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Desarrollada para:
Hacia un Desarrollo de Termoelectricidad más Sostenible
Junio, 2015
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Junio, 2015 2
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Nuevos proyectos de generación necesitan considerar emisiones de CO2 y uso de Agua como factores críFcos
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[Edison Electric InsFtute Inc]
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Indicador de estrés en el uso de agua
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Proyectos Cancelados o con retrasos significaFvos
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Factores en Definición de Nuevos Proyectos
• Demanda de electricidad • Disponibilidad de terreno • Cercanía y robustez de Transmisión • Fuentes de combusFble • Agua para enfriamiento • Consideraciones ambientales • Opinión / percepción pública • Regulación territorial • Otros (clima, inundaciones, etc)
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Definición y Priorización de Requerimientos
Propiedades Tradicionales Capacidad – Performance – Costo
Propiedades No Tradicionales Mul5-‐funcionalidad, Confiabilidad, Flexibilidad, Robustez, Escalabilidad, Seguridad, Sostenibilidad, Mantenibilidad, Reparabilidad, Adaptabilidad, Interoperabilidad, Modularidad, Resiliencia, Agilidad, y Capacidad de
Evolucionar
Sistemas Eléctricos están Evolucionando: Desde una necesidad de capacidad a una necesidad de flexibilidad
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Balance de Calor en Plantas Termoeléctricas
Junio, 2015 8
[Anna Delgado, 2012]
Central a Carbón
Ciclo Combinado Gas Natural
Energía Térmica de Entrada (100%)
Energía Térmica de Entrada (100%)
Gases de la CombusFón (11,9%)
Otras Pérdidas (5%) Calor al Sistema de Enfriamiento (46,3%)
Electricidad (36,8%)
Electricidad (50,2%)
Calor al Sistema de Enfriamiento (26,8%) Otras Pérdidas (3%)
Gases de la CombusFón (20%)
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Sistemas de Enfriamiento de Centrales Termoeléctricas
Gen. Turbina Vapor
Sistema(de(Captación(de(Agua(
Estación(de((Bombeo(
Sistema(de((Enfriamiento(
Pozo$
Sifón$inver-do$
Sistema$Abierto$
Torre$de$Enfriamiento$
Laguna$
Toma$de$agua$sumergida$
Condensador$
Condensador$$
Condensador$$
Bombas$
Bombas$
Bombas$
Bombas$
En$línea$de$la$costa$
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33 Unidades a Vapor Instaladas en Chile, 28 de ellas ubicadas en el borde costero
Mínimo Promedio Máximo
Ciclo de vapor simple 81 131 218
Ciclo combinado 96 114 134
Mínimo Promedio Máximo
Ciclo de vapor simple 5,7 5,7 5,7
Ciclo combinado 0,9 1,1 1,2
ReFro de agua de unidades con sistemas de enfriamiento abiertos (2013), cifras en m3/MWh
ReFro de agua de unidades con sistemas de enfriamiento cerrados (2013), cifras en m3/MWh
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Junio, 2015 11
Potencial de uFlización de agua por ciclos a vapor (Carbón & Gas) en Chile**
Abierto Paso Único
Torres de Enfriamiento
(m3/hr)
(m3/hr)
246.500
17.900
59.400
103.800
6.000
420
2.600
96.800
* 33 Unidades a Vapor (28 ubicadas en el borde costero, 5 en el interior) ** Considera operación simultánea – a capacidad nominal -‐ de todas las unidades instaladas que cuentan con ciclos a vapor.
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Junio, 2015 12
Abierto Paso Único
Torres de Enfriamiento
(m3/hr)
(m3/hr)
246.500
17.900
59.400
103.800
6.000
420
2.600
96.800
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Junio, 2015 13
Fuente de Agua Número de Plantas Porcentaje
Río 349 52 %
Lago 134 20 %
Grandes Lagos 48 7 %
Estuario 117 17 %
Mar 22 3 %
Diferencias de Contexto Deben Ser Consideradas
[US EPA 2014]
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Captación de Agua: MúlFples configuraciones dependiendo de:
Línea de la costa
Ducto toma de agua
Estación de bombeo
Bombas
Barreras Filtros
• Disponibilidad de agua • BaFmetría • Layout de la planta • Transporte de sedimientos • Regulación ambiental • Condiciones climáFcas • ConstrucFbilidad de la solución • Necesidad de limitar velocidad de captación • Esfuerzo producto de las olas • Requerimientos de operación (flujo y
calidad del agua)
• Requerimientos de mantenimiento • Requerimientos de dragado inicial y
mantención • Interacción con otros sistemas de captación
(presentes o futuros) • Interacción con otros sistemas de descarga
(presentes o futuros) • Requerimientos de navegación y pesca
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Núm
ero de
Sistemas de En
friamiento
MW de Ciclos a Vapor Instalados
Año
Evolución de la Instalación de Sistemas de Enfriamiento en Estados Unidos (2011)
[Carey W. King. ASME, 2014]
Abierto (agua dulce y
salada)
Abierto (agua dulce)
Torres de Enfriamiento
Seco & Híbrido
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Parámetros de diseño que afectan la definición de un Sistema de Enfriamiento
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Balance en la decisión de un sistema de enfriamiento
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Parámetros de diseño que afectan la definición de un Sistema de Enfriamiento
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Balance entre Uso de Agua para Enfriamiento (Sistema Abierto) e Incremento de Temperatura
Gen.
Condensador
Agua [m3/hr]
Turbina Vapor
Vapor
Diferencia de Temperatura
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Fuentes Potenciales de Cambios Ecológicos Producto de la UFlización de Sistemas de Enfriamiento Abierto
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Existen diversas tecnologías que uFlizadas de manera aislada o combinada Fenen el potencial de reducir el atrapamiento y el arrastre de organismos
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Barreras pasivas para reducir velocidad de captación en el “primer punto de contacto”
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La Disponibilidad y el Uso de Agua para Enfriamiento Fene Importantes Implicancias en Requerimientos de Diseño y Desempeño Operacional de Turbina a Vapor
Gen.
Sistema de Recuperación de
Calor
Gen.
Condensador
Sistema
Enfriamiento
CombusVble
Aire
Gases
Vapor
Agua
Agua Agua
Aire
Turbina Gas
Turbina Vapor
Aire, vapor de agua
E.Eléctrica
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Producción de la Turbina a Vapor vs Presión en el Condensador
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Avances en Eficiencia
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[Carl Bozzuto, 2009]
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Regulación, Desarrollo Termoeléctrico e IncerFdumbre
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1. Emisiones Atmosféricas DS Nº13/2011: Norma de emisiones para centrales termoeléctricas DS Nº 138/2005: Obligación de declarar emisiones DS Nº 55/1994: Norma emisiones a vehículos motorizados pesados DS Nº 10/2013: Reglamento de calderas y generadores a vapor DS Nº 144/1961: Normas para evitar emanaciones atmosféricas
2. Residuos Líquidos DS Nº 90/2000: Regula contaminantes asociadas a descargas de residuos líquidos en aguas marinas y conFnentales superficiales DS Nº1/1992: Reglamento para el control de contaninación acuaFca DL Nº2222/1978: Ley de navegación. Artculo 142 DFL Nº340/1960: Ley sobre concesiones maríFmas DS Nº2/2006: Reglamento sobre concesiones maríFmas DFL Nº725/1967. Código Sanitario.
3. Captación de Agua DL Nº2222/1978: Ley de navegación. Artculo 142 DFL Nº340/1960: Ley sobre concesiones maríFmas DS Nº2/2006: Reglamento sobre concesiones maríFmas 4. Residuos Sólidos {DS Nº594/1999, DS Nº 148/2003} 5. Sustancias Peligrosas {DS Nº78/2009, DS Nº160/2008} 6. Ruidos {DS Nº146/1997, DS Nº38/2011}
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Sistema Termoeléctrico MulFfuncional
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Comentarios Finales • La eficiencia de una central está relacionada a la función del sistema de enfriamiento y el uso
de agua.
• La canFdad de agua requerida para enfriamiento depende del tamaño de la central, su eficiencia y el Fpo de sistema de enfriamiento (independiente del Fpo de combusFble uFlizado)
• El desawo asociado al nexo entre la energía y el agua depende del contexto regional (el contexto en Chile es disFnto al contexto en Estados Unidos y Europa)
• Un menor uso de agua no implica, necesariamente, un menor impacto ambiental (impactos directos e indirectos en eficiencia y emisiones)
• Sistemas de protección diseñados, mantenidos y operados adecuadamente contribuyen a reducir significaFvamente efectos de atrapamiento y arrastre
• Sistemas eléctricos están evolucionando, desde una necesidad de capacidad en el sistema a una necesidad de flexibilidad en el sistema
• Sistemas termoeléctricos pueden otorgar un beneficio funcional a comunidades locales mediante la definición de sistemas multripropósito, que incluyan desalinización
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Referencias • “Estudio de antecedentes técnicos, económicos, normaFvos y
ambientales de tecnologías de centrales termoeléctricas y sus sistemas de refrigeración”
hxp://www.minenergia.cl/documentos/estudios/2014/estudio-‐de-‐antecedentes-‐tecnicos.html
• Equipo: – Vicente Iraguen – Donny Holaschutz – Carlos Barria – Jorge Moreno – Carl Bozzuto – Héctor Moreno – Pablo Mackenney
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Elaborado para:
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ANEXOS
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Definición de casos
Junio, 2015 32
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Balance de Costo de Inversión
Junio, 2015 33
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Balance de Costo de Operación
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