ,5 EDO-SUCRE 2004

12 Combustibles para la generación eléctrica

13 US$/MMBTU Precios de combustibles CIF Europa (BP, 2008) Combustibles Año Matriz energética de Venezuela (BP, 2008) Combustible Consumo de Energía (MMTPE) - Año Crudo Gas Carbón Hidroelectricidad Totales Carbón Gas Crudo Fuente: Curso de verano Cenit CO2, OTEPI

14 Carbón Reservas de carbón en Venezuela. Ubicación Reservas (MMTM) (%) Zulia 7, Táchira 1, Anzoátegui Falcón Mérida Guárico Aragua Totales 8, Combustibles Mejoramiento de eficiencia en las unidades. Gasificación del carbón. Tratamiento de gases. Reservas de carbón en Venezuela (Escobar y Martínez, 1993) Fuente: OTEPI & INTEVEP. Fuente: Dirección de Planificación y Economía Minera, 2008

15 Coque de Petróleo Combustibles Comparación Precios de Carbón y Coque de Petróleo (Santos y Silva, 2008) Período Precio (US$/MMBTU) Carbón Coque de Petróleo ene 97 a dic dic 97 a nov nov 98 a oct oct 99 a sep sep 00 a ago ago 01 a jul jul >02 a jun jun 03 a may may 04 a abr abr 05 a may may 06 a feb El precio del coque de petróleo producido en Venezuela en el mercado internacional está en un rango entre 50 y 56 US$/Ton (Santos y Silva, 2008). Fuente: OTEPI & INTEVEP.

16 Fuel-Oil Nº 6 El Fuel-Oil Nº 6 es un producto residual de la refinación del crudo que actualmente se usa para generación eléctrica en las plantas con ciclos a turbinas de vapor, tales como Tacoa, Ramón Laguna y Planta Centro. Tabla 9. Precios del Fuel - Oil para Abril de 2008 (MPPEP, 2008) Fuel Oil US$/BL US$/MMBTU RESIDUAL 1,5% S 67,82 12,62 RESIDUAL AA 3% 66,64 12,40 Combustibles Diesel o Gasoil Precios del Diesel para Abril de 2008 (MPPEP, 2008 y Elaboración Propia) Diesel US$/BL US$/MMBTU 1,0% S 110,98 20,65 0,5% S 111,92 20,83 B/A 0,3% S 112,30 20,90 Los precios internacionales vigentes a partir de abril de 2008 del diesel, observándose que el precio es 20 veces mayor al gas natural. Fuente: OTEPI & INTEVEP.

17 Combustibles- Producción Combustibles producidos en Venezuela (PODE, 2005) Combustible Producido (MBD) Año Coque Destilados Livianos Destilados Medianos Destilados Pesados Residual Bajo S Residual Alto S Los volúmenes mencionados son producidos en las refinerías Amuay y Cardón del Centro Refinador Paraguaná, El Palito y Puerto La Cruz, y en los Mejoradores de Crudo de la Faja Petrolífera del Orinoco. A las plantas de generación eléctrica que actualmente usan Diesel (Destilados), les es suministrado por vía terrestre desde el centro de distribución de combustibles más próximo. A estos centros de distribución, el Diesel es transportado desde las distintas refinerías por barco y/o por poliductos. En el caso del Fuel-Oil, el suministro a las plantas Tacoa, Ramón Laguna y Planta Centro es realizado por vía marítima, desde las distintas refinerías venezolanas. Fuente: OTEPI & INTEVEP.

18 Gas Natural Combustibles Tarifas del Gas en Venezuela para el sector industrial Enero de 2008 (Gaceta Nº 38386, 2006) Zona Tarifa (US$/MMBTU) Enero 2008 Despacho Transporte Total Desde Anaco Anaco -Maturín 0,34 0,03 0,37 Barbacoa 0,34 0,08 0,43 Puerto Ordaz 0,34 0,09 0,43 Jose-PLC 0,34 0,09 0,43 Altagracia 0,34 0,24 0,58 Área Metropolitana 0,34 0,40 0,75 La Loira-SJ Morros 0,34 0,41 0,75 Tejerías-La Cabrera 0,34 0,49 0,83 Carabobo 0,34 0,58 0,92 Lara - Yaracuy 0,34 0,75 1,09 Desde Lago Zulia-Táchira 0,57 0,05 0,62 Falcón 0,57 0,23 0,80 Fuente: OTEPI & INTEVEP.

19 Consumo Mundial de Energía (MMTEP) Combustibles- Consumo Año Carbón Gas Natural Hidroelectricidad Nuclear Petróleo Consumo Mundial de Fuentes de Energía (BP, 2008) Fuente: OTEPI & INTEVEP.

20 Ciclos térmicos para la generación eléctrica Combustible Gases de escape Cámara de combustión Compresor Turbina Aire fresco Fuente: OTEPI & INTEVEP.

21 Ciclos de Generación Eléctrica Ciclo simple con turbina de vapor Eficiencia de 35% partículas SOx NOx Gases de escape Combustible: Fuel Oil Caldera Agua Vapor de alta Presión Psig Turbina a vapor Agua Generador Consiste en una caldera en la que se quema el combustible para generar calor que se transfiere a unos tubos por donde circula agua, la cual se evapora. El vapor obtenido, a alta presión y temperatura, se expande a continuación en una turbina de vapor, cuyo movimiento impulsa un alternador que genera la electricidad. Fuente: Estudio de competencia intercombustible Mayo, 2001, modificado

22 Ciclos de generación eléctrica Eficiencia de 30% Ciclo simple con turbina de gas (GT) Gas combustible Aire Comprimido psig Cámara de combustión* Gases de Escape 900 F Aire Compresor axial Gas caliente Turbina Generador * Incluye el sistema de control de NOx En una cámara de combustión se quema el gas natural y se inyecta aire para acelerar la velocidad de los gases y mover la turbina de gas. Fuente: Estudio de competencia intercombustible Mayo, 2001

23 Ciclos de generación eléctrica Ciclo combinado a gas Eficiencia de 55% Gases de escape Agua Turbina a Vapor Gas combustible Caldera recuperadora de calor (HRSG) Vapor de alta presión Aire comprimido Cámara de combustión* Gases de escape Turbina a vapor Generador Compresor axial Gas caliente Turbina Generador Agua Aire * Incluye sistema de control de NOx Turbina a gas Al pasar por la turbina, esos gases todavía se encuentran a alta temperatura a 900 F (500 C), se reutilizan para generar vapor que mueve una turbina de vapor. Cada una de estas turbinas impulsa un alternador, como en una central termoeléctrica común. El vapor luego es enfriado por medio de un caudal de agua abierto o torre de refrigeración como en una central térmica común. Fuente: Estudio de competencia intercombustible Mayo, 2001

24 Carbón/ residual Gas de síntesis Sistema Integrado de Gasificación + Ciclo combinado Planta de gasificación Proceso de remoción Ciclos de generación eléctrica Control Partículas Aminas Gases de escape Partículas Azufre Agua Caldera recuperadora de calor Vapor de alta presión Gas combustible limpio Turbina a vapor Generador Aire Aire comprimido Compresor axial Cámara de combustión* Gas caliente Turbina Gases de escape Generador Turbina a vapor Vapor de baja presión Turbina a gas * Incluye sistema de control de NOx Eficiencia de 45% Fuente: Estudio de competencia intercombustible Mayo, 2001

25 Eficiencia (%) 1 Ciclos de generación eléctrica Curvas de eficiencia térmica para distintos ciclos térmicos Potencia Nominal (MW) Turbina a Gas Ciclo Combinado a Gas Turbina a Vapor Gasoil IGCC Fuente: OTEPI & INTEVEP

26 Costo de Capital (US$/kW) i Ciclos de generación eléctrica Costos de Capital (CAPEX) de Tipos de Plantas Eléctricas Capacidad Nominal (MW) Turbinas a Gas Ciclo Combinado a Gas Turbinas a Vapor (Carbón) Gasoil Turbinas a Vapor (Fuel-Oil) IGCC Fuente: OTEPI & INTEVEP

27 Costos Variables (US$/Mwh) 1 Costos Fijos (US$/año) i Ciclos de generación eléctrica Costos Operacionales (OPEX) Fijos de Plantas Eléctricas Capacidad Nominal (MW) Turbinas a Gas Ciclo Combinado a Gas Turbinas a Vapor (Carbón) Gasoil Turbinas a Vapor (Fuel-Oil) IGCC Costos Operacionales (OPEX) Variables de Tipos de Plantas Eléctricas Fuente: OTEPI & INTEVEP Capacidad Nominal (MW) Turbinas a Gas Ciclo Combinado a Gas Turbinas a Vapor (Carbón) Gasoil Turbinas a Vapor (Fuel-Oil) IGCC

28 Costo de Inversión (US$/Kw) a Control de Emisiones- Costos Los gases de escape son tratados con un sistema de reducción por catálisis selectiva (SCR, por sus siglas en Inglés) para remover hasta un 90% de los óxidos nitrosos remanentes. Estos sistemas se instalan aguas arriba de los elementos filtrantes o de los equipos de precipitación electrostática (PowerClean, 2004). Posteriormente se instala un equipo de desulfuración (FGD) que remueve el 95% del dióxido de azufre presente en los gases de escape FGD SCR Capacidad Nominal (MW) Fuente: OTEPI & INTEVEP

29 Porcentaje % MMBTU/kWh Evaluaciones económicas Ciclo Simple: Turbina a gas Combustible: Gas natural Ciclo Combinado: Turbina a gas+ Turbina a Vapor Combustible: Gas natural Ciclo simple: Turbina a vapor Combustible: Carbón Eficiencia Cantidad de energía generada en GWh/año , , , , , ,00 ciclo simple-gas ciclo combinado-gas Turbina a vapor-carbón , MW ciclo simple-gas ciclo combinado-gas Turbina a vapor-carbón 0, MW Fuente: Modelo de Competencia Intercombustible- INTEVEP(2009)

30 MM US$ MMBTU/kWh Evaluaciones económicas Cantidad de combustible consumido en BTU/kWh , , , , ,00 0, MW ciclo simple-gas ciclo combinado-gas Turbina a vapor-carbón Monto de la inversión ciclo simple-gas ciclo combinado-gas Turbina a vapor-carbón MW Fuente: Modelo de Competencia Intercombustible- INTEVEP(2009)

31 Evaluaciones económicas Fuente: Modelo de Competencia Intercombustible- INTEVEP(2009)

32 Generación Distribuida La Generación Distribuida representa un nuevo paradigma de servicio para los clientes eléctricos Definición de Generación Distribuida de forma integrada o individual, de pequeños generadores, por parte de compañías eléctricas, clientes eléctricos o terceros, en aplicaciones que benefician al sistema eléctrico, a usuarios eléctricos específicos o a ambos Frecuentemente es utilizado como sinónimo de otros términos como: autogeneración, generación on-site, cogeneración y generación dentro del recinto. Nuestra definición incluye el almacenamiento y la tecnología para la autogestión de la demanda interna Central de Generación Transformador Microturbina Subestación de Distribución Fotovoltaicos Residencial Pila de combustible Turbina Gas Motor Subestación de Transporte Subestación de Distribución Industrial Cogeneración Subestación de Distribución Pila de combustible Comercial Motor Comercial Volante de inercia La Generación Distribuida, de forma extendida, representa un cambio fundamental en el sector de la energía. Fuente: EPRI Distributed Resources Target

33 Generación Distribuida La Generación Distribuida tiene seis aplicaciones principales: Aplicación Carga base Cobertura de picos de demanda Cogeneración Descripción La tecnología de GD se utiliza para cubrir parte de la demanda en base de electricidad. El equipo está funcionando permanentemente y reduce el consumo de electricidad de la red La GD se usa para alisar picos de demanda eléctrica Se produce calor/frío, además de producir electricidad Backup Calidad de Suministro Soporte a la Distribución Aplicación de stand-by que asegura el suministro de electricidad de forma ininterrumpida. Funciona únicamente cuando se produce un corte en el suministro Si la calidad del suministro está por debajo de las necesidades del cliente, esta aplicación proporciona la calidad requerida, eliminando fluctuaciones Las distribuidoras o los grandes clientes utilizan esta aplicación para evitar y resolver congestiones en la red de distribución

34 Dinamarca Findlandia Holanda Letonia Rep. Checa Hungria Alemania Turquia Slovakia Polonia Japon Portugal Austria India Canada Sur Africa Estonia Mundo Chile China Corea Lituania Mejico Uruguay Luxemburgo Grecia Espana Belgica Italia Reino Unido Suecia Slovenia Indonesia Uganda Australia Francia Estados Unidos Tailandia Brasil Irlanda Argentina 60 Consumo- Generación Distribuida Procentaje de la generacion electrica total que corresponde a generacion distribuida La GD es atractiva porque ofrece electricidad más confiable, más eficiente y económica que comprarla a una central de generación Fuente: WADE en el 2006 publica en World Survey la distribución de GD.

35 Gas por cable Es un medio de transporte de energía como gasoducto, GNL o GTL. Fuente: GTW. Thermal and Hydro power systems: HITACHI

36 Gas por cable Rango aplicable de Gas por cable Alta eficiencia térmica Fuente: GTW. Thermal and Hydro power systems: HITACHI

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