v congreso latinoamericano y del caribe de gas y electricidad

Generación termoeléctrica sin emisiones Generación termoeléctrica sin emisiones

de COde CO22: una evaluación de los costos : una evaluación de los costos

adicionales en Argentinaadicionales en Argentina

Darío GómezDarío Gómez1,21,2, Juan Andrés Poggi, Juan Andrés Poggi1,21,2, Juan Pablo Daverio, Juan Pablo Daverio1,21,2, ,

Rodrigo de la FuenteRodrigo de la Fuente22, Héctor Bajano, Héctor Bajano11, Beatriz Fernández, Beatriz Fernández22

V Congreso Latinoamericano y del Caribe de Gas y Electricidad

Buenos Aires, 15 – 18 de mayo de 2006

V Congreso Latinoamericano y del Caribe de Gas y Electricidad, Buenos AiresV Congreso Latinoamericano y del Caribe de Gas y Electricidad, Buenos Aires, 15 -18 de mayo de 2006, 15 -18 de mayo de 2006

Captura y almacenamiento de COCaptura y almacenamiento de CO22

Fuente: B. Metz, O. Davidson, H. de Coninck, M. Loos, L. Meyer (eds.). IPCC Special Report on Carbon DIoxide Capture and Storage, Cambridge University Press, New York, 2005, 431 pp. (http://www.ipcc.ch)


¿En el sector eléctrico argentino?¿En el sector eléctrico argentino?

IAEA CRP Cost Effectiveness of IAEA CRP Cost Effectiveness of Nuclear Power compared to CONuclear Power compared to CO22

Capture and Sequestration from Fossil Capture and Sequestration from Fossil Fuel Power PlantsFuel Power Plants

~ 25 Mt CO~ 25 Mt CO22/año/año

~ 44 % grandes fuentes~ 44 % grandes fuentes

24 cuencas sedimentarias: 24 cuencas sedimentarias:

altamente prospectivas, altamente prospectivas,

prospectivas, prospectivas,

no-prospectivas*no-prospectivas*

Fuentes + sitios de almacenamiento: Fuentes + sitios de almacenamiento: Neuquén y San JorgeNeuquén y San Jorge

Planta de referencia: ciclo combinado Planta de referencia: ciclo combinado 600 MW de Agua del Cajón600 MW de Agua del Cajón

* J. Bradshaw, J., T. Dance, 2004, en E.S.Rubin, D.W.Keith and C.F.Gilboy (Eds.), Proc. 7th International Conf. Greenhouse Gas Control Technol. Vol. 1, IEA Greenhouse Gas Programme, Cheltenham, UK

Planta de referencia


Transporte del COTransporte del CO22 capturado capturado

Dos trazas alternativas: 72 y 97 kmDos trazas alternativas: 72 y 97 km

Sitio de Almacenamiento Sitio de Suministro Alternativas de Ductos de transporte


Compresión

Deshidratación

Compresión

Deshidratación

Diseño conceptual de las opciones de capturaDiseño conceptual de las opciones de captura

Transporte

Transporte

Alm

acen

amie

nto:

Res

ervo

rios

Geo

lóg

ico

sCO2

CO2

Unidad de Reformado

Quemador

Unidad de Captura

Ciclo Combinado

Gas Natural

136000 Nm3/h

Gas efluente con CO2

Energía

CO2

H2

Vapor

Aire Aire

Energía

H2O

N2 , O2

(CO2)

Captura Pre-Combustión

Gas Natural

136000 Nm3/h

Absorción con Aminas

Aire

Ciclo Combinado

Energía

Vapor de Baja

N2, O2

(CO2)

CO2

Captura Post-Combustión


Principales desafíosPrincipales desafíos

Grandes volúmenes a tratarGrandes volúmenes a tratar

Post-combustiónPost-combustión 6 soplantes: 6 soplantes: P = 0.2 atm, 30 MWP = 0.2 atm, 30 MWee 6 torres de absorción: 6 torres de absorción: = 10 m, h = 22m= 10 m, h = 22m

Pre-combustiónPre-combustión Ciclo combinado de referencia: 313 000 NmCiclo combinado de referencia: 313 000 Nm3 3 HH22/h/h Mayor capacidad de producción en el mundo: 600 000 NmMayor capacidad de producción en el mundo: 600 000 Nm3 3 HH22/h/h

Captura post-combustión: baja fuerza impulsora para la Captura post-combustión: baja fuerza impulsora para la transferencia de materia en la absorción de COtransferencia de materia en la absorción de CO22

Captura pre-combustión: características fuertemente Captura pre-combustión: características fuertemente endotérmicas del sistema de reacciones para convertir endotérmicas del sistema de reacciones para convertir CHCH44 en gas de síntesis (CO + H en gas de síntesis (CO + H22))


Diseño de los sistemas de remoción de CODiseño de los sistemas de remoción de CO22

Post-combustiónPost-combustión

Absorción/desorción de COAbsorción/desorción de CO22: Monoetanol amina 30%: Monoetanol amina 30% Remoción de CORemoción de CO22: 85%: 85% Relación líquido/gas: 1.45Relación líquido/gas: 1.45 Temperatura: 40°C – 90°CTemperatura: 40°C – 90°C

Pre-combustiónPre-combustión Reactor de reformado por vaporReactor de reformado por vapor

Gas natural: a reactor (66%) y a combustión (34%)Gas natural: a reactor (66%) y a combustión (34%) Relación vapor/gas natural: 2.4Relación vapor/gas natural: 2.4 Presión de entrada: 2.7 MPa Presión de entrada: 2.7 MPa

Reactor de conversión de vapor (WGS)Reactor de conversión de vapor (WGS) Temperatura media (210 °C - 320 °C) en condiciones de equilibrioTemperatura media (210 °C - 320 °C) en condiciones de equilibrio

Sistema de remoción de COSistema de remoción de CO22

Purisol (Purisol (N-metil pyrrolidina), Fluor, Rectisol, MDEA, Fluor, Rectisol, MDEA


Compresión, deshidratación y transporteCompresión, deshidratación y transporte

0

30

60

90

120

150

180

210

0 200 400 600 800 1000 1200

Densidad (g/cm3)

Tem

per

atu

ra (

ºC)

3 6 Presión (MPa)

9 12 15 18 25 30 35 40 45 50 60 70 0.1

Región supercrítica

Gas

LíquidoRegión de 2 fases

Punto crítico

A: Desde CapturaB: Planta de AcondicionamientoC: Suministro a Sistema de TransporteD: AlmacenamientoE: Condiciones en el interior del reservorio

0,2 1,21,00,80,60,4

A D

B

C

E


Diseño del sistema de transporteDiseño del sistema de transporte

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 20 40 60 80 100

Longitud del Ducto (km)

Hx

(m)

Hx máx

Hx mín

zx

Hx


ParámetroParámetro UnidadUnidad Planta Planta ref.ref.

Captura Post-CCaptura Post-C Captura Pre-CCaptura Pre-C

Capacidad netaCapacidad neta MWMWee 594594 517 517

– – 31.5 – 25 – 1.231.5 – 25 – 1.2

500500

– – 7 – 14 – 0.77 – 14 – 0.7

EficienciaEficiencia %% 4444 3838 3737

COCO22 capturado capturado MtonMton -- 1.81.8 1.01.0

Remoción de CORemoción de CO22

CalentamientoCalentamiento MWMWtt -- 285285 -107 -107

EnfriamientoEnfriamiento MWMWtt -- 375375 9090

PotenciaPotencia MWMWee -- 31.531.5 77

EquiposEquipos -- 6 absorbedores, 6 absorbedores, 2 regeneradores, 2 regeneradores, 6 soplantes6 soplantes

Reformador: 500 Reformador: 500 tubos, 13 m, tubos, 13 m, ~13 cm~13 cm

AcondicionamientoAcondicionamiento MWMWee -- 2525 1414

Transporte e Transporte e inyeccióninyección

MWMWee -- 1.21.2

12”, ~ 3.400 t12”, ~ 3.400 t

0.70.7

10”, ~ 2.300 t10”, ~ 2.300 t


Estimación de costosEstimación de costos

Inversión total permanente para las unidades de Inversión total permanente para las unidades de

captura, compresión y deshidratacióncaptura, compresión y deshidratación

Método de factores (Guthrie) adaptado a las condiciones localesMétodo de factores (Guthrie) adaptado a las condiciones locales

Inversión total permanente para el sistema de transporte Inversión total permanente para el sistema de transporte

Basado en el costo del acero, diámetro y peso lineal del ductoBasado en el costo del acero, diámetro y peso lineal del ducto

Factores que toman en cuenta costos de construcción, costos Factores que toman en cuenta costos de construcción, costos

de accesorios y gastos administrativosde accesorios y gastos administrativos


Inversión total permanenteInversión total permanente((Millones US$ - 2003Millones US$ - 2003))

193.6

32.4 19.6

453.7

20.513.7

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Post-combustión Pre-combustión

Captura

Compresión, Deshidratación

Transporte

246246 488488


Costos anuales de operación y mantenimientoCostos anuales de operación y mantenimiento((Millones US$ - 2003Millones US$ - 2003))

5.4

1.10.6

11.1

0.70.5

0

2

4

6

8

10

12

Post-combustión Pre-combustión

Captura

Compresión, Deshidratación

Transporte

7.17.1 12.312.3


Costo adicional de la electricidadCosto adicional de la electricidad(US$ - 2003 / MWh)(US$ - 2003 / MWh)

Proyección del flujo de caja => valor actual neto (VAN)Proyección del flujo de caja => valor actual neto (VAN)

Periodo de vida: 25 años + 2 años para la construcciónPeriodo de vida: 25 años + 2 años para la construcción

Amortización lineal para 5, 10 y 10 añosAmortización lineal para 5, 10 y 10 años

Tasa de interés: 10 y 15%Tasa de interés: 10 y 15%

Impuestos: 21% y 0% Impuestos: 21% y 0%

Costo adicional de producción de electricidad por MWhCosto adicional de producción de electricidad por MWh

Variable de la proyección del flujo de cajaVariable de la proyección del flujo de caja

Valor que hace nulo el VAN al final del período de vidaValor que hace nulo el VAN al final del período de vida


Costo del COCosto del CO22

(US$ - 2003 / tonelada de CO(US$ - 2003 / tonelada de CO22))

Costo del COCosto del CO22 capturado capturado

Costo del COCosto del CO22 evitado evitado

capturasistemaCT

2

CT

222

referenciareferenciaMWh

emitidoCOt

MWh

emitidoCOtMWh$USadelectricidladeadicionalCosto

COt$USevitadoCOdelCosto

capturasistemaCT

222

referenciaMWh

capturadoCOMWh$USadelectricidladeadicionalCosto

COt$UScapturadoCOdelCosto


Emisión anual de COEmisión anual de CO22 (planta (planta

de 594 MW de referencia): 2.1 Mtde 594 MW de referencia): 2.1 MtImpuesto Impuesto gananciasganancias

Post-Post-combustión combustión

Pre-Pre-combustióncombustión

COCO22 capturado anualmente (Mt) capturado anualmente (Mt) 1.81.8 1.01.0

COCO22 emitido anualmente (Mt) emitido anualmente (Mt) 0.30.3 (0.7+0.4)(0.7+0.4)

Potencia neta (MW)Potencia neta (MW) 517517 500500

Costo adicional de la electricidad Costo adicional de la electricidad (US$ - 2003/MWh)(US$ - 2003/MWh)

0 %0 % 10.210.2 19.019.014.114.1 26.326.3

21%21%11.111.1 20.720.7

16.416.4 30.830.8

Costo del COCosto del CO22 capturado capturado

(US$ - 2003/t CO(US$ - 2003/t CO22))

0 %0 % 21.021.0 72.372.328.928.9 100.4100.4

21%21% 22.922.9 79.079.033.733.7 117.3117.3

Costo del COCosto del CO22 evitado evitado

(US$ - 2003/t CO(US$ - 2003/t CO22))

0 %0 % 28.828.8 77.477.439.839.8 107.6107.6

21%21% 31.431.4 84.684.646.346.3 125.6125.6


Conclusiones Conclusiones Proceso de costos de inversión y energéticos elevados Proceso de costos de inversión y energéticos elevados

Sistema de post-combustiónSistema de post-combustión

Inversión: Captura (79%) >> Acondicionamiento (13%) ~ Transporte (8%)Inversión: Captura (79%) >> Acondicionamiento (13%) ~ Transporte (8%)

Inversión planta de captura: intercambiadores de calor (35%) > torres de absorción (26%) ~ Inversión planta de captura: intercambiadores de calor (35%) > torres de absorción (26%) ~ soplantes (25%) => 86% del total soplantes (25%) => 86% del total

Costo adicional de la electricidad: 10-16 US$-2003/MWhCosto adicional de la electricidad: 10-16 US$-2003/MWh

Costo del COCosto del CO22 evitado: 29-46 US$-2003/MWh evitado: 29-46 US$-2003/MWh

Sistema de pre-combustiónSistema de pre-combustión

Inversión: Captura (93%) >> Acondicionamiento (4%) ~ Transporte (3%)Inversión: Captura (93%) >> Acondicionamiento (4%) ~ Transporte (3%)

Inversión planta de captura: reactores (49%) ~ intercambiadores de calor (48%)Inversión planta de captura: reactores (49%) ~ intercambiadores de calor (48%)

Costo adicional de la electricidad: 19-31 US$-2003/MWhCosto adicional de la electricidad: 19-31 US$-2003/MWh

Costo del COCosto del CO22 evitado: 77-126 US$-2003/MWh evitado: 77-126 US$-2003/MWh

Si bien la captura de COSi bien la captura de CO22 previa a CCGN es viable tecnológicamente, existen en previa a CCGN es viable tecnológicamente, existen en

nuestro país opciones más tempranasnuestro país opciones más tempranas


Diseño de la unidad de recuperaciónDiseño de la unidad de recuperación – – Diagrama final del procesoDiagrama final del proceso

V3

SEP2

Natural Gas136000 Nm3/h

NGCC

594 MWe

ABSORBEDOR6 Torres20 platos15 % effL/G 1.45

Reposición de MEA

Agua de Lavado

STRIPPER2 Torres16 platos

Sweetgas

Intercambio Amina -Amina

Amina Rica Amina Pobre

40 ºC

40 ºC

65 ºC

107 ºC

CO2 a compresionTotal recuperado: 85 %

93 ºC

Gases de Escape

4 106 m3/h100 ºC

3.2 kPa CO2

VENTILADORVentiladores

p = 0.204

ENFRIADOR I

ENFRIADOR II


Diseño de la unidad de recuperaciónDiseño de la unidad de recuperación – – Resultados para una recuperación del 85%Resultados para una recuperación del 85%

Equipo Característica

Torres Absorbedoras (6)Torres Absorbedoras (6) DiámetroDiámetro 10 m10 m

AlturaAltura 22 m22 m

Torres Regeneradoras (2)Torres Regeneradoras (2) Diámetro máximoDiámetro máximo 7.65 m7.65 m

AlturaAltura 18 m18 m

Área de condensadores (4)Área de condensadores (4) 1025.3 m1025.3 m22

Área de reboilers (8)Área de reboilers (8) 1003 m1003 m22

Intercambiadores de Calor Intercambiadores de Calor

(42) (42)

Área totalÁrea total 43560 m43560 m22

Ventiladores (6)Ventiladores (6) Potencia neta totalPotencia neta total 30 MW30 MW

PP 0.204 atm0.204 atm

Sistema de bombasSistema de bombas Potencia requeridaPotencia requerida 1.5 MW1.5 MW


0

200

400

600

800

1000

0 250 500 750 1000

H (MW)

T (

°C)

GT System

TB

TAGases de escape

Vapor

Agua de enfriamiento

e

Sistema de TG

0

200

400

600

800

1000

0 250 500 750 1000

H (MW)

T (

°C)

TB

TAGases de escape

Vapor

Fuego suplementario =

195 MW


Sistema de TG

1156 MWt

365 MWe

105 MWe

124 MWeTB

Sistema de TG

1156 MWt

365 MWe

TA

Fuego suplementario =

195 MW

105 MWe

0 250 500 750 1000H (MW)

Gases de escape

Vapor


0

200

400

600

800

1000

T (

°C)

0 250 500 750 1000H (MW)

Gases de escape

Vapor


0 250 500 750 1000H (MW)

Gases de escape

Vapor


0

200

400

600

800

1000

T (

°C)

0

200

400

600

800

1000

T (

°C)

Integración EnergéticaIntegración Energética – – Diagrama de bloques Diagrama de bloques alternativa IIalternativa II

Stripper

78 MWe


Sistema de pre-combustiónSistema de pre-combustión

WGS

CCH2

Ref

orm

ador

Flash

Absorbedor

Flash

Flash

CC Extra

G.N.

Agua

Aire Agua

Efluente (CO2)

CO2 recuperado

Efluente (H2O)

Reposición de

solvente


Acondicionamiento de las corrientes de COAcondicionamiento de las corrientes de CO22

P ~ 1 bar

T ~ 37-40 ºC

CO2 ~ 125-230 tn/h

H2O ~ 0,3-7 tn/h

CO2 ~ 125-230 tn/h

H2O < 0,005 tn/h

Deshidratación Activa

TEG ~ 0,7-1,4 tn/h

Recuperación de TEG

P ~ 2 bar

T ~ 150ºC

H2O < 0,5 tn/h

P ~ 30 bar

T ~ 30 ºC

Condensación parcial

H2O < 1,5 tn/h

Compresión de Baja

H2O < 5 tn/h

P ~ 30 bar

T ~ 30 ºC

Compresión de Alta

P ~ 100 bar

T ~ 30ºC

Gases no condensables

Suministro a ducto


Transporte e inyección - Perfiles de altimetríaTransporte e inyección - Perfiles de altimetría

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Longitud del Ducto (km)

Ele

vaci

ón

del

Ter

ren

o (m

)

v congreso latinoamericano y del caribe de gas y electricidad

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