Generación termoeléctrica sin emisiones Generación termoeléctrica sin emisiones
de COde CO22: una evaluación de los costos : una evaluación de los costos
adicionales en Argentinaadicionales en Argentina
Darío GómezDarío Gómez1,21,2, Juan Andrés Poggi, Juan Andrés Poggi1,21,2, Juan Pablo Daverio, Juan Pablo Daverio1,21,2, ,
Rodrigo de la FuenteRodrigo de la Fuente22, Héctor Bajano, Héctor Bajano11, Beatriz Fernández, Beatriz Fernández22
V Congreso Latinoamericano y del Caribe de Gas y Electricidad
Buenos Aires, 15 – 18 de mayo de 2006
V Congreso Latinoamericano y del Caribe de Gas y Electricidad, Buenos AiresV Congreso Latinoamericano y del Caribe de Gas y Electricidad, Buenos Aires, 15 -18 de mayo de 2006, 15 -18 de mayo de 2006
Captura y almacenamiento de COCaptura y almacenamiento de CO22
Fuente: B. Metz, O. Davidson, H. de Coninck, M. Loos, L. Meyer (eds.). IPCC Special Report on Carbon DIoxide Capture and Storage, Cambridge University Press, New York, 2005, 431 pp. (http://www.ipcc.ch)
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¿En el sector eléctrico argentino?¿En el sector eléctrico argentino?
IAEA CRP Cost Effectiveness of IAEA CRP Cost Effectiveness of Nuclear Power compared to CONuclear Power compared to CO22
Capture and Sequestration from Fossil Capture and Sequestration from Fossil Fuel Power PlantsFuel Power Plants
~ 25 Mt CO~ 25 Mt CO22/año/año
~ 44 % grandes fuentes~ 44 % grandes fuentes
24 cuencas sedimentarias: 24 cuencas sedimentarias:
altamente prospectivas, altamente prospectivas,
prospectivas, prospectivas,
no-prospectivas*no-prospectivas*
Fuentes + sitios de almacenamiento: Fuentes + sitios de almacenamiento: Neuquén y San JorgeNeuquén y San Jorge
Planta de referencia: ciclo combinado Planta de referencia: ciclo combinado 600 MW de Agua del Cajón600 MW de Agua del Cajón
* J. Bradshaw, J., T. Dance, 2004, en E.S.Rubin, D.W.Keith and C.F.Gilboy (Eds.), Proc. 7th International Conf. Greenhouse Gas Control Technol. Vol. 1, IEA Greenhouse Gas Programme, Cheltenham, UK
Planta de referencia
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Transporte del COTransporte del CO22 capturado capturado
Dos trazas alternativas: 72 y 97 kmDos trazas alternativas: 72 y 97 km
Sitio de Almacenamiento Sitio de Suministro Alternativas de Ductos de transporte
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Compresión
Deshidratación
Compresión
Deshidratación
Diseño conceptual de las opciones de capturaDiseño conceptual de las opciones de captura
Transporte
Transporte
Alm
acen
amie
nto:
Res
ervo
rios
Geo
lóg
ico
sCO2
CO2
Unidad de Reformado
Quemador
Unidad de Captura
Ciclo Combinado
Gas Natural
136000 Nm3/h
Gas efluente con CO2
Energía
CO2
H2
Vapor
Aire Aire
Energía
H2O
N2 , O2
(CO2)
Captura Pre-Combustión
Gas Natural
136000 Nm3/h
Absorción con Aminas
Aire
Ciclo Combinado
Energía
Vapor de Baja
N2, O2
(CO2)
CO2
Captura Post-Combustión
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Principales desafíosPrincipales desafíos
Grandes volúmenes a tratarGrandes volúmenes a tratar
Post-combustiónPost-combustión 6 soplantes: 6 soplantes: P = 0.2 atm, 30 MWP = 0.2 atm, 30 MWee 6 torres de absorción: 6 torres de absorción: = 10 m, h = 22m= 10 m, h = 22m
Pre-combustiónPre-combustión Ciclo combinado de referencia: 313 000 NmCiclo combinado de referencia: 313 000 Nm3 3 HH22/h/h Mayor capacidad de producción en el mundo: 600 000 NmMayor capacidad de producción en el mundo: 600 000 Nm3 3 HH22/h/h
Captura post-combustión: baja fuerza impulsora para la Captura post-combustión: baja fuerza impulsora para la transferencia de materia en la absorción de COtransferencia de materia en la absorción de CO22
Captura pre-combustión: características fuertemente Captura pre-combustión: características fuertemente endotérmicas del sistema de reacciones para convertir endotérmicas del sistema de reacciones para convertir CHCH44 en gas de síntesis (CO + H en gas de síntesis (CO + H22))
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Diseño de los sistemas de remoción de CODiseño de los sistemas de remoción de CO22
Post-combustiónPost-combustión
Absorción/desorción de COAbsorción/desorción de CO22: Monoetanol amina 30%: Monoetanol amina 30% Remoción de CORemoción de CO22: 85%: 85% Relación líquido/gas: 1.45Relación líquido/gas: 1.45 Temperatura: 40°C – 90°CTemperatura: 40°C – 90°C
Pre-combustiónPre-combustión Reactor de reformado por vaporReactor de reformado por vapor
Gas natural: a reactor (66%) y a combustión (34%)Gas natural: a reactor (66%) y a combustión (34%) Relación vapor/gas natural: 2.4Relación vapor/gas natural: 2.4 Presión de entrada: 2.7 MPa Presión de entrada: 2.7 MPa
Reactor de conversión de vapor (WGS)Reactor de conversión de vapor (WGS) Temperatura media (210 °C - 320 °C) en condiciones de equilibrioTemperatura media (210 °C - 320 °C) en condiciones de equilibrio
Sistema de remoción de COSistema de remoción de CO22
Purisol (Purisol (N-metil pyrrolidina), Fluor, Rectisol, MDEA, Fluor, Rectisol, MDEA
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Compresión, deshidratación y transporteCompresión, deshidratación y transporte
0
30
60
90
120
150
180
210
0 200 400 600 800 1000 1200
Densidad (g/cm3)
Tem
per
atu
ra (
ºC)
3 6 Presión (MPa)
9 12 15 18 25 30 35 40 45 50 60 70 0.1
Región supercrítica
Gas
LíquidoRegión de 2 fases
Punto crítico
A: Desde CapturaB: Planta de AcondicionamientoC: Suministro a Sistema de TransporteD: AlmacenamientoE: Condiciones en el interior del reservorio
0,2 1,21,00,80,60,4
A D
B
C
E
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Diseño del sistema de transporteDiseño del sistema de transporte
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 20 40 60 80 100
Longitud del Ducto (km)
Hx
(m)
Hx máx
Hx mín
zx
Hx
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ParámetroParámetro UnidadUnidad Planta Planta ref.ref.
Captura Post-CCaptura Post-C Captura Pre-CCaptura Pre-C
Capacidad netaCapacidad neta MWMWee 594594 517 517
– – 31.5 – 25 – 1.231.5 – 25 – 1.2
500500
– – 7 – 14 – 0.77 – 14 – 0.7
EficienciaEficiencia %% 4444 3838 3737
COCO22 capturado capturado MtonMton -- 1.81.8 1.01.0
Remoción de CORemoción de CO22
CalentamientoCalentamiento MWMWtt -- 285285 -107 -107
EnfriamientoEnfriamiento MWMWtt -- 375375 9090
PotenciaPotencia MWMWee -- 31.531.5 77
EquiposEquipos -- 6 absorbedores, 6 absorbedores, 2 regeneradores, 2 regeneradores, 6 soplantes6 soplantes
Reformador: 500 Reformador: 500 tubos, 13 m, tubos, 13 m, ~13 cm~13 cm
AcondicionamientoAcondicionamiento MWMWee -- 2525 1414
Transporte e Transporte e inyeccióninyección
MWMWee -- 1.21.2
12”, ~ 3.400 t12”, ~ 3.400 t
0.70.7
10”, ~ 2.300 t10”, ~ 2.300 t
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Estimación de costosEstimación de costos
Inversión total permanente para las unidades de Inversión total permanente para las unidades de
captura, compresión y deshidratacióncaptura, compresión y deshidratación
Método de factores (Guthrie) adaptado a las condiciones localesMétodo de factores (Guthrie) adaptado a las condiciones locales
Inversión total permanente para el sistema de transporte Inversión total permanente para el sistema de transporte
Basado en el costo del acero, diámetro y peso lineal del ductoBasado en el costo del acero, diámetro y peso lineal del ducto
Factores que toman en cuenta costos de construcción, costos Factores que toman en cuenta costos de construcción, costos
de accesorios y gastos administrativosde accesorios y gastos administrativos
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Inversión total permanenteInversión total permanente((Millones US$ - 2003Millones US$ - 2003))
193.6
32.4 19.6
453.7
20.513.7
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Post-combustión Pre-combustión
Captura
Compresión, Deshidratación
Transporte
246246 488488
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Costos anuales de operación y mantenimientoCostos anuales de operación y mantenimiento((Millones US$ - 2003Millones US$ - 2003))
5.4
1.10.6
11.1
0.70.5
0
2
4
6
8
10
12
Post-combustión Pre-combustión
Captura
Compresión, Deshidratación
Transporte
7.17.1 12.312.3
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Costo adicional de la electricidadCosto adicional de la electricidad(US$ - 2003 / MWh)(US$ - 2003 / MWh)
Proyección del flujo de caja => valor actual neto (VAN)Proyección del flujo de caja => valor actual neto (VAN)
Periodo de vida: 25 años + 2 años para la construcciónPeriodo de vida: 25 años + 2 años para la construcción
Amortización lineal para 5, 10 y 10 añosAmortización lineal para 5, 10 y 10 años
Tasa de interés: 10 y 15%Tasa de interés: 10 y 15%
Impuestos: 21% y 0% Impuestos: 21% y 0%
Costo adicional de producción de electricidad por MWhCosto adicional de producción de electricidad por MWh
Variable de la proyección del flujo de cajaVariable de la proyección del flujo de caja
Valor que hace nulo el VAN al final del período de vidaValor que hace nulo el VAN al final del período de vida
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Costo del COCosto del CO22
(US$ - 2003 / tonelada de CO(US$ - 2003 / tonelada de CO22))
Costo del COCosto del CO22 capturado capturado
Costo del COCosto del CO22 evitado evitado
capturasistemaCT
2
CT
222
referenciareferenciaMWh
emitidoCOt
MWh
emitidoCOtMWh$USadelectricidladeadicionalCosto
COt$USevitadoCOdelCosto
capturasistemaCT
222
referenciaMWh
capturadoCOMWh$USadelectricidladeadicionalCosto
COt$UScapturadoCOdelCosto
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Emisión anual de COEmisión anual de CO22 (planta (planta
de 594 MW de referencia): 2.1 Mtde 594 MW de referencia): 2.1 MtImpuesto Impuesto gananciasganancias
Post-Post-combustión combustión
Pre-Pre-combustióncombustión
COCO22 capturado anualmente (Mt) capturado anualmente (Mt) 1.81.8 1.01.0
COCO22 emitido anualmente (Mt) emitido anualmente (Mt) 0.30.3 (0.7+0.4)(0.7+0.4)
Potencia neta (MW)Potencia neta (MW) 517517 500500
Costo adicional de la electricidad Costo adicional de la electricidad (US$ - 2003/MWh)(US$ - 2003/MWh)
0 %0 % 10.210.2 19.019.014.114.1 26.326.3
21%21%11.111.1 20.720.7
16.416.4 30.830.8
Costo del COCosto del CO22 capturado capturado
(US$ - 2003/t CO(US$ - 2003/t CO22))
0 %0 % 21.021.0 72.372.328.928.9 100.4100.4
21%21% 22.922.9 79.079.033.733.7 117.3117.3
Costo del COCosto del CO22 evitado evitado
(US$ - 2003/t CO(US$ - 2003/t CO22))
0 %0 % 28.828.8 77.477.439.839.8 107.6107.6
21%21% 31.431.4 84.684.646.346.3 125.6125.6
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Conclusiones Conclusiones Proceso de costos de inversión y energéticos elevados Proceso de costos de inversión y energéticos elevados
Sistema de post-combustiónSistema de post-combustión
Inversión: Captura (79%) >> Acondicionamiento (13%) ~ Transporte (8%)Inversión: Captura (79%) >> Acondicionamiento (13%) ~ Transporte (8%)
Inversión planta de captura: intercambiadores de calor (35%) > torres de absorción (26%) ~ Inversión planta de captura: intercambiadores de calor (35%) > torres de absorción (26%) ~ soplantes (25%) => 86% del total soplantes (25%) => 86% del total
Costo adicional de la electricidad: 10-16 US$-2003/MWhCosto adicional de la electricidad: 10-16 US$-2003/MWh
Costo del COCosto del CO22 evitado: 29-46 US$-2003/MWh evitado: 29-46 US$-2003/MWh
Sistema de pre-combustiónSistema de pre-combustión
Inversión: Captura (93%) >> Acondicionamiento (4%) ~ Transporte (3%)Inversión: Captura (93%) >> Acondicionamiento (4%) ~ Transporte (3%)
Inversión planta de captura: reactores (49%) ~ intercambiadores de calor (48%)Inversión planta de captura: reactores (49%) ~ intercambiadores de calor (48%)
Costo adicional de la electricidad: 19-31 US$-2003/MWhCosto adicional de la electricidad: 19-31 US$-2003/MWh
Costo del COCosto del CO22 evitado: 77-126 US$-2003/MWh evitado: 77-126 US$-2003/MWh
Si bien la captura de COSi bien la captura de CO22 previa a CCGN es viable tecnológicamente, existen en previa a CCGN es viable tecnológicamente, existen en
nuestro país opciones más tempranasnuestro país opciones más tempranas
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V Congreso Latinoamericano y del Caribe de Gas y Electricidad, Buenos AiresV Congreso Latinoamericano y del Caribe de Gas y Electricidad, Buenos Aires, 15 -18 de mayo de 2006, 15 -18 de mayo de 2006
Diseño de la unidad de recuperaciónDiseño de la unidad de recuperación – – Diagrama final del procesoDiagrama final del proceso
V3
SEP2
Natural Gas136000 Nm3/h
NGCC
594 MWe
ABSORBEDOR6 Torres20 platos15 % effL/G 1.45
Reposición de MEA
Agua de Lavado
STRIPPER2 Torres16 platos
Sweetgas
Intercambio Amina -Amina
Amina Rica Amina Pobre
40 ºC
40 ºC
65 ºC
107 ºC
CO2 a compresionTotal recuperado: 85 %
93 ºC
Gases de Escape
4 106 m3/h100 ºC
3.2 kPa CO2
VENTILADORVentiladores
p = 0.204
ENFRIADOR I
ENFRIADOR II
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Diseño de la unidad de recuperaciónDiseño de la unidad de recuperación – – Resultados para una recuperación del 85%Resultados para una recuperación del 85%
Equipo Característica
Torres Absorbedoras (6)Torres Absorbedoras (6) DiámetroDiámetro 10 m10 m
AlturaAltura 22 m22 m
Torres Regeneradoras (2)Torres Regeneradoras (2) Diámetro máximoDiámetro máximo 7.65 m7.65 m
AlturaAltura 18 m18 m
Área de condensadores (4)Área de condensadores (4) 1025.3 m1025.3 m22
Área de reboilers (8)Área de reboilers (8) 1003 m1003 m22
Intercambiadores de Calor Intercambiadores de Calor
(42) (42)
Área totalÁrea total 43560 m43560 m22
Ventiladores (6)Ventiladores (6) Potencia neta totalPotencia neta total 30 MW30 MW
PP 0.204 atm0.204 atm
Sistema de bombasSistema de bombas Potencia requeridaPotencia requerida 1.5 MW1.5 MW
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0
200
400
600
800
1000
0 250 500 750 1000
H (MW)
T (
°C)
GT System
TB
TAGases de escape
Vapor
Agua de enfriamiento
e
Sistema de TG
0
200
400
600
800
1000
0 250 500 750 1000
H (MW)
T (
°C)
TB
TAGases de escape
Vapor
Fuego suplementario =
195 MW
Agua de enfriamiento
Sistema de TG
1156 MWt
365 MWe
105 MWe
124 MWeTB
Sistema de TG
1156 MWt
365 MWe
TA
Fuego suplementario =
195 MW
105 MWe
0 250 500 750 1000H (MW)
Gases de escape
Vapor
Agua de enfriamiento
0
200
400
600
800
1000
T (
°C)
0 250 500 750 1000H (MW)
Gases de escape
Vapor
Agua de enfriamiento
0 250 500 750 1000H (MW)
Gases de escape
Vapor
Agua de enfriamiento
0
200
400
600
800
1000
T (
°C)
0
200
400
600
800
1000
T (
°C)
Integración EnergéticaIntegración Energética – – Diagrama de bloques Diagrama de bloques alternativa IIalternativa II
Stripper
78 MWe
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Sistema de pre-combustiónSistema de pre-combustión
WGS
CCH2
Ref
orm
ador
Flash
Absorbedor
Flash
Flash
CC Extra
G.N.
Agua
Aire Agua
Efluente (CO2)
CO2 recuperado
Efluente (H2O)
Reposición de
solvente
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Acondicionamiento de las corrientes de COAcondicionamiento de las corrientes de CO22
P ~ 1 bar
T ~ 37-40 ºC
CO2 ~ 125-230 tn/h
H2O ~ 0,3-7 tn/h
CO2 ~ 125-230 tn/h
H2O < 0,005 tn/h
Deshidratación Activa
TEG ~ 0,7-1,4 tn/h
Recuperación de TEG
P ~ 2 bar
T ~ 150ºC
H2O < 0,5 tn/h
P ~ 30 bar
T ~ 30 ºC
Condensación parcial
H2O < 1,5 tn/h
Compresión de Baja
H2O < 5 tn/h
P ~ 30 bar
T ~ 30 ºC
Compresión de Alta
P ~ 100 bar
T ~ 30ºC
Gases no condensables
Suministro a ducto
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Transporte e inyección - Perfiles de altimetríaTransporte e inyección - Perfiles de altimetría
300
350
400
450
500
550
600
650
700
750
800
850
900
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Longitud del Ducto (km)
Ele
vaci
ón
del
Ter
ren
o (m
)