Readaptación de las plantas de generación de energía a carbón: beneficios y desafíos

Las plantas a carbón, que surgieron hacia el final del 1800, tuvieron un rol clave a la hora de brindarnos la electricidad que le ha dado forma a nuestra economía global.  

Actualmente, hay más de 8500 plantas de generación de energía a carbón en todo el mundo, con una capacidad de generar aproximadamente 2000 GW de energía [1]. En Norteamérica, hay más de 220 plantas a carbón, con una capacidad de generar aproximadamente 220 GW de electricidad [2,3]. En 2021, esto representó alrededor del 23 % de la capacidad total de generación de electricidad en la región.  

Desafortunadamente, las plantas a carbón emiten gran cantidad de material particulado y gases de efecto invernadero -como dióxido de carbono, dióxido de azufre y otros contaminantes- que perjudican nuestra salud y el medioambiente. A pesar de esto, desde el 2000 se agregaron 1400 GW de energía generada en plantas a carbón a la producción mundial total. Se considera que estas nuevas instalaciones son relativamente nuevas y todavía tienen una vida útil significativa. [4]. Además, estas son plantas de carga base, una gran ventaja a la hora de cubrir las demandas de energía, mientras que la mayoría de las soluciones ecológicas disponibles a nivel comercial, como la energía solar o eólica, son intermitentes y no pueden cubrir la demanda de carga base.  No se considera práctico retirar instalaciones relativamente nuevas que producen un tercio de la energía eléctrica del mundo o reemplazarlas con unidades de generación de energía más limpia, pero intermitente.  

Una solución más conveniente es readaptar esas plantas en la mayor medida posible, lo que garantizará que podamos cubrir las demandas de energía con menos inversión de capital, a la vez que reducirá significativamente el CO2 y otros elementos dañinos. 

Conversión de las plantas a carbón en plantas a biomasa 

La biomasa se considera neutral en cuanto a emisiones de carbono y ofrece una alternativa a la combustión de carbón. Cambiar el combustible de carbón a biomasa les permitirá a estas plantas a carbón seguir operando y requiere menos modificaciones en las instalaciones existentes. Todo el equipamiento de almacenamiento de combustible, recuperación, sistemas de transporte, almacenes de carbón, pulverizadores y quemadores pueden readaptarse para que sean compatibles con la biomasa, con modificaciones menores. Este tipo de conversión se ha implementado con éxito en plantas de generación de energía de empresas de servicios públicos.  

Los desafíos de la conversión incluyen la alta volatilidad de la biomasa (casi el doble de la del carbón), la disponibilidad de biomasa adecuada y su transporte.  Estos desafíos pueden mitigarse actualizando los sistemas de almacenamiento de combustible y protección contra incendios, realizando una investigación sobre la disponibilidad de la biomasa con tecnologías modernas y usando opciones de transporte de bajo costo, como los trenes, siempre que sea posible.  

Desde un punto de vista funcional, la conversión de plantas a carbón relativamente nuevas a biomasa es una solución prometedora que puede ayudar a tener plantas de generación con carga base con un nivel menor de emisiones de gases de efecto invernadero.  

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Cambiar a energías renovables 

Esta alternativa es mejor para plantas a carbón más antiguas, en las que la mayor parte del equipamiento de la isla de potencia ya está llegando al final de su vida económicamente viable y está a punto de ser reemplazado.  

El espacio físico necesario para producir la capacidad equivalente (en GW) en plantas de energía renovable —como la solar o la eólica— puede ser mucho mayor que el que se requiere para una planta a carbón. Si no se agrega espacio, la capacidad de generación de la instalación convertida se verá muy reducida. La demolición del equipamiento de la isla de potencia también es un proceso costoso y complejo. Estos desafíos no son solamente técnicos: las limitaciones comerciales a la hora de convertir antiguas plantas a carbón a plantas de energía renovable incluyen el capital que se necesita para la demolición y el aumento del costo unitario de la electricidad.  

El uso del terreno disponibles de la planta —junto con el sistema de transmisión civil y de energía— es el beneficio real de convertir estas instalaciones.  

Reactores modulares pequeños 

Las plantas de generación de energía a carbón son las mejores candidatas para esta conversión. Los reactores modulares pequeños (SMR, por sus siglas en inglés) se consideran un reemplazo limpio y viable para los combustibles fósiles. El ciclo de vapor de las plantas a carbón y la alta temperatura de las plantas nucleares son similares. La isla de la turbina de las plantas a carbón puede reutilizarse e impulsarse con el vapor generado por los SMR.  

La madurez de la tecnología de SMR es el principal desafío actual para poder implementarla. En este momento, hay varios desarrolladores de tecnología con buen financiamiento y algunas empresas de servicios públicos e industriales que están apoyando esta iniciativa. La disponibilidad de combustible nuclear, personal capacitado y la gestión de los desechos nucleares son las áreas que van a resultar difíciles de administrar para los operadores de plantas a combustibles fósiles. No obstante, estos desafíos se pueden mitigar con asociaciones, capacitación y la operación compartida con organizaciones experimentadas que ya hayan estado operando instalaciones nucleares por décadas.  

Los beneficios clave de esta conversión son los ahorros en costos de infraestructura de la red, los costos de capital y un esfuerzo relativamente menor para desarrollar y actualizar las evaluaciones de impacto ambiental.   

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Uso del gas natural 

Las plantas a gas natural generan la mitad de emisiones de gases de efecto invernadero que las plantas a carbón. Varias empresas de servicios públicos han convertido sus plantas a carbón en plantas a gas natural y muchas otras están evaluando esta opción. La conversión a gas natural también genera una relación de calor neta mejor para la planta, dado que reduce el consumo de energía de la planta auxiliar al eliminar todo el equipamiento de manipulación de carbón y tratamiento de gas de combustión.   

Sin embargo, la conversión es cara y depende de la disponibilidad y el suministro de gas natural. Las principales modificaciones incluyen el reemplazo de quemadores de carbón por quemadores de gas natural, la adición o expansión de las tuberías de gas natural existentes y trenes de gas natural, la modificación del sistema de aire de combustión y el agregado de recirculación de gas de combustión. Estos factores le quitan atractivo a esta alternativa.  

Debido a la capacidad de reducir a la mitad los gases de efecto invernadero, los operadores que adoptaron compromisos de bajas emisiones de carbono en la generación de energía para el futuro implementaron conversiones de carbón a gas natural. Los operadores de plantas están considerando esta conversión como una forma de mantener sus instalaciones en operación con gas natural y reducir sus emisiones de gases de efecto invernadero, para apoyar sus objetivos de descarbonización. Están evaluando esta conversión como una solución temporaria, mientras esperan que las energías renovables, el almacenamiento en baterías y las tecnologías de SMR mejoren su confiabilidad para ofrecer energía de carga base.    

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Una ventana al futuro 

Usar carbón para generar energía pronto podría ser un método obsoleto. Sin embargo, es muy probable que estas plantas de generación de energía sigan operando hasta que la energía sin emisión de gases de efecto invernadero puedan ofrecer energía de carga base confiable. Mientras tanto, readaptar las plantas para usar combustibles alternativos o alimentarlas con fuentes de energía neutrales en emisiones de carbono o libres de emisiones ayudará a reducir la presencia de gases de efecto invernadero, a la vez que ofrece generación de energía de carga base. 

Hatch tiene la experiencia y los conocimientos para gestionar la readaptación de las plantas a carbón con cualquiera de las tecnologías mencionadas. Colaboramos con múltiples sectores y prácticas comerciales, como energía nuclear, infraestructura, cambio climático, energía renovable, gestión de riesgos, servicios digitales y de consultoría para crear resultados sin precedentes que sean rentables, seguros y sustentables.  

Estamos respondiendo a la transición energética ofreciéndoles a nuestros clientes soluciones energéticas responsables que nos ayudarán a lograr un futuro bajo en emisiones de carbono y a darle forma a un nuevo entorno energético. 

 Referencias:  

1. Análisis: Es fundamental que enfrentemos las emisiones de la combustión del carbón (It’s critical to tackle coal emissions – Analysis) - IEA 
2. El Carbón en Canadá (Coal in Canada) - Wikipedia 
3. Lista de plantas generadoras de energía a carbón en Estados Unidos (List of coal-fired power stations in the United States) - Wikipedia 
4. Tablas de Resumen (Summary Tables) - Global Energy Monitor