Presentación Complementaria para termodinámica

De Edison al Plasma, La Generación Eléctrica

Ing. Jorge A. Hernández Soulayrac por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

Profesor Ingeniería Mecánica UIA Director Tecnoelectric Power Consulting

Avances Científicos • El progreso y la evolución de la humanidad se ha visto marcado por los descubrimientos y avances científicos • cambiado la forma de vida de los hombres.

• En 1840 el telégrafo marco una era de comunicaciones • Alexander Graham. Bell invento el teléfono y transmitió su voz a través de las líneas.

• El desarrollo de la energía eléctrica

por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

Grandes Avances científicos • Henry Ford en 1908, produjo los primeros automóviles a nivel de producción en serie, • iniciando el mercado no solo de autos, sino del petróleo, • Promovió el consumo de gasolina, lo cual trajo las primeras refinerías y empresas petroleras dentro de Estados Unidos.

por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

por Ing. Jorge Hernรกndez-Soulayrac

“La evolución del consumo de Energía”

por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

Consumo Mundial de Energías Primarias Actual

por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

Energías Primarias y utilización

por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

Thomas A. Edison (1847-1931) • Uno de los inventos que precipitó la utilización y el consumo de energía eléctrica, fue el de la “bombilla” o foco incandescente • T.A.Edison registró mas de 1,093 patentes como el fonógrafo, el proyector de cine, el transmisor de datos para la bolsa ,el telégrafo, y muchos mas. por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

Thomas A. Edison • Este primer “ foco” o bombilla incandescente de 16 Watts, podía encenderse por más de 500 horas.

• En Estados Unidos de América, le concedieron la patente de la lámpara eléctrica incandescente No. 223,898, en enero 27, de 1880. por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

Primera Central Generadora de Electricidad de Edison En 1882, Edison, instaló la en Manhattan, en la calle de Pearl Street, generando con corriente directa distribuyéndola y vendiéndola a los primeros 59 clientes de hoteles ,y edificios de oficinas de Nueva York.

por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

Datos de Operación de la Central Eléctrica Edison • La tecnología de generación a base de carbón • Las máquinas de vapor alternativas movían a los dinamos “Jumbo” de DC (corriente directa)”Gramme”, • consumo unitario de10 libras de carbón /kWh, • Heat Rate de 138,000 Btu/ kWh • Eficiencia térmica: 2.4%.

• El precio de venta inicial del KWh. de energía eléctrica, era de 24 centavos de US dólar.

• A precios actuales seria de aprox. $ 4.0 US dólares por KWh, $ 52. pesos/ KWh por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

De Edison Illuminating Company a General Electric • En 1887 había vendido 121 centrales de generación a base de corriente directa.

• Mas adelante con su éxito logró instalar mas plantas eléctricas en varios estados de USA, y estableció la empresa “Edison Illuminating Company of América” • Se asocia con “Thomson - Houston” consolidando varias patentes para plantas generadoras.

• Con la participación del banquero J .P. Morgan de Wall Street, surgió General Electric-que ya no utilizó el nombre de Edison. por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

George Westinghouse • En 1896 el empresario e inventor del freno de aire neumático para trenes de vapor se introdujo en el negocio de producir energía eléctrica • Generó a base de corriente alterna “AC”, utilizando las patentes del Ing. Nikola Tesla, a quien pagó $70,000 US dólares por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

George Westinghouse y Tesla • Las patentes del Ing. Nikola Tesla incluían: – El motor de inducción de AC – El generador de AC y – Sistema polifásico,

• GW ofreció regalías a Tesla por $2.50 dólares por cada HP de motores vendidos, además de darle trabajo en su empresa.

• Entre Westinghouse y Edison se disputó «La Guerra de las Corrientes»: AC vs. DC por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

Primer Transformador • Westinghouse contrató a William Stanley, que desarrollo el primer transformador eléctrico de corriente alterna, que se utiliza hasta nuestros días.

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Patente del Transformador de Westinghouse y Generador de Tesla

GENERADOR

TRANSFORMADOR

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Transformador de Potencia

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Primera Planta hidroeléctrica: Niagara Falls.

• Westinghouse ganó el contrato de iluminación a base de AC en la Feria Internacional de Chicago • En 1896 debido a su éxito le confiaron el proyecto de instalar la primera planta hidroeléctrica en Niagara Falls.

100,000 HP de capacidad.

Enviando energía a Buffalo, N.Y a 22 millas de distancia de la planta.

Elevando el voltaje de generación a 10,000 volts. por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

Primera Central Generadora en México • La primera en magnitud e importancia en el país, fue la «Hidroeléctrica Necaxa» • Primer inversionista La Société de Necaxa” • Finalmente se fundó LA «Mexican Light Power Company», empresa canadiense, con $12 millones de USD, • Inicialmente generando a 50 Hertz.

• El Ingeniero Frederick Stark Pearson (18611915)fue su principal constructor por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

“Hidroeléctrica de Necaxa”

• A 100 años de su fundación pasó a ser propiedad del gobierno Mexicano, después de su “nacionalización” en 1960, por el Presidente Adolfo López Mateos.

• Posteriormente convertida a 60 Hertz, la frecuencia del sistema eléctrico nacional por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

• hoy casi parada por liquidación de la LYFC.

Comisión Federal de Electricidad • En 1934, se autorizó al Ejecutivo Federal la constitución de la Comisión Federal de Electricidad “CFE” • En 1939 se publicó en el Diario Oficial de la Federación ,la primera ley de la Industria Eléctrica • En la Constitución Política de México, en los artículos 25, 27 y 28 se reserva la generación de energía eléctrica y venta al público, exclusiva de la nación. por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

Generación de electricidad por tipo de energético

por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

Portafolio por tipo de Energía Primaria (energy mix)

por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

Líneas de Trasmisión del Sistema Eléctrico Nacional

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por Ing. Jorge Hernรกndez-Soulayrac

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Sistema Moderno de Generaciรณn, Transmisiรณn y Distribuciรณn

por Ing. Jorge Hernรกndez-Soulayrac

Tecnologías de Generación Las tecnologías de generación eléctrica incluyen :

• • • • • • • •

Vapor, con ciclos Ranking, Hidroeléctricas Ciclo combinado con gas natural Turbinas de gas Combustión interna Nuclear Eólica, y Solar Geotérmica.

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Energías renovables • Hidroeléctrica 3,709 MW • Geotérmica, Eólica584 MW a 2010 • Solar 25 MW El Cajón La Venta II y III

Los Azufres

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La Yesca

Capacidad mundial instalada de energía eólica (average annual growth of 28.6%)

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Central Geotérmica Cerro Prieto

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Energía Solar TECNOLOGÍA CSP

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• Licitación en 2007 bajo el esquema OPF. • Consistirá en una planta de ciclo combinado de 560 MW, integrada a un campo solar de 25 – 30 MW (espejos parabólicos).

• El sitio se localiza en el noroeste del país, en Agua Prieta, Sonora.

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Energía Nuclear • Esta tecnología depende de uranio enriquecido importado.

• esta tecnología puede producir grandes cantidades de energía.

• Complementando a las energías limpias renovables • La Planta Laguna Verde incrementará su potencia en 20% más de su capacidad actual de 1200MW en 2 unidades. por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

Reactor Nuclear típico

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Plantas Nucleares en el Mundo • 436 plantas en operación,370,325 MW PAÍS

Número de PLANTAS

CAPACIDAD (GW.)

ESTADOS UNIDOS

104 59

98 63

53 35 29 19 14 14 2 1

43 35 29 21 10 13 2 1.2

FRANCIA

JAPÓN REINO UNIDO

RUSIA ALEMANIA CANADÁ INDIA CHINA MEXICO por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

Plantas Nucleares en Construcción en el Mundo • 16 en China • 9 en Rusia • 6 en Corea del Sur • 6 en India • 16 en: Japón, Ucrania, Eslovaquia, Bulgaria y Estados Unidos entre otros países • México, Proyecto de 8 en los próximos 20 años.

• Costo aproximadamente $4500 MMUSD/MW Fuente: International Atomic Agency, 2010. por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

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Proceso de Generación Térmico

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Ciclo Bรกsico de Condensaciรณn de Vapor

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Leading technology for clean coal – SST-6000 for efficient and reliable power generation Wai Gao Qiao 3

Asian Power Asian Power Plant Plant of Year the of the Year

 Ultra-supercritical (USC) technology with up to 300 bar pressure and steam temperatures up to 600/620°C

 Up to 1,200 MW output and  47% efficiency

 Worldwide leading USC technology, with capture-ready capability

 Proven design for USC applications Reference projects: Isogo (Japan), Yuhuan (China), Wai Gao Qiao (China)

 Short start-up times and operational flexibility

 Excellent inspection results

Best available steam turbine for ultra-supercritical application por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

Sistema Típico de Cogeneración con Túrbina de Gas

por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

Ciclo Combinado Brayton y Ranking

GAS TURBINE

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STEAM TURBINE

Sistema Típico de Cogeneración Industrial EXHAUST BYPASS SILENCER

DIVERTER VALVE

AIR INLET FILTER

HEAT RECOVERY STEAM GENERATOR (HRSG)

GENERATOR

GAS TURBINE

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EXHAUST SILENCER

SUPPLEMENTARY BURNER

PROCESS STEAM

Turbina de gas LM6000 EXPECTED PERFORMANCE

Output Shaft 32 MW SC Efficiency 36% Pressure Ratio 17:1 LPT Shaft Speed 5714

rpm

Exhaust Temperature 511°C NOx Emission 25

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ppm

Central de Cogeneraciรณn con Motor de Combustiรณn Interna de 23MW

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Planta Generadora con Biomasa de Relleno Sanitario

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Motor Generadores y Subestaciรณn de Bioenergia de Nuevo Leรณn

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Terminal de gas natural licuado en Altamira,Tams.de Shell para CFE

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Microturbinas de Gas • • • • • •

30-60 kW power output Multi-fuel capability High CHP efficiency Low maintenance Low emissions 2-to-100 unit multipacking – <30 kW to 6 MW • >2,500 sold worldwide • >5 million operating hours

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Corte Transversal de una Microturbina Cooling fins

Exhaust output Air intake

Recuperator Fuel injector Combustion chamber

Generator Compressor Air bearings

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Turbine

• One moving part • No coolants or lubricants • Compact and lightweight

Central Hidroeléctrica típica

por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

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Hidroelectricidad en el Mundo

por Ing. Jorge Hernรกndez-Soulayrac

Tecnología de Gasificación por Plasma • El Plasma se define como el cuarto estado de la materia, y es el término dado a un gas que ha sido ionizado.

• gas ionizado es cuando los átomos han perdido uno ó más electrones y está eléctricamente cargado, a través de un arco eléctrico.

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Aplicación de la Tecnología del Plasma Materiales previamente considerados como desechos Reciclados y procesados como materia prima para hacer bienes de consumo

Desecho suministrado en Sólidos, líquidos y gases Peligrosos y no peligrosos

Gas Convertido por Plasma

Combustible Generación De Electricidad

G C P

Convertidor de Desechos por plasma por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

Silicatos y Metales Valiosos

Químicos Para plásticos

Consumo de Energía Eléctrica por Tipo de Combustible

por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

Consumo de Energía per cápita vs. ingreso

por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

por Ing. Jorge Hernรกndez-Soulayrac

GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD EN EL MUNDO

Fossil energy sources will remain dominant – Clean technologies gaining in importance Power generation by energy carriers (in TWh, Terawatts/hora)

2.5% per year

33,000

Plus 4,200 TWh

17%

Renewable (w/o Hydro)

15%

Hydro

15%

Nuclear

20,000 3% 16% 15% 81%

22% 5% 39%

2009

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20%

Fossil energy sources

68%

Gas

2%

Oil

31%

Coal

2030

Demanda de Energía Eléctrica en el Mundo 18,000TWh

por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

Proyección de la Demanda Mundial de Energía Eléctrica:33,000TWh, concentración urbana 66%

por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

Costos de Generación por Tecnología

por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

Huella de CO2 por Tecnologías de Generación de Electricidad

por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

Emisiones de Gases de efecto Invernadero

por Ing. Jorge Hernรกndez-Soulayrac

PaĂ­ses emisores de gases de efecto invernadero

por Ing. Jorge HernĂĄndez-Soulayrac

Emisiones de CO2 en México

por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

Reducciรณn de emisiones mundiales de gases de efecto invernadero para la meta de 450ppm de CO2

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Conclusiones para el aprovechamiento sustentable • • • •

Eficiencia energética Ahorro de energía Energías renovables Matriz energética (Energy Mix) – Energía eólica, solar, biomasa, hidroeléctrica – Energía Nuclear – Energía Geotérmica

por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

Conclusiones para el aprovechamiento sustentable • Generación a base de plantas de gas natural de ciclo combinado y con carbón tipo CCS • Cogeneración y Generación distribuida • Redes inteligentes de distribución (smart grid)

por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

por Ing. Jorge Hernรกndez-Soulayrac

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Estrategia del Programa Nacional de energía 2009-2012 SENER • Incrementar el rendimiento parque vehicular nacional, impulsando vehículos eléctricos o híbridos • Incrementar eficiencia de iluminación por sustitución de focos incandescentes por fluorescentes compactos y LED • Incrementar eficiencia de equipos del hogar e inmuebles por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

por Ing. Jorge Hernรกndez-Soulayrac

por Ing. Jorge Hernรกndez-Soulayrac

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Estrategia del Programa Nacional de energía 2009-2012 SENER • Incrementar capacidad de generación, promoviendo cogeneración • Reducir consumo energético en edificaciones de calor y electricidad • Incrementar eficiencia de motores eléctricos industriales y controles de velocidad

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Estrategia del Programa Nacional de energía 2009-2012 SENER • Incrementar eficiencia de los sistemas de bombeo de agua • Inversión en eficiencia energética y en la promoción de energías renovables • Leyes de interconexión a redes de CFE y pago de tarifas de porteo de energía

por Ing. Jorge Hernández-Soulayrac

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LA IMAGINACIÓN ES MÁS IMPORTANTE QUE LOS CONOCIMIENTOS

Thomas. A. Edison

Ing. Hernández Soulayrac por Ing. Jorge Jorge Hernández-Soulayrac

tecnoelectric2010@hotmail.com