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¿ Carbón Como Combustible Alternativo?

¿ Carbón Como Combustible Alternativo?. V Congreso Latino Americano y del Caribe de Gas y Electricidad Buenos Aires, Argentina 15-18 de mayo de 2006 Ing. Maria Reidpath Programa Internacional. National Energy Technology Laboratory. Office of Fossil Energy U.S. Department of Energy.

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¿ Carbón Como Combustible Alternativo?

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  1. ¿Carbón Como Combustible Alternativo? V Congreso Latino Americano y del Caribe de Gas y Electricidad Buenos Aires, Argentina 15-18 de mayo de 2006 Ing. Maria Reidpath Programa Internacional National Energy Technology Laboratory Office of Fossil Energy U.S. Department of Energy

  2. ¿Carbón?

  3. Sub-Bituminous & Lignite Anthracite & Bituminous En Estados Unidos: ¡250 Años de Reservas Probadas! 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 -

  4. ¡El Carbón Se Vuelve más Limpio Mientras la Demanda Crece! Coal Use Electricity Generation Index: 1970 = 1 NOx SO2 Particulate Matter 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

  5. Reducción de Emisiones de CO2(Todos los Combustibles Fósiles & Sectores Energéticos Contribuyen a las Emisiones de CO2 ) Emisiones de Dióxido de Carbono en los Estados Unidos (Por Fuente & Por Sector) Transporte 32% Transportate 32% Residencial 21% Otro 30% Electricidad 39% Comercial 18% Gas Natural 21% Industrial 29% Carbónl 36% Petróleo 43% AEO2004

  6. 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

  7. 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

  8. 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”)

  9. Sendas Críticas para Tecnología 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

  10. Sendas Críticas para Tecnología 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

  11. La Gasificación Provee “Productos Múltiples” (Electricidad, Hidrógeno, Combustibles líquidos, Químicos, GNS) CO2 Plant Use Water-Gas Shift Hydrogen Liquid Fuels Chemicals SNG Oxygen Syngas1929 MMBtu/Hr Steam Stack Water Steam Superheater Steam Turbine Sulfur Removal Electricity9.7 MW Coal3000 TPD Quench Gasifier85% Availability Particulate Removal Pure Sulfur Slag/Fines Solids

  12. 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.

  13. 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.

  14. Hidrogeno de Combustibles Fósiles 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) • 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 hidrogenoEsta investigación se refiere a la gasificación del carbón y a la separación del hidrogeno

  15. Celdas de Combustible • Proceso Electroquímico • Conversión Directa a Electricidad • H2 + ½O2→H2O + Electricidad • Electricidad contínua mientras se le provee combustible y aire

  16. Celda de Combustible de Ácido Fosfórico

  17. 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.” “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.” — Presidente George W. Bush Columbus, Ohio, 9 de marzo 2005 Photos by Eric Drapa and Krisanne Johnson

  18. 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

  19. 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

  20. 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.

  21. 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

  22. Programas de Demostración en Carbón del DOE Una Historia de Proyectos Innovativos • Clean Coal Power Initiative • 2002-2012 • Power Plant Improvement Initiative 2001 • Clean Coal Technology Program • 1985-1993

  23. Éxitos del Programa CCT Low-NOxBurners 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 JEACFBCPowerPlant Sistemas Avanzados de Potencia a Carbón Comprobados • Dos centrales IGCC “super-limpias” operando normalmente • La planta PFBC más grande Tampa Electric IGCC Power Plant PSI Energy Wabash River IGCC Power Plant

  24. “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.

  25. FutureGen: Integrando Partes del Programa de I&D Celdas de Combustible Confinamiento de Carbono FutureGen Gasificación con Limpieza y Separación Sistemas de Integración Turbinas Optimizadas Producción de H2

  26. ¿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.

  27. 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.

  28. Los Combustibles Fósiles llevan al Futuro de Hidrógeno • Fossil Fuels • Direct Production • Reformable Fuels H2 from Renewable Resources Carbon-based Fuels

  29. Maria Reidpath Gerente de Proyectos Internacionales Departamento de Energía de EE.UU. Laboratorio Nacional de Tecnologías Energéticas Tel: (304) 285-4140 Fax: (304) 285-1301 E-mail:maria.reidpath@netl.doe.gov Sitio web:www.netl.doe.gov

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