¿Cuál es el combustible para la generación de energía utilizando gas natural?
El carbón tiene una larga historia como combustible para la generación de energía y seguirá siéndolo. Hoy en día, más del 50% de la generación de energía se genera mediante la quema de carbón. La energía nuclear es la segunda fuente más grande de generación de electricidad, con una capacidad de generación de energía nuclear que ya alcanza el 17% sin que se construyan nuevas plantas de energía en los Estados Unidos. El gas natural ocupa el tercer lugar, con alrededor del 14%, pero se afirma que casi todas las nuevas centrales eléctricas funcionan con gas natural. Además, existe una tendencia actual a convertir el carbón en gas, siendo la capacidad de generación restante la hidroeléctrica y la petrolera (Figuras 11.1 y 11.2).
Figura 11.1 Combustibles utilizados para la generación de energía de 1950 a 2020
El desarrollo económico ha aumentado el consumo total de electricidad, pero el progreso tecnológico puede detener este consumo. La inflación y el valor efectivo también afectan los precios de la electricidad y los patrones de uso. Existe una tendencia hacia reformas a largo plazo en la eficiencia del consumo de energía en Estados Unidos. El aumento de la demanda de electricidad es la razón principal del crecimiento constante esperado en el consumo de energía en el futuro (Cuadro 11.1).
La elección del combustible entre instituciones públicas y no públicas es muy diferente. Entre la electricidad generada por el sector público, la mayor proporción (57%) proviene del carbón. Sin embargo, entre la electricidad generada por el sector privado, la generación de energía con gas natural representa el 52% y la generación de energía con conservación de agua o madera. representa el 52%. La proporción de electricidad generada por centrales eléctricas alimentadas con combustible alcanza un sorprendente 14%, mientras que la proporción del sector público de energía es inferior a 1. Estas estadísticas apuntan a oportunidades para los productores de energía del sector no público, algunos de los cuales han recurrido a combustibles no convencionales para obtener capacidad de generación más barata.
Figura 11.2 Combustibles utilizados para la generación de energía en 2020
Tabla 11. 1 Demanda de energía de EE. UU.
Nota: Los datos provienen de Oil and Gas Journal.
Generación de energía con carbón
El carbón es el principal combustible para la generación de energía debido a su larga historia de uso y bajo precio. Desde principios de la década de 1980, los cargos por uso de carbón que pagan las centrales eléctricas han ido disminuyendo constantemente. El precio real promedio del carbono enviado al sector de generación de energía cayó a 23,27 dólares EE.UU./tonelada en 1997, una disminución del 3% desde 1996 y una disminución del 39,2% desde 1987. Hay varios factores que conducen a caídas de precios: incluidos aumentos en la productividad de los trabajadores, aumentos en los volúmenes 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 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 en que la producción de carbón supera los 100 millones de toneladas. Ese mismo año, la industria de la energía eléctrica también estableció un récord histórico en el consumo de carbón. Se utilizaron más de 9×108 toneladas de carbón en las centrales eléctricas, un aumento del 2,7% con respecto a la cantidad utilizada en 1996. Este aumento de la producción se debe principalmente a las mejoras en la tecnología de extracción a cielo abierto en las minas de carbón del oeste de los Estados Unidos, en particular el carbón de baja ley en la cuenca del río Power en Wyoming. La producción de carbón en el este se mantiene estable. En los últimos 30 años, se ha mantenido estable en un nivel de 5×108 a 6×108t. La producción de carbón en el oeste ha aumentado 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 ha convertido en la fuerza principal de este crecimiento, y cada vez más instituciones públicas en el mercado se han dado cuenta más o menos de la viabilidad económica y técnica del carbón como combustible en varios sistemas de calderas. Las empresas de servicios públicos también se benefician del carbón con bajo contenido de azufre procedente de Occidente, lo que les permite cumplir con los estándares de emisión de SO2 según las Enmiendas a la Ley de Aire Limpio de 1990.
La minería del carbón ha aumentado significativamente en los últimos 20 años, de 1,78 t/h por minero en 1976 a 5,69 t/h en 1996. Los rendimientos varían mucho entre la minería superficial y subterránea.
La tasa de extracción de la minería a cielo abierto es más del doble que la de la minería subterránea: hasta 9,26 t/h por minero, mientras que la tasa de 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 aumentos similares en la producción, cada uno de los cuales aumentó aproximadamente un 200% en los últimos 20 años.
La rentabilidad de la producción se ha logrado extrayendo carbón de vetas delgadas, invirtiendo en equipos de minería más grandes y productivos y mediante avances tecnológicos en maquinaria de excavación 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 Basoh Power Company tuvo un costo total de producción de 8,49 dólares/(MWh) en 1996, el más alto 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 CO2. Si el nivel de restricciones de CO2 aumenta, será difícil para las centrales eléctricas de carbón mantener su ventaja en la industria de generación de energía a menos que se desarrollen métodos de tratamiento de 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 amplia disponibilidad de turbinas de combustión eficientes y ciclos combinados ha ejercido una presión significativa sobre el precio, la disponibilidad y la distribución del gas natural.
En los últimos 10 años, la producción nacional de gas natural en los Estados Unidos ha aumentado significativamente para satisfacer la demanda, alcanzando los 18,96×1012 pies3 en 1997, pero todavía no puede seguir el rápido crecimiento de la demanda. resultando en la importación de gas natural durante el mismo período Incremento hasta 200. En 1985, el volumen de importaciones representó sólo el 4,2% del gas natural consumido, pero en 1997, el volumen de importaciones se disparó al 12,8%. Los recursos de gas natural canadiense se pueden importar fácilmente al mercado estadounidense. Filosofías comerciales similares son comprensibles para las llamadas actividades comerciales, pero existen ligeras diferencias cuando se trata de cuestiones de importación. Aunque las importaciones de México son minúsculas en comparación con las importaciones recientes de Canadá (las primeras son de 15×109 pies3, mientras que las segundas llegan a 2880×109 pies3), el consumo de gas natural de México está creciendo, el desarrollo económico y el crecimiento del comercio internacional pueden conducir a una aumento de las importaciones estadounidenses de gas natural desde México en el futuro (Figura 11.4).
En las últimas décadas, el aumento de la producción de gas natural en los Estados Unidos ha llevado a un mayor aumento en el número de pozos productores de gas natural que en la tasa de recuperación de pozos individuales. En 1997, el número total de pozos productores de gas alcanzó los 304.000. En 1970, sólo había 117.000, pero la producción cayó: de 433,6×103d por pozo en 1970 a 157,4×103d por pozo en 1997. Se están utilizando ampliamente tecnologías avanzadas, como la perforación direccional, para aumentar la producción de algunos pozos de gas natural, pero será necesario perforar más pozos para satisfacer la demanda porque algunos pozos recién perforados no pueden producir tanto como los pozos más antiguos.
Figura 11.4 Demanda histórica de gas natural en Estados Unidos
En el futuro, el crecimiento de la generación de energía alimentada por gas natural dependerá del precio razonable del gas natural. Aunque los pronósticos anteriores creen que los recursos de gas natural no pueden satisfacer la demanda a largo plazo, se espera que la producción de gas natural mantenga un impulso de crecimiento hasta 2020, y el aumento anual de las reservas pueda satisfacer el consumo de ese año. El precio del gas natural pagado por el sector eléctrico se ha mantenido relativamente estable durante las últimas décadas, oscilando entre 2,00 y 2,50 dólares/kft3. Estos precios están impulsando a los propietarios y desarrolladores de centrales eléctricas a aumentar la generación de energía alimentada por gas natural e implementar tecnología de generación de energía alimentada por gas natural.
Fomentar la elección de la generación de energía alimentada con gas natural es el avance de equipos de generación de energía de ciclo combinado eficientes, que también tienen las ventajas de un gasto de capital reducido y un período de construcción corto de nuevas plantas de energía, utilizando el gas más moderno. La eficiencia de los equipos de generación de energía de ciclo combinado puede llegar a 60, lo que reduce el combustible requerido por kilovatio-hora, reduce el costo de generación de energía y, en comparación con la quema de carbón, también reduce las emisiones producidas por kilovatio-hora.
El costo total actual de la generación de energía de ciclo combinado es de 400 a 500 dólares EE.UU./kW, lo que es significativamente menor que el costo de la nueva generación de energía a partir de carbón: 900 a 1.000 dólares EE.UU./kW.
Las plantas de energía de ciclo combinado alimentadas con gas podrían estar operativas dentro de dos años, mucho más rápido que los suministros de energía competitivos que podrían construirse para situaciones de escasez de energía a corto plazo y con el beneficio adicional de las ventajas de obtener energía a corto plazo. oportunidades de ganancias.
Generación de energía nuclear
Figura 11.5: Energía nuclear disponible de 1996 a 2020. El número de instalaciones comerciales de generación de energía nuclear disponibles alcanzó su máximo en 1990, con 112 unidades. Aunque la relación proporcional entre ambas fluctuará debido a factores como los cambios en el flujo de agua y la mayor energía de la energía nuclear, la energía nuclear y las centrales hidroeléctricas representan porcentajes similares de la generación eléctrica. Actualmente, la energía nuclear representa alrededor del 18% de la electricidad generada en Estados Unidos, y la energía hidroeléctrica representa alrededor del 10%. Tanto la energía nuclear como la generación hidroeléctrica enfrentan un futuro incierto (Figura 11.5). Desde 1978 no se ha puesto en servicio ninguna nueva instalación de energía nuclear. Entre 1953 y 1997, se encargaron aproximadamente 124 centrales nucleares, pero todas fueron canceladas antes de su construcción. Esas instalaciones de energía nuclear siguen disminuyendo y a finales de 1997 sólo quedaban 107 unidades. Varias plantas de energía nuclear han sido cerradas permanentemente, incluida la planta Zion de más de 1.000 MW en Illinois y la planta Big Rockpoint de 30 años en Michigan. Todas han llegado al final de su vida útil o sus costos de generación de energía parecen disminuir. ya no será competitivo en términos de protección del medio ambiente.
Lo interesante, sin embargo, es el creciente interés por la fiabilidad de las centrales nucleares, su 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), lo que era competitivo con las mejores centrales eléctricas de combustibles fósiles de Estados Unidos.
Una de las implicaciones más importantes del levantamiento de las prohibiciones y la apertura de la competencia es su impacto en la generación de energía nuclear. GPU Nuclear Power vendió su propiedad de la Unidad 1 de la central nuclear de Three Mile Island a AmerGen Energy Ltd. (una empresa conjunta entre PECO Energy y UK Energy) en 1998. 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 iniciando esfuerzos para actualizar su alcance operativo con el fin de mejorar su competitividad en los próximos 20 años. Además, se espera que 65 equipos de energía nuclear alcancen la edad de jubilación para 2020, lo que reducirá constantemente la participación de la energía nuclear en la producción de electricidad de Estados Unidos.
Una de las mayores complicaciones de la energía nuclear es la eliminación de residuos. En enero de 1998, el Departamento de Energía de Estados Unidos aprobó una fecha límite para no abrir más las reservas nacionales de combustible nuclear, a pesar de que todavía había un período de transición de 16 años y se habían gastado más de 14 mil millones de dólares para operar y administrar plantas de energía nuclear. El 2 de febrero de 1998, agencias gubernamentales en más de 50 estados y municipios presentaron una demanda contra el Departamento de Energía para obligarlo a desarrollar el programa de reserva de combustible de manera oportuna. Las empresas de servicios públicos individuales se están subiendo al tren y presentando sus propias demandas.
Energía hidroeléctrica
La energía hidroeléctrica también enfrenta un futuro incierto debido a la necesidad de volver a registrar licencias. El creciente impacto negativo sobre la energía hidroeléctrica y su impacto en la vida acuática, las rutas de desove de peces y ranas, los modelos económicos, el uso de la tierra y las oportunidades recreativas ha llevado a un retorno al estatus oficial para la energía hidroeléctrica. Las oportunidades de concesión de licencias son mucho menores que las de la industria automotriz. .
En 1997, la oposición a la energía hidroeléctrica llevó al cierre de una presa hidroeléctrica en funcionamiento, cuando la FERC votó para adoptar una resolución que exigía al propietario de la presa que retirara la presa Edwards de 3,5 MW en Maine. La razón dada por la FERC es que el valor social de permitir que muchas especies de peces migren río arriba es mayor que el valor económico de construir represas para generar electricidad.
Lo que no está claro es si la decisión representa una excepción o un presagio de la desaparición de la industria hidroeléctrica. La Asociación Nacional de Agua y Electricidad (NHA) cree que la FERC se ha excedido en su autoridad con respecto a la presa Edwards, por lo que insta a la FERC a abandonar esta resolución no autorizada. La NHA citó la cláusula de "resultado negativo" y argumentó que si esta resolución se mantuviera, la NHA y otras asociaciones industriales creían que si esta resolución no era derogada, estarían en una posición desventajosa al defender futuras resoluciones de la FERC.
Además, el costo de las licencias de funcionamiento entre 1987 y 1996 demostró la necesidad de revisión y reforma. En septiembre de 1992, un informe resumido del DOE concluyó que el sistema legislativo sobre energía hidroeléctrica le había costado a la nación miles de millones de dólares y había resultado en la pérdida de más de 1.000 MW de capacidad de generación. Una acción de reforma clave es establecer una agencia simple con el poder de regular los proyectos hidroeléctricos. Llegar a un consenso es difícil debido al gran número de agencias involucradas en la concesión de licencias en estos días, incluido el Servicio de Pesca y Vida Silvestre de EE. UU., el Servicio Forestal, la Asociación Nacional Oceánica y Atmosférica, agencias de mercado y la FERC. La FERC ha establecido un sistema de respuesta para el nuevo registro de energía hidroeléctrica que proporciona mayor flexibilidad y fomenta la participación temprana de todos los accionistas que deseen mejorar las preocupaciones ambientales por consideraciones económicas y sociales. Cualquier disposición legal propuesta para implementar este mecanismo será importante para facilitar el debate sobre el registro de energía hidroeléctrica.
Generación de energía mediante energías renovables
Aun cuando aumenta la atención pública, el desarrollo de recursos renovables distintos de las tecnologías hidroeléctricas y su participación en la generación total de energía sigue siendo bastante escasa. Sólo el 2,3% de la generación eléctrica nacional proviene de generación de energía renovable no hidroeléctrica, sólo un ligero aumento con respecto al 1,8% en 1989. El principal obstáculo para que la generación de energía renovable expanda su campo comercial es el alto costo de la generación de energía renovable en comparación con las formas convencionales de generación de energía. Esto ha dado lugar a una corta historia de generación de energía renovable y a la instalación de pocas instalaciones de generación de energía (cuyo coste se ha reducido 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 el marco de estos proyectos, los clientes de servicios públicos pueden pagar una tarifa adicional en sus facturas mensuales de electricidad para pasar a generación basada en energías renovables o para garantizar que se utilice energía renovable para reemplazar la generación de electricidad pagada con combustibles fósiles. energía nuclear. En un gran número de encuestas electorales, los consumidores estadounidenses han mostrado un fuerte deseo de pagar más por la generación de energía verde. Además, en una votación, más de 70 representantes apoyaron aumentar los impuestos a la energía porque el uso de estas fuentes de energía contamina el medio ambiente y utilizar estos 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 culpa" ambiental que a los impuestos a los cigarrillos y las bebidas alcohólicas.
Los proyectos de generación de energía verde no son desarrollados únicamente por empresas de servicios públicos estatales, donde ya ha comenzado una competencia sustancial (California) o está a punto de comenzar (Massachusetts y Pensilvania), sino que las leyes de licencias y la competencia abierta aún están pendientes en algunos estados (Colorado y Texas). Las empresas de servicios públicos de todo el país han reconocido que los proyectos de energía verde pueden aumentar los ingresos y respaldar importantes proyectos de inversión en plantas de energía renovable y brindar experiencia con métodos de generación de energía no tradicionales.
El programa de certificación también garantiza que la electricidad que se generará estará etiquetada como "generación de energía verde". El Centro de Evaluación de Recursos, una organización sin fines de lucro en California, supervisa la misión de etiquetado Green-e, un mandato para desarrollar estándares uniformes para el etiquetado y la publicidad de una organización industrial confiable.
La iniciativa detrás de Green-e es utilizar evidencia de terceros independientes para garantizar que al menos la mitad de la electricidad verde producida sea renovable, contribuyendo a una menor proporción de contaminación del aire que cualquier cosa producida actualmente por el promedio de contaminación de las fuentes de energía actuales de California.
Otra herramienta para promover el auge de la generación de energía renovable es el sistema de crédito fiscal federal. Fijados actualmente en 0,015 dólares/(kW·h), estos créditos permiten que la generación de energía renovable sea tan competitiva como las centrales eléctricas convencionales. Quizás los mayores beneficiarios de estos créditos sean los proyectos de generación de energía con turbinas eólicas, cuyos costos de capital se han reducido a un nivel en el que el crédito del precio de la electricidad de 0,015 dólares/(kWh) los hace muy competitivos comercialmente. La Asociación Eólica Estadounidense ha propuesto un plan de cinco años para invertir este dinero de los impuestos en más capacidad de generación de energía renovable, lo que le dará un punto de apoyo en la comunidad energética de Estados Unidos.
Pronóstico de generación de energía futura
La demanda de electricidad se ha desacelerado en las últimas décadas, por debajo de la tasa de crecimiento extremadamente alta de 7 por año en la década de 1960. Según el informe anual Energy Outlook de la Administración de Información Energética, se espera que la demanda de electricidad crezca a poco más de 1 por año hasta 2020. Esta reducción en las tasas de crecimiento se atribuye a la mayor eficiencia de los equipos, la planificación de la gestión de la demanda por parte del sector de servicios públicos y las mayores eficiencias requeridas por la legislación (Figura 11.6).
Aunque la demanda de electricidad está creciendo lentamente, todavía se necesitarán 403 GW de nueva capacidad de generación de energía para 2020 para garantizar el aumento de la demanda y reemplazar los equipos retirados. Entre 1996 y 2020, se eliminarán progresivamente 52 GW de generación 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 capacidad de generación está diseñada con gas natural o tecnologías de turbinas de combustión o ciclo combinado alimentadas con gas natural y petróleo. También hay 49GW de generación, o el 12% de la nueva generación generada con carbón, y el resto con energías renovables. Incluso con el énfasis en el gas natural y el petróleo para las nuevas centrales eléctricas, el carbón seguirá siendo el combustible dominante para la generación de energía en 2020. Aunque se espera que la generación de energía a partir de carbón disminuya al 49% para 2020, la generación de energía a base de gas natural Ha habido un enorme aumento y se duplicará de 14 en 1997 a 33 en 2020 (Figura 11.7).
Según las previsiones de la EIA, es probable que la generación de energía renovable, incluida la hidroeléctrica, aumente ligeramente, de 4330×108kW·h en 1996 a 4360×108kW·h en 2020. Casi todo el crecimiento provendrá de la generación renovable en lugar de la energía hidroeléctrica, y la disminución de la energía hidroeléctrica convencional se verá compensada por las tasas de crecimiento de la generación renovable no hidroeléctrica34. Los residuos sólidos de diversas fuentes (incluidos los gases residuales), el viento y la biomasa constituirán la mayor parte del crecimiento de la generación de energía renovable.
Figura 11.6 Demanda eléctrica histórica
Figura 11.7 Generación de energía a base de gas natural no tradicional y demanda de electricidad