seminario : “diversificación energética de chile” · 2017. 3. 3. · 3 1. situación actual...

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“Diversificación de Matriz de Combustibles”

Seminario : “Diversificación Energética de Chile”

Expositor : Dr. Ing. Alejandro Sáez C. Universidad Técnica Federico Santa María

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Índice de Materias

1. Situación actual

2. Recursos nacionales e importación

3. Situación actual sectorial

4. Centros de transformación

5. Sector Urbano: Residencial, Comercial e Industrial

6. Sector Transporte

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1. Situación Actual

Matríz de Energías Primarias en Chile Año 2003

37%

24% 8%

18%

13% 0%

PETROLEO CRUDO GAS NATURAL CARBON HIDROELECTRICIDAD LEÑA Y OTROS BIOGAS

Total = 315.205 [ Teracalor ías]

Fuente : Comisión Nacional de Energía (CNE)

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2. Recursos Nacionales : Energías Primarias

Producción de Energías Primarias en Chile Año 2003

15,7%

3,1%

48,1%

31,5%

0,0% 1,5%


Total = 129.243 [ Teracalorías]

Importación de Energías Primarias en Chile Año 2003

58% 31%

11%

0%0%0%


Total = 185.962 [ Teracalorías]

40 [%] de la Matriz Energética 60 [%] de la Matriz Energética


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3. Demandas Energéticas Sectoriales

Consumo Sector Transporte Año 2003

99,37%

0,00% 0,37%

0,00% 0,27%

Petroleo Crudo Electricidad Carbón GN Leña

Consumo Total 70.365 [Teracalorías]

Consumo Sector Industrial y Minero Año 2003

37,55%

6,47%

13,88% 10,83%

31,27%

Petroleo Crudo

Electricidad Carbón GN Leña



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3. Demandas Energéticas Sectoriales

Consumo Sector Comercio, Público y Residencial Año 2003

20,26%

0,01% 7,41%

51,52%

20,79%



Consumo Sector Centros de Transformación Año 2003

1,53%

21,72%

65,74%

4,74% 6,27%




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Carbón : Tecnologías Limpias

a. Gasificación Integrada a Ciclo Combinado (GICC).

b. Calderas de Lecho Fluidizado.

c. Carbón Pulverizado en ciclos subcríticos y supercríticos con sistemas de abatimiento de contaminantes.

4. Centros de Transformación

4.1 Alternativas de Corto Plazo

Tendencia Mundial

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a. Gasificación integrada a un ciclo combinado (GICC)

• Gasificación de carbón: proceso termoquímico ; Gas de Síntesis: CO + H2; PCI: 9 →13 [MJ/Nm3]).

• Tecnología madura utiliza carbón de diferentes calidades, obteniendo una alta eficiencia y minimizando el impacto ambiental (20% menor emisión de CO2 respecto a carbón pulverizado).

•Menor consumo de agua respecto de las plantas de carbón pulverizado.

• Gasificación por lecho arrastrado (Tecnología ShellUhde / Tecnología GE –Texaco).

•Eficiencias térmicas de GICC 40 a 45% base PCI (según nivel de integración).

•Capacidad de limpieza de mas del 99% de los contaminantes generados por las impurezas del carbón (NOx, SOx, Hg, NH3, HCN, HF, HCL, cenizas volantes.)

• Aplicable en la mayoría de las turbinas a gas existentes en el país.

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Integración de una Planta de Gasificación de Carbón

Fuente : ELCOGAS España

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Sistema de Limpieza del Gas de Síntesis

Ciclo Combinado

Gasificador

Manejo de Escoria

PLANTA GICC TÍPICA


Fuente : Southwest Research Institute

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c. Calderas de Lecho Fluidizado

• Método para quemar carbón en un lecho de partículas calientes suspendidas por una corriente de gas. • Lecho actúa como un fluido y permite una mayor eficiencia en la transferencia de calor. • Carbón ingresa al lecho y la mezcla continua estimula la combustión completa y una menor temperatura que en los sistemas de carbón pulverizado.

• Menor emisiones de NOx • Se puede utilizar un rango mas amplio de combustibles • Dos Tipos : Lecho Burbujeante (AFBCs)

Lecho Circulante (CFBCs) • Eficiencias de un 45% base PCS • Mejor desempeño ambiental • Etapa comercial

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b. Tecnologías de Carbón Pulverizado

Calderas de Carbón Pulverizado

Subcríticas

Supercríticas Ultracríticas

Eficiencia 35% PCI

Eficiencia 40% PCI

Presión > 248 [bar] Temperatura > 566 [°C] Menor emisión de CO 2 que las Sub criticas

Tecnologías Limpias

Eliminación de las emisiones en los gases de combustión

•Precipitadores Electroestáticos •Filtros

Remueven 99% de la ceniza

•Métodos de Desulfurización

Remueven 90 a 97 % de los SO x

•Quemadores de Bajo No x •Técnicas de Requemado

Reducen hasta un

50% de NO x

•Reducción Catalítica (post combustión)

Reducen entre un

80 a 90% de NO x

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Comparación de emisiones de GICC con tecnologías de Carbón Pulverizado

PARTICULAS

PC Caldera GICC

Todas las unidades en [lb/mmBtu]

OTROS POTENCIALES: •Eliminación de Mercurio •Separación de CO 2

0,002 0,01 Particulas

0,036 0,15 NO x

0,017 0,05 SO x

GICC PC Caldera Fuente : Southwest Research Institute

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• PC : Carbón Pulverizado

• CFBC: Combustión en Lecho Fluidizado Circulante

• GICC: Gas de Síntesis Integrado en Ciclo combinado

• CCGN: Ciclo Combinado a Gas Natural

Comparación de emisiones efecto invernadero de GICC con otras tecnologías de Generación en lb/MMBtu.

Fuente: EPRI

Óxidos de azufre

[lb/mmBtu]

Óxidos de Nitrógeno

[lb/mmBtu]

MP

[lb/mmBtu]

COV

[lb/mmBtu]

PC/ CFBC

3,100 0,800 0,070 0,003

GICC 0,017 0,024 0,010 0,003

GNCC 0,010 0,028 0,010 0,003

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Comparación de costo de electricidad caso USA

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4.2 Alternativas de Largo Plazo

4. Centros de Transformación

a. CSG (Coal Seam Gas)

b. Hidratos de Metano

c. Gas Natural Austral

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¿ Qué es CSG (Coal Seam Gas)?

El metano (CH 4 ) es formado como parte de la turba enterrada que forma el carbón.

Se distingue el metano Biogénico, el cual es producto de la actividad bacteriana generándose a poca profundidad, y el metano termogénico, el cual se produce a mayores profundidades.

El metano generado se mantiene adsorbido por el carbón.

Fuente : Origin Energy

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Esquema de un sistema de cogeneración mediante la utilización de CSG

Fuente : Empresa Pro 2 Anlagentechnik GmbH

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a. CSG (Coal Seam Gas) Caso Australiano. Queensland

• CSG contribuye actualmente en un 30% la demanda interna de GN en Queensland.

• CSG contribuirán en mas de 20% de la demanda de GN en NSW para el año 2007.

• Existen 2.800 PJ de 2P CSG de reservas de CSG en Queensland, con lo cual se podría suplir por 20 años la demanda interna de gas.

• Potencial de 15.000 PJ en Queensland


1 PJ= 25,7 MMm 3 de GN

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a. CSG (Coal Seam Gas) Proyecto Spring Gully. Queensland

• Puesta en marcha en Junio 2005

• Producción de 13 PJ/ año

• 42 Pozos

• 89 km de líneas de transmisión

• 2P reservas à 716 PJ

• Potencial de reserva à 1.300 PJ

• Costo del proyecto : US$199 millones ( Desarrollo, investigación, infraestructura,etc)

• Mano de Obra Durante Construcción : 244 Actual : 40


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a. CSG (Coal Seam Gas) Caso de Alemania. Empresa Pro 2 Anlagentechnik GmbH

• Instalación motores de gas BHKW 2 x 1.358 kW el en modelo contenedor • Estación de compresor 1 x 1.700 m³/h y 1 x 1.000 m³/h • Estación de transformador 2 x 1.600 kVA • Cliente : ATec Anlagentechnik GmbH (D)

Mina Anna, Pozo Eduard, Alsdorf (D)

Mina MontCenis III, Herne (D)

• Estación de compresor con compresor de émbolo rotativo, análisis de gas, control remoto, potencia de aspiración 30 x 700 m³/h • Cliente : Stadtwerke Herne (D)

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a. CSG (Coal Seam Gas) Caso Chileno

Existe un potencial en las Minas de Carbón de la VIII Región

Se requiere cuantificar el potencial de aprovechamiento de CSG .

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¿ Que son los Hidratos de Metano?

Son acumulaciones cristalinas similares al hielo formadas de gas

natural y agua.

La descomposición de 1 m3 de hidrato de metano produce 164 m3 de metano gaseoso y 0.8

m3 de agua

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Métodos de explotación de yacimientos de hidratos


Fuente : Hidratos de Metano. Estado del Arte 2004

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b. Hidratos de Metano Reservas en Chile

Parámetros para la capa de Hidratos:

Espesor = 100 [m] Longitud EW =20 [km] Longitud NS = 1000 [km]

Volumen de Gas Estimado :

3.2 x 10 13 [m 3 ]


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b. Hidratos de Metano Limitaciones

• Estabilidad del fondo marino

• Cambio Climático Descontroladas emisiones de CH 4 ( 25 veces mas poderoso que el CO 2 en efecto invernadero)

• Ecosistema Marino : Alteración de la vida del fondo marino


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b. Hidratos de Metano Futuro método de extracción minera, recuperando y utilizando gas de metano a

partir de los hidratos de metano


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Lago Mercedes

Proyecto Enap

Objetivo

• Suplir demanda interna de GN de 22 millones m 3 /día

Se encontró GN en pozos exploratorios en las zonas:

• Lago Mercedes (reservas de gas en tres Reservorios de la edad del Cretácico, a 4.000 [m] de profundidad) • Laguna Ema • Chilenita • Riquelme • Dorado y Puerto Sara

Fuente : Diario Estrategia. 01 de Julio 2005

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Expectativas del Proyecto

• Encontrar 5 trillones de m 3 de GN ( 5 TCF)

Recursos destinados por Enap:

• Lago Mercedes à US$ 12,7 millones • Dorado y Puerto Sara à US$ 7 millones • Riquelme à US$ 3 millones

Instalar términal de Licuefacción de GN Terminal Licuefacción

Terminal Regasificación (Quintero)

Terminal Regasificación (Antofagasta)

Fuente : Diario Estrategia. 01 de Julio 2005

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a. Gas Natural Licuado (GNL): mediano plazo/ alto precio

b. Mezcla PropanoAire: alto precio

c. Gas Licuado de Petróleo (GLP): alto precio

d. Biogas: baja cantidad

e. Gas Cuidad: alto precio basado en petróleo

f. Leña Limpia: aplicación limitada

5. Sector Urbano: Residencial, Comercial e Industrial.


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a. Gas Natural Licuado (GNL)

Infraestructura Requerida

Plantas Satélites de Regasificación Containers de LNG

Fuente : INECO

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b. Biomasa , Biogas y Leña Limpia

Procesos de conversión de la Biomasa en Energía

Leña Limpia • Homogenización de la madera • Utilización de tecnologías limpias • Reducción de emisiones de CO 2

Fuente : FOCER

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b. Biomasa , Biogas y Leña Limpia

Consumo de una familia 4 personas

Produce 1 ton al año de residuos

Esa tonelada puede Generar 460 Wh

Representa el 10% de su consumo energético

Fuente : FOCER

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a. Cuidades Planificadas bajo concepto de eficiencia energética.

b. Adecuado aprovechamiento de la energía solar pasiva.


5. Sector Urbano: Residencial, Comercial e Industrial.

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b. Adecuado aprovechamiento de la energía solar pasiva.

Costo de una casa bioclimática es un 10 a 15% mayor que una convencional

Ahorro energético entre 7080% en su periodo de utilización

Para el año 2010 se podría duplicar el aprovechamiento de la energía solar pasiva

Disminución en un 50% en la emisiones de CO 2 Aumento del ahorro energético

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6. Sector Transporte


• Vehículos híbridos


• Biocombustibles: BTL • Hidrógeno

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a. Biocombustibles : BTL ( Biomass to Liquid) Combustibles obtenidos mediante el Proceso GTL de el gas de síntesis

Fuente : Status and Perspective of BTL Fuels in the European Union

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a. Biocombustibles : BTL ( Biomass to Liquid) Propiedades de los derivados del petróleo y combustibles BTL


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a. Biocombustibles : BTL ( Biomass to Liquid) Planta BTL demostrativa de 1 [MW] de Industrias Choren GmbH en Frienberg Alemania


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a. Biocombustibles : BTL ( Biomass to Liquid) Planta CHP en Güssing, Austria


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a. Biocombustibles : BTL ( Biomass to Liquid)

Capacidad de producción de biocombustibles por hectárea, para diferentes materias primas y rutas de conversión

Girasol BD

Trigo BE

Patata BE

remolacha BE

Mínima Producción Diferencia con la máxima producción

BD : Biodiesel

BE : Bioetanol

OF : Bosques ordinarios

SRF : Bosques de rotación corta

HEC : Energía de cultivos Herbáceos


Consumo Diesel 2003 : 5 [millones m 3 ]

Rend. = 75 [GJ/ha]

Area Requerida = 2,4 [millones ha]

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a. Biocombustibles : BTL ( Biomass to Liquid)

•La tecnología BTL representa una transformación de Biomasa vegetal en combustibles líquidos y gaseosos vía gasificación o reacciones de síntesis, con PCI entre 10,45 [Mcal/kg] (BTL Nafta) y 11,35 [Mcal/kg] (BTL Diesel).

•Actualmente esta tecnología está a nivel de plantas pilotos.

•El Diesel BTL es un combustible que puede ser introducido al mercado, preferiblemente mezclado con diesel derivado del petróleo.

•Los costos de generación de combustibles BTL dependen fuertemente del valor de la materia prima, para valores actuales de la leña el BTL estaría en el rango de 350 a 400 US/m 3

•El uso de combustibles BTL trae mayores reducciones de emisiones contaminantes que los combustibles fósiles tradicionales .

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b. Hidrógeno Celda de Combustión

• Se sustituye el motor térmico por celda de combustión

• La Celda consiste en un generador de electricidad por medios electroquímicos

• No genera emisiones (Solo vapor de agua)

• Combustible Hidrógeno

• Inversión 2000 a 3000 US/kWe

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Vector Energético

Combustibles para Vehículos a Pila de Hidrógeno b. Hidrógeno

Fuente : IVECO

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Conclusiones

1. Centros de transformación: gas de síntesis en reemplazo o complemento del GN para el corto plazo. GN de hidratos y de minas de carbón en el largo plazo.

2. Sector Urbano: GN, GNL, Gas cuidad, Biogas, Leña (con limitaciones de uso importantes).

3. Sector Transporte: biocombustibles en el mediano/largo plazo.

4. Programa a nivel país para enfrentar orgánicamente la dependencia externa para cubrir las demandas de combustible.

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Anexos

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PC Sub Crit. PC Sup Crit. IGCC (W/S) IGCC (N/S) NGCC Combustible PT#8 PT#8 PT#8 PT#8 Gas

Costo de capital [US$/kW] 1.430 1.490 1.610 1.490 475 O&M Fijos [US$/kWyr] 40,5 41,1 56,1 52,0 5,1

O&M Variables [US$MWh] 1,7 1,6 0,9 0,9 2,1 Consumo Especifico [Btu/kWh] 9.310 8.690 8.630 8.630 7.200

Factor de Capacidad 80 80 80 80 80 Capital [US$/MWh] 25,0 26,1 28,1 26,0 8,4 O&M [US$/MWh] 7,5 7,5 9,2 8,6 2,9

Combustible [US$/MWh] 14,0 13,0 12,9 12,9 36,0 COE total [US$/MWh] 46,5 46,6 50,2 47,5 47,3

Comparación de costos entre las tecnologías de generación a carbón

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Comparación de costos entre las tecnologías de generación a carbón

PC Sub Crit. PC Sup Crit. IGCC (W/S) IGCC (N/S) NGCC Combustible IL#6 IL#6 IL#6 IL#6 Gas

Costo de capital [US$/kW] 1.500 1.550 1.710 1.580 475 O&M Fijos [US$/kWyr] 42,5 42,7 61,9 57,2 5,1

O&M Variables [US$MWh] 2,9 2,7 1,0 1,0 2,1 Consumo Especifico [Btu/kWh] 9.560 8.920 9.140 9.140 7.200

Factor de Capacidad 80 80 80 80 80 Capital [US$/MWh] 26,1 27,2 29,9 27,7 8,4 O&M [US$/MWh] 9,0 8,8 9,8 9,1 2,9

Combustible [US$/MWh] 9,6 8,9 9,1 9,1 36,0 COE total [US$/MWh] 44,7 44,9 48,8 45,9 47,3

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