cation of the environmental impacts of these technologies is accomplished it concludes that technology is the type that causes the lower environmental impact and future regarded as a form of power generation environmentally and social/y sustainable.
Keywords: power; environmental impact, technology. conventional, renewable
INTRODUCCIÓN
En general, la generación de energía eléctri ca consiste en transformar alguna clase de energía química, mecánica, térmica o lumi nosa, entre otras, en energía eléctrica. Para la generación industrial se recurre a insta laciones denominadas centrales eléctricas, que ejecutan alguna de las transformaciones citadas. Estas constituyen el primer escalón del sistema de suministro eléctrico.
La generación eléctrica se realiza, básicamen te, mediante un generador; si bien estos no di fieren entre sí en cuanto a su principio de fun cionamiento, varían en función a la forma en que se accionan. Esto es, difiere en qué fuente de energía primaria utiliza para convertir la energía contenida en ella, en energía eléctrica.
Dependiendo de ]a fuente primaria de energía utilizada, las centrales generadoras se clasi fican en termoeléctricas ( de carbón, petró leo, gas, nucleares y solares termoeléctricas ), hidroeléctricas ( aprovechando las corrientes de los ríos o del mar: mareomotrices), eóli cas, solares fotovoltaicas y termosolares. La mayor parte de la energía eléctrica generada a nivel mundial proviene de los dos primeros tipos de centrales reseñadas. Todas estas cen trales, excepto las fotovoltaicas, tienen en co mún el elemento generador, constituido por un alternador de corriente, movido mediante una turbina que será distinta dependiendo del tipo de energía primaria utilizada.
Todas las fuentes de energía producen al gún grado de impacto ambiental. La ener gía geoténnica puede ser muy nociva si se arrastran metales pesados y gases de efecto invernadero (GEi) a la superficie; la eólica
produce impacto visual en el paisaje, ruido de baja frecuencia, puede ser una trampa para aves. La hidráulica menos agresiva es la mini hidráulica ya que las grandes presas provocan pérdida de la biodiversidad, gene ran metano por la materia vegetal no retira da, provocan pandemias como fiebre ama rilla, dengue, equistosomiasis en particular en climas templados y climas cálidos, inun dan zonas con patrimonio cultural o paisajís tico, generan el movimiento de poblaciones completas, entre otros lugares como las cen trales hidroeléctricas de Asuán, Itaipú, Ya ciretá y aumentan la salinidad de los cauces fluviales. La energía solar se encuentra entre las menos agresivas salvo el debate genera do por la electricidad fotovoltaica respecto a que se utiliza gran cantidad de energía para producir los paneles fotovoltaicos y tarda bastante tiempo en amortizarse esa cantidad de energía. La mareomotriz se ha disconti nuado por los altísimos costos iniciales y el impacto ambiental que suponen. La energía de las olas junto con la energía de las corrien tes marinas habitualmente tiene bajo impac to ambiental ya que usualmente se ubican en costas agrestes. La energía de la biomasa produce contaminación durante la combus tión por emisión de C02 pero que es reab
sorbida por el crecimiento de las plantas cul tivadas y necesita tierras cultivables para su desarrollo, disminuyendo la cantidad de tie rras cultivables disponibles para el consumo humano
y
para la ganadería, con un peligro de aumento del coste de los alimentos y au mentando la producción de monocultivos.Tecnologías de generación eléctrica
Análisis del impacto ambiental producido por ... :,; centrales de generación ...
las tecnologías de generacion eléctrica lo debemos clasificar en función al recurso energético que utilizan para transformarlo en energía eléctrica
Generación eléctrica convencional
Denominada así en razón al uso de las fuen tes de generación existentes utilizado para producir calor, luz y fuerza se emplearon para producir energía eléctrica.
Centrales que utilizan combustibles fósiles y metales radioactivos3
En su forma clásica, las centrales termoe léctricas consisten en una caldera en la que
Figura O 1: Central Térmica de Carbón en el su roeste de Düsseldorf y Neuss Alemania
Figura 03: Central termoeléctrica a gas natural de Chilca Lima Perú
Luís Manuel Terrazos Úngaro
se quema el combustible para generar calor que se transfiere a unos tubos por donde cir cula agua, la cual se evapora. El vapor obte nido, a alta presión y temperatura, se expan de a continuación en una turbina de vapor, cuyo movimiento impulsa un alternador que genera la electricidad. Luego el vapor es en friado en un Condensador donde circula por tubos agua fría de un caudal abierto de un río o por torre de refrigeración (Figura O l y 03). A través de un motor a combustión utilizando petróleo, que acoplado a un ge nerador se puede generar energía eléctrica (Figura 02). La fisión nuclear del uranio es utilizado para producir vapor y mover tur binas en el principio básico de una central nuclear (Figura 04).
Figura 02: Central Térmica Diesel a petróleo
Generación eléctrica renovable
Centrales que utilizan energías renova bles (1)
El uso intensivo e inagotable de una fuente de generación lo califica como generación
Figura 05: La central hidroeléctrica del Mantaro Huancavelica Perú.
(Fuente: Ministerio de Energía y Minas)
Centrales que utilizan la energía solar
Existen dos formas de aprovechar la ener gía solar para producir electricidad, a)
tecnología solar térmica o termosolar,
el calor procedente de la radiación del sol produce vapor, el cual es turbinado para
Figura 07: Central termosolar Extresol Badajoz Granada España
eléctrica renovable y corresponde a las cen trales hidráulicas que emplean la energía potencial del agua a través de embalses o simples desniveles. (Figura 05).
Figura" 06: Central Solar Repartición 22 MWp La Joya Arequipa Perú
producir electricidad (Figura 06), y b) tec nología solar fotovoltaica que transforma directamente la energía solar en energía eléctrica mediante "células solares" ba sadas en materiales semiconductores que generan electricidad cuando incide sobre ellos la radiación solar (Figura 07).
Análisis del impacto ambiental producido por las centrales de generación ...
'"
Las instalaciones de generación eólica pro ducen energía eléctrica a partir de la energía cinética del viento. Generalmente se agrupan
Las centrales que utilizan residuos sóli dos orgánicos son similares a centrales tér micas convencionales, con la diferencia de que el combustible utilizado es de origen or gánico.· Efectivamente, estas instalaciones, normalmente de pequeño tamaño (actual mente de 3040 MW, aprovechan materias orgánicas de origen vegetal o animal ("bio masa") procedentes de residuos (forestales, agrícolas, de transformación agropecuaria o de la madera, biodegradables, etc.) o de cul tivos energéticos (Figura Nª 09).
Luis Manuel Terrazos Úngaro en un mismo emplazamiento varios aeroge neradores, formando los llamados "parques eólicos" que pueden superar los 4050 MW.
Figura N' 09: Central térmica de biomasa Huaycoloro Chosica Lima Perú
Las componentes básicas de las diferentes tecnologías para generación eléctrica se muestran en la Tabla 1.
Tabla l. Componentes básicas por tipo de fuente de generación y tecnología
Tipo de central Fuente de energía Energía intermedia Tipo de turbina Elemento que pro
eléctrica duce la electricidad
Térmica Combustibles de tipo Energía calorífica, Turbina de vapor Alternador de combustión fósil, como carbón, utilizada para produ
gas natural y deriva cir vapor de agua a dos del petróleo presión
Nuclear Elementos pesados y Energía calorífica, Turbina de vapor Alternador radiactivos, como el utilizada para produ
uranio y el plutonio cir vapor de agua a presión
Terrnosolar Radiación solar Energía calorífica, Turbina de vapor Alternador
utilizada para produ cir vapor dé agua a
presión
Hidroeléctrica Agua embalsada y Turbina hidráulica Alternador corrientes de agua
Eólica Viento Aerogenerador Alternador
Fotovoltaica Radiación solar Panel fotovoltaico
1.3 Balance energético mundial
Sourcc Total= 90.0 Sector
Industria' 20.0 (20%) Transportation
27.4 (2896)
Elcctric Powcr?
39.6 (4096)
Perccnt of Sourccs Percent of Sectors
Goal' 20.6 (21%) Pctrolcum'
36.0 (3796)
Natural Gas' 24.6 (25%)
Renewvable Energy' 8.0(896) Nuclear Electric Power
8.4(996)
,
�
:::::::::;2
���
s
�
:::::::::::::::,J
Residencial and Comercial'� 11.0
(11%)
Figura 1 O: Balance energético de tipo de energía por sector
Fuente: Agencia Internacional de Energía USA
La generación de electricidad al 20 l O contribuyó con el 41 % de las emisiones globales de
C0
2 (Figura ll).
• Residencial • Industria 11 ·- Transporte
• Electricidad y Calor
1 1
. ,
42%
EMISIONES DE
co,
POR SECTOR10% 6%
Figura 11: Emisión Mundial de C02 por sector en 201 O
Fuente: Agencia Internacional de Energía USA
En la Figura 11 se muestra que durante los últimos 20 años el crecimiento de los combus tibles fósiles ( carbón, gas natural y petróleo) ha sido en forma creciente y sostenida, con la consecuente emisión cada vez mal elevada de los GEI especialmente el
C0
2•ELECTRICITY GENERATION BY FUEL Wordl
25 000 000
20000 000
IS 000 000
.J:.
3:
o
10 000 000
5 000 000
1973 1975 1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 • Co3I/Pe31 • Oil • Natural gas Nuclear • Hydro Bioíucls & waue • Gcmhcrmal/sofor/wind
Análisis del impacto ambiental producido por las centrales de generación ...
MÉTODOS
La presente investigación incluyó la bús queda, recopilación
y
análisis de informa ción bibliográficay
vía intemetEn el caso de la generación eléctrica, mu chos de los impactos sociales y ambientales pueden ser evaluados a través de la cuan tificación de las extemalidades abarcando
Etapas de la metodología
Emisiones. Caracterización fisica de la fuen te emisora, localización, inventario de conta minantes y características de las emisiones.
Dispersión de los contaminantes. Cálculo del incremento de la concentración de con taminantes en las regiones afectadas utili zando entre otros, modelos de dispersión atmosférica.
Evaluación de impactos. Se calculan los impactos físicos mediante funciones exposi ciónrespuesta, los cuales en el caso de efec tos en salud son determinados por estudios clínicos o epidemiológicos. Se toma en cuen ta tanto la morbilidad como la mortalidad.
Costo. Evaluación de los impactos en tér minos monetarios.
Luis Manuel Terrazos Úngaro el ciclo completo de los combustibles o fuente de energía, es decir las actividades desde la obtención de la fuente de energía hasta el desmantelamiento de las centrales de generación.
Metodología de cuantificación física
Los impactos fisicos se manifiestan en ex ternalidades que ocasionan:
Efectos adversos a la salud (enfermedad y muerte) que pueden ser agudas o crónicas, estos últimos son más frecuentes. Accidentes de trabajo, ruido
Daños al ambiente, afectación a la vegetación reducien do la fotosíntesis, acidificación del suelo y del agua, ruido. Impacto visual y calentamiento global.
Corrosión de metales, deterioro de todo tipo de materia les, incluyendo construcciones.
Cálculo de generación de electricidad
El objetivo es calcular la generación de electricidad en un periodo determinado.
Para lograr este objetivo, en primer lugar se debe calcular la generación de electricidad total del· suministrador de acuerdo con la tecnología
y
el combustible fósil utilizado durante el periodo determinado."
MWh;,,·
=
LMWh¡ ··· 1.0('::)
En donde MWh;,,· es la generación de elec tricidad por tipo de tecnología i ( en MWh) a través del combustible e, cuando sea el caso, donde:
e = [Combustóleo, gas natural, diesel, car
bón y otros], y
i = [tecnología de generación de electricidad
En el caso de las tecnologías para las que no existen datos históricos, ya sea por ser nue vas o por haber sido mejoradas, se estimará la operación para la tecnología para un año.
Cálculo de emisiones de sustancias con
taminantes
El objetivo es identificar las emisiones de sustancias contaminantes por tonelada deri vadas de cada tipo de tecnología de genera ción en un periodo determinado.
Estimar vía cálculo las emisiones de sustancias contaminantes, denominadas
Es (
en toneladas de bióxido de carbono equivalente), provenien tes del proceso de generación de electricidad por tecnología y combustible. Dichas emisio nes deberán ser incluidas de acuerdo con el po tencial de calentamiento global, donde:Es = Toneladas de emisiones de sustancias contaminantes
Valoración monetaria de las emisiones de
sustancias contaminantes
El objetivo es . obtener el valor en términos monetarios de las emisiones de las sustancias contaminantes de los combustibles·utilizados por diversas tecnologías de generación de electricidad.
Para ello, hay que determinar el valor mone tario de la emisión por tecnología de gene ración, de acuerdo con un valor de referen cia del precio del bióxido de carbono. Para obtener dicho valor de referencia, se toma la serie histórica de los precios de cierre oficial
(settlement prices) de los contratos de futu ros de bióxido de carbono, de los últimos tres años (partiendo del mes en que se realiza el cálculo), publicada para el mercado europeo. Esta información se encuentra disponible en la página web de European Climate Exchan
ge,
http://www.ecx.eu/EUAFutures.Se calcula la serie de promedios mensuales a partir de los precios históricos diarios de cierre oficial de los contratos de futuros de bióxido de carbono, de los últimos tres años. A con tinuación, se convierte dicha serie de euros a dólares por tonelada, utilizando los datos publicados por el Banco Central de
Reserva,
Posteriormente, se calcula el promedio de la serie resultante, en dólares por tonelada.Entonces, se multiplican las emisiones de sustancias contaminantes de cada tecnolo gía y combustible (si es el caso), por el valor de referencia obtenido.
"
W1 i s: = L,EsXPs 2.0
S=I
En donde VM. s.c es el valor monetario de las emisiones por tecnología
i
y el combustiblee,
si es el caso;Es
representa las emisiones de las sustancias contaminantes estimadas para el periodo determinado, yPs
es el pre cio por tonelada en dólares de las emisiones de la sustancia contaminante.Valoración de las externalidades ( 4)
El objetivo es calcular el valor monetario unitario de las externalidades asociadas a la generación de electricidad por tecnología y combustible, si es el caso.
Para lograrlo, hay que obtener el cociente del valor monetario de las emisiones de sustancias contaminantes, para cada una de sus tecnologías (y combustible si es el caso) VM. , ic y dividirlo entre los MWh. ic
de generación de electricidad para el pe ríodo determinado.
NI i.c
xic = ··· 3.0
·
MWh;.,
Análisis del impacto ambiental producido por las centrales de generación ...
El valor resultante, por tecnología, deberá in
corporarse a los costos de operación y man
tenimiento, lo que permitirá incluir externa
l.
RESULTADOS
Luis Manuel Terrazos Úngaro
lidades en las comparaciones y análisis entre
tecnologías, así como preparar escenarios de
emisiones e impactos reducidos, entre otros.
Tabla 2. Principales impactos ambientales de las fuentes de generación eléctrica
AIRE AGUAS TERRENO SERES OTROS VIVOS
COMBUSTI EXTRAC SO:_NOx.
BLES FÓSILES CIÓN, TRA particulas.C02partfcula.<;
TAMIENTOY
CARBÓN en suspensión escorrentías, Ocupación, Penur Ruido, impacto TRANSPORTE
aguas resi subsidcncia, bación visual duales escombreras hábitats
naturales
SH:. NOX. co, CO Penur Olores, impacto fOmpucstos orgánicos, bación visual, fugas de PETRÓ partículas Consumo, Ocupación impacto de hábitats, crudos l..EO vertidos conta Oleoductos
minados fo una
SH1• CO:. Compuestos Pertur- Fugas de gas,
orgánicos. elementos bación impacto visual, traza
Ocupación hábitats, riesgos sobre la GAS NA Residuos impacto de seguridad
TURAL llquidos Oleoductos
fauna S02, NOx. CO, C02•
compuestos orgáni
GENERACIÓN ELÉCTRICA elementos traza, trans cos, H20, partículas, Utilización y Ocupación, Efectos Ruido, impacto A PARTIR DE COMBUSTI porte contaminantes consumo, ver contaminación derivados visual, genera BLES ..óSIL.ES secundarios, deposición tidos químicos de la opera ción de residuos
húmeda y seca, erectos y térmicos ción sólidos climáticos
Impacto visual, efecto sobre ENERGiAS HIDRÁULICA Ciclos hi· Ocupación, Modifl- consecuencias microclima,
RENOVABLES drológicos, riesgos de cación de sociocconómi modificación movimiento hábitats, cas, riesgos de de la calidad de tierras cambio y roturas de presas
emigración y avenidas de especies,
obstáculo en los causes Gases combustión (bio
masa), contaminación
EÓLICA, SOL.AR. DIO geotérmica Utilización, Ocupación Riesgo para Ruidos, impacto MASA contaminación la avifauna visual
(cólica) Consumo
descargas
NUCLEAR CICLO DEL. URANIO Y GE Polvo, explotaciones térmicas químicas, y Ocupación, Modifi Residuos radio NERACIÓN NUCLEAR mineras, emisiones emisiones de subsidcncia y cacién de activos, impacto radiactivas mdionuclci escombreras hábitats, visual, ruidos,
dos, drenajes (minas), con impactos riesgos ocupa de In minería, laminación derivados cionales contaminación de la opera
Tabla 3. Comparación del efecto ambiental, en emisiones de contaminantes Ton/GWh,
en la producción de electricidad
Fuente de energía
co,
NO Xso,
Partículas sólidas en
suspensión
Carbón l 058,2 2,986 2,971 1,626
Gas natural 824,0 0,251 0,336 1,176
Nuclear 8,6 0,034 0,029 0,003
Fotovoltaica 5,9 0,008 0,023 0,017
Biomasa 0,0 0,614 0,154 0,512
Geotérmica
56,8Eólica 7,4
Solar Térmica 3,6
Hidráulica 6,6
Tabla 4. Costos de contaminación por tecnología en los receptores
RECEPTORES (USS/MWh)
TECNOLOGÍA Pérdida de Materiales Cambio
Salud Cultivos TOTAL
biodiversidad de Construcción climatico
Diesel 6.38 0.52 0.06 0.03 2.12 9.11
Gas Natural CS 2.08 0.39 0.07 0.03 9.19 11.75
Gas Natural CC 1.4 0.25 0.05 0.02 6.15 7.87
Carbón 6.12 0.59 0.08 0.04 12.71 19.53
Hidráulica de pasada 0.12 0.01
o
o 0.06 0.19Hidráulica de embalse 0.12 0.01
o
oo
0.13Nuclear 0.01
o
o
o
o
0.01Eólica 0.25 0.01
o
0.01 0.09 0.37Biomasa 2.5 0.27 0.07 0.04 0.53 3.41
Geotérmica 1.04**
Solar FV 1.47 0.07 0.01 0.02 0.4 1.98
Biogás de Rellenos
Sanitarios 2.85 0.1 0.01 0.09 0.16 3.21
•
**
En este caso se ha excluido el impacto del C02 en el cambio climático, ya que este valor se incluye en un cálculo posterior.
Este se calculó como el 5% del costo por contaminación originada por la Central Térmica, este porcen taje se encontró en base a un ratio entre las emisiones de la Central Térmica y la Geotérmica, de acuerdo a la presentación "Promoción de Inversión en Generación Hidráulica" ESAN (2008).
Análisis del impacto ambiental producido por las centrales de generación ...
DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES
Discusión
Los principales impactos al medio ambiente
y los seres vivos se muestran en la Tabla 2, donde se puede apreciar que el mayor impac to lo producen las centrales de generación que utilizan combustibles fósiles predomi nando las que utilizan carbón, sin embargo la existencia de importantes volúmenes de yacimientos de carbón vienen orientando al desarrollo de nuevas tecnologías para redu cir estos impactos ambientales6•
En la Tabla 2 se observa la emisión de conta minantes en términos de tonelada por GWh de energía producida, donde la generación renovable con las tecnologías eólica, termo solar e hidráulica producen bajas emisiones de C02 con relaciona las convencionales'.
El costo del impacto ambiental (2) en $/ MWh generados por cada tecnología se muestra en la Tabla Nª 04, donde producir electricidad con carbón resulta 1 O veces más caro que producir con energía fotovoltaica, así como producir con gas natural resulta 32 veces más caro que con energía eólica.
Luis Manuel Terrazos Úngaro 2. Al analizar las externalidades por
tecnologías, se observa que las cen trales térmicas son. las que generan una mayor cantidad de contaminan
tes, y en el caso de las centrales hi dráulicas, las que generan más im
pactos ambientales son las centrales tipo embalse, debido al inevitable desplazamiento de poblaciones
y
la afectación a la flora y fauna acuática en el área de impacto directo e indi recto en este tipo de proyectos.3. Conocer la magnitud de los costos externos facilita la toma de decisio nes técnicas para la planeación del sector energético buscando reducir los impactos económicos, sociales y ambientales que genera este sec tor. Estos costos se pueden aplicar para análisis costo beneficio de ins talar equipos de mitigación de emi siones e incrementar la eficiencia de las centrales existentes, establecer nuevos límites de emisiones permi sibles, selección de sitios para insta lar las plantas y establecer políticas actuales favorables para que el costo al usuario final refleje el costo real, entre otras aplicaciones.
l. Las tecnologías que utilizan combusti bles fósiles son las de mayor costo ex terno, las renovables y nuclear debido a su menor contribución en emisiones atmosféricas, impactan menos a la salud y al efecto invernadero y consecuente mente tienen un menor costo exter no. El diferencial de estos costos entre tecnologías podría emplearse para dar prioridad a las alternativas más eficien tes y limpias, e impulsar al empleo de las fuentes renovables de energía.
4.
5.
Las decisiones de la expansión de la capacidad de generación eléctrica de ben ser tomadas considerando el as pecto económico, la seguridad energé tica, así como el impacto ambiental y social que esta actividad involucra.
La central nuclear no emite contami nantes, pero sí genera impactos am bientales importantes debido al riesgo de explosión nuclear así como eleva dos costos y riesgo en la disposición final de los residuos radiactivos
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