Generación termoeléctrica sucia

Introducción

La energía es uno de los temas más importantes para la humanidad y el planeta que habitamos, se encuentra en la base de todos los procesos que sostienen la vida. Hasta ahora, en opinión de varios estudiosos sistémicos del tema, se ha investigado de forma lineal y desde el punto de vista particular de cada una de las disciplinas en que se ha dividido el conocimiento. Esto ha propiciado que los seres humanos tengamos múltiples enfoques y teorías que se aborde el tema de manera parcial y fragmentada manteniendo las actuales maneras depredadoras e ineficientes de producir y usar la energía. La generación termoeléctrica responsable de alrededor del 80% de generación de electricidad a nivel mundial, se encuentra entre los procesos más destructivos de los sistemas que sostienen la vida y conduce a la destrucción acelerada del medio ambiente del planeta, por tanto, el tema es de supervivencia para la humanidad.

Un estudio sistémico del tema tiene que ser emprendido desde el punto de vista de todas las disciplinas del conocimiento, atendiendo a diferentes puntos de vista económicos, políticos, ingeniería, sociología, biología, antropología, entre otros. Por tanto, abordaremos el tema desde diferentes contextos dando mayor importancia al económico, de ingeniería y ecología.

Generación de energía en México

Ante este panorama hacer un estudio sistémico de la generación de energía eléctrica con combustibles fósiles, adquiere una gran complejidad y parece pretencioso. Pero por complejo que parezca diversos estudios lo han abordado desde diferentes puntos de vista y, mientras se continúe intentando tocarlo desde nuevos puntos de vista, seguiremos avanzando y, tal vez algún día, consigamos tener el mejor acercamiento. Atendiendo a que el cambio es una ley que permanece inmutable, como decía Demócrito, padre de la dialéctica, "nadie se baña en la misma agua del río dos veces" por tanto, los sistemas estudiados al permanecer en constante cambio, obligan a los seres humanos a seguir haciendo el mejor esfuerzo porque "el que hace lo que puede cumple con su deber".

Procede que examinemos el panorama de la generación de energía en el país. La Tabla 1, muestra la producción de energía de CFE México en 2009 por sistema de generación (datos actualmente disponibles).

En el país se generan 156 mil 975 Gigawatts-hora (156,975*10^9 J) de energía eléctrica, que convertidos a energía calorífica equivalen a 565.11 Petajoules (565.11*10^15 J). Esta generación de energía abastece el mercado de usuarios por sector que se muestra en la Tabla 2. Observar que en 2009 había 26 millones 801 mil 697 clientes y que el crecimiento entre 2008 y 2009 fue de sólo 0.01%, es decir 5 mil 360 nuevos usuarios. Destruyendo la falacia de la producción escasa con que se ha querido argumentar para su privatización.

En 2009 el sector industrial con 214 mil 414 clientes (0.8%) resulta que es el mayor consumidor de electricidad, pues consumió en el año 87.8 Gigawatts-hora que corresponde al 55.94% de toda la energía generada en el país. Así mismo, cada usuario industrial consumió un promedio de 409 mil 544 kilowatts-hora en el año. La Tabla 3 lista los consumos por sector y per cápita. El consumidor doméstico tiene un bajo consumo de electricidad, tan sólo mil 764 kilowatts-hora promedio por año. Los promedios esconden variaciones considerables en el consumo y deberán tomarse con mucha reserva, sobre todo cuando hablamos del sector industrial, pues unas cuantas empresas son los grandes consumidores y por ende usufructuarias de todo el sistema eléctrico.

Economía de mercado y generación eléctrica

Mediante conclusiones sacadas del análisis lineal y en busca de utilidades fáciles la oligarquía mafiosa especuladora canalla financiera internacional (OMECAFI) actual clase hegemónica mundial puso en actividad a sus mercenarios para convencernos de que CFE y Luz y Fuerza no podrían hacerle frente al aumento de la demanda de electricidad, concluyendo en la necesidad de admitir la inversión privada en la generación de electricidad. Con los datos expuestos es evidente que la demanda disminuyó de 2008 a 2009 y que las centrales privadas solamente están sustituyendo a las plantas de CFE y que el verdadero negocio está en el uso económico de toda la infraestructura creada durante años, los subsidios al combustible, exenciones de impuestos y preferencias en el despacho de energía a los consumidores otorgados por el gobierno federal con cargo a las tarifas y los impuestos.

La propuesta de baja inversión en generación de electricidad con alto rendimiento económico que ofrecen los OMECAFI y sus seguidores, está basada en la generación eléctrica con plantas de ciclo combinado consumiendo gas natural como combustible. En este trabajo las estudiaremos desde el punto de vista sistémico de la cuna a la tumba. También aprovecharemos para introducir a los investigadores, estudiantes y personas interesadas en el tema apasionante e importante de la energía, a pesar de ser muy complejo y confuso, porque muchos que lo estudiamos somos malos alumnos de malos maestros y hay que romper esa cadena en su eslabón más débil.

La planta termoeléctrica ciclo combinado de gas natural

La planta térmica de generación de electricidad ciclo combinado, es la que mejores rendimientos económicos proporciona a los OMECAFI, pues satisface variables atractivas: baja inversión inicial, alto rendimiento de la inversión cuando se combina con infraestructura construida gratuita, subsidios gubernamentales a los combustibles, alto precio de venta de la electricidad a los usuarios y se ignoran los costos de los efectos nocivos a la salud por causa de sus emisiones al ecosistema y los seres vivos que habitan cerca, mientras se reparten entre toda la sociedad dichos costos.

En estas centrales de energía eléctrica vistas como una caja negra como se muestra en la Figura 1, entran: un ducto que suministra combustible; un ducto que suministra agua lo más limpia posible; refacciones para mantenimiento y mucho aire. Así mismo salen: cables de media o alta tensión capaces de llevar la energía producida por la planta; vapor de agua desechado al ambiente; calor; gases producto de la combustión, llamados gases efecto invernadero; ducto de drenaje para desechos líquidos y camiones de transporte con desechos sólidos. Entran y salen: personal calificado para la operación y mantenimiento de la planta y cables de señales alambicas, fibra óptica, así como señales electromagnéticas inalámbricas del sistema de comunicaciones. Es importante mencionar que históricamente los costos de la infraestructura de suministro de agua y su planta de tratamiento, el ducto de combustible, los caminos de acceso, las líneas de transmisión para conexión a la red y las de comunicaciones, entre otros, no se consideraban parte del proyecto de la planta termoeléctrica, siendo que en muchos casos, esta infraestructura suele costar más que la maquinaria de la planta generadora termoeléctrica entera, a causa de que administrativamente se cargan a otros presupuestos y, en la práctica, se convierten en un subsidio a los sistemas de generación termoeléctrica.

Luego, en los comparativos con las energías renovables se compara el costo del sistema de generación de energía renovable contra solamente el costo de la maquinaria de la Planta Termoeléctrica sin la infraestructura de operación como sistema. Esto me recuerda una de las mejores lecciones sobre pensamiento sistémico que recibí en la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica del IPN[1]se nos encargó de tarea investigar el costo de una subestación receptora de alta tensión[2]para un edificio de oficinas. El profesor solicitó las dos opciones: subestación interior e intemperie y una justificación de la más económica. De cuarenta alumnos 39 concluimos que la tipo interior era la más económica y un "tonto sinaloense"[3] concluyó que la interior era la más cara. Todos los "inteligentes" incluido el profesor, en tono de burla le reclamamos su "error". "Espérense vatos, replicó, ¿el local que va ocupar dentro de la construcción se edificó gratis? ¿Los veinticinco metros de construcción dentro del edificio no costó nada construirlos? A los precios de construcción de la época la subestación interior costaba cerca de 5 veces una subestación intemperie, sin considerar el pago de renta por el uso del local durante su vida útil. Desde entonces procuro estudiar los sistemas y cada uno de sus componentes desde varios puntos de vista. La mayoría de los sistemas comunes y corrientes son complejos y se relacionan con otros sistemas con mayor complejidad. Sin embargo, mi hemisferio cerebral izquierdo frecuentemente me traiciona y hace que mis análisis sean demasiado lineales y simplistas como algunas de mis anécdotas.

La planta termoeléctrica ciclo combinado es un sistema sumamente complejo, sin considerar el sistema de ducto de gas y en ocasiones otro combustible alterno de soporte que suelen recorrer cientos de kilómetros, el sistema de suministro y tratamiento de agua, las líneas eléctricas de enlace al sistema de red de transmisión, los caminos de acceso a la planta misma y los sistemas para desechar sus excretas. La Figura 1a, muestra un esquema a bloques que permite ver al interior de la planta y explicar esquemáticamente con poco más detalle los componentes principales.

Ciclo de energía a grandes rasgos

Para cumplir con su función la planta tiene que convertir la energía del combustible primero en energía mecánica por medio de dos Turbinas de Combustión (TC), el calor desechado de los escapes de las TC es aprovechado por un recuperador de calor (RC) que produce vapor, que es convertido en energía mecánica rotacional en la Turbina de Vapor (TV). La energía mecánica rotacional de los tres motores térmicos se convierte en energía eléctrica por medio de tres generadores sincrónicos, cuya velocidad constante debe mantenerse en un rango no mayor de +/- 2%. Parte de la energía eléctrica se acondiciona en tensión mediante un transformador para ser utilizada en los equipos eléctricos de la planta misma: motores de bombas y ventiladores, iluminación y control, entre otros servicios propios. La principal energía generada se acondiciona mediante tres transformadores de alta tensión, que puede ser de sub-transmisión o de transmisión para suministrar la energía producida a la red eléctrica nacional.

Ciclo de energía planta real

Utilizaremos principalmente los datos de proyecto de la planta Russell City Energy Center de Hayward City, Cal[4]y otros similares que nos permitirán desarrollar un método de análisis desde varios puntos de vista. El sistema que estudiamos es un conjunto fabricado por Siemens Westinghouse lo denominan como 501FD y mientras Aquila Energy, de Cass Country Missouri[5]afirma que entrega una potencia bruta de 632 MWe[6]de los cuales utiliza 12 MWe en servicios auxiliares propios de la planta, Metcalf Energy Center, de California reporta potencia de 600 MWe y los mismos 12 MWe para servicios. Esta discrepancia no invalida los resultados del Análisis del Ciclo de Vida estudiado, ya que los climas y la altura sobre el nivel del mar suelen incidir en el aumento de potencia (a nivel del mar) o la disminución a alturas superiores.

Comencemos con el flujo másico de combustible de la Tabla 4. La primera columna nos muestra el concepto, la segunda las unidades, la tercera y la cuarta los datos de operación de las turbinas de combustión y la quinta los totales, es decir, la suma de las columnas 3 y 4. La sexta columna muestra los valores por unidad de masa de aire (kg-aire), estos datos son importantes pues nos permiten comparar el desempeño con otras opciones de generación sin importar su tamaño. Las columnas Turbina C1 y Turbina C2 son iguales y su suma muestra que cada hora de operación al 100%, ingresan a las turbinas, a través del filtro de succión 3 millones 322 mil 141 kg de aire, que a la presión absoluta de 100.4 kilo Pascales (kPa) equivalen a 4 millones 104 mil 506 metros cúbicos de aire (m3)[7]. A un factor de planta[8]de 80% en 30 años serán 35 mil 980 millones de metros cúbicos de aire.

El combustible total por hora, siempre hablando de operación al 100%, será de 73 mil 776 kg de gas natural, equivalente a 58 mil 283 m3de gas natural. Al mismo factor de planta de 80% en 30 años de operación serán 510.9 millones de m3 de gas natural. El gas natural en combustión completa produce 3 mil 563 Gigajoules[9]por hora (GJ), de esta energía, en las turbinas de gas solamente el 38.37% de la energía del combustible se aprovecha para producir energía mecánica rotacional, es decir, mil 367 GJ para girar el generador de electricidad y el generador tiene una eficiencia de 98%, lo que significa que aprovecha solamente mil 340 GJ, equivalente a 372 mil 242 kilowatts-hora (kWh) de energía eléctrica. La energía eléctrica tiene que ser acondicionada para su conexión a la red de transmisión por medio de un transformador el cual es una máquina muy eficiente y aprovecha el 99% de la energía que pasa a través de él, entregando 368 mil 520 kWh.

Unitario

Usualmente los datos de operación suelen analizarse de manera unitaria, es decir, referidos a cada kilogramo de masa de aire que ingresa a las turbinas. Esto permite trabajar con cifras más pequeñas y comparar los rendimientos con otros sistemas de generación eléctrica sin importar el tamaño. La columna unitario nos indica que en este tipo de turbina de combustión 0.222 kilogramo por hora (kg/h) de gas natural se quema en 1 kg/h de aire (1.2355 m3 de aire a 12.8ºC), produciendo mil 72 kilo-Joules (kJ) de energía térmica o calorífica. Este proceso, convierte solamente 38.37% de la energía térmica en energía mecánica rotacional útil equivalente a 412 kJ, para girar el generador eléctrico trifásico de 2 polos a 3 mil 600 revoluciones por minuto[10]

El generador a su vez, solamente convierte en energía eléctrica útil el 98% de la energía mecánica, un monto 403 kJ de energía eléctrica, que en unidades eléctricas comerciales equivalen a 0.1120 kilowatts-hora (kWh). La energía eléctrica de generación se tiene que convertir a la energía eléctrica de las redes de sub-transmisión o transmisión, comúnmente 115 o 230 kilovoltios (kV) o mayores (460 kV), operación en la cual el 99%, equivalente a 0.1109 kWh se convierten en energía útil transmitida a los usuarios. Transformadores y generadores eléctricos son las máquinas más eficientes que existen, porque en las líneas de transmisión es común que se pierda 15 a 20% de la energía entregada por la planta generadora en el punto de conexión, es decir, solamente se aproveche el 80 al 85% de la energía útil. Notar el efecto virtuoso que tiene el ahorro de energía por parte de los usuarios, debido a que evita en cascada todas las pérdidas que hemos mencionado en el proceso de generación eléctrica.

Dividiendo la energía de entrada entre la energía en el transformador de salida, encontramos una relación de 2.69 unidades de energía a la entrada produciendo una unidad a la salida. Visto en sentido inverso, una unidad de energía ahorrada a la salida, produce ahorros a la entrada de 2.69 unidades, es decir, rinde 269% solamente a la entrada del ducto de gas natural, si continuáramos sumando la energía necesaria para hacer llegar el gas a la planta, continuando por la huella ecológica del gas desde su extracción en el pozo, el rendimiento llega a ser mayor, alrededor de 500%, conservando los sistemas naturales que sostienen la vida en el planeta. En este trabajo intentaremos cuantificar toda la energía involucrada desde la cuna a la tumba, el llamado ciclo de vida del GN. Notar que, hasta aquí, nos referimos al ciclo simple de Turbina de combustión y no al ciclo total o ciclo combinado.

El ciclo de energía en la turbina de vapor

El ciclo combinado supera el rendimiento del ciclo simple, debido al aprovechamiento de los gases de escape de las turbinas de combustión que suministran la energía aprovechable en el ciclo de la turbina de vapor. En el ciclo combinado los quemadores de combustible de la caldera son las turbinas de combustión. Ambas turbinas entregan un flujo másico de gases de combustión por 3 millones 398 mil 937 kg/h a 597.2 ºC y una presión de 105.1 kilo-Pascales absolutos (kPa), ligeramente mayor que la presión atmosférica 101.3 kPa del caso estudiado. Estos gases contienen energía calorífica por 2 mil 195 GJ térmicos. No obstante, el ciclo vapor puede convertir solamente el 33.52% de esta energía térmica en energía mecánica rotacional para girar el generador, correspondiente a una energía de 736 GJ, mientras el generador convertirá a energía eléctrica solamente el 98%, equivalente a 721 GJ ó 200 mil 364 kWh. En el transformador la energía que sale es de 99% de la que entró, correspondiente a 714 GJ y 198 mil 360 kWh.

En los balances de energía de las tablas anteriores no se consideró la energía eléctrica que alimenta bombas, ventiladores, circuitos de control, iluminación y otros componentes de la planta. Se tiene el dato que para estos propósitos se usan 14 mil 330 kWh. En la Tabla 6 se muestra el balance de energía útil que el sistema de generación eléctrica entrega a la red de transmisión. Es fácil observar que la producción de electricidad por medio de plantas de ciclo combinado se convierte en la mejor alternativa a las plantas de ciclo simple, tanto de turbinas de combustión como de turbinas de vapor, logrando una eficiencia óptima teórica total de 55.83%.

Hay que señalar que entre este rendimiento óptimo teórico y la práctica se interponen las variaciones diarias del clima y la demanda máxima de la red del sistema nacional energía, así como los paros por mantenimiento, que obligan a la planta a generar en un punto cercano a ese óptimo teórico, disminuyendo prácticamente la eficiencia hasta 48%, en la Tabla 1 se mostró un rendimiento de 40% en el Balance Nacional de Energía para la producción eléctrica del gas natural, debido a que aparece el valor mezclado de las plantas ciclo simple y las ciclo combinado.

Eficiencia óptima y de operación

La demanda de energía en las redes eléctricas de distribución no es continua, en todas las ciudades existen dos cimas o demandas máximas durante el día y dos valles o demandas mínimas. Esta condición obliga a tener por lo menos un 20% de capacidad instalada de generación en exceso. Las redes de energía eléctrica no cuentan con dispositivos para almacenar energía durante los valles o mínima demanda, obligando esta condición a tener que poner fuera de servicio varias plantas, usualmente las más fáciles de apagar y encender (Diesel, turbo-combustión simple e hidro-eléctricas). De la misma manera, durante las cimas, siempre se debe tener capacidad adicional para hacerle frente a demandas súbitas de los usuarios, sobre todo industriales, por contar con equipos que demandan mucha energía[11]Las plantas generadoras de energía eléctrica conectadas a la red de distribución pueden funcionar con factor de planta cercano al 100%, solamente bajo la condición de preferencia sobre otras plantas, por el menor costo del kWh generado con esa tecnología y sólo durante unas horas en los picos de demanda siendo común que operen a un porcentaje menor de su capacidad total e incluso sean puestas fuera de funcionamiento durante los valles de la demanda de electricidad. En los valles o de demanda mínima de la red, puede reducirse la generación, hasta el 60% de la capacidad total o incluso menos en días festivos.

El control de las plantas generadoras, su conexión o desconexión de acuerdo a la demanda de los usuarios, se realiza bajo el mando de la unidad de despacho central de CFE o Centro Nacional de Control (CNC). El cuadro siguiente elaborado con datos del Balance Nacional de Energía de 2007, nos sorprende con la preferencia que tienen en el despacho a la Red Nacional de Energía los Productores Independientes (PIE"s), pues consiguen 10 puntos porcentuales por encima de Comisión Federal de Electricidad (CFE).

Las pérdidas de energía o la energía no útil del sistema

En lenguaje rigorista la palabra pérdida de energía no debería existir, porque la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma. Sin embargo, en ingeniería llamamos pérdida a la energía que se transforma y no produce trabajo que, liberada al ambiente, normalmente como calor, ya no puede utilizarse.

Considerando la eficiencia óptima de 55.83%, la Tabla 7, muestra el balance de las pérdidas de energía en los componentes del sistema. Primero, los gases de escape de las turbinas incluyen energía por 2 mil 195 GJ térmicos, en 3 mil 398 toneladas de aire conteniendo 2.22% de masa producto del combustible y 0.09% del vapor de agua que se inyecta a la cámara de combustión, ingresa a los recuperadores de calor a la temperatura de 597.2 ºC (870.4 ºKelvin) y a una presión de 105.1 kilo-Pascales absolutos (kPa). Este gas caliente pasará a través de la caldera cediendo energía a los diferentes serpentines que contienen agua y vapor de agua, abandonando la chimenea a una temperatura de 88 ºC (361 ºK) a la presión atmosférica de 101.3 kPa.

El 92.74 de las pérdidas totales del ciclo combinado sucede en la chimenea y el condensador del ciclo de vapor, el 2.67% se disipa en los generadores, 1.31% en los transformadores y 3.28% no es exactamente una pérdida de energía y se incluye aquí porque disminuye la energía entregada a la red, esta energía se usa en todos los equipos accesorios necesarios para la operación de la planta de ciclo combinado. Las pérdidas totales equivalen al 44.17% de la energía total contenida en el combustible de operación.

El agua en el ciclo de vapor

El uso del agua como fluido de trabajo en el motor térmico que recupera el calor excedente de las turbinas de combustión, obedece a las singulares propiedades del agua en sus cambios de fase. Mientras se requiere 1 caloría[12](cal) para elevar 1 centímetro cúbico (cm3) de agua 1 grado centígrado (ºC), entre 5ºC y 100ºC a nivel del mar, arriba de 100ºC el mismo cm3 se requieren 540 cal por cada grado centígrado que eleva su temperatura, este cambio de fase de líquido a vapor del agua es aprovechado para la conversión de energía térmica en energía mecánica.

Importante notar que las condiciones climáticas varían con las estaciones del año y durante el día, la temperatura ambiente puede fluctuar de por debajo de 15.5ºC o por encima de 32.2ºC, el sistema de control automático ajusta toda la planta de generación a las condiciones cambiantes, sin embargo, esto obliga a que utilicemos valores promedio y que los estudios sean una imagen cercana a la realidad.

El motor de vapor requiere la circulación de 537 mil 719 kg por hora[13](kg/h) de vapor de agua de alta pureza para producir la energía eléctrica útil de 198 mil 360 kWh. El agua que produce este vapor incrementa su temperatura de 15.6ºC a 564ºC en el recuperador de calor, perdiendo en el ambiente circundante de las tuberías, aproximadamente 3ºC, ingresando a la primera etapa de alta presión de la turbina de vapor a 561ºC y 12 mil kPa de presión, saliendo de ella a 374ºC y 3 mil 400 kPa, para ser sometida a un proceso de recalentamiento para ingresar a la segunda etapa de presión media a 563ºC y 3 mil 13 kPa, ceder su energía a la turbina, salir y combinarse con vapor recalentado para entrar a la tercera y última etapa de la turbina de vapor a 302ºC y una presión de 483 kPa, para ceder su energía y abandonar esta etapa e ingresar al condensador, dónde en el intercambio de energía con el serpentín alcanza 36ºC y una presión de 6 kPa[14]por efecto de la conversión de vapor a líquido y la succión de líquido de la bomba de condensados. Este líquido se combina con el agua tratada de reposición e ingresa a la bomba de condensados que la regresa a 36ºC y una presión de 820 kPa, pero en las tuberías pierde presión y temperatura 35ºC y 744 kPa, regresando al inicio del ciclo, es decir, el recuperador de calor o caldera.

El suministro de agua tratada de reposición es de 3 mil kg/h (3 mil litros por hora). Es importante destacar el gasto de agua por día de 72 mil litros (72 metros cúbicos, 7 pipas de agua pura) y en la operación anual de 365.25 días 26 mil 298 metros cúbicos. Estas plantas se instalan cercanas a zonas metropolitanas donde el agua es escasa. Pero el gasto mayor de agua se realiza en el condensador evaporativo el cual envía a la atmosfera miles de litros en forma de vapor.

Balance de energía en el ciclo de vida

¿Qué es el ciclo de vida? El ciclo de vida (ACV)[15] es la valoración de la energía implicada en la fabricación de cualquier material o producto, desde la energía utilizada en la exploración para encontrar la mina, el transporte, la manufactura, su utilización por la sociedad, hasta que este material deja de ser útil y es reintegrado a la naturaleza como desecho o como componente de un nuevo ciclo comúnmente llamado reciclo. Un proceso de manufactura, como es la conversión de energía térmica contenida en un combustible a energía eléctrica por medio de una planta de ciclo combinado, implica la suma de cientos de ciclos de vida de cada uno de los materiales y procesos implicados. Al análisis de ciclo de vida también se le llama estudio de la cuna a la tumba.

Los análisis de ciclo de vida o ACV aunque han evolucionado mucho, están en constante perfeccionamiento logrando cada vez mayor detalle en el análisis de los materiales y procesos implicados. Afortunadamente, los estudios recientes no invalidan totalmente los resultados de los primeros estudios ACV, mostrando que es un camino correcto sistémico perfectible, que expone la implicación que tienen los procesos humanos en los mecanismos naturales que sostienen la vida en el planeta. La importancia de los estudios ACV es que han venido a barrer una serie de prejuicios y resultados de análisis parciales que solamente ponían énfasis en unas cuantas variables, muchas veces solamente la monetaria, descuidando las variables esenciales que tienen que ver con la preservación de los seres vivos del planeta. El siguiente ejemplo ilustra mejor a que nos referimos: Un talamontes[16]se ufanaba que su empresa había creado 100 empleos directos durante 10 años, si cada empleado tenía 4 familiares, proporcionó sustento a 500 personas. Solamente que "como efecto colateral", convirtió en desierto cientos de hectáreas, destruyó el hábitat de miles de especies vivas y obligó a emigrar a varios cientos de familias. Buen negocio para él, el producto interno bruto de la región aumentó, exportó madera y trajo divisas para el país, mal negocio para los seres vivos que habitaban ese bosque y sus alrededores. En México unas cuantas familias han explotado los bosques de la manera más irresponsable que pueda existir, afectado manantiales que surtían agua a varios poblados convirtiendo en desierto extensas zonas antes paraísos, el progreso ha traído depredación y basura.

La Figura 2 muestra el ciclo de vida reducido a un megawatt de potencia instalada, con el fin de ser multiplicado por la potencia real de la planta estudiada y tener una idea de sus variables de operación en referencia a la energía consumida y los Gases Efecto Invernadero (GEI"s), en relación con la energía eléctrica generada en los 30 años de vida útil esperada. A la entrada tenemos que la maquinaria y materiales de construcción aportan 2 mil 708 GigaJoules (GJ); en el ciclo de combustible se aporta 2 millones 233 mil 645 GJ; los aportes de energía no combustible ascienden a 9 mil 684 GJ; y finalmente, en la demolición se requiere aportar 96 GJ. En la parte baja de la figura se muestran los GEI"s emitidos al ambiente en el proceso, para la maquinaria y materiales implicados en la construcción 211 toneladas de bióxido de carbono equivalente; en la operación, dónde está implicado todo el ciclo de combustible desde la exploración, producción y almacenamiento, la transmisión y transporte vía ductos, el combustible mismo y la energía no combustible de refacciones y actividades de mantenimiento, se arrojan a la atmósfera 124 mil 54 toneladas de CO2 equivalente; y finalmente las actividades de demolición con una emisión de 6.39 toneladas de CO2 equivalente. Un recorrido de la cuna a la tumba.

Si deseáramos conocer todas estas variables para una planta de 600 MW de potencia, solamente multiplicaríamos por 600 cada valor. Esa es la utilidad de la Figura 2, que nos permite evaluar todas las potencias que se presentan en el mercado con bastante precisión. El consumo de energía de un Megawatt de potencia instalada al 100% de factor de planta en 30 años de operación sería: 2 millones 246 mil 132 GJ. Las emisiones de gases efecto invernadero ascienden a: 124 mil 272 toneladas de CO2 equivalente. Si el factor de planta es 0.8, solamente se multiplicaría las cantidades por él y por la potencia instalada, dando como resultado el valor aproximado al real de las plantas de cualquier potencia, que como vimos, de acuerdo a las fluctuaciones de la demanda y las condiciones del sitio en que se instala la planta, ofrecen una precisión bastante aceptable.

Por ejemplo: una planta de 580 MW y 25 años de vida útil ¿cuánta electricidad generaría? La fórmula sería,

Generación eléctrica = 263(GWh/MW)*580(MW)*25(años)/30(años) = 127,116.7(GWh)

Energía ciclo combustible = 1,233,645(GJ/MW)*580 (MW)*25(años)/30 (años) = 576,261,750(GJ)

Gases Efecto Invernadero = 124,272 (tCO2eq/MW)*580(MW)*25(años)/30(años) = 6,006,451(tCO2eq)

El mismo método aplica para las otras variables: gasto de energía total, gases efecto invernadero, etc.

Con los niveles de automatización actual una planta generadora de energía genera pocos empleos y de alta especialización. No representa una opción para aliviar el problema de desempleo en las zonas que se construyen. Emiten gases nocivos al ambiente CO2, SOx, NOx y partículas suspendidas, desechos líquidos y sólidos, además es un gran consumidor de agua limpia, por ejemplo, la planta de Metcalf de 600 MW, compra la municipio de San José, California, EEUU de 13.6 a 18.2 millones de litros de agua diarios. Se observa que son una verdadera lacra para los habitantes de las zonas dónde se instalan, por eso, a nivel mundial los habitantes de estas zonas se organizan para oponerse a su instalación. Los promotores de esta opción de generación de energía nos dicen que es la opción más limpia viable (económicamente) para generar energía eléctrica e intelectuales con gran autoridad en temas de energía brindan soporte a estas falacias con argumentos "científicos".

Finalizo con la Figura 3, una planta generadora de electricidad renovable, eólica, solar, geotérmica o minihidráulica. El ciclo de combustible, responsable de la mayoría de los gases efecto invernadero no existe. Las fuentes de energía renovable son intermitentes y requieren el soporte de las térmicas, pero de ninguna manera son más caras, esa afirmación sería equivalente a que en su inversión inicial el sobre precio de las renovables, pagara de contado el monto del combustible y sus aumentos de precio durante la vida útil de la térmica. En otro artículo abordaremos ese tema y seguiremos como Don Quijote, deshaciendo entuertos. No tardará el tiempo en que la moneda este soportada por unidades de energía.

Autor:

Iván Jaime Uranga Favela

[1] IPN abreviación de Instituto Politécnico Nacional institución creada por el expresidente Lazaro Cárdenas del Río como rectora de la educación técnica en México.

[2] El equipo que compone una subestación receptora de alta tensión es: Un gabinete de acometida, que casi siempre alberga también, por espacio, el interruptor general de alta tensión con sus fusibles de operación con carga, un gabinete con cuchillas de paso y prueba (operación sin carga), el gabinete de medición (puede ser en alta o baja tensión), el transformador y el tablero de distribución en baja tensión. Los gabinetes de una subestación interior son NEMA 1, los de servicio exterior son a prueba de polvo y lluvia NEMA 3R. En igualdad de condiciones el NEMA 3R tiene un sobre precio hasta de 20%.

[3] Nacido en el estado de Sinaloa, México.

[4] Russell City Energy Center AFC Vol 1, 2.0 Proyect Description. Consultado 7/agosto/2011, 19:21horas http://www.energy.ca.gov/sitingcases/russellcity/documents/applicant_files/afc/vol-1/2.0%20Project%20Description.pdf

[5] Sherman, M. Vicepresidente del desarrollo del proyecto Aquila Energy. Comunicación personal abril 1 a septiembre 2000.

[6] La expresión MWe significa Megawatts eléctricos de potencia (1 MWe = 1000 kWe = 1,000,000 We).

[7] El estudio considera que la planta ciclo combinado de gas natural opera al nivel del mar.

[8] El factor de planta es un concepto que reconoce que la producción de energía de una planta generadora no puede ser el 100% (factor de planta 1) durante el año, invariablemente se requieren algunos paros técnicos de mantenimiento, pero el factor que más incide para que el factor de planta sea menor de uno, es que la demanda del mercado de energía de la red eléctrica durante el día no es lineal, presenta dos valles y dos picos, esto obliga a generar energía menor a la capacidad de la planta y durante los picos no se puede generar más de la capacidad de diseño, además, un buen sistema requiere tener una capacidad de reserva para hacer frente a los picos de corta duración. Un factor de planta de 80% (0.8) es usual en las plantas termoeléctricas.

[9] Un Gigajoule es equivalente a 1,000,000,000 Joules (1*10^9 J).

[10] Es requisito que la frecuencia de la energía eléctrica generada sea igual a la de la red, 60 Hertz en México, 50 Hertz en Europa. Los generadores de 2 polos deben girar a 3600 revoluciones por minuto (rpm), 4 polos a 1800 rpm y en 50 Hertz el de 2 polos 3000 rpm, los de 4 polos 1500 rpm, respectivamente. En turbinas de gas de altas revoluciones, suele usarse un reductor de velocidad de engranes entre la flecha de la turbina de combustión y el generador.

[11] De la energía eléctrica que se produce en el mundo 80% se consume en motores, los cuales demandan en el arranque 6 a 12 veces la energía que consumen durante la operación normal. Un motor industrial de 5 mil kilowatts, puede demandar en el arranque 60 mil kilowatts. Por tanto, las plantas generadoras para absorber esos picos, operan entre 80 y 90% de su capacidad nominal.

[12] 1 caloría (cal) = 4.186 Joules (J)

[13] 1 kg/h de agua = 1 litro/hora de agua

[14] Es importante notar que al nivel del mar la atmósfera presenta una presión de 101.3 kPa (14.69 psig, 760mmHg), por tanto, 6 kPa es una presión inferior a la atmosférica.

[15] En la valoración del ciclo de vida descrito en este artículo, gran parte de los datos vinieron de la Base de Datos EIOLCA y corresponde a condiciones de EEUU. http://www.eiolca.net/Models/index.html consultado 7/08/2011.

[16] Nombre que se da en México a los que se dedican a explotar la madera de los bosques.