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domingo, 20 de septiembre de 2015

Central Termoeléctrica de Río Turbio (CTRT)



La Central Termoeléctrica de Río Turbio se encuentra localizada al sudoeste de la Provincia de Santa Cruz, en proximidades del Yacimiento Carbonífero Río Turbio (YCRT) y ha sido proyectada para utilizar el carbón de dicho yacimiento como combustible para generar electricidad. (Ver ubicación en el mapa de la Fig. 2)

La potencia eléctrica bruta total de la CTRT será de 240MW en bornes de generador. La Central estará compuesta por dos módulos idénticos, de 120 MW c/u, similares al esquema de la Fig.1, conectados en paralelo. La potencia se denomina” bruta” porque incluye la que será consumida dentro de la central.

Fig.1 – Esquema básico de la generación eléctrica usando carbón como combustible
En la representación muy esquemática de la Fig.1, debe considerarse que se trata de un generador trifásico y que la turbina y el generador constituyen un “turbogenerador”, es decir una unidad integrada, marca Siemens, con toda la parte de control y alarmas incluído, parte fabricada en Alemania y parte en Suecia. De otra forma sería muy complicado el funcionamiento. Esto es similar a los “turbocompresores” que se usan para comprimir el gas en las plantas turbocompresoras a lo largo de los gasoductos troncales. Siemens realizó el montaje de las dos turbinas a vapor  marca Siemens modelo SST-900 y sus equipos auxiliares provenientes de la fábrica Sueca de Siemens en Finspong, y sus Generadores Eléctricos provenientes de Erfurt, Alemania. [1]  
La caldera, en cambio, es de la marca estadounidense “Foster-Wheeler”, una empresa multinacional muy reconocida en la generación de vapor. La central utilizará dos calderas estadounidenses  “Foster-Wheeler”,  procedentes de China (cosas de la globalización). [2] 

 
Fig. 2 – Ubicación geográfica de YCRT y CTRT 
Los generadores entregarán 13,2KV y mediante una subestación, que forma parte de la construcción de la obra, se eleva dicha tensión a 220KV. Una línea de 220KV conecta dicha subestación con la Estación transformadora La Esperanza de 500/220/33 kV - 300/300/100 MVA y 220/132/33 kV - 100/100/33 MVA. De esta forma la CTRT queda conectada al SADI (Sistema Argentino de Interconexión). Ver Fig.3.


Fig.3 – Interconexión de la CTRT al SADI. (220KV______)   (500KV______) (132KV_____)
Sobre el carbón
“El 39% de la electricidad del mundo es provista actualmente a partir del carbón. En China han sido conectadas a la red de electricidad unas 700 millones de personas en los últimos 15 años. El país está ahora electrificado en un 99%, con alrededor del 77% de la electricidad producida a partir del carbón.”
World Coal Institute
Sin embargo: 
“El abandono del carbón es un imperativo climático, debido a que es el combustible que posee mayor capacidad de emisiones de gases que afectan al clima.”
Green Peace

Wikipedia nos muestra la siguiente tabla como referencia comparativa promedio: [5]    


La posición en el ranking (o rango) de los carbones, desde los que tienen menos carbono a los que tienen el mayor porcentaje de carbono, es lignito, sub-bituminoso, bituminoso y antracita. Los dos primeros son denominados carbones de bajo rango y los dos últimos carbones duros. Los carbones sub-bituminosos están indicados para la generación de energía eléctrica y para la industria de la producción del cemento. El carbón del YCRT es un carbón sub-bituminoso. [4]    
El carbón provendrá de la Bocamina 5 del yacimiento y será triturado en tres etapas hasta lograr un tamaño no superior a 10 mm.
Se estima que el consumo de carbón de la usina será de 1.200.000 toneladas por año, para accionar los dos turbogeneradores en forma permanente, aunque en las ocasiones que sean necesarias, también se podrá quemar gas a precio reducido, ya que Río Turbio está a 50 kilómetros de uno de los yacimientos de gas más grandes del país (Las Boleadoras). [3]    
Gases que se liberarán a la atmósfera (Según Isolux)  [6]    
CO2: 1.816 [Gg/año] =1.816.000Tn / año 
Lecho fluidizado
Existen  3  tecnologías principales para la generación de electricidad a partir del carbón: 1) La combustión de carbón pulverizado; 2) La combustión en lecho fluidizado y 3) La gasificación, principalmente las unidades de gasificación integradas en ciclo combinado.
La más antigua y la más usada en todo el mundo es la primera. El 90% de la electricidad generada con carbón en el mundo usa esta tecnología, que es la más ineficiente de las tres. La segunda se usa desde hace unos 35 años y tiene mayor eficiencia que la primera. La tercera es la más moderna de las tres y se adapta para funcionar con turbinas a gas y con turbinas de vapor en ciclo combinado. En abril de 2010 había solo cuatro plantas en el mundo, funcionando como demostración, con esta última tecnología.
En las calderas de la CTRT se usa la tecnología de combustión del carbón de lecho fluidizado, que veremos a continuación. (Fig.4)

Fluidized Bed Combustor
Fig.4 – El principio del lecho fluidizado
En una caldera típica de carbón (combustión de carbón pulverizado), el carbón sería pulverizado en partículas muy finas (Ф = 0,1mm), que sopladas hacia adentro de la caldera se encenderían para formar una llama larga y débil. O en otros tipos de calderas, la quema de carbón se realizaría sobre rejillas (parrillas). Pero en una "caldera de lecho fluidizado", partículas trituradas de carbón (Ф =10mm para la CTRT), soportadas incicialmente por una placa porosa, flotan dentro de la caldera, suspendidas por medio del soplado de chorros ascendentes de aire que pasan a través de la placa porosa. La masa incandescente de carbón flotante - llamada “el lecho” – burbujea y cae como lava hirviendo dentro de un volcán. Los científicos llaman a esto "fluidizado." Así es como nació el nombre de "caldera de lecho fluidizado". Según la velocidad a la que se mueva el fluído hacia arriba, se dice que el lecho fluído es burbujeante (más lento), o circulante (más rápido).
El proceso de lecho fluidizado favorece una reacción química más eficiente de sus componentes y una mayor transferencia de calor, pudiendo usarse temperaturas más bajas. Entonces se puede controlar la temperatura de combustión en la caldera entre 850 y 900 ºC, minimizandose así la generación de óxidos de nitrógeno (ONx), lo que se vería favorecido a temperaturas entre 1.300ºC y 1.400ºC, rango en el que   trabajan las calderas de carbón pulverizado.
Las partículas de carbón que forman parte del lecho se mezclan con cal (CaO) para absorber el azufre:
El sulfato de calcio que resulta, es yeso, que puede ser aprovechado para la construcción.
Para el control de emisiones de NOx, en la cámara de combustión se incorpora amoníaco (NH4) en solución acuosa para la reducción selectiva no catalítica de los óxidos de nitrógeno generados en la combustión:
De esta manera se logran reducir las emisiones de óxidos de azufre (SOx) y óxidos de nitrógeno (NOx) en un porcentaje cercano al 90%.
Los principales contaminantes primarios de preocupación producidos por las centrales eléctricas que usan combustibles fósiles incluyen SO2, NOx, CO2 y mercurio. Afortunadamente el carbón de YCRT contiene solo trazas de mercurio.
Lluvia ácida
Se produce cuando los óxidos de azufre y nitrógeno se combinan con la humedad atmosférica para formar ácidos sulfúrico y nítrico, que pueden ser arrastrados a grandes distancias de su lugar de origen antes de depositarse en forma de lluvia. Adopta también a veces la forma de nieve o niebla, o precipitación sólida.
Relación entre la eficiencia de Central térmica a carbón y las emisiones de contaminantes para un tipo de carbón dado
Cuando el  carbón que utilizará una central eléctrica a carbón está fijado, como ocurre en Río Turbio, podemos definir la eficiencia de la central de la siguiente manera:

η = Energía eléctrica generada [KWh] / Peso del carbón necesario [Kg]

Cuanto mayor sea la eficiencia de la central, menor cantidad de kg de carbón deberemos quemar para obtener la misma cantidad de KWh de energía eléctrica. Como cada Kg de carbón quemado implica una determinada cantidad de Kg de CO2 emitido, podemos decir que cuanto mayor sea la eficiencia de una central a carbón, menor será la cantidad de Kg de CO2 que emitirá por cada KWh generado.
El aumento de la eficiencia también hará disminuir las emisiones de los demás contaminantes, como el SOx y NOx.
Cuando el aumento de la eficiencia se consigue a expensas de cambiar el carbón por otro de mayor poder calorífico, si bien necesitaremos quemar menor cantidad de Kg de carbón para obtener la misma cantidad de KWh, cada uno de esos Kg de carbón también tendrá mayor porcentaje de carbono y por consiguiente emitirá más CO2. En este caso hay que hacer las cuentas de otra forma para ver que sucede.
La gran duda: ¿Cuántas cenizas se producirán y que harán con ellas?
Por un lado, según se muestra en la Fig.5, tomada del Informe de incidencia ambiental presentado por Isolux Corsán, la empresa que tiene a cargo el montaje de la CTRT, indica que la cantidad de cenizas que producirá la planta a plena marcha será 75Tn/h, lo que multiplicado por 24 nos daría 1.800Tn/día. [6]      


Fig.5 - Principales componentes de las emisiones, efluentes y residuos sólidos generados
Por otra parte la presidente de la Nación desmintió esa cifra en su cuenta en Twitter, el 4 de septiembre de 2015 como indica la Fig.6, afirmando que la planta solo producirá 618Tn por día.

Fig.6 – La presidente de la Nación escribió esto en Twitter el 04/09/2015
De cualquier manera, ya se trate de 1.800Tn diarias, o de 618Tn diarias, no hay dudas que habrá una enorme cantidad de cenizas que deben ser administradas adecuadamente. Para aprovechar las cenizas como material de construcción entiendo que sería necesaria una planta para procesarlas y no he visto que haya algo en marcha en ese sentido.
Yo realicé una consulta a YCRT y no me han respondido. Creo que hay muchos aspectos de esta obra que deberían ser aclarados técnicamente.
Por otro lado, la producción de carbón, a pesar de los esfuerzos que está realizando YCRT y de las inversiones que se estan haciendo en equipos e instalaciones (tuneleras, frente largo, etc), todavía no es suficiente como para que la CTRT pueda funcionar con carbón a plena marcha. Podría funcionar transitoriamente con gas, hasta que se logre el ritmo de producción necesario y mientras no opere con carbón, entiendo que no habrá producción de cenizas. La alimentación con gas podría dar tiempo para resolver todo lo que falta para que funcione a carbón.
El funcionamiento a carbón hace que la central deba necesariamente operar como central de base y no de punta, ya que el arranque y la parada llevan varios días. Alimentada a gas, la central podría operar tanto de punta, como de base.

Puesta en marcha
La prueba permitió  que uno de los módulos de la CTRT entregara por primera vez energía eléctrica al SADI, según informó el Ministerio de Planificación Federal.
La conexión se realizó a las 8.30 y se extendió por aproximadamente una hora, en la que se generaron unos 22 MWh, utilizándose una combinación de carbón y gasoil como combustibles, según se informó.
El siguiente video, emitido por el gobierno nacional, da una idea de conjunto. El problema que Ud notará es que en cada una de la gran cantidad de veces que la locutora ofical dice “vatios” debería haber dicho “voltios”. Así, las líneas de 500KV del SIADI, por ejemplo, no son de 500KW como repite reiteradamente la locutora. Si fueran de 500KW alcanzarían para llevar energía a un edificio de 4 o 5 pisos, solamente.

Referencias
https://www.fwc.com/   [2]    
http://ow.ly/Sqq7x   [3]    

Actualización al 10 de febrero de 2016
Acceso a la Resolución 10/2016 del Ministerio de energía y minería de la Nación, publicada en el Boletín Oficial de la República Argentina:
https://www.boletinoficial.gob.ar/#!DetalleNorma/140886/20160210


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