¿Cuál es el combustible para la generación de energía utilizando gas natural?
Figura 11.1.1950 - Combustibles para generación de energía en 2020.
El desarrollo económico aumenta el consumo total de electricidad, pero el progreso tecnológico puede impedir este consumo. La inflación y el valor efectivo también afectan el precio y el uso de la electricidad. Existe una tendencia a largo plazo hacia la reforma de la eficiencia del consumo de energía en Estados Unidos. El aumento de la demanda de electricidad es la razón principal del crecimiento constante esperado del consumo de energía en el futuro (Cuadro 11.1).
Las opciones de combustible difieren significativamente entre el sector público y el privado. La mayor parte (57%) de la electricidad generada en el sector público es carbón, pero de la electricidad generada en el sector privado, el gas natural representa el 52%, con un asombroso 14% proveniente de centrales hidroeléctricas o de madera, mientras que El sector eléctrico público La proporción de generación de energía es inferior al 1%. Estas estadísticas señalan características de oportunidad para los generadores del sector privado, algunos de los cuales han recurrido a combustibles no tradicionales para obtener capacidad de generación a menor precio.
Figura 11.2 Combustibles utilizados para la generación de energía en 2020
Tabla 11.1 Demanda de energía de EE. UU.
Nota: La información proviene de Oil and Gas Magazine.
Generación de energía a partir de carbón
El carbón tiene una larga historia y es barato, lo que lo convierte en el principal combustible para la generación de energía. Desde principios de la década de 1980, el costo del uso del carbón que pagan las centrales eléctricas ha ido disminuyendo constantemente. El precio real promedio del carbono enviado al sector de generación de energía cayó a 23,27 dólares por tonelada en 1997, una disminución del 3% desde 1996 y una disminución del 39,2% desde 1987. Hay muchos factores que conducen a caídas de precios, incluidos aumentos en la productividad de los trabajadores, aumentos en el volumen de productos, fluctuaciones en la tecnología de producción desde la minería subterránea a la superficial y la aplicación de nuevas tecnologías (Figura 11.3).
Figura 11.3 Tabla de estadísticas de la minería del carbón
La producción de carbón en Estados Unidos estableció un récord histórico en 1997, alcanzando 10,09×108t. Este es el cuarto año en la historia que la producción de carbón supera los 100 millones de toneladas. Ese mismo año, la industria energética también estableció un récord histórico en el consumo de carbón. El consumo de carbón de la central eléctrica superó las 9×108t, un aumento del 2,7% en comparación con el consumo de 1996. La razón principal del aumento de la producción es la mejora de la tecnología minera a cielo abierto en las minas de carbón del oeste de los Estados Unidos, especialmente la extracción de carbón de baja calidad en la cuenca del río Power en Wyoming. Sin embargo, la producción de carbón en el este se mantiene estable. Se ha mantenido estable en el nivel de 5×108 ~ 6×108 t durante 30 años. La producción de carbón en el oeste aumentó de menos de 5×107t en 1970 a más de 500 millones de toneladas en 1997. La producción de carbón en la cuenca del río Power se convirtió en una fuerza importante en este crecimiento, y cada vez más empresas de servicios públicos en el mercado se dieron cuenta de la viabilidad económica y técnica de utilizar carbón como combustible en varios sistemas de calderas. Las empresas de servicios públicos también se benefician del carbón con bajo contenido de azufre de Occidente, que les permite cumplir con los estándares de emisión de SO2 establecidos en las Enmiendas a la Ley de Aire Limpio promulgadas en 1990.
En los últimos 20 años, la producción de carbón ha aumentado significativamente, de 1,78 t/h por minero en 1976 a 5,69 t/h en 1996. Los rendimientos de la minería a cielo abierto y subterránea varían significativamente. La tasa de extracción de la minería a cielo abierto es el doble que la de la minería subterránea: puede alcanzar 9,26 t/h por minero, mientras que la tasa de extracción de la minería subterránea es de sólo 3,58 t/h por minero. Sin embargo, vale la pena señalar que tanto la minería de carbón superficial como la subterránea han experimentado grandes aumentos similares en la producción, cada uno de los cuales aumentó aproximadamente un 200% en los últimos 20 años.
Las ganancias de producción se lograron extrayendo carbón fino, invirtiendo en equipos de minería más grandes y productivos y avances tecnológicos en maquinaria de minería subterránea, como sistemas de pozos.
En Estados Unidos, las centrales eléctricas alimentadas con carbón siguen siendo generadores de bajo costo. Por ejemplo, la central eléctrica de carbón Laramie River de 1.650 MW de Basso Power Company tiene un costo de producción total de 8,49 dólares EE.UU./(MWh), ocupando el primer lugar entre todas las centrales eléctricas. Sin embargo, los futuros combustibles para la generación de energía todavía están llenos de competencia y variables, que pueden depender del grado de restricciones a las emisiones ambientales, especialmente las de dióxido de carbono.
Si aumentan las restricciones de CO2, será difícil para las centrales eléctricas alimentadas con carbón mantener su dominio en la industria de generación de energía a menos que se desarrollen métodos para tratar sus emisiones.
Generación de energía con gas natural
El gas natural se está convirtiendo en un actor importante en la industria de generación de energía de Estados Unidos. El avance y la adopción generalizada de turbinas de gas y ciclos combinados de alta eficiencia han ejercido una presión significativa sobre el precio, la disponibilidad y la distribución del gas natural.
Durante los últimos 10 años, el gas natural doméstico en los Estados Unidos ha crecido significativamente para satisfacer la demanda, alcanzando 18,96×1012 pies 3 en 1997, pero todavía no puede seguir el ritmo del rápido crecimiento de la demanda, lo que resulta en un aumento del 200% en las importaciones de gas natural durante el mismo período. En 1985, las importaciones representaron sólo el 4,2 por ciento del gas natural consumido, pero en 1997, las importaciones aumentaron bruscamente hasta el 12,8 por ciento. Los recursos canadienses de gas natural pueden importarse fácilmente al mercado estadounidense. Conceptos comerciales similares son comprensibles para las llamadas actividades comerciales, pero existen ligeras diferencias en el tema de las importaciones. Si bien las importaciones de México son minúsculas en comparación con las importaciones recientes de Canadá (15×109 pies3 versus 2880×109 pies3), el consumo de gas natural de México está aumentando y es probable que el desarrollo económico y el aumento del comercio internacional conduzcan a un aumento de las importaciones de gas natural de Estados Unidos desde México en el futuro (Figura 168
En las últimas décadas, el aumento en la producción de gas natural en Estados Unidos ha llevado a un gran aumento en el número de pozos de producción de gas natural, y el aumento es incluso mayor que el de un solo pozo unitario. El número total de pozos productores de gas llegó a 304.000 en 1970, en comparación con 117.000 en 1970, pero la producción ha disminuido: de 433,6 x 103 pies cúbicos por pozo en 1970. Tecnologías avanzadas, como la perforación direccional. , se utilizan ampliamente para aumentar algunos pozos de gas natural, pero es necesario perforar más pozos para satisfacer la demanda porque algunos pozos recién perforados no son tan productivos como los pozos más antiguos.
Figura 11.4 Demanda histórica de gas natural en el país. Estados Unidos
En el futuro, el crecimiento de la generación de energía alimentada por gas natural dependerá de precios razonables del gas natural. Aunque los pronósticos anteriores creen que los recursos de gas natural no pueden satisfacer la demanda a largo plazo, la producción de gas natural sí lo es. Se espera que mantenga su impulso de crecimiento hasta 2020, con aumentos anuales en las reservas suficientes para satisfacer el consumo de ese año. En las últimas décadas, los precios pagados por el sector eléctrico por el gas natural se han mantenido relativamente estables, oscilando entre 2,00 y 2,50 dólares por metro cúbico. Estos precios han alentado a los propietarios y desarrolladores de centrales eléctricas a aumentar la producción de electricidad alimentada por gas natural e implementar medidas para fomentar la tecnología de generación de energía alimentada por gas natural.
Fomentar la elección del gas natural como medio de generación de energía. El combustible es una mejora en los equipos eficientes de generación de energía de ciclo combinado. También tiene las ventajas de un menor consumo de capital y un corto período de construcción de nuevas plantas de energía. La eficiencia del equipo puede alcanzar el 60%, reduciendo así los costos de generación de energía y combustible requeridos por kilovatio hora. Además, en comparación con la quema de carbón, el coste total de la generación de energía de ciclo combinado por kilovatio hora se reduce a entre 400 y 500 dólares estadounidenses por kilovatio, significativamente menos que la nueva generación de energía a partir de carbón: entre 900 y 1.000 dólares por kW. >
Las plantas de ciclo combinado alimentadas por gas pueden estar operativas en dos años, lo que las hace más competitivas que las que pueden construirse para situaciones de escasez de energía a corto plazo. Los equipos de generación de energía son mucho más rápidos y tienen la ventaja de obtener oportunidades de ganancias a corto plazo.
Generación de energía nuclear
Figura 11.5 1996—Las unidades comerciales de generación de energía nuclear disponibles alcanzaron su punto máximo en 1990 con 112. Taiwán Propósito Aunque la relación proporcional entre las dos fluctuará debido a los cambios en el agua. El flujo y la mayor energía de la energía nuclear, el porcentaje de electricidad generada por la energía nuclear y las centrales hidroeléctricas es aproximadamente el mismo. Actualmente, la generación de energía nuclear representa alrededor del 18% y la generación de energía hidroeléctrica representa aproximadamente el 18%. y la energía hidroeléctrica enfrentan un futuro incierto (Figura 11.5). No se han puesto en servicio nuevas instalaciones de energía nuclear durante el período 1953-1997, pero todas ellas fueron canceladas antes de que pudiera comenzar la construcción. A finales de 1997, sólo había 107. unidades restantes. Varias plantas de energía nuclear han sido cerradas permanentemente, incluida la planta Zion de más de 1.000 megavatios en Illinois y la planta Big Rockpoint de 30 años en Michigan. Ambas centrales nucleares han llegado al final de su vida útil o, desde una perspectiva medioambiental, parece que el coste de generar electricidad no es competitivo.
Sin embargo, lo interesante es el creciente interés por la fiabilidad, la capacidad de generación y la competitividad de todas las centrales eléctricas.
Por ejemplo, el costo de generación de energía de la central nuclear North Anna de Virginia Power Plant en 1997 fue de 10,26 dólares EE.UU./(MW·h), comparable al de las mejores centrales eléctricas de combustibles fósiles de Estados Unidos.
Una de las implicaciones más importantes del levantamiento de la prohibición y la apertura de la competencia es su impacto en la generación de energía nuclear. En 1998, GPU Nuclear Power vendió toda su Unidad 1 de la central nuclear de Three Mile Island a Amogen Energy Ltd. (una empresa conjunta entre PECO Energy y British Energy). Es la primera central nuclear en funcionamiento vendida en Estados Unidos. AmerGen cree que esta compra demuestra claramente que las centrales nucleares tienen una buena ventaja competitiva en las actividades comerciales de electricidad. Muchas centrales nucleares también están trabajando arduamente para actualizar su alcance comercial para mejorar su competitividad en los próximos 20 años. Además, se espera que 65 equipos de energía nuclear alcancen la edad de jubilación antes de 2020, lo que reducirá constantemente la participación de la energía nuclear en la producción de electricidad de Estados Unidos.
Una de las mayores complejidades de la energía nuclear es la eliminación de residuos. El Departamento de Energía de Estados Unidos superó los plazos de 1998 y 1, y aunque aún queda un período de transición de 16, se han pagado más de 14 mil millones de dólares por la gestión operativa de las centrales nucleares. El 2 de febrero de 1998, más de 50 agencias estatales y municipios presentaron una demanda contra el Departamento de Energía, obligándolo a desarrollar un plan de reserva de combustible oportuno. Las empresas de servicios públicos individuales también están siguiendo la tendencia y presentan sus propias demandas.
Energía hidroeléctrica
La energía hidroeléctrica también enfrenta un futuro incierto debido a la necesidad de volver a registrar licencias. Los crecientes impactos negativos sobre la energía hidroeléctrica, los impactos sobre la vida acuática, las rutas de desove de peces y ranas, los modelos económicos, el uso de la tierra y las oportunidades recreativas hacen que la energía hidroeléctrica tenga menos probabilidades de recibir permiso oficial que la industria automotriz.
En 1997, la oposición a la energía hidroeléctrica llevó al cierre de una central hidroeléctrica que generaba energía hidroeléctrica. En ese momento, la FERC votó a favor de aprobar una resolución que exigía al propietario de la presa retirar la presa Edwards de 3,5 megavatios en Maine. El razonamiento de la FERC es que el valor social de permitir que una variedad de especies de peces migren río arriba supera el valor económico de construir represas para generar electricidad. No está claro si la decisión es una excepción o un presagio de la desaparición de la industria hidroeléctrica. La Asociación Nacional de Energía Hidroeléctrica (NHA) cree que la FERC se extralimitó en su autoridad con respecto a la cuestión de la presa Edwards e insta a la FERC a abandonar esta resolución no autorizada. La NHA citó la cláusula de "consecuencias negativas" y propuso que si esta resolución se mantiene, la NHA y otras asociaciones industriales creen que si esta resolución no se deroga, estarán en desventaja en el debate sobre futuras resoluciones de la FERC.
Además, las tarifas de licencia comercial de 1987 a 1996 indican la necesidad de revisión y reforma. En septiembre de 1992, un informe resumido del Departamento de Energía de Estados Unidos concluyó que el sistema legislativo hidroeléctrico costó a Estados Unidos miles de millones de dólares y resultó en la pérdida de más de 1.000 megavatios de capacidad de generación estadounidense. Una acción de reforma clave es establecer una agencia simple con autoridad para regular los proyectos hidroeléctricos. Recientemente, un gran número de organizaciones han estado involucradas en el procesamiento de licencias comerciales, incluido el Servicio de Pesca y Vida Silvestre de EE. UU., el Servicio Forestal, la Asociación Nacional Oceánica y Atmosférica, organizaciones de marketing y la FERC, lo que dificulta mucho llegar a un acuerdo. La FERC estableció un sistema de tránsito para el nuevo registro de energía hidroeléctrica que es más flexible y alienta a todos los accionistas que deseen ser más conscientes del medio ambiente por razones económicas y sociales a unirse lo antes posible. Será importante implementar este mecanismo junto con cualquier disposición legal propuesta para facilitar el debate sobre el registro de energía hidroeléctrica.
Generación de energía renovable
Incluso con una mayor atención pública, el desarrollo de recursos renovables distintos de las tecnologías hidroeléctricas y su participación en la generación total de electricidad sigue siendo bastante pequeña. Sólo el 2,3% de la electricidad del país proviene de generación de energía renovable no hidráulica, frente al 1,8% en 1989. El principal obstáculo para la expansión de la generación de energía renovable en su sector comercial es el alto costo de la generación de energía renovable en comparación con las formas convencionales de generación de energía. Por lo tanto, la historia de la generación de energía renovable es muy corta y hay pocos equipos de generación de energía (el costo de dichos equipos ha disminuido recientemente debido a la producción en masa).
En Estados Unidos, los proyectos de "generación de energía verde" en curso (o en desarrollo) pueden promover el desarrollo de la generación de energía no hidroeléctrica. En estos proyectos, es posible que se exija a los clientes de servicios públicos que paguen una tarifa adicional en sus facturas mensuales de electricidad principalmente para modernizar la generación basada en energía renovable o para garantizar que se utilizará generación basada en energía renovable en lugar de generación de electricidad a partir de combustibles fósiles y energía nuclear. En un gran número de encuestas electorales, los consumidores estadounidenses han mostrado un fuerte deseo de pagar más por la energía verde.
Además, en una votación, más del 70% de los delegados apoyaron aumentar los impuestos a la energía, ya que el uso de estas fuentes contamina el medio ambiente, y utilizar los fondos para reducir los impuestos sobre la nómina de los empleados. Los delegados también apoyan impuestos a las instalaciones que contaminan el aire y el agua, con un apoyo ligeramente mayor a un "impuesto a la negligencia" ambiental que a los impuestos a los cigarrillos y las bebidas espirituosas.
Los proyectos de generación de energía verde no sólo están siendo desarrollados por empresas de servicios públicos estatales en aquellos sectores donde la competencia ya ha comenzado (California) o está a punto de comenzar (Massachusetts y Pensilvania), sino que en algunos estados existe preocupación por levantar Las restricciones y las leyes de apertura a la competencia aún no han comenzado (Colorado y Texas). Las empresas de servicios públicos estadounidenses se han dado cuenta de que los proyectos de generación de energía verde pueden aumentar los ingresos, respaldar importantes proyectos de inversión en plantas de energía renovable y brindar cierta experiencia en métodos de generación de energía no tradicionales.
El programa de certificación también garantiza que la electricidad generada será etiquetada como "generación de energía verde". El Centro de Evaluación de Recursos, una organización sin fines de lucro con sede en California que supervisa la misión del etiquetado Green-E, es una organización industrial voluntaria que desarrolla estándares unificados para el etiquetado y la publicidad confiables de energía verde. La iniciativa de Green-E tiene como objetivo garantizar, a través de pruebas de terceros independientes, que al menos la mitad de la electricidad verde producida sea renovable, con una proporción de contaminación del aire menor que el promedio de cualquier contaminación causada por las fuentes de energía utilizadas actualmente en California.
Otra herramienta para promover un auge en la generación de energía renovable es el sistema de crédito fiscal federal. Estos créditos, actualmente fijados en 0,015 dólares/(kW·h), pueden hacer que la generación de energía renovable sea tan competitiva como las centrales eléctricas convencionales. Quizás el mayor beneficiario de estos créditos sean los proyectos de generación de energía con turbinas eólicas, cuyos costos de capital también han caído hasta cierto nivel. El descuento en el precio de la electricidad de 0,015 dólares EE.UU./(kWh) los hace muy competitivos comercialmente. La Asociación Estadounidense de Energía Eólica ha propuesto un plan de cinco años para invertir el dinero de los impuestos en más capacidad de generación de energía renovable para afianzarse en la industria energética estadounidense.
Pronóstico de generación de energía futura
Durante las últimas décadas, la demanda de electricidad se ha desacelerado, en comparación con una tasa de crecimiento anual extremadamente alta del 7% en la década de 1960. Se espera que la demanda de electricidad crezca a poco más del 1% anual hasta 2020, según el informe anual Energy Outlook del Departamento de Gestión de Información Energética. Esta disminución en las tasas de crecimiento se ha atribuido a mejoras en la eficiencia de los equipos, la planificación de la gestión de la demanda por parte de las empresas de servicios públicos y mayores requisitos de eficiencia exigidos por la legislación (Figura 11.6).
Aunque la demanda de electricidad está creciendo lentamente, todavía se necesitarán 403 GW de capacidad de generación de energía para 2020 para garantizar una mayor demanda y reemplazar los equipos retirados. Entre 1996 y 2020, se eliminarán gradualmente 52 GW de energía nuclear y 73 GW de instalaciones de generación de energía a partir de combustibles fósiles actualmente en uso. El 85% de la nueva generación eléctrica está diseñada con tecnología de ciclo combinado o turbinas de gas alimentadas con gas natural o gas natural y petróleo. También hay 49GW de capacidad de generación de energía, es decir, el 12% de la nueva capacidad de generación de energía es generación de energía con carbón y el resto es generación de energía renovable. Incluso si las nuevas centrales eléctricas enfatizan el uso de gas natural y petróleo, el carbón seguirá siendo el principal combustible para la generación de energía en 2020. Si bien se espera que la generación de electricidad a partir del carbón disminuya al 49% en 2020, la generación de electricidad utilizando gas natural como combustible aumentará significativamente, duplicándose desde 1997 hasta el 14% en 2020 (Figura 65433
Según las previsiones de la EIA, las energías renovables Es probable que la generación de energía, incluida la hidroeléctrica, aumente sólo ligeramente, de 65.438+4330×108 kW·h en 1996 a 4360×108 kW·h en 2020. Todo provendrá de la generación de energía renovable en lugar de la energía hidroeléctrica, y la disminución de la energía hidroeléctrica convencional se verá compensado por una tasa de crecimiento del 34% en la generación de energía renovable no hidráulica, los residuos sólidos (incluido el gas residual), la energía eólica y la generación de energía con energía renovable.
Figura 11.6 Histórico. Demanda de energía
Figura 11.7 Generación y demanda de energía a gas natural no tradicional