La Energía Eléctrica en México se considera estratégico para la soberanía nacional. Por lo tanto, hay ciertas limitaciones para la participación privada y se permite a las empresas extranjeras operar en el país sólo a través de contratos de servicio específicos. Según establece la Constitución, el sector eléctrico es de propiedad federal y es la Comisión Federal de Electricidad (CFE) quien controla esencialmente todo el sector. Los intentos de reformar el sector se han enfrentado tradicionalmente a una gran resistencia política y social en México, donde los subsidios para consumidores residenciales absorben considerables recursos fiscales.

El sector eléctrico se basa en gran medida en fuentes térmicas (74% de la capacidad instalada total), seguido por la generación hidroeléctrica (22%). Aunque la explotación de recursos solares, eólicos y biomasa cuentan con un gran potencial, la energía geotérmica es el único recurso renovable (excluyendo la hidroeléctrica) con una contribución considerable a la matriz de energía (2% de la capacidad de generación total). Los planes de expansión para el período 2006-2015 suponen la incorporación de unos 24.000 MW de nueva capacidad de generación, con un predominio de ciclos combinados.

Tipo de Termoeléctrica:

Una central termoeléctrica o central térmica es una instalación empleada para la generación a partir de la energía liberada en forma de calor, normalmente mediante la combustión de combustibles fósiles como petróleo, gas natural o carbón. Este calor es empleado por un ciclo termodinámico convencional para mover un alternador y producir energía eléctrica.

El funcionamiento de las centrales termoeléctricas convencionales es el mismo independientemente del combustible que se utilice.

Sin embargo, sí hay diferencias en el tratamiento previo que se hace al combustible y del diseño de los quemadores de las calderas de las centrales.

Centrales de carbón. Donde el combustible debe ser triturado previamente.

Centrales de fueloil. Donde el combustible se calienta para una utilización más fácil.

Centrales de gas natural. Que no precisa almacenaje, llegando así directamente por gaseoductos.

Centrales mixtas. Que pueden utilizar diferentes combustibles, siendo necesarios los tratamientos previos anteriormente citados.

Y asi es Como funciona Una vez el combustible está en la caldera, se quema. Esto provoca que se produzca energía calorífica que se utilizará para calentar agua y así transformarla en vapor a una presión muy elevada.

A partir de este vapor se hace girar una turbina y un alternador para que este produzca electricidad.

La electricidad generada pasa por un transformador para aumentar su tensión y así transportarla reduciendo las pérdidas por Efecto Joule.

El vapor que sale de la turbina se envía a un elemento llamado condensador para convertirlo en agua y así retornarlo a la caldera para empezar un nuevo ciclo de producción de vapor.

GENERALIDADES

Planta termoeléctrica clásica o convencional

Se denominan plantas termoeléctricas clásicas o convencionales aquellas plantas que producen energía eléctrica a partir de la combustión de carbón, fuel-oil o gas en una caldera diseñada al efecto. El apelativo de "clásicas" o "convencionales" sirve para diferenciarlas de otros tipos de plantas termoeléctricas (nucleares y solares, por ejemplo), las cuales generan electricidad a partir de un ciclo termodinámico, pero mediante fuentes energéticas distintas de los combustibles fósiles empleados en la producción de energía eléctrica desde hace décadas y, sobre todo, con tecnologías diferentes y mucho mas recientes que las de las plantas termoeléctricas clásicas.

Independientemente de cuál sea el combustible fósil que utilicen (fuel-oil, carbón o gas), el esquema de funcionamiento de todas las plantas termoeléctricas clásicas es prácticamente el mismo. Las únicas diferencias consisten en el distinto tratamiento previo que sufre el combustible antes de ser inyectado en la caldera y en el diseño de los quemadores de la misma, que varían según sea el tipo de combustible empleado.

Una planta termoeléctrica clásica posee, dentro del propio recinto de la planta, sistemas de almacenamiento del combustible que utiliza (parque de carbón, depósitos de fuel-oil) para asegurar que se dispone permanentemente de una adecuada cantidad de éste. Si se trata de una planta termoeléctrica de carbón (hulla, antracita, lignito,...) es previamente triturado en molinos pulverizadores hasta quedar convertido en un polvo muy fino para facilitar su combustión. De los molinos es enviado a la caldera de la planta mediante chorro de aire precalentado.

Si es una planta termoeléctrica de fuel-oil, éste es precalentado para que fluidifique, siendo inyectado posteriormente en quemadores adecuados a este tipo de combustible. Si es una planta termoeléctrica de gas los quemadores están asimismo concebidos especialmente para quemar dicho combustible.

Hay, por último, plantas termoeléctricas clásicas cuyo diseño les permite quemar indistintamente combustibles fósiles diferentes (carbón o gas, carbón o fuel-oil, etc.).

Por su parte, el vapor -debilitada ya su presión- es enviado a unos condensadores. Allí es enfriado y convertido de nuevo en agua. Esta es conducida otra vez a los tubos que tapizan las paredes de la caldera, con lo cual el ciclo productivo puede volver a iniciarse.

Principales centrales termoeléctricas en México

Nombre de la central y ubicación	Combustible	Capacidad efectiva instalada (MW)
P. Elías Calles (Petacalco, Guerrero)	Carbón	2100
A. López Mateos (Tuxpan, Veracruz)	Combustóleo	2100
F. Pérez Ríos (Tula, Hidalgo)	Combustóleo	1500
Carbón II (Nava, Coahuila)	Carbón	1400
J. López Portillo (Río Escondido) (Nava, Coahuila)	Carbón	1200
M. Álvarez Moreno-Manzanillo I (Manzanillo, Colima)	Combustóleo	1200
Valle de México (Acolman, México)	Gas natural	999.3
Salamanca (Salamanca, Guanajuato)	Combustóleo	866
Altamira (Altamira, Tamaulipas)	Combustóleo	800
Manzanillo II (Manzanillo, Colima)	Combustóleo	700
Fuente: elaboración propia de los autores con información de la página de Internet de la CFE (www.cfe.com.mx).

DIAGRAMA DE FLUJO

Esquema de Funcionamiento de una planta Termoeléctrica Clásica

1. Cinta transportadora

2. Tolva

3. Molino

4. Caldera

5. Cenizas

6. Sobrecalentador

7. Recalentador

8. Economizador

9. Calentador de aire

10. Precipitador

11. Chimenea

12. Turbina de alta presión

13. Turbina de media presión

14. Turbina de baja presión

15. Condensador

16. Calentadores

17. Torre de refrigeración

18. Transformadores

19. Generador

20. Línea de transporte de energía eléctrca

Definición :

El funcionamiento de una planta termoeléctrica de carbón, como la representada en la figura, es la siguiente: el combustible está almacenado en los parques adyacentes de la planta, desde donde, mediante (1)cintas transportadoras

(2), es conducido al molino (3) para ser triturado. Una vez pulverizado, se inyecta, mezclado con aire caliente a presión, en la caldera (4) para su combustión.

Dentro de la caldera se produce el vapor que acciona los álabes de los cuerpos de las turbinas de alta presión (12), media presión (13) y baja presión (14), haciendo girar el rotor de la turbina que se mueve solidariamente con el rotor del generador (19), donde se produce energía eléctrica, la cual es transportada mediante líneas de transporta a alta tensión (20) a los centros de consumo.

Después de accionar las turbinas, el vapor pasa a la fase líquida en el condensador (15).

El agua obtenida por la condensación del vapor se somete a diversas etapas de calentamiento (16) y se inyecta de nuevo en la caldera en las condiciones de presión y temperatura más adecuadas para obtener el máximo rendimiento del ciclo.

El sistema de agua de circulación que refrigera el condensador puede operarse en circuito cerrado, trasladando el calor extraído del condensador a la atmósfera mediante torres de refrigeración (17), o descargando dicho calor directamente al mar o al río.

Para minimizar los efector de la combustión de carbón sobre el medio ambiente, la planta posee una chimenea (11) de gran altura -las hay de más de 300 metros-, que dispersa los contaminantes en las capas altas de la atmósfera, y precipitadores (10) que retienen buena parte de los mismos en el interior de la propia planta.

CARACTERIZTICAS DEL COMBUSTIBLE EMPLEADO

El carbón combustible de una planta termoeléctrica convencional.

Las plantas termoeléctricas convencionales emplean la combustión del carbón, petróleo (aceite) o gas natural para generar la energía eléctrica.

El carbón proviene de restos de vegetación formados en tiempos geológicos, que originalmente se acumularon como plantas en pantanos o fueron depositados en lagunas. La acumulación de limos y otros sedimentos, junto con movimientos en la corteza terrestre (movimientos tectónicos) enterraron estos pantanos y turberas, en algunos casos a una gran profundidad. A medida que iban quedando enterradas, las plantas fueron sometidas a elevadas temperaturas y presiones, las cuales causaron cambios físicos y químicos en la vegetación, transformándolas, con el correr de los tiempos en carbón. Inicialmente la turba, precursora del carbón, fue convertida en lignito ó carbón pardo, que son tipos de carbón con "madurez" orgánica baja. Luego de muchos millones de años, la continuidad de los efectos de la temperatura y presión produjeron cambios adicionales en el lignito, incrementando progresivamente su madurez y transformándolo al rango conocido como carbones sub bituminosos.

El grado de "metamorfismo o carbonización” a la que fue sometido el carbón, desde su forma de turba a antracita, tiene una importante relación con sus propiedades físicas y químicas y es lo que se conoce como el "rango" del carbón. Los carbones de bajo rango, tales como el lignito y los sub bituminosos, son típicamente más blandos, fácilmente desmenuzables, opacos y con apariencia de tierra; se caracterizan por tener altos niveles de humedad y bajo contenido de carbono, y por consiguiente, poca energía. Los carbones de alto rango son típicamente más duros y resistentes.

.Al examinar un trozo de carbón se observa una masa heterogénea; algunas fajas de aspecto mate y otras brillantes, separadas a la vez por venas de estéril

Los componentes principales del carbón son: vitreno, clareno, dureno y fuseno.

a) Vitreno:

Es la parte negra, brillante y quebradiza del carbón.

b) Clareno:

Es negro y brillante, pero en menor cantidad que el vitreno.

c) Dureno:

Es el componente mate, gris oscuro, duro y resistente.

d) Fuseno:

Es la parte negra, blanda y polvorosa que tiende a romperse. No es coquizable, por lo cual perjudica el poder

Aglomerante del carbón.

DATOS:

Producción de electricidad

Una central térmica para producción de energía eléctrica, es una instalación en donde la energía mecánica que se necesita para mover el rotor del generador y por tanto para obtener la energía eléctrica, se obtiene a partir del vapor formado al hervir el agua en una caldera.
El vapor generado tiene una gran presión, y se hace llegar a las turbinas para que su expansión sea capaz de mover los álabes de las mismas.

Las denominadas termoeléctricas clásicas son de: carbón, de fuel o gas natural. En dichas centrales la energía de la combustión del carbón, fuel o gas natural se emplea para hacer la transformación del agua en vapor.

Una central térmica clásica se compone de una caldera y de una turbina que mueve al generador eléctrico. La caldera es el elemento fundamental y en ella se produce la combustión del carbón, fuel o gas.

La emisión de residuos a la atmósfera y los propios procesos de combustión que se producen en las centrales térmicas tienen una incidencia importante sobre el medio ambiente. La combustión del carbón tiene como consecuencia la emisión de partículas y ácidos de azufre. En las de fueloil los niveles de emisión de estos contaminantes son menores, aunque ha de tenerse en cuenta la emisión de óxidos de azufre y hollines ácidos, prácticamente nulos en las plantas de gas. En todo caso, en mayor o menor medida todas ellas emiten a la atmósfera dióxido de carbono, CO₂

En el 2006, las emisiones totales de las categorías del IPCC incluyen 711.6 Mt en CO2. Lo que representa un incremento del 40% respecto a 1990. En el consumo de combustibles fósiles en el 2006, las emisiones por capital fueron de 3.56 Toneladas Métricas de CO2 por habitante. La tasa anual de crecimiento en las emisiones fue de 2.4% de 1990 al 2006.

En Dic-2012 por aproximadamente 2.2 MMm3/día de Co2

IMPACTO AMBIENTAL:

Estas plantas suelen presentarse como tecnologías limpias debido a la reducción de las emisiones de contaminantes que en ellas se consiguen .Se alude en primer término al vertido casi nulo de Dióxido de Azufre (SO2) debido a que este elemento es prácticamente inexistente en el gas natural. Se insiste mucho en las reducciones que comportaba en las emisiones de Dióxido de Carbono (CO2) por Kwh. producido, con el consiguiente alivio del efecto invernadero.

Hay que señalar que en nuestro país ya se superó en el año 1999 los límites fijados para el ¡2010! por el compromiso firmado en

Kioto de emisión de gases de invernadero, y que la producción de electricidad ha sido uno de los responsables de este crecimiento.

Este crecimiento desbocado se ha debido en buena medida a la fuerte reducción de los precios de la electricidad. El único problema ha sido el aumento considerable de los impactos ambientales. Y por supuesto de las emisiones de CO2. Por ello, aunque se produjera un proceso de sustitución acelerada de centrales de carbón por grupos de gas en ciclo combinado, el crecimiento de la demanda - pasada y previsiblemente futura - superaría al efecto combinado de mejora de la eficiencia y sustitución de combustibles.

Las emisiones no se contienen. No deben ignorarse tampoco, por su contribución al cambio climático, las fugas accidentales de metano (CH4, componente casi exclusivo del gas natural) cuyo potencial de calentamiento a 20 años es 56 veces mayor que el de una cantidad igual de CO2. Según el IPCC (Panel Intergubernamental de expertos en

Cambio Climático) la tasa de aumento anual de este gas es del 0,6% y es responsable, aproximadamente, del 16% del calentamiento terrestre actual.

Comentar que existe una contradicción entre las previsiones de reducir las emisiones de

CH4 en casi un 24% en el 2010 con respecto a 1990, como preveía el Consejo Nacional del Clima, con la idea de aumentar mucho la red de gasoductos en nuestro país.

Un balance similar ofrecen las emisiones de óxidos de Nitrógeno (NOx).

Estas sustancias son componentes de las llamadas lluvias ácidas y se producen por reacción directa del Nitrógeno y el Oxígeno del aire al elevarse la temperatura. Una planta de aproximadamente 1000 MW. Que funcione unas 6.600 horas equivalentes al año emitiría del orden de 2.100 Tm.

Estas sustancias son también precursores de la formación de Ozono troposférico, un peligroso contaminante que está alcanzando valores alarmantes en la atmósfera. En bastantes de estos sitios se están superando los límites establecidos cuando las condiciones meteorológicas facilitan su formación (elevada insolación y temperatura).

No es nada aventurado suponer que el caudal de emisión que representa la planta agravará de forma significativa el fenómeno hasta convertirlo en un problema grave de difícil o imposible control. Se provocarán con ello daños significativos sobre la salud de quienes allí habitan.

Un problema que deben enfrentar estas plantas son sus necesidades de refrigeración.

Como quedó dicho más arriba necesitan evacuar aproximadamente el 45% de su potencia térmica total. Las técnicas convencionales son dos: circuito abierto y torres húmedas. En la primera se necesitan emplear ingentes cantidades de agua que es devuelta al medio después de sufrir un salto térmico significativo.

Con el fin de no dañar a los ecosistemas suelen existir dos límites a respetar. El primero es que dicho salto no supere en ningún caso los 3ºC, y el segundo que la temperatura total del agua no llegue a los 30ºC en ningún momento). No existe caudal suficiente en las cuencas altas o medias de ningún río peninsular para utilizar este sistema que es el más sencillo y barato de implantar. Su uso se limita a las plantas costeras. Es preciso estudiar siempre el impacto específico sobre los ecosistemas costeros ya que en algún caso pueden verse afectados por esta polución térmica.

El otro sistema tradicional (torres húmedas) "aprovecha" el calor residual para evaporar agua y necesita caudales menores. Aunque este es un uso consuntivo del agua de difícil encaje en cuencas que no pueden definirse en modo alguno como excedentes. El consumo, para los rangos de potencia demandados, se sitúa entre 0,15 y 0,7 m3/seg. A la limitación en la disponibilidad del recurso hay que añadir la necesidad de purgar las sales contenidas en el agua evaporada que en todas las circunstancias degrada su calidad y que en algún caso puede llevar el impacto hasta valores inasumibles. Tampoco deben olvidarse entonces las alteraciones del microclima del lugar debido a las nubes formadas.

Recientemente hay compañías promotoras de proyectos que aseguran ser capaces de evacuar el calor residual con la ayuda sólo del aire en cualquier época del año, con un mecanismo no muy diferente del de los radiadores de los coches. Esto exige una superficie de contacto muy grande que lleva a la necesidad de ingentes cantidades de terreno o al empleo de elaboradísimas estructuras de ingeniería. En ambos casos se traduce en sustanciales incrementos de los costes de construcción. Es preciso además estudiar el impacto sobre los ecosistemas y cultivos cercanos de este aire recalentado.

PROYECCIONES A FUTURO.

Nivel internacional

La publicación International Energy Outlook 2010 del DOE, estima que durante el periodo de 2006 a 2025 la población mundial crecerá con una tasa promedio anual de 1.0%, al pasar de 6,573 a 7,932 millones de habitantes.

La regiones que mostrarán el mayor dinamismo son: África y Medio Oriente con crecimientos anuales de 1.8% y 1.7%, respectivamente (véase gráfica 7). Al inicio del periodo, en los países asiáticos no miembros de la OCDE, habitaron 53.0% de la población mundial, lo que representó una población de 3,486 millones de habitantes, seguido por el continente africano con 919 millones (14.0%), Europa OCDE (538 millones, 8.2%), Centro y Sudamérica (458 millones, 7.0%), Norteamérica OCDE (436 millones, 6.6%), Europa y Eurasia No OCDE (341 millones, 5.2%), Asia OCDE (200 millones, 3.0%) y Medio Oriente (195 millones, 3.0% del total). Hacia 2025 se estima que el continente africano concentrará una mayor población que aglutinará a 16.4% del total mundial.

Por el contrario, en países como Japón y Alemania, se pronostican decrecimientos demográficos. Prospectiva del sector eléctrico 2010-2025 Población mundial por región, 2006-2025 (millones de habitantes) * Tasa media de crecimiento anual 2006-2025.

Fuente: International Energy Outlook 2010.

Pronóstico de la capacidad y generación de energía eléctrica mundial

La capacidad de generación de electricidad crecerá principalmente en los países en desarrollo no miembros de la OCDE, los cuales aumentarán su capacidad instalada en 1,245 GW durante el periodo 2007-2025. En China e India se desarrollarán las mayores adiciones de capacidad y generación de energía eléctrica en el mundo, lo que se refleja en a proyección del incremento de capacidad en la región asiática de 3.7% promedio anual durante 2007-2025, que corresponde a la importante expansión económica de dichos países durante los últimos años y que se espera continúe en el mediano plazo. Por otra parte, se estima un crecimiento promedio de 2.2% en África y de 1.7% en Medio Oriente hacia el final del periodo (véase gráfica 8). En la medida en que el crecimiento económico de la región asiática emergente continúe mostrando el dinamismo de los últimos años, el consumo mundial de electricidad continuará creciendo.

Nivel Nacional

Los Estados Unidos, primeros en adoptar un criterio de eficiencia, utilizan una fórmula empírica de aplicación generalizada para todos los casos con la que se busca tener una aproximación simple a la eficiencia del Sistema. Gran Bretaña y Brasil introdujeron modificaciones a dicha fórmula para tomar en cuenta una mayor diversidad de casos. España adoptó como criterio la definición de eficiencia atribuible a la generación de energía eléctrica, mientras que la Unión Europea adoptó el criterio de ahorro porcentual de energía primaria. En ambos casos se definen valores de rendimientos de energía eléctrica y de calor útil utilizados como referencia que dependen de la tecnología de generación del Sistema y del tipo de combustible empleado.

Para el caso de México se decidió adoptar la definición de eficiencia en la producción de energía eléctrica libre de combustible, diferenciado por capacidad de generación, que permite adoptar un conjunto único de valores de rendimientos de referencia de energía eléctrica y de calor útil para todos los casos, y aún así tener resultados similares a los obtenidos por las metodologías adoptadas por los otros países, como se puede observar en las gráficas en las que se comparan las diferentes metodologías para cinco casos específicos. País o región Criterio de Eficiencia Adoptado.

País o región: Estados Unidos criterio de eficiencia adoptado: η = Re + 0.5 * Rh η > 0.425 si Rh/(Re+Rh) > 0.15 ; η > 0.450 si Rh/(Re+Rh) < 0.15

Gran Bretaña η = X * Re + Y * Rh η >1.05 y Re>0.2

Brasil η = Re + Rh / X η >0.25-0.50 según tecnología

y Rh>0.15

España η = EE η > 0.495-0.590 según tecnología

Unión Europea η = APEP η > 0.1

México η = AEP / Fe η >0.05-0.20 según capacidad

REFLEXION: