Fondo: Terminal de recepción de carbón importado, Petacalco Gro. Feb. 2013 ORIGEN DEL CARBÓN CLASIFICACIÓN UTILIZACIÓN DEL CARBÓN PARTICIPACIÓN EN LA GENERACIÓN ELÉCTRICA UBICACIÓN GEOGRÁFICA RESERVAS A NIVEL MUNDIAL EDADES DEL CARBÓN PROYECCIÓN A FUTURO RESERVAS DE CARBÓN EN MÉXICO ESTADO DEL ARTE DE LA COMBUSTIÓN CON CARBÓN PROYECCIÓN EN EL SECTOR ELÉCTRICO El Carbón (WCI), es una roca sedimentaria de origen orgánico, compuesta principalmente de carbono, hidrogeno y oxígeno. Se forma de la materia orgánica vegetal, acumulada principalmente en zonas pantanosas, que inicialmente estuvo expuesta a descomposición, luego fue cubierta por sedimentos y sometida a temperatura y presión, eventos que modificaron gradualmente sus propiedades físicas y químicas. Fase Biológica Fase Geológica Diagénesis Turba Catagénesis Epigénesis Mesogénesis Metagénesis Lignito Bituminoso Antracita Metamorfismo Grafito Autóctono Alóctono Cannel Boghead Sistema de Norteamérica - (PRESIÓN Y TEMPERATURA) + Turba Lignito Sub - Bituminoso Antracita bituminoso Los macerales son los componentes orgánicos esenciales en la caracterización del carbón Componentes del Carbón Como podemos saber el origen, el tipo ó el rango Madera Raíces Vitrinitas Cutícula de hojas esporas Liptinitas La materia mineral que se transforma en ceniza después de la combustión es el componente inorgánico Corteza Inertinitas Sedimentos Minerales Ceniza Facies Carbón Míxto Lutita Tipo Fúsico Líptico Vítrico Rango Lignito Bituminoso Antracítico Análisis de Reflectancia Inertinita: Tejido vegetal descompuesto por ataque de hongos Liptinita: Esporas aplanadas Análisis Maceral Liptinita: Resina vegetal Fuente: coalmarketinginfo.com Vitrinita: Elementos orgánicos mayores Fuente: limaging.cz Fase Biológica Fase Geológica Catagénesis Diagénesis Turba Epigénesis Mesogénesis Metagénesis Lignito Bituminoso Antracita Metamorfismo Grafito Carbón térmico Carbón coquizable Reflectancia 0.2 0.5 0.9 1.7 2.0 8.0 Del total del carbón producido en el mundo, casi el 70% se utiliza para la generación de energía eléctrica. 3% 10% 8% Electricidad Ind. Acero 4% Ind. Cement Otras Ind. 7% Calefacción 68% Otros usos Fuente: 2009, International Energy Agency Fondo: 2012, CFE Patios de CT JLP Del total de energía eléctrica generada en el mundo, poco más del 40% se produce con carbón. En México la capacidad instalada a base de carbón es 12.9% Por país (2000-2012) 34% 41% Fuente: POISE 2012-2026 Fuente: Oct 2012, International sustainable energy review % China (2000-2008) 53-80 EEUU (2008-2012) 48-36 México (2000-2012) 9-13 Fuente: 2010, Encyclopædia Britannica Antracita y Bituminoso Lignito RESERVAS DE CARBÓN EN EL MUNDO Carbón de menor calidad Carbón de mayor calidad Fuente: 2010 Survey of Energy Resources (World energy Council) Paleozoico Devónico Mesozoico Pérmico Carbonífero Triásico Jurásico Cenozoico Cretácico Terciario Cuaternario EEUU Oriente EEUU Occidente Reino Unido Terciario Europa Occidental Cretácico Europa Oriental CIS Jurásico China Triásico Australia Pérmico India Pensilvánico Sudáfrica Canadá Oriental Misisípico Canadá Occidental Sudamérica Devónico Otros Lejano Oriente México Sonora 350 350 250 200 Oaxaca Coahuila -Son Coah-NL-Tamp Fuente: Earthscience.org Fondo: CFE 2010, Exploración Región Barranca0 Sonora 50 150 100 Millones de años Fuente modificado de: 2002, Thomas, L. Coal Geology, 2003 , IEA Clean Coal Centre, Coal Resources Producción de carbón estimada en el mundo Precios relativamente bajos. Disponibilidad amplia del recurso. Alta capacidad energética. Políticas económicas mundiales a favor de combustibles fósiles Fuente: 2007, EWG, Coal: Resources and Future Production OECD: Organization for Economic Co-operation and Development WEO: World Economic Outlook EWG: Energy Watch Group La política energética a nivel mundial continua privilegiando los combustibles fósiles Fuente: IEA, World Energy Outlook, London 2012 “Los datos sobre las reservas a nivel mundial no son muy confiables y al parecer muestran un sesgo hacia la alza. Las proyecciones sugieren que la cima de la produción de carbón ocurrirá alrededor del 2025 con un incemento del 30% de la producción actual, Fuente: 2007, Lignite and Hard Coal: en el mejor de los casos.” Reservas: 672 Gt Energy suppliers for world needs Fuente: 2007, Coal: Resources and Future Producción 2020 7gt Production until the year 2100- An outlook Reservas estimadas en 1.2 Gt como punto de partida documentos internacionales 91.6% en Coahuila NL-Tamp Sonora Oaxaca 0.8% Otros 4.8% 1.2% 1.7% Representación esquemática de reservas recuperables Fondo: CFE , Laboratorio del Carbón Cuando la densidad de barrenos es limitada La estimación y cálculo de reservas tradicionalmente es motivo de controversia entre las para métodos geoestadísticos (kriging, inverso de áreas de producción y las de exploración. laEldistancia etc.es ) esparticularmente conveniente importante enfoqueponderado, del geólogo incorporar otras técnicas (estimación de la La Sobre-estimacion del depósito es muy común y reconocida mundialmente incertidumbre ). Ej: Convencionalmente se establece un espesor mínimo de 0.6 m para definir un manto como Escenario explotable; se recomienda 0.8 – 1.2 m. (En la práctica se han encontrado estimaciones con Conservador espesores individuales desde 0.20). Esto dependerá de varios factores como el sistema de explotación sugerido, profundidad, calidad, uso de suelo, etc. Pérdidas por sistema de minado y mantos abandonados 5% a cielo abierto 35% obra subterránea [Tasa de recuperación en EEUU: 54% (de 445 Gt se avalan 238 Gt)] Existen otros factores relacionados con la complejidad geológica que agregan fuentes de incertidumbre, los cuales deben ser considerados en la evaluación. Tratar de diferenciar las reservas explotables de las marginales considerando todos los aspectos que geológicos, socioeconómicos, ambientales, técnicas de explotación disponibles, etc. En 2009, la GEIC reinicia la exploración de minerales energéticos con la evaluación de cuencas de carbón térmico en Sonora central. San Marcial San Javier Barranca Santa Clara San Enrique En 2010, se desarrollaron varias etapas de prospección geológica en la región de Santa Clara enfocadas a la evaluación de reservas, y de reconocimiento en Barranca y San Javier La zona de Santa Clara se dividió en 5 bloques con características individuales que permitieran la correlación de resultados, en los cuales se localizaron ±20 mantos Bloque Bloque B1 Barreno Manto SC-07 SC-07 SC-16 SC-13 M1-1 PBA01 (2009) B3 SC-14 SC-18 SC-14 SC-01a SC-22 SC-09 M1-2 M3-1 Profundidad (m) 45 78,4 54,5 86 116,5 121,8 103,6 212,9 28,4 80,5 79,9 136,4 88,5 131,6 151,15 90,1 220,4 69,6 66,5 204,7 139,6 207,1 137,3 168,4 42,8 PCS (cal/g) 6258 4781 4603 Espesor Densidad (t/m3) (m) 0,50 2,14 1,75 2,14 1,30 2,01 1,00 2,04 1,90 2,75 2,15 2,20 1,89 3,30 2,04 2,29 3,55 2,04 1,76 1,85 2,10 2,18 1,00 2,20 2,35 2,12 2,01 1,30 2,01 Área U1 (m2) 66 773 0,40 0,63 18 005 130 273 0,65 0,61 188 433 95 576 0,55 0,61 94 618 U2 Resultado: 3,32 Mt en 4 de los 5 bloques definidos. M3-2 M3-4 M4-1 CFE14 (2009) B4 SC-22 SC-22 CFE14 (2009) SC-08 SC-08 SC-10 CFE14 (2009) B5 SC-10 SC-11 SC-11 SC-12 SC-12 SC-17 M4-2 M4-3 M4-4 M4-5 M4-6 M4-7 M5-2 M5-3 M5-4 M5-5 M5-6 4320 4863 6174 5727 4358 5908 6870 200 967 0,65 0,61 445 675 130 036 0,50 0,61 267 393 290 042 0,65 0,50 449 811 102 624 0,65 0,61 186 280 168 671 0,65 0,61 147 132 115 756 0,65 115 756 0,65 0,61 0,61 196 606 119 930 298 634 6149 1,92 1,72 220 829 0,65 0,63 5519 5888 4396 5048 5650 6891 1,30 2,40 1,00 1,70 2,35 1,25 2,05 1,69 1,91 1,82 1,71 1,74 130 950 0,65 147 924 0,65 147 924 0,55 122 937 0,65 112 937 0,65 153 528 0,55 0,63 0,61 0,51 0,61 0,63 0,55 Barreno Toneladas 142 908 237 892 79 251 150 816 201 975 101 012 B1 3 326 370 SC-07 SC-07 SC-16 SC-13 PBA01 (2009) B3 SC-14 SC-18 SC-14 SC-01a SC-22 SC-09 Manto Profundidad (m) M1-1 45 78,4 M1-2 54,5 86 M3-1 2 116,5 121,8 M3-2 103,6 M3-4 212,9 28,4 80,5 M4-1 79,9 136,4 M4-2 88,5 131,6 M4-3 151,15 M4-4 90,1 M4-5 220,4 69,6 M4-6 66,5 M4-7 204,7 M5-2 139,6 M5-3 207,1 M5-4 137,3 M5-5 168,4 M5-6 42,8 S e d PCS (cal/g) 6258 Espesor Densidad 3 (t/m ) (m) 0,50 2,14 1,75 2,14 1,30 2,01 1,00 2,04 1,90 2,75 2,15 2,20 1,89 3,30 2,04 2,29 3,55 2,04 1,76 1,85 2,10 2,18 1,00 2,20 2,35 2,12 2,01 1,30 2,01 u1 u2 4781 (m )(m) t 4603(U1)(U2) = t m34320 4863 Área U1 (m2) 66 773 0,40 0,63 18 005 130 273 0,65 0,61 188 433 95 576 0,55 0,61 94 618 200 967 0,65 0,61 445 675 130 036 0,50 0,61 267 393 U2 Toneladas U1 factor de incertidumbre 6174 por heterogeneidad 290 042 de 0,65 espesor 0,50 449 811 CFE14 (2009) B4 B5 5727 102 624 0,65 0,61 U2SC-22 factor de incertidumbre por interrupción de mantos SC-22 4358 168 671 0,65 0,61 CFE14 Erosión (2009) SC-08 5908 115 756 0,65 0,61 Intrusión SC-08 6870 115 756 0,65 0,61 Desplazamiento por compresión o extensión SC-10 6149 1,92 1,72 220 829 0,65 0,63 CFE14 (2009) etc. SC-10 SC-11 SC-11 SC-12 SC-12 SC-17 5519 5888 4396 5048 5650 6891 1,30 2,40 1,00 1,70 2,35 1,25 2,05 1,69 1,91 1,82 1,71 1,74 130 950 147 924 147 924 122 937 112 937 153 528 0,65 0,65 0,55 0,65 0,65 0,55 0,63 0,61 0,51 0,61 0,63 0,55 186 280 147 132 196 606 119 930 298 634 142 908 237 892 79 251 150 816 201 975 101 012 3 326 370 Tabla de resultados del análisis químico Cuenca Mixteca (Tlaxiaco, San Juan Mixtepec y Tezoatlán) Se realizaron 3 barrenos de verificación, con un total de 367 m perforados. Conclusiones 1 Se analizaron 27 muestras de carbón de afloramientos y 25 de núcleos de perforación. La calidad de los mantos de carbón (3180 cal/g media pond.) es inferior a los estándares de generación1 . La continuidad de los mantos de carbón es limitada por condiciones de depósito y estructurales. Los mantos de carbón de buena calidad no tienen espesores económicos en la mayoría de los casos. Los depósitos de carbón con espesores entre 2 y 3 metros no corresponden enteramente a carbón, se encuentran intercalados, con lutitas carbonosas (Causa principal de la sobreestimación de recursos por CRM2). No es factible la extracción sistemática del carbón en Oaxaca y los volúmenes útiles son limitados para los requerimientos de CFE. Se clasifica como un recurso marginal3. Factores de tipo social y ambiental dificultan la ejecución de proyectos mineros en Oaxaca. Valor estándar de generación utilizado: 4200 cal/g CRM: Consejo de Recursos Minerales 3 Recurso Marginal: Clasificación de un recurso sub-económico cuya explotación puede ser atractiva en condiciones distintas a las actuales. 2 Cuenca Cabullona Con las primeras visitas de verificación se determinó que las condiciones geológicas de la cuenca no favorecen la acumulación de depósitos importantes de carbón. Depósitos lenticulares y con invasión de terrígenos. Espesores irregulares con predominancia de mantos delgados. Discontinuidad lateral por procesos sedimentológicos y tectónicos. Predomina el poder calorífico por debajo del límite de detección y un índice de dureza media-alta. Tanto en Oaxaca como en Sonora no se recomienda continuar con la exploración de carbón por CFE RESERVAS PROBADAS (Reservas Totales) [Fuente] Región Carbonífera Sabinas -Monclova 538 Mt (1387 Mt) [1] Cuenca Carbonífera Fuentes-Rio Escondido 629 Mt (1216 Mt) [2] Cuenca Terciaria del Golfo 52 Mt (92 Mt) [3] 1219 Mt Producción por Tipo de carbón Metalurgico 17% [1] 2003, Rivera-Alcocer [2] 1987, Ariceaga - Arriaga [3] 1988, CFE-SEZN Térmico 83% Según cifras internacionales México tiene reservas por 1,211 Mt a un ritmo de producción anual de 16 Mt. 1211/16 = 76 años Producción/consumo Mt (Carbón nacional) 14 12 10 8 6 4 2 0 2008 2009 2010 Producción Anual Total 2011 2012 Consumo anual CFE RESERVAS PROBADAS (Reservas Totales) [Fuente] Región Carbonífera Sabinas -Monclova 538 Mt (1387 Mt) [1] Cuenca Carbonífera Fuentes-Rio Escondido 629 Mt (1216 Mt) [2] Cuenca Terciaria del Golfo 52 Mt (92 Mt) [3] Mt 1219 Mt Cuenca R prob (Mt) e.c. % R prob c. (Mt) f minado (%) R rec. (Mt) FuentesRE 629 0.13 547 0.69 381 Oaxaca 8 30 Consumo 25.8 CRE = 149.87* 0.54 0.14 7 Producción por Tipo de carbón 6 Térmico 83% Metalurgico 17% 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 5 4 3 2 1 0 CT II CT JLP fU R rec. c. 11.9 CFE-I1 (Mt)0.53 CFE-I2 (Mt) 5.6 MICARE * Obra Subt Tajo Total Consumo @2012 Diferencia 299.85 81.62 381.47 295.60 164.50 149.87 14.63 *Fuera de programa las minas subterráneas VIII, IX, X, XI, XII *Sin considerar lo extraído **Factible de explotación por uso de suelo Cuenca / Región Estado Fuentes-Río Escondido Coahuila MonclovaSabinas Terciaria del Golfo Coah-NLTamp Mixteca Oaxaca Barranca Sonora Cabullona Ojinaga –NC Edad Maestrichtiano inferior Formación Geológica Tipo Facies Sub-bituminoso C, Mixto (> 30% cza) 164/547* medio-bajo volátil Mixto/Carbón ?/538 Carbón/Mixto 15/52** Mixto Sin reservas probadas (6/11) alto volátil Olmos Sub-bituminoso Eoceno medio Bigford/Pico Clay Lignito brillante vítrico Toarciano-Calloviano Bituminoso bv - Jurásico medio Rosario, Zorrillo, Simón Cárnico Sta. Clara, Grupo Bituminoso bv - Triásico superior Barranca Sonora Albiano sup – Cenomaniano Cintura Chihuahua Ki n/d X= [RrS-M+188 Mt-CS-M-150Mt] X= [RrS-M-CS-M+38 Mt] Reservas recuperables/Reser Antracita Carbón/Mixto Antracita-Grafito Bituminoso bv Antracita n/d Planeación y sistematización de la explotación I. II. III. vas probadas (Mt) 3.3 [Rr solo Sta Clara] Mixto Sin reservas probadas Mixto Sin reservas probadas Tecnología Capital intelectual Recursos $ Mina Siglo XXI Piedras Negras Coah. Pozo Ej. La Florida M. Múzquiz, Coahuila Obras mineras Obras mineras San Javier, Sonora San Javier, Sonora Considerando que el principal uso del carbón es la generación eléctrica, al mejorar la eficiencia de las centrales eléctricas se reducen las emisiones a la atmósfera. Partículas Polvos SOx – Lluvias ácidas, etc. NOx – smog, “ozono terrestre” CO2 gas de efecto invernadero Metales pesados, etc. Combustión supercritica y ultrasupercrítica: Utilizan calderas diseñadas para resistir altas presiones y temperaturas, las cuales permiten el uso de vapor arriba del punto crítico (>248 bar y >566°C) CCE Pacífico, Petacalco Gro. Capacidad neta: 651.16 MW Eficiencia de la central: 41.32% CT JLP CT CII CT PEC CCE Pacífico Fuente: 2006, IEA “Focus on Clean Coal” Combustión por lechos fluidizados (FBC): El carbón (incluso biomasa o basura) se quema en un reactor y se mezcla con aire y partículas generalmente de caliza o dolomita, formando un flujo turbulento, similar a un liquido en ebullición. Esto mejora la combustión, la transferencia de calor y la recuperación de residuos. Las ventajas son: Reducción de ≤ 90% de NOx debido a su combustión a menor temperatura; y de SOx debido a la inyección de caliza desde el inicio del proceso. Gasificación del carbón (IGCC): El carbón se mezcla con vapor de agua y oxigeno + presión y temperatura , hasta producir una reacción termoquímica que produce un gas combustible (syngas), principalmente CO2 e hidrógeno (H2) lo cualpermite generar en ciclo combinado (turbinas de gas + turbina de vapor). 2011-2025 “ el desarrollo de centrales basadas en el uso del carbón podría resultar competitivo en el largo plazo al considerar el límite en la capacidad de generación con gas natural. De esta manera se incluyen, además de proyecto Carboeléctrica del Pacífico de 678 MW, que entró en operación en marzo de 2010, la opción para cuatro plantas carboeléctricas supercríticas de 700 MW cada una; dos en Lázaro Cárdenas Mich, y dos en la región de Sabinas Coah. Sin embargo, a diferencia de las carboeléctricas convencionales, se plantea la incorporación de equipo de captura y secuestro de CO2. La opción de gasificación integrada a ciclo combinado se prevé también como una alternativa para esta capacidad.” Fuente: PROGRAMA DE OBRAS E INVERSIONES DEL SECTOR ELÉCTRICO POISE 2011-2025 12.9 19.6 2012-2026 “Desarrollar la generación a base de carbón con una participación máxima de 15%. Así mismo se recomendó atender los compromisos de sustentabilidad ambiental implementando las tecnologías necesarias para el abatimiento de emisiones.” Usd/MMbtu “En Norteamérica, la explotación del gas shale ha incrementado la oferta, lo cual se ha traducido en una disminución en precios, llegando a niveles inferiores a los 3 dólares/MMBtu en diciembre de 2011. Por lo tanto en este ejercicio se plantea una mayor utilización de tecnologías de generación con base en gas natural.” Fuente: PROGRAMA DE OBRAS E INVERSIONES DEL SECTOR ELÉCTRICO POISE 2012-2026 2013-2027 “Por ello, a pesar de que la capacidad de la generación rebasa significativamente la demanda máxima del sistema lo que se traduce en un margen de reserva por encima del nivel internacional, bajo las condiciones actuales de suministro de combustibles, este margen presenta limitaciones”. (Fuente: ENE 2013-2027, p.33). “En lo que se refiere a los recursos prospectivos no convencionales, específicamente el caso de recursos de shale (aceite o gas de lutitas), México cuenta con un volumen equivalente a los recursos convencionales. [email protected] “And once you build those gas-fired plants, you're stuck with them for decades. You have to pay back the cost of building the plant. Director of EPRI’s Energy Technology Assessment Center, says that's why power companies are nervous about jumping on the gas bandwagon when gas prices are so volatile.” Fuente: 01/03/2013; EPRI, Electric Power Research Institute, en http://www.npr.org/2013/03/01/173258342/natural-gas-dethrones-king-coal-as-power-companies-look-to-future