¿ carbón como combustible alternativo? national energy technology laboratory office of fossil...

¿Carbón Como Combustible Alternativo?

National Energy Technology Laboratory

Office of Fossil EnergyU.S. Department of Energy

V Congreso Latino Americano y del Caribe de Gas y Electricidad

Buenos Aires, Argentina15-18 de mayo de 2006

Ing. Maria ReidpathPrograma Internacional

M. Reidpath,V LACGEC, May 17, 2006

¿Carbón?


Tasa de Reservas/Producción de Combustibles Fósiles de EE.UU

Sources: BP Statistical Review, June 2004, - for coal reserves data - World Energy Council;EIA, Advance Summary U.S. Crude Oil, Natural Gas, and Natural Gas Liquids Reserves, 2003 Annual Report, September 22, 2004 - for oil and gas reserves

data -

En Estados Unidos: ¡250 Años de Reservas Probadas!

258

11.7 9.7

0

100

200

300

Coal

Oil

Natural Gas

Anthracite & Bituminous

Sub-Bituminous

&Lignite


ParticulateMatter

Ind

ex:

197

0 =

1

Coal UseElectricityGeneration

NOx

SO2

Year EPA, National Air Quality and Emissions Trends Report, 1999 (March 2001)DOE, EIA Annual Energy Review

Projections for NOx and SO2: Clear Skies Initiative

¡El Carbón Se Vuelve más Limpio Mientras la Demanda Crece!

0

1

2

3

4

1970 1980 1990 2000 2010 2020


Reducción de Emisiones de CO2 (Todos los Combustibles Fósiles & Sectores Energéticos

Contribuyen a las Emisiones de CO2 )

Industrial29%

Industrial29%

Comercial18%

Comercial18%

Residencial21%

Transportate32%

Transportate32%

Petróleo43%

Petróleo43%

Carbónl36%

Carbónl36%

Gas Natural21%

Electricidad39%

Electricidad39%

Otro30%Otro30%

Transporte32%

Transporte32%

AEO2004

Emisiones de Dióxido de Carbono en los Estados Unidos

(Por Fuente & Por Sector)


Retos para Investigación y Desarrollo en Tecnologías a base de Carbón

Emisiones “casi-cero”

Manejo de CO2

Alta eficiencia

Uso de Agua

Utilización de los Subproductos

Flexibilidad

Competitividad en costo frente a otras opciones energéticas


Estrategia para Investigación, Desarrollo y Despliegue de Tecnologías a Base de Carbón

• Corto plazo: mantener en servicio la flota actual; prepararse para la transición a un futuro de emisiones casi-cero SO2, NOx, Hg

Optimización y control de planta Reducir la intensidad del carbón

• Largo plazo: agregar plantas energéticas de emisiones casi-cero Llevar IGCCs al mercado Materiales avanzados Sistemas híbridos ultra-eficientes captura y almacenamiento de CO2

Rev. 071404


Sendas Críticas para Tecnología

Controles para el Medio Ambiente para Plantas Existentes

Combustión con Bajo NOx; Reducción

de costos Control de Mercurio (captura >90%) Control de Particulados Finos

Combustión Avanzada

• Vapor Ultra-supercrítico

• Combustión de Oxígeno

• Conceptos de Avanzada (e.g. oxygen

“carriers”)



Manejo del Carbono

Captura de CO2

Confinamiento de CO2

Monitoreo y Verificación

Integración de Sistemas

Modelaje integrado de centrales eléctricas y simulación virtual

Sensores y control de procesos inteligentes



Sistemas de Gasificación Mejoras en los Gasificadores; nuevos diseños Separación de Membrana de Oxigeno Purificación de Syngas (limpieza) y

Separación (e.g. hidrógeno, CO2)

Conversión de Energía

Tecnologías Avanzadas para turbinas a gas usando syngas

Sistemas de Celdas de Combustible usando syngas


La Gasificación Provee “Productos Múltiples” (Electricidad, Hidrógeno, Combustibles líquidos, Químicos, GNS)

Coal3000 TPD

Syngas1929 MMBtu/Hr

Quench Gasifier

85% Availability

Slag/Fines

Steam

Sulfur Removal

Particulate Removal

Steam Superheater Steam Turbine

StackWater

Solids

Plant Use

Pure Sulfur

Oxygen

Electricity9.7 MW

Hydrogen

Liquid Fuels

Chemicals

SNG

Water-Gas Shift

CO2


La gasificación del carbón representa la mejor

promesa para la producción de hidrógeno desde carbón, así como

también la próxima generación de producción de electricidad basada en

carbón.


Gasificación

En vez de quemar el carbón directamente, la gasificación del carbón hace que el carbón actúe con vapor, con cantidades muy cuidadosamente controladas de aire u oxigeno, bajo grandes temperaturas y presiones.

El calor y la presión quiebran la compleja estructura molecular del carbón y permiten que los átomos del carbón reaccionen con el vapor para formar una mezcla gaseosa que contiene hidrogeno, monóxido de carbono, y cantidades pequeñas de impurezas.

Estas impurezas son separadas del vapor gaseoso, dejando un gas derivado del carbón (syngas) que puede competir con el gas natural en cuanto a calidad ambiental.

El syngas es convertido a hidrógeno, monóxido de carbono, y dióxido de carbono, con el hidrógeno disponible para generación central, generación distribuida, o conversión a un combustible líquido.


Hidrogeno de Combustibles Fósiles

Generación de Electricidad usando hidrógeno:Celdas de Combustible de Oxido Sólido, de gran eficiencia, para generación distribuida y altamente eficientes sistemas híbridos de celdas con turbinas para la generación de electricidad y calor

Investigación sobre hidrogeno Esta investigación se refiere a la gasificación del carbón y a la separación del hidrogeno

Actualmente, los esfuerzos en NETL comienzan con la gasificación de carbón para producir

"syngas." Otros esfuerzos se enfocan en tecnología de reformadores para Celdas de

Combustible (PEM)


Celdas de CombustibleCeldas de Combustible

Proceso Electroquímico

Conversión Directa a Electricidad

H2 + ½O2 → H2O + Electricidad

Electricidad contínua mientras se le provee combustible y aire


Celda de Combustible de Ácido FosfóricoCelda de Combustible de Ácido Fosfórico


Retos Claves para el Carbón:Costo y el Medio Ambiente

“Our nation is blessed with

enough coal to last another 250

years. . . . Coal presents an

environmental challenge. . . .

That's why clean coal technology

is critical to the future of this

country.”

— Presidente George W. BushColumbus, Ohio, 9 de marzo 2005

“In order to make sure we have

a growing economy, in order to

make sure people can find work

. . . we need affordable, reliable,

secure supplies of energy.”

Photos by Eric Drapa and Krisanne Johnson


La Administración Bush con respecto al Cambio Climático Global

“He pedido a mis asesores que consideren maneras de reducir emisiones de gases de invernadero, incluyendo aquellas que tocan el poder de los mercados, ayudan a cumplir con la promesa de las tecnologías y aseguran la más amplia participación global…. Nuestras acciones deben ser medidas mientras aprendemos más de la ciencia y construimos en esa base. Nuestro método debe ser flexible como para reajustarnos a la nueva información y aprovechar nueva tecnología. Debemos actuar siempre para asegurarnos el continuo crecimiento económico y la prosperidad de nuestros ciudadanos y de los ciudadanos a través del mundo.”

– Presidente George W. Bush


Los Compromisos de Bush con Respecto al Cambio Climático (parcial)

Reducir en 18% la Intensidad de los Gases de Invernadero de la Economía de EE.UU en los próximos 10 Años (Esta meta es comparable con el progreso promedio requerido de las naciones participantes en el Protocolo de Kyoto)

Mejorar Sustancialmente el Registro de Reducciones de Emisiones (Estas mejorara la precisión, confiabilidad y veracidad de los registros)

Aumentar los fondos para los Compromisos de EE.UU con respecto al Cambio Climático

Incentivos a través de reducciones en los impuestos cuando hay disminución de Emisiones de Gases de Invernadero


Fondos para Cambio Climático

El presupuesto propuesto por Bush para el año 2006 incluyó US $5.5 mil millone para programas de cambio climático. Esto incluye casi US $3 mil millones para el Programa de Tecnología para el Cambio Climático, casi US $2 mil millones para el Programa de Ciencia para el Cambio Climático y $200 millones para asistencia en programas internacionales relacionados con el cambio climático.


Incentivos a través de Reducciones en los Impuestos

En el presupuesto para el año fiscal 2006, el Presidente propone estímulos a través de los impuestos para promover las reducciones de emisiones de gas de invernadero. Estos incentivos totalizan US $524 millones en 2006 y $3.6 mil millones sobre 5 años. Los estímulos se apuntan al uso de energía limpias, renovables y eficientes. En concordancia con la política energética Nacional, los estímulos de impuestos incluyen los créditos para la compra de vehículos híbridos o con celdas de combustible, sistemas solares de calefacción residencial, uso energético de gas de rellenos sanitarios, electricidad producida por fuentes alternativas de energía tales como viento y biomasa, y sistemas combinados de calor y potencia


Clean Coal Technology Program

1985-1993

Power Plant Improvement Initiative

2001

Clean Coal Power Initiative

2002-2012

Programas de Demostración en Carbón del DOE Una Historia de Proyectos Innovativos


Tampa ElectricIGCC Power Plant

Low-NOx Burners

Controles Avanzados de Contaminación Instalados en 75% de las plantas de carbón de

EE.UU. 1/2 a 1/10 del costo de sistemas anteriores

Éxitos del Programa CCT

PSI Energy Wabash River IGCC Power Plant

Sistemas Avanzados de Potencia a Carbón Comprobados

Dos centrales IGCC “super-limpias” operando normalmente

La planta PFBC más grande

JEA CFBC Power Plant


APPROXIMATE Total Plant Costs (TPC) by Type ($/Kw)

TYPE Sin Captura de CO2

Con Captura de CO2

Pulverized Coal (PC) – “conventional”

1,100 NA

supercritical PC plant with SO2 scrubbers

1,350 2,350

Fluidized Bed Combustion (FBC) 1,400 2,400

Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC)

1,600 2,000


“FutureGen”: Generación de Electricidad a Carbon con Emisiones Cero

En febrero de 2003, el Presidente Bush anunció que los Estados Unidos auspiciará con socios internacionales y del sector privado, un proyecto de US $1 mil millones, en 10 años, para crear la primera central eléctrica del mundo basada en carbón y con producción de hidrógeno. Este proyecto está diseñado para reducir en forma dramática la contaminación del aire y para capturar y almacenar emisiones de dióxido de carbono.


FutureGen

Gasificación con Limpieza y Separación Sistemas de

Integración

Confinamiento de Carbono

Turbinas Optimizadas

Celdas de Combustible

Producción de H2

FutureGen: Integrando Partes del Programa de I&D


¿Qué es Confinamiento de Carbono?

El secuestro del carbono es la captura y almacenamiento del dióxido de carbono y otros gases de invernadero que de otro modo serían emitidos a la atmósfera. Los gases de invernadero se pueden capturar en el punto de emisión, o pueden ser quitados del aire. Los gases capturados se pueden almacenar en depósitos subterráneos, disolver en océanos profundos, convertir a materias sólidas muy duras, o ser absorbidos por árboles, por céspedes, por tierras, o por algas.


Actividades en Confinamiento de Carbono

Objetivos Primarios son:

(1)Reducción de los costos y la “multa” energética asociada con la capture de CO2 de grandes fuentes y

(2) Mejorar el entendimiento de los factores que afectan la permanencia, capacidad y seguridad del almacenaje de CO2, en formaciones geológicas y eco-sistemas terrestres.


Carbon-basedFuels

H2 from RenewableResources

Fossil Fuels•Direct Production•Reformable Fuels

Los Combustibles Fósiles llevan al Futuro de Hidrógeno


Maria ReidpathGerente de Proyectos Internacionales

Departamento de Energía de EE.UU.

Laboratorio Nacional de Tecnologías Energéticas

Tel: (304) 285-4140

Fax: (304) 285-1301

E-mail: [email protected]

Sitio web: www.netl.doe.gov

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