El otro combustible alternativo

Werner Janik, Joseph Lauer – A medida que crece la población mundial, también crece su sed de energía. La consecuencia a largo plazo será la escasez de combustibles fósiles, actualmente la principal fuente de energía en el mundo. Por otra parte, los combustibles fósiles son asimismo responsables de gran parte de las emisiones de CO2 que se producen actualmente y que afectan gravemente al clima mundial. Por lo tanto, mientras persista la dependencia de la generación de energía basada en este tipo de combustibles, persistirá esta situación sin salida.

Por supuesto, desde hace tiempo se sabe que las fuentes de energías renovables son la solución a este problema. Sin embargo, aunque se está avanzando rápidamente hacia la sustitución de las centrales eléctricas térmicas por fuentes de energía renovable, hay que resolver muchos problemas antes de que esas fuentes puedan contribuir a la combinación total de energías. Desgraciadamente, el tiempo se acaba para el planeta Tierra mientras espera más innovaciones en energías renovables o la largamente esperada explotación de la fusión nuclear.

En paralelo con estos trabajos, hay que tomar medidas para proteger el planeta y para conservar sus recursos y la biosfera para las generaciones futuras, y esto se puede conseguir aplicando métodos y tecnologías de eficiencia energética ya desarrollados.

La mayor parte de la electricidad generada en la actualidad procede de la quema de combustibles fósiles. El carbón produce más del 40% del suministro eléctrico mundial, por lo que la generación de electricidad es el componente que hace la contribución mayor y de más rápido crecimiento a las emisiones de CO2. La tasa de crecimiento de la generación renovable es elevada, y la correlación entre consumo de energía y emisiones se podría reducir eficazmente utilizando fuentes de energía renovables. Por desgracia, la contribución de estas fuentes a la combinación energética total es aún muy pequeña, y se está investigando la forma de integrar eficientemente mayores cantidades de energía renovable.

El tiempo no juega a favor de la Tierra, y por lo tanto deben llevarse a cabo simultáneamente otras mejoras si se quiere mejorar la pauta de utilización mundial de la energía y la huella de carbono correspondiente.

Las previsiones de la Agencia Internacional de la Energía (IEA) indican que, en los próximos 20 años, el uso más eficiente de la energía ofrece un potencial para frenar las emisiones de CO2 mayor que todas las demás opciones juntas. La aplicación de tecnologías, métodos y comportamientos de eficiencia energética puede afectar (es decir, reducir) inmediatamente a la correlación entre crecimiento económico y consumo de energía. En el campo de la generación de energía, particularmente en las centrales térmicas, la tecnología y los métodos precisos para conseguirlo ya los tiene ABB.

Problemas actuales de la energía

En todas las regiones del mundo la demanda de electricidad crece dos veces más deprisa que la demanda de energía primaria ➔ 1. Esta tendencia es especialmente notable en las economías en expansión de Oriente Medio, India y China, donde se espera que la demanda crezca entre el 140% y el 261% en comparación con el 89% y el 116% para la energía primaria.

Sin embargo, la satisfacción de la demanda consiste realmente en alcanzar el equilibrio correcto entre producción y consumo de la energía eléctrica. En consecuencia, el objetivo global de la eficacia energética será generar tanta energía eléctrica como se pueda a partir de los combustibles fósiles disponibles y, al mismo tiempo, consumir la menor cantidad de esta energía que sea posible. De esta manera, cada barril equivalente de energía eléctrica ahorrado puede considerarse como un “combustible alternativo añadido” disponible para otros fines.

Eficiencia energética: el otro combustible alternativo

La cadena de producción y consumo de electricidad suele incluir pérdidas, la mayor de las cuales se ilustra en ➔ 2. Como ilustra la figura, desde las fuentes de energía primaria, como el gas o el petróleo, hasta el usuario industrial o las viviendas particulares, se pierde cerca del 80% de la energía. La mayoría de estas pérdidas se produce durante el proceso de generación en las centrales eléctricas, debido principalmente a las bases termodinámicas del propio proceso. Por ejemplo, consideremos una central eléctrica convencional de carbón que produzca 500 MW de energía eléctrica bruta. La planta tiene unos 25 años de antigüedad con una eficiencia típica de central térmica del 34% con un índice de eficiencia térmica neto de 10,2 BTU/kWh 1. Aunque la planta fue diseñada originalmente para un funcionamiento de carga base, se ha modificado esta filosofía para satisfacer las demandas variables de las redes actuales; esto significa que se ha reducido el factor de capacidad anual a cerca del 70%, con muchas operaciones de carga parcial entre el 50% y el 90%. Esta práctica es ahora más o menos corriente en muchas de las instalaciones de generación actuales, y ofrece el potencial intrínseco de generar un “combustible alternativo”, es decir, eficiencia energética.

Pero antes de que una central eléctrica invierta en mejoras de eficiencia energética, deben plantearse tres preguntas fundamentales:

• ¿Quién dispone del conocimiento técnico y las tecnologías para poner en práctica métodos rentables de eficiencia energética?
• ¿Qué tipo de ahorros pueden obtenerse?
• ¿Cómo se puede obtener?

Las dos primeras preguntas pueden responderse con una sola frase: los métodos y las tecnologías desarrolladas por ABB permiten mejorar la eficiencia energética entre un 8% y un 10%. Visto de otra forma, la cantidad extra de combustible disponible y los ahorros posibles (al año) en la central de carbón de referencia de 500 MW del ejemplo considerado son:

• Consumo original de combustible: 1.400 millones de kg
• Energía extra suministrada a la red: 21,25 MWh
• Energía ahorrada: 22,5 millones de KWh
• Reducción de las emisiones de CO2: 260.000 toneladas
• Combustible alternativo equivalente añadido: 154 millones de kg (¡suficiente para mover alrededor de 850 coches durante un año!)

En cuanto a la viabilidad económica de la implantación de métodos y tecnologías de eficiencia energética, la experiencia de ABB ha demostrado que un plazo medio de amortización de entre dos y tres años es todo lo necesario para alcanzar estos objetivos.

Metodología de ABB para la mejora de la eficiencia energética

La solución de ABB para mejorar la eficiencia energética consiste en una metodología de tres etapas:

• Etapa 1: identificación de oportunidades
• Etapa 2: plan maestro
• Etapa 3: puesta en práctica

Las herramientas y técnicas auxiliares utilizadas en esta metodología se han desarrollado gracias a la experiencia adquirida trabajando en una amplia diversidad de procesos de generación y consumo de energía en muchos emplazamientos de clientes a lo largo de varios años. Cada etapa de la metodología de mejora de la eficiencia energética tiene por objeto entregar justamente la información necesaria que permita a los explotadores de las centrales eléctricas avanzar con confianza y completar finalmente un programa de mejoras que proporcione ahorros de energía reales y sostenibles.

Identificación de oportunidades

La primera etapa es una evaluación de la eficiencia energética encaminada a identificar oportunidades específicas para aportar mejoras confirmando cómo, dónde y por qué se consume energía, a detectar áreas de ineficiencia y a comparar el rendimiento actual con las mejores prácticas sectoriales demostradas. En ➔ 3 se recoge una amplia variedad de aspectos de la gestión energética. Nota a pie de página 1 La BTU (unidad térmica británica) es una unidad tradicional de energía equivalente a unos 1,055 kilojulios. Es aproximadamente la cantidad de energía que se necesita para aumentar 0,556 °C la temperatura de 0,454 kg de agua.

En ➔ 4 se presentan los aspectos que formarían parte del estudio de identificación de oportunidades para una central eléctrica de carbón típica similar a la de 25 años ya descrita (500 MW de generación eléctrica bruta, eficiencia de la planta del 34%, índice de eficiencia térmica neto de 10,2 BTU/kWh, factor de capacidad anual de alrededor del 70%).

Tras estudiar cada uno de estos aspectos, ABB podría describir la naturaleza y la magnitud de las opciones de ahorro de energía y hacer recomendaciones precisas acerca de las medidas que deberían adoptarse para obtener otros posibles beneficios. Una vez terminada la evaluación de la eficiencia energética dentro de una amplia cartera de oportunidades identificadas en el proyecto, se ejecutan las más prometedoras.

Otra forma de determinar cuáles son las medidas que deben llevarse a cabo es emplear un gráfico de amortización que presenta un resumen cualitativo de la oportunidades de ahorro de energía identificadas frente al ahorro de energía previsible y los costes de inversión probables ➔ 5. O dicho de otra forma: el gráfico de amortización presenta una interpretación básica de la rentabilidad de las oportunidades. Esta evaluación gráfica ayuda a identificar rápidamente las medidas (normalmente las que se encuentran por encima de la línea naranja) que tienen posibilidades de proporcionar una buena rentabilidad de la inversión.

Siguiendo con el ejemplo de la central eléctrica de carbón, en ➔ 6 se recogen las medidas identificadas que justifican la inversión en mejoras de la eficiencia energética, todas ellas muy comunes para estos casos.

Para aumentar la eficiencia energética de una central no basta con adoptar medidas técnicas; también tiene una gran repercusión la mejora de las prácticas de explotación, tanto en la dirección de la central como en el terreno operativo. Ejemplos de posibles mejoras pueden verse en muchas operaciones de centrales eléctricas:

• Parada manual de aparatos que no sean necesarios.
• Mayor separación de la frecuencia de inspecciones.
• Implantación de una política efectiva de sustitución de aparatos de alumbrado.
• Implantación de una política de sustitución de aparatos basada en la evaluación del coste del ciclo de vida (LCA).
• Desarrollo de una política de mantenimiento predictivo.
• Implantación de un programa de objetivos de eficiencia energética.

Plan maestro

En esta etapa, las oportunidades identificadas durante la evaluación se transforman en un plan detallado de ejecución. El plan maestro adopta la forma de una serie de proyectos de mejora, cada uno con ventajas conocidas y calculables. Generalmente, el plan maestro lo desarrolla ABB junto con el cliente, y al final de la etapa se habrá elaborado una hoja de ruta clara con especificaciones detalladas del proyecto que permitirá la materialización más económica de las oportunidades de ahorro de energía. Durante esta etapa, el cliente puede aplicar sin ayuda de ABB algunas de las medidas rápidas y sencillas. Muchas de las oportunidades pueden realizarse con las tecnologías esenciales de ABB, y las que no se basen en ellas podrán ser ejecutadas por terceros.

Puesta en práctica

La etapa de puesta en práctica cubre la ejecución de los proyectos de implantación y, por lo general, la llevan a cabo de forma conjunta ABB y el cliente o, dependiendo de lo que se precise para alcanzar los objetivos fijados, por ABB junto con los socios tecnológicos adecuados u otros fabricantes de equipos originales.

Medición de los resultados

Todos los métodos puestos en práctica para la mejora de la eficiencia energética carecen de utilidad práctica si las ventajas no pueden verse diariamente. Por lo tanto, es esencial implantar las herramientas adecuadas para registrar y mostrar las mejoras conseguidas en todas las áreas relevantes de la planta. Esta información es necesaria para todas las medidas aplicadas, tanto en la tecnología y el control, la supervisión y la fijación de objetivos de la central como en los comportamientos y prácticas. El éxito, especialmente para las centrales eléctricas de carbón, depende en gran medida del modo de operación de la central; las centrales operadas en modo de estado estacionario tienen pocas posibilidades de optimización, mientras que las que se explotan en modo operativo de carga parcial importante son muy adecuadas para la realización de ejercicios de identificación de mejora de la eficiencia energética ➔ 7.

En el ejemplo de 500 MW citado en este artículo se puede conseguir una mejora del índice de eficiencia térmica de aproximadamente un 8%. También se pueden reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en un 8% en relación con la potencia aumentada de la planta. Este valor se distribuye más o menos entre las distintas zonas de la central, dependiendo de la influencia de cada una en la carga parásita de la planta ➔ 8.

Estos resultados se pueden conseguir gracias a la capacidad y la flexibilidad de ABB para determinar la mejor solución posible de mejora del rendimiento energético en las centrales eléctricas.