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.