Prospectiva mundial del Carbón

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.
raul.portillo@cfe.gob.mx
“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