| Centrales térmicas
Las centrales térmicas son instalaciones que hacen posible una transformación de portadores energéticos en corriente eléctrica o en corriente y calor útil. El tipo de central se define en función del portador energético utilizado y la energía útil producida. Los portadores energéticos pueden ser:
Pueden diseñarse centrales térmicas para diferentes tipos de combustible a fin de diversificar el material de carga u obtener un mayor rendimiento, como en el caso de las centrales combinadas, con turbina de gas natural y turbina de vapor (generación de vapor con aceite o carbón). Las centrales nucleares, al igual que las fuentes de energía renovables (por ejemplo, madera u otra biomasa) no se contemplan aquí, pues son tema de un capítulo propio. Las centrales hidroeléctricas, por su parte, se describen en el capítulo 'Grandes construcciones hidráulicas'. El análisis de este capítulo se dirige más bien a centrales térmicas que generan electricidad a partir de combustibles fósiles, en especial carbón y derivados del petróleo, por ser éstas las más importantes actualmente y en el futuro próximo en la mayoría de los países en desarrollo. Clasificación de centrales térmicas según la clase de energía producida:
Por razones económicas, la producción de calor para calefacción o procesos industriales debe realizarse cerca del consumidor, siendo racionales distancias máximas de 2 a 5km en el caso de un rendimiento térmico entre 50 y 100MW. La corriente eléctrica, en cambio, puede transportarse económicamente a distancias mucho mayores. El tamaño de las centrales térmicas que consumen combustibles fósiles va desde varios cientos de kW (centrales diesel) hasta más de 1.000 MW (centrales de petróleo y de hulla). En muchos países, los tamaños unitarios se limitan a 200 – 300 MW, ya sea para garantizar la estabilidad de la red o por la escasa disponibilidad de equipos. Condiciones mejores permiten instalar unidades de mayor capacidad.
La tabla siguiente presenta los tipos de emisión que pueden producirse en las distintas fases de proceso: Emisiones potenciales de las centrales térmicas Fases de proceso
La disposición final de residuos originados, por ejemplo, en centrales de petróleo y de carbón, se trata en el apartado correspondiente Los efectos ambientales de una central térmica provienen del proceso de combustión, así como de las emisiones de polvo y gases contaminantes. En general los efectos ambientales -por ejemplo, emisiones contaminantes, ocupación de espacio por la central y volumen de residuos - aumentan en el orden siguiente: gas, fuel oil ligero, fuel oil pesado y combustión de carbón. Antes de explicar el impacto ambiental de los respectivos combustibles y las posibles medidas de protección, se harán algunas observaciones básicas. La parte principal de este capítulo informa sobre los efectos ambientales y las medidas de protección; los anexos, por su parte, proveen información detallada relacionada especialmente con medidas técnicas. Dentro los efectos ambientales causados por el funcionamiento de una central térmica se distingue en algunos países entre emisión, -es decir, expulsión al medio ambiente de contaminantes desde diversas partes de la instalación, sobre todo la chimenea- e inmisión, o incidencia de los contaminantes en el medio ambiente, que generalmente se mide a nivel del suelo. Las designaciones inglesas ground level concentration y ambient air quality concentration son en este caso más expresivas que la palabra inmisión. Emisión e inmisión se condicionan mutuamente a través de distintos factores, como lo son las características técnicas de la instalación (altura de la emisión, velocidad de salida del gas de escape, temperatura), las condiciones meteorológicas (situación del tiempo, velocidad del viento) y la distancia (entre el emisor y el punto de medición de la inmisión). Al construir centrales térmicas nuevas, aún pueden variarse los parámetros de la primera y última categoría (por ejemplo, altura de chimenea y distancia a la zona habitada). En las instalaciones antiguas, en cambio, sólo se pueden variar los de la primera categoría citada. Según la ley de conservación de la masa, casi todos los contaminantes emitidos (a excepción del CO2) acaban por caer otra vez a la superficie de la tierra, aunque su área de dispersión aumenta en función de la altura de la chimenea, la velocidad de salida del gas y la intensidad del viento. Sobre todo el aumento de la altura de la chimenea es una medida técnica relativamente sencilla para reducir la inmisión en una zona considerada. Sin embargo, como la emisión se distribuye entonces sobre una superficie mayor, hay que comprobar hasta qué punto esta medida aumenta de forma inadmisible los efectos ambientales fuera de la zona considerada. Las medidas destinadas a reducir los efectos ambientales de una central térmica pueden agruparse en las siguientes categorías:  Cambio de las condiciones básicas Medidas de protección no técnicas Medidas de protección técnicasLa escala de prioridades en la aplicación de medidas de protección se define en función del principio de evitar o reducir las emisiones antes de recurrir a tratamientos secundarios; es decir, deben tomarse todas las medidas primarias factibles para evitar o minimizar la expulsión de contaminantes antes de recurrir a tratamientos complementarios. Es importante en este contexto lograr un alto grado de eficiencia en las centrales a fin de reducir las emisiones, por ejemplo, mediante la construcción de centrales combinadas o mediante el suministro simultáneo de electricidad y calor. El aumento de la eficiencia es también la medida más importante para reducir las emisiones de CO2, lo cual es importante para disminuir el efecto invernadero. Dentro del impacto ambiental hay que distinguir entre efectos directos, producidos por las emisiones contaminantes en sí, y efectos indirectos, como los que se producen al transferir la contaminación atmosférica primaria a las aguas (evacuación de aguas residuales no tratadas procedentes del lavado de gases), al explotar piedra caliza para la desulfuración y al transportar la piedra caliza desde el lugar de explotación hasta la central térmica (gases de escape de los camiones). Además pueden surgir otros problemas asociados, como la necesidad de eliminar el yeso producido al desulfurar el gas de combustión. A continuación se explican los efectos ambientales y posibles medidas de protección para los ámbitos antes discutidos.
Posteriormente, el polvo emitido y la mayor parte de los gases contaminantes y productos de transformación atmosféricos (por ejemplo, NO2 y nitratos procedentes de las emisiones de NO) vuelven a la tierra a través de precipitaciones y deposición seca; ello constituye una carga contaminante para el agua y el suelo que puede perjudicar a la vegetación y a la fauna. Dependiendo del combustible utilizado en la central (clase, composición, poder calorífico) y de la técnica de combustión (por ejemplo en seco o en fusión), los gases de escape pueden llevar diferentes cantidades de contaminantes (polvo, metales pesados, SOx, NOx, CO, CO2, HCl, HF, compuestos orgánicos). En la siguiente tabla se resumen los posibles niveles de emisión con distintos combustibles, sin medidas de depuración del humo. Concentraciones de contaminantes masivos en el humo sin tratar
Las gamas de valores indicadas en la tabla 2 se obtienen, en el caso de los óxidos de azufre, de las distintas concentraciones de azufre en los combustibles utilizados, que en muchos países suelen ser combustibles nacionales como el lignito, de bajo poder calorífico y alto contenido en azufre. La combinación de un gran potencial contaminante y de un bajo poder calorífico da lugar a concentraciones relativamente altas de SOx en el gas sin tratar. Sólo una pequeña parte de las concentraciones de NOx proviene del nitrógeno contenido en el combustible (NOx de combustible); la mayor parte proviene de la oxidación del nitrógeno atmosférico a temperaturas de combustión superiores a 1.200°C (NOx térmico). Es decir, la combustión a temperaturas altas produce emisiones de NOx relativamente importantes. La adopción de medidas primarias destinadas a optimizar la combustión -que pueden ser integradas en una instalación nueva a un costo relativamente bajo- permiten conseguir los valores inferiores de la gama citados en la tabla. Sin embargo, hay que evitar que las medidas primarias destinadas a reducir el NOx aumenten en forma desproporcionada otras emisiones, tales como el monóxido de carbono y los hidrocarburos sin quemar. La limitación del CO se realiza generalmente con el fin de lograr que la combustión sea completa, reduciendo así las emisiones de este gas y la expulsión de hidrocarburos sin quemar. A diferencia del polvo, SO2, NOx y los compuestos halogenados, el CO y los hidrocarburos sin quemar son casi imposibles de retener en las instalaciones depuradoras. Los hidrocarburos sin quemar, especialmente, están formados por un gran número de sustancias químicas, algunas de ellas altamente tóxicas, como el benzopireno. En la combustión de carbón y de fuel oil pesado se emiten también pequeñas cantidades de cloruro y fluoruro de hidrógeno (HCl y HF), en concentraciones de 50-300 mg/m³ (en condiciones normales [c.n.]). Estas concentraciones son generalmente muy inferiores a las de SO2 y son reducidas conjuntamente con éstas -incluso en mayor grado que el S2- en el proceso de desulfuración. Para la reducción de las emisiones atmosféricas de centrales térmicas se dispone de un gran número de medidas primarias y secundariasA continuación se describen brevemente las diversas medidas empleadas para reducir las emisiones.
Los combustibles pobres en azufre en muchos casos no se utilizan por motivos económicos. En cada caso debe examinarse qué concepción técnica genera los gastos generales más bajos. Por ejemplo, aunque el uso de un combustible pobre en azufre aumenta los gastos de explotación, también reduce los gastos de inversión y explotación requeridos para la desulfuración, y con ello los gastos totales de la central térmica en cuestión. Junto a estas reflexiones hay que considerar también otros factores, como la conveniencia de usar combustibles localmente disponibles para asegurar el suministro. Los derivados del petróleo con contenido en azufre se prestan, al igual que los combustibles sólidos, a la aplicación de medidas primarias y secundarias. Las medidas primarias permiten eliminar el azufre del combustible (por ejemplo del gasóleo de vacío o de aceites residuales obtenidos por destilación atmosférica o al vacío). La desulfuración de estos productos se realiza generalmente mediante hidrogenación. Sin embargo, este procedimiento sólo resulta económico en gran escala, por lo que se reserva a las refinerías de petróleo. En la central térmica, aparte de elegir un producto petrolífero pobre en azufre y de mezclar distintos combustibles, se pueden reducir las emisiones de SOx mediante la desulfuración de humos. En el caso del carbón, dadas las grandes variaciones de composición que se observan incluso en los yacimientos de un mismo país, resulta conveniente mezclar y/o homogeneizar los combustibles disponibles, evitando así la presencia ocasional de altas concentraciones de azufre cuya eliminación habría de preverse en el sistema de desulfuración. Dado lo anterior, será importante llevar a cabo un análisis cuidadoso del combustible (procedente, por ejemplo, de distintos yacimientos) para conocer su poder calorífico y su contenido en agua, cenizas y azufre. También debe considerarse el potencial de autodesulfuración que ofrecen los compuestos cálcicos presentes en el carbón. En algunos casos, el azufre del carbón puede eliminarse de antemano, junto con otros componenetes inertes, durante la concentración del mineral en la mina subterránea o explotación a cielo abierto, siendo preferibles en este caso los procedimientos en húmedo. De esta manera, dependiendo del tipo de carbón y de la forma de enlazamiento químico del azufre, se puede reducir la concentración de azufre en un 5 hasta un 80 %, sobre todo si se trata de hulla. Mientras que el azufre enlazado orgánicamente no se puede extraer con procesos mecánicos de concentración, el azufre sulfuroso (generalmente en forma de pirita FeS2) sí se puede separar si se encuentra libre en el carbón crudo, o si los entrecrecimientos son de grano grueso y pueden ser separados por trituración. La desulfuración directa en el hogar se aplica a los combustibles sólidos mediante su combustión en lecho fluidizado, consiguiéndose grados de desulfuración del 80 hasta el 90 %. La inyección de aditivos secos durante la combustión permite un grado de desulfuración de entre 60 y 80 %. En la desulfuración de los gases de combustión se alcanzan rendimientos de separación del SO2 de 90 - 95 %. Dado que las instalaciones de desulfuración de gases de combustión originan gastos de inversión y explotación relativamente elevados, en casos aislados puede ser conveniente llevar a cabo una desulfuración en flujo parcial; en este caso, sólo una parte de los gases pasa por la instalación de desulfuración mientras que los gases sin desulfurar se usan para calentar los gases depurados. Las instalaciones de desulfuración de los gases de combustión son, de las posibilidades descritas, las más gravosas, tanto por los costos como por el tamaño de la construcción. En cada caso particular hay que ver cómo se pueden integrar estas instalaciones en el espacio disponible, sobre todo en el caso de centrales existentes. Si se comparan entre sí las medidas primarias y secundarias descritas para la desulfuración, las primeras presentan los grados de desulfuración menores, pero son, en cambio, más económicas y por regla general se pueden adaptar posteriormente a instalaciones existentes. Ese no es el caso del sistema de combustión en lecho fluidizado, que sólo es realizable en instalaciones nuevas (la capacidad máxima de las instalaciones a gran escala construidas hasta ahora es de 150 MWel). En todos los procedimientos de desulfuración se da, lo mismo que en la eliminación del polvo, el problema posterior de la utilización o disposición final de los residuos y, en su caso, del agua residual producida durante la explotación de la instalación (véase el apartado 2.3). Para la desulfuración, los gastos de inversión se mantienen, dependiendo del tamaño de la instalación, tipo de procedimiento, rendimiento de separación, etc., dentro de un margen relativamente amplio. Los costos más bajos se originan en el uso de aditivos secos y los más altos en el procedimiento regenerativo con obtención de compuestos de azufre. Los diferentes procedimientos de desulfuración separan también compuestos halogenados como HCl y HF, lográndose un grado de eliminación incluso mayor que el de los compuestos sulfurados.
Las medidas secundarias se ocupan de la disminución de las emisiones de NOx en el gas de combustión. Para ello se han creado diversos procedimientos que permiten una eliminación exclusiva de NOx o una separación conjunta de SOx y NOx. El único procedimiento que hasta hoy se ha impuesto en instalaciones a gran escala es la reducción catalítica selectiva de NOx (procedimiento SCR). Para la reducción se utiliza amoníaco, que reacciona con el NOx en presencia del catalizador para formar agua y nitrógeno. Por ello este procedimiento no produce residuos sujetos a disposición final como ocurre en el caso de la eliminación de polvo o la desulfuración. El procedimiento SCR requiere unos 300 - 400°C y puede efectuarse, de acuerdo con las condiciones locales, en la parte del gas crudo, por ejemplo, delante del precalentador de aire, o bien en la parte del gas purificado, después de la instalación de desulfuración. Con procedimientos SCR se alcanzan grados de separación del NOx de 80 – 90 %, aproximadamente. Otro concepto, particularmente adecuado para grados de separación bajos de hasta cerca del 60%, lo constituye el procedimiento SNCR (reducción selectiva no catalítica). En este procedimiento la reducción de NOx se realiza inyectando amoníaco en la instalación a una temperatura de unos 1.000°C.
Las medidas de protección contra la emisión de CO2 consisten, en primer lugar, en utilizar centrales térmicas altamente eficientes; por ejemplo, las de proceso combinado y las que suministran simultáneamente energía y calor. Otras medidas, como la reducción del consumo de corriente eléctrica y el uso de soportes energéticos renovables (especialmente energía hidráulica) para la producción de electricidad tienen igualmente gran importancia, pero en ningún caso permiten prescindir de la producción de electricidad en centrales térmicas a partir de combustibles fósiles.
Para evitar el calentamiento excesivo de las aguas, el agua de refrigeración se puede enfriar en una torre de refrigeración (de paso o recirculación), antes de devolverla al río. Sin embargo, dependiendo de las condiciones climáticas, este sistema de refrigeración puede causar grandes pérdidas de agua por evaporación, que se emiten a la atmósfera en forma de vapor. Esto se podría evitar utilizando circuitos de refrigeración cerrados en combinación con torres de refrigeración en seco, o al menos minimizar mediante torres de refrigeración híbridas. Las torres de tiro natural requieren inversiones relativamente altas, pero en cambio ahorran costos de explotación, mientras que las torres de tiro forzado tienen el inconveniente de necesitar para el funcionamiento energía eléctrica, en cuya obtención se producen cargas ecológicas adicionales. Aparte del agua de refrigeración sólo se requieren pequeñas cantidades de agua (aprox. 0,1-0,3 m³/h y MWel) para sustituir las pérdidas del circuito de vapor, enfriar las cenizas y depurar el gas de combustión (depuración en solución absorbente pulverizada o procesamiento en húmedo). Las aguas residuales de centrales térmicas, sobre todo de las que usan carbón como combustible, pueden contaminar las aguas superficiales. Las centrales térmicas pueden producir los siguientes tipos de aguas residuales:
Estas aguas residuales, producidas en cantidades muy variables según el tipo de combustible y las condiciones específicas de la instalación (10 - 100 l/h y MWel), pueden estar contaminadas con materiales en suspensión, sales, metales pesados, ácidos, álcalis, amoníaco o aceite. El tratamiento de las aguas residuales puede realizarse con procedimientos físicos, químicos y térmicos. Para una parte de las aguas residuales -procedentes, por ejemplo, del lavado de filtros y del rociado de carbón almacenado- suele bastar un tratamiento físico (filtración, sedimentación, aireación). Otras, en cambio, requieren un tratamiento químico (por ejemplo, floculación, precipitación, neutralización) y/o térmico (evaporación, desecación). Estas últimas incluyen las aguas residuales especiales, las procedentes de la regeneración o tratamiento de aguas complementarias y condensados y las que han sido utilizadas en la depuración de gases de combustión. Como ya se indicó, algunos métodos de desulfuración generan aguas residuales contaminadas, provenientes del lavado del gas de combustión. La composición de estas aguas residuales depende de diferentes factores, tales como el combustible utilizado, las características del agua de proceso y la calidad de los aditivos. El agua residual procedente de la depuración del gas de combustión ha de someterse generalmente a un tratamiento combinado químico y físico (neutralización, floculación, sedimentación y filtración), destinado ante todo a precipitar los metales pesados y a separar los sólidos en suspensión tales como el yeso. En el método de desulfuración en húmedo con producción de yeso aprovechable, la cantidad de agua residual depende principalmente del contenido de cloruros en el carbón y de la concentración admisible de cloruros en el líquido de lavado. En las centrales de hulla, la cantidad de agua residual procedente del equipo de desulfuración de humos oscila entre 20 y 50 l/h y MWel. El cloruro cálcico (CaCl2) contenido en el agua residual no se puede separar debido a su gran solubilidad, por lo que constituye una emisión salina. En caso de estar prohibida la evacuación de cargas salinas a las aguas, el agua residual del equipo de desulfuración de humos podrá depurarse por evaporación. Las sales secas provenientes de este proceso son altamente solubles, por lo que han de someterse a una disposición racional (por ejemplo, en depósitos de residuos especiales subterráneos). Puesto que la evaporación del agua residual supone, entre otras cosas, un elevado consumo de energía, debe comprobarse en estos casos si pueden aplicarse procedimientos que no generen agua residual (procesamiento en seco, limpieza en solución líquida pulverizada). Además de los efectos directos arriba citados, el agua puede ser afectada también indirectamente por una central térmica. Cabe mencionar aquí el fenómeno de la 'lluvia ácida', producida por la reacción química del agua lluvia y otras precipitaciones naturales con los contaminantes atmosféricos emitidos por la central (SOx, HCl, NOx).
El suelo y, sobre todo, las aguas subterráneas en las inmediaciones de la central están amenazados también por la fuga de sustancias contaminantes provenientes, ante todo, de deficiencias en la captación y depuración de aguas residuales, fugas de aceite y líquidos oleosos, almacenamiento inadecuado de aceite y carbón y disposición de materias residuales. Otros efectos sobre el suelo, y más aún sobre las aguas subterráneas, provienen de los depósitos de residuos, que en las centrales constan principalmente de escorias, cenizas volátiles, residuos de la desulfuración de los gases de combustión y lodos procedentes del tratamiento del agua y de aguas residuales. La cantidad de estos residuos depende en parte del procedimiento empleado, siendo especialmente elevada cuando se utilizan carbones de baja calidad. Dependiendo de su composición, las escorias y cenizas volátiles podrán reutilizarse (por ejemplo, como agregado del cemento en la construcción de carreteras). Si no hay ninguna posibilidad de aprovechamiento, estos materiales deben llevarse a vertederos/depósitos apropiados (por ejemplo, por encima del nivel freático). Los residuos procedentes de la desulfuración del gas de combustión dependen del procedimiento utilizado y algunos de ellos pueden aprovecharse (por ejemplo, el yeso). La cantidad de residuos depende del contenido de azufre y del poder calorífico del combustible, así como del grado de desulfuración y de los aditivos que se utilicen. Antes de escoger el método de desulfuración, conviene saber si existe en el país una demanda comercial del residuo que se produce obligatoriamente a raíz del procedimiento. A estos fines conviene realizar un minucioso estudio de mercado en el lugar de emplazamiento y tomar contacto con empresas locales. Debe estudiarse si los residuos son aprovechables (por ejemplo, en la industria de materiales de construcción) y, de lo contrario, si se pueden depositar sin perjuicios y bajo qué condiciones. Como ejemplo del volumen de residuos generado en la desulfuración del gas de combustión, se presentan a continuación los valores para dos clases de carbón diferentes y para fuel oil pesado:
Cuando hay que eliminar productos de desulfuración (yeso o mezcla de sulfitos y sulfatos) y cenizas volátiles se recomienda mezclar los dos productos antes de depositarlos. Las cenizas volátiles y los productos de desulfuración pueden así iniciar juntos un proceso de endurecimiento que produzca una estabilización y disminución de la lixiviabilidad de los componentes solubles en agua. En las técnicas de desulfuración con productos finales aprovechables se produce, en el tratamiento del agua residual, un lodo con alto contenido en metales pesados. Este lodo debe llevarse a un vertedero/depósito especial.
Un tipo de emisión especial de las centrales térmicas lo constituye el ruido, que actúa directamente sobre el ser humano y los animales. Las fuentes de ruido importantes en una central térmica son: Salida de chimenea, cintas transportadoras, ventiladores, motores, canales de gas de combustión, tuberías y turbinas. En toda central térmica, una parte del personal está sometida a ruido molesto, a veces de gran intensidad. Existen diversas medidas para eliminar los ruidos molestos o reducirlos a un nivel soportable, debiendo darse especial prioridad a la protección del personal de la central. Por una parte, se tratará de instalar la central a una distancia suficiente de las zonas habitadas. Por otra, a la hora de planificar y construir la central deberán preverse todas las medidas necesarias para disminuir el ruido en cada fuente sonora. Para este objetivo son recomendables, sobre todo, los dispositivos de insonorización destinados a reducir el ruido producido por la corriente de fluidos, así como los elementos de encapsulamiento de máquinas que reducen el ruido propagado por el aire y las estructuras sólidas. Otra medida para la reducción simultánea de los niveles de emisión e inmisión es el confinamiento, que también tiene aplicación preferente en el sector de centrales térmicas por motivos de protección contra la intemperie.
El paisaje es afectado también por la construcción de las vías de transporte necesarias para el suministro de medios de explotación y para la gestión de residuos (véanse también los capítulos sobre vías férreas, circulación vial y vías fluviales). Las actividades extractivas (extracción de carbón para la combustión o de piedra caliza para la desulfuración) pueden incidir de forma importante en el paisaje, al igual que la disposición de residuos no aprovechables. En la gestión de residuos debe intentarse primero el relleno de terrenos (por ejemplo, de explotaciones de carbón a cielo abierto agotados) o el secado de terrenos costeros (land reclaiming), con lo que se evita la construcción de vertederos separados y se da un uso racional a los residuos. Desde el punto de vista ecológico, las sustancias inertes son las más favorables, por lo que conviene escoger productos que generen residuos con estas propiedades o someter los residuos a tratamiento previo, a fin de lograr, por ejemplo, una lixiviabilidad escasa. Además, hay que estudiar hasta qué punto se requieren medidas de impermeabilización del terreno, drenaje controlado y tratamiento del agua de infiltración, para impedir la contaminación de aguas subterráneas o costeras por la entrada de metales pesados solubles y otras sustancias procedentes de los residuos. Finalmente, cabe mencionar que las inmisiones contaminantes pueden producir un deterioro de bosques, lagos y ríos, que a largo plazo acarreen graves alteraciones del paisaje. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
miércoles, 1 de diciembre de 2010
IMpactos Ambientales y Actividades Productivas:( Hecho por Susana Padilla, MAaria Sanchez, Marina Romero y Adrian Martin)
Combustibles fósiles como carbón, derivados del petróleo o gas natural
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