tesis igcc

PRODUCCION DE ENERGIA ELECTRICA MEDIANTE GASIFICACION DEL CARBON

CON TECNOLOGIA IGCC CASO. CENTRAL TERMOPAIPA

LUIS EDUARDO RUIZ JIMENEZELKING JESUS MOSCOTE PIMIENTA

FACULTAD DE INGENIERIAS

PROGRAMA DE INGENIERIA ELECTRICA

BOGOTÁ COLOMBIA 2012



PROBLEMÁTICAEl desarrollo de un país, ciudad, pueblo, o zona y la realidad de vida de su población están en estrecha correlación con el abastecimiento de energía ya que es esta la que contribuye con su crecimiento económico, social, tecnológico, etc. La posibilidad de seguir teniendo un desarrollo y así alcanzar escalas más altas de calidad de vida donde depende sustancialmente de la disponibilidad de energía, por lo cual no es nada raro que se juzgue el nivel de vida de un pueblo por su consumo de energía eléctrica.La reducción de emisiones de

Estudiar la viabilidad de la implementación de la tecnología IGCC en la planta de generación eléctrica TERMOPAIPA y analizar la competitividad de esta nueva tecnología en el mercado colombiano de energía.

OBJETIVO GENERAL.

- Realizar un análisis de la implementación de un proyecto IGCC en lo referente a la instalación, operación, mantenimiento eléctrico y los beneficios ambientales.

- Evaluar parámetros básicos para el uso de la gasificación de carbón en la central TERMOPAIPA presentando una descripción de equipos disponibles en el mercado para la IGCC; y presentando sus diferentes características técnicas y constructivas.

- Realizar un diseño piloto de una central IGCC mostrando esquemáticamente tanto el diagrama de flujo, como la distribución de cada una de las secciones que la conforman.

- Analizar la competitividad en el mercado colombiano de energía con esta nueva tecnología.

OBJETIVOS ESPECIFICOS.



INVESTIGACION

l estudio contiene inicialmente generalidades del ciclo combinado, consideraciones teóricas del proceso de gasificación de carbón y la descripción de la integración de la gasificación al ciclo combinado (IGCC).E

Se incluye además información acerca de las condiciones generales de operación de una termoeléctrica con gasificación de carbón en el mundo.Se indican los parámetros básicos para el uso de la gasificación de carbón en la zona de la central Termopaipa presentando una descripción de equipos disponibles en el mercado para la gasificación mediante lecho por arrastre, describiendo sus diferentes características constructivas, técnicas y lo referente a la materia prima a utilizar.En la parte final de este trabajo de grado se propone una distribución de una planta termoeléctrica de ciclo combinado con gasificación de carbón integrado (IGCC) para la central Termopaipa mostrando esquemáticamente el diagrama de flujo y una distribución preliminar para la planta y se describen cada una de las secciones que la conforman.



IMPLEMENTACION

La Gasificación Integrada con Ciclo Combinado (IGCC) es una de las tecnologías de generación de potencia más promisorias para el aprovechamiento de recursos energéticos como carbón y biomasa.

El comportamiento de una planta IGCC es afectada por diferentes aspectos tecnológicos y operacionales, como son el tipo de gasificador, el agente gasificante, el rango del carbón, las condiciones ambientales y la demanda de potencia.

Los sistemas IGCC representan una alternativa para el uso más eficiente y limpio del carbón para producción de energía, ofreciendo menores emisiones de So2 (compuesto de azufre) y residuo acuoso bajo o nulo. Por estas razones se toman como alternativa entre las tecnologías emergentes.

1. Presentan una alta eficiencia en la conversión de energía, con la posibilidad de incrementarla si se aumenta la temperatura de trabajo de las turbinas de gas y de los procesos de limpieza de gas en caliente. 2. Tienen bajas emisiones de compuesto de azufre y nitrógeno.

3. Se produce una corriente gaseosa con Co2 concentrado, así como los altos nveles de CO, puede ser fácilmente convertido en La captura de este 1. CO2antes del proceso de combustión del gas requiere el tratamiento de un menor volumen de gas, que puede ser hecho juntamente con la eliminación de H2S.



PARAMETROS BASICOS PARA EL USO DE LA GASIFICACION (EQUIPOS ESPECIALIZADOS)Gasificador de lecho por arrastre Babcock & Wilcox



PARAMETROS BASICOS PARA EL USO DE LA GASIFICACION (EQUIPOS ESPECIALIZADOS)GASIFICADOR TEXACO



PARAMETROS BASICOS PARA EL USO DE LA GASIFICACION (EQUIPOS ESPECIALIZADOS)Gasificador de lecho por arrastre Shell



Existen a nivel mundial pocas empresas encargadas de comercializar este tipo de tecnología, ya que esta se encuentra hasta ahora en el comienzo de su fase de desarrollo comercialActualmente las compañías como General Electric, Shell, Conocophillips, Siemens, HRL, Pratt & Whitney, Mitsubishi e Hitachi, suministran la tecnología, de acuerdo a las necesidades del cliente; por lo tanto si el cliente requiere una termoeléctrica de cierta potencia, con condiciones de sitio determinada y gasificando cierto combustible, la casa fabricante en junto con empresas de ingeniería, desarrollan los estudios específicos. Los componentes del ciclo combinado (TG, TV, HRSG) no se recomiendan en este diseño básico, debido a que las recomendaciones se hacen con base a una planta completamente nueva de IGCC: bajo estas circunstancias los equipos se fabricarían para las necesidades específicas de cada cliente.

PARAMETROS BASICOS PARA EL USO DE LA GASIFICACION (EQUIPOS ESPECIALIZADOS)



PARAMETROS BASICOS PARA EL USO DE LA GASIFICACION (EQUIPOS ESPECIALIZADOS)



Para nuestro análisis financiero es la correspondiente a cada uno de los grupos principales de equipos y consta de los siguientes ítems:

- Equipos especializados.

? - Otros equipos.

? - Costo mano de obra.

? - Montaje eléctrico y cableado.

? - Edificios y estructuras.

? - Ingeniería y arranque de la planta.

? - Costos del contratista y gastos extras.

? - Gastos del propietario y gastos extras.

A continuación presentamos las condiciones principales para realizar un análisis financiero con tecnología IGCC:

? - Los costos estimados representan aquellos necesarios para la construcción de una planta completa.

- Se incluyen costos de transporte internacional, puertos, bodegajes, seguros, comisiones y transporte nacional.

- Los costos incluyen los equipos desde que lo reciben y el manejo del carbón hasta los puntos de alto voltaje de los transformadores principales de potencia.

- Los costos representan los necesarios para la construcción y ejecución de la planta.

ANALISIS DE LA COMPETITIVIDAD EN EL MERCADO COLOMBIANO



- Los requerimientos de costos de mano de obra para la ejecución de la central se estimaron de acuerdo a los índices establecidos en la industria.

- Los costos de operación se calcularon mediante la ayuda de nuestra herramienta de simulación utilizada.

- En los costos de mantenimiento se tuvieron en cuenta los costos de la inversión inicial, como se ejecutaría normalmente en el mantenimiento de las instalaciones industriales.

- Para el cálculo de costo total se incluye los correspondientes a los consumibles, agua y productos químicos, intereses durante la construcción y la ingeniería requerida.

ANALISIS DE LA COMPETITIVIDAD EN EL MERCADO COLOMBIANO



En Colombia, la posibilidad de uso de carbón para generar energía eléctrica debe cobrar importancia debido a las grandes reservas que se poseen, por ende establecer políticas que incentiven la aplicación de tecnologías eficientes y limpias, en la medida que sea factible.

Con la gasificación mediante lecho por arrastre, la selección de carbón no sería tan rigurosa gracias a la gran versatilidad de la tecnología en lo referente a las características del carbón suministrado.

La tecnología IGCC nos brinda muchas ventajas en términos de eficiencia y emisiones en comparación con otras tecnologías comerciales disponibles actualmente; como por ejemplo la de Carbón Pulverizado.

La tecnología de ciclo combinado con gasificación integrada (IGCC), a pesar de estar en proceso de desarrollo, actualmente está siendo probada a escala comercial y está siendo aplicada en nuevos proyectos termoeléctricos a nivel mundial; un ejemplo de este tipo de plantas es la de ECOLGAS en España con un muy buen desempeño (eficiencias entre 45 - 60 %).

La generación termoeléctrica a gran escala mediante la utilización de un ciclo combinado es la más atractiva, ya que posee mayor eficiencia (40 – 52%) al comparar el aprovechamiento del calor del combustible suministrado con el de las otras tecnologías (tipo Rankine y Brayton).

La recolección de escorias y cenizas como subproductos que generan las plantas IGCC son de gran importancia, ya que su recolección ayuda a mitigar el impacto ambiental que es generado por estas, además estos subproductos pueden ser comercializados por la empresa para así tener ingresos extras.

Esta tecnología podría ser viable económicamente en el momento en que las restricciones ambientales sean tales, que la generación mediante ciclos convencionales no se ajusten a una nueva normatividad mas severa como existen actualmente en países Europeos Estados Unidos e India sumándole a esto el avance tecnológico que hará que los costos de inversiones inicial sean más competitivos con las otras tecnologías en donde será necesaria la implementación de sistemas de control ambiental con costos demasiado elevados.

CONCLUSIONES



Apoyar la minería tradicional mediante programas adecuados al medio local, que permitan una mayor seguridad en la explotación minera y una continuidad en las compras de carbón.

Promover la divulgación de este tipo de tecnología en las empresas del sector eléctrico, universidades y asociaciones profesionales, con el objeto de crear una conciencia profesional para la protección del medio ambiente y el desarrollo tecnológico del país.

Este proyecto deja abierta la posibilidad de continuar con nuevas fases de estudio en esta y otras tecnologías de generación, que aporten soluciones específicas en la planeación de la generación eléctrica nacional, fortaleciendo el sector.

Otra característica es que con la tecnología IGCC se puede aplicar como proyecto MDL mientras se cumplan los requerimientos exigidos por las diferentes metodologías y poder vender Certificados de Emisiones.

A partir de este estudio de prefactibilidad, se pueden derivar líneas de investigación con miras a aspectos como el manejo de subproductos de esta tecnología, como la producción de azufre, hidrógeno, proceso de “gas to liquid”, como líneas de obtención de energías alternativas.

Para la implantación de esta tecnología en Colombia, es necesario contar principalmente con el apoyo económico, de mercado y comercialización por parte del gobierno, otorgando además algunas preferencias a esta tecnología, como por ejemplo, asegurar siempre su despacho para así generar con un factor de utilización alto y por ende a costos más bajos. El centro nacional de despacho puede mantener este tipo de tecnología de avanzada en el piso de la salida de producción para así asegurar la rentabilidad de este proyecto

Siempre que se realice la evaluación de una nueva tecnología de generación eléctrica a partir de carbón, es necesario tener en cuenta aspectos como:

RECOMENDACIONES



Selección de combustible: determinar los análisis próximos y últimos del carbón, incluido el poder calorífico, el análisis mineralógico de la ceniza con sus respectivas temperaturas de fusión y la variabilidad de las características del carbón.

Determinación de los requisitos ambientales: regulaciones nacionales, regionales o locales e internacionales o normas de emisiones o estándares de calidad de aire que aplican directamente a los proyectos de generación termoeléctrica.

Evaluación varias tecnologías de acuerdo a: conveniencia de acuerdo al tipo de carbón, disponibilidad, costos y eficiencia.

Estudio de localización.

Madurez de la tecnología.

Además, otros aspectos analizados en el presente estudio.

Realizar estudios encaminados hacia la posible implantación de la tecnología de la gasificación de carbón a plantas ya existentes ya que esto puede disminuir los costos iníciales de inversión.

RECOMENDACIONES

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