Centrales térmicas

Las centrales térmicas son instalaciones que hacen posible una transformación de portadores energéticosen corriente eléctrica o en corriente y calor útil. El tipo de central se define en función del portador energético utilizado y la energía útil producida.

Los portadores energéticos pueden ser:

Pueden diseñarse centrales térmicas para diferentes tipos de combustible a fin de diversificar el material de carga u obtener un mayor rendimiento, como en el caso de las centrales combinadas, con turbina de gas natural y turbina de vapor (generación de vapor con aceite o carbón).

Las centrales nucleares, al igual que las fuentes de energía renovables (por ejemplo, madera u otra biomasa) no se contemplan aquí, pues son tema de un capítulo propio. Las centrales hidroeléctricas, por su parte, se describen en el capítulo ‘Grandes construcciones hidráulicas’. El análisis de este capítulo se dirige más bien a centrales térmicas que generan electricidad a partir de combustibles fósiles, en especial carbón y derivados del petróleo, por ser éstas las más importantes actualmente y en el futuro próximo en la mayoría de los países en desarrollo.

Clasificación de centrales térmicas según la clase de energía producida:

Por razones económicas, la producción de calor para calefacción o procesos industriales debe realizarse cerca del consumidor, siendo racionales distancias máximas de 2 a 5km en el caso de un rendimiento térmico entre 50 y 100MW. La corriente eléctrica, en cambio, puede transportarse económicamente a distancias mucho mayores.

El tamaño de las centrales térmicas que consumen combustibles fósiles va desde varios cientos de kW(centrales diesel) hasta más de 1.000 MW (centrales de petróleo y de hulla). En muchos países, los tamaños unitarios se limitan a 200 – 300 MW, ya sea para garantizar la estabilidad de la red o por la escasa disponibilidad de equipos. Condiciones mejores permiten instalar unidades de mayor capacidad.

El impacto ambiental que proviene de una central térmica depende de las características de ésta y de su emplazamiento. En las centrales térmicas aquí consideradas tal impacto puede aparecer en diferentes lugares. A continuación se reseñan los componentes principales que puede tener una central térmica:

La tabla siguiente presenta los tipos de emisión que pueden producirse en las distintas fases de proceso:

Emisiones potenciales de las centrales térmicas

Fases de proceso

Como se deduce de la tabla, las centrales térmicas pueden influir sobre los medios aire, agua y suelo, así como sobre el ser humano, los animales, las plantas y el paisaje.

La disposición final de residuos originados, por ejemplo, en centrales de petróleo y de carbón, se trata en el apartado correspondiente

Los efectos ambientales de una central térmica provienen del proceso de combustión, así como de las emisiones de polvo y gases contaminantes. En general los efectos ambientales -por ejemplo, emisiones contaminantes, ocupación de espacio por la central y volumen de residuos – aumentan en el orden siguiente: gas, fuel oil ligero, fuel oil pesado y combustión de carbón.

Antes de explicar el impacto ambiental de los respectivos combustibles y las posibles medidas de protección, se harán algunas observaciones básicas. La parte principal de este capítulo informa sobre los efectos ambientales y las medidas de protección; los anexos, por su parte, proveen información detallada relacionada especialmente con medidas técnicas.

Dentro los efectos ambientales causados por el funcionamiento de una central térmica se distingue en algunos países entre emisión, -es decir, expulsión al medio ambiente de contaminantes desde diversas partes de la instalación, sobre todo la chimenea- e inmisión, o incidencia de los contaminantes en el medio ambiente, que generalmente se mide a nivel del suelo. Las designaciones inglesas ground level concentrationy ambient air quality concentration son en este caso más expresivas que la palabra inmisión. Emisión e inmisión se condicionan mutuamente a través de distintos factores, como lo son las características técnicas de la instalación (altura de la emisión, velocidad de salida del gas de escape, temperatura), las condiciones meteorológicas (situación del tiempo, velocidad del viento) y la distancia (entre el emisor y el punto de medición de la inmisión). Al construir centrales térmicas nuevas, aún pueden variarse los parámetros de la primera y última categoría (por ejemplo, altura de chimenea y distancia a la zona habitada). En las instalaciones antiguas, en cambio, sólo se pueden variar los de la primera categoría citada. Según la ley de conservación de la masa, casi todos los contaminantes emitidos (a excepción del CO₂) acaban por caer otra vez a la superficie de la tierra, aunque su área de dispersión aumenta en función de la altura de la chimenea, la velocidad de salida del gas y la intensidad del viento. Sobre todo el aumento de la altura de la chimeneaes una medida técnica relativamente sencilla para reducir la inmisión en una zona considerada. Sin embargo, como la emisión se distribuye entonces sobre una superficie mayor, hay que comprobar hasta qué punto esta medida aumenta de forma inadmisible los efectos ambientales fuera de la zona considerada.

Las medidas destinadas a reducir los efectos ambientales de una central térmica pueden agruparse en las siguientes categorías:

 Cambio de las condiciones básicas

 Medidas de protección no técnicas

 Medidas de protección técnicas

La escala de prioridades en la aplicación de medidas de protección se define en función del principio de evitar o reducir las emisiones antes de recurrir a tratamientos secundarios; es decir, deben tomarse todas las medidas primarias factibles para evitar o minimizar la expulsión de contaminantes antes de recurrir a tratamientos complementarios.

Es importante en este contexto lograr un alto grado de eficiencia en las centrales a fin de reducir las emisiones, por ejemplo, mediante la construcción de centrales combinadas o mediante el suministro simultáneo de electricidad y calor.

El aumento de la eficiencia es también la medida más importante para reducir las emisiones de CO₂, lo cual es importante para disminuir el efecto invernadero.

Dentro del impacto ambiental hay que distinguir entre efectos directos, producidos por las emisiones contaminantes en sí, y efectos indirectos, como los que se producen al transferir la contaminación atmosférica primaria a las aguas (evacuación de aguas residuales no tratadas procedentes del lavado de gases), al explotar piedra caliza para la desulfuración y al transportar la piedra caliza desde el lugar de explotación hasta la central térmica (gases de escape de los camiones). Además pueden surgir otros problemas asociados, como la necesidad de eliminar el yeso producido al desulfurar el gas de combustión.

A continuación se explican los efectos ambientales y posibles medidas de protección para los ámbitos antes discutidos.

En el caso de una central térmica el aire recibe la mayor parte de la contaminación directa, en forma de emisiones de polvo y gases contaminantes.

Posteriormente, el polvo emitido y la mayor parte de los gases contaminantes y productos de transformación atmosféricos (por ejemplo, NO2 y nitratos procedentes de las emisiones de NO) vuelven a la tierra a través de precipitaciones y deposición seca; ello constituye una carga contaminante para el agua y el suelo que puede perjudicar a la vegetación y a la fauna.

Dependiendo del combustible utilizado en la central (clase, composición, poder calorífico) y de la técnica de combustión (por ejemplo en seco o en fusión), los gases de escape pueden llevar diferentes cantidades de contaminantes (polvo, metales pesados, SO_x, NO_x, CO, CO₂, HCl, HF, compuestos orgánicos). En la siguiente tabla se resumen los posibles niveles de emisión con distintos combustibles, sin medidas de depuración del humo.

Concentraciones de contaminantes masivos en el humo sin tratar

c.n. = en condiciones normales

Las gamas de valores indicadas en la tabla 2 se obtienen, en el caso de los óxidos de azufre, de las distintas concentraciones de azufre en los combustibles utilizados, que en muchos países suelen ser combustibles nacionales como el lignito, de bajo poder calorífico y alto contenido en azufre. La combinación de un gran potencial contaminante y de un bajo poder calorífico da lugar a concentraciones relativamente altas de SO_xen el gas sin tratar.

Sólo una pequeña parte de las concentraciones de NO_x proviene del nitrógeno contenido en el combustible(NO_x de combustible); la mayor parte proviene de la oxidación del nitrógeno atmosférico a temperaturas de combustión superiores a 1.200°C (NO_x térmico). Es decir, la combustión a temperaturas altas produce emisiones de NO_x relativamente importantes. La adopción de medidas primarias destinadas a optimizar la combustión -que pueden ser integradas en una instalación nueva a un costo relativamente bajo- permiten conseguir los valores inferiores de la gama citados en la tabla. Sin embargo, hay que evitar que las medidas primarias destinadas a reducir el NO_x aumenten en forma desproporcionada otras emisiones, tales como el monóxido de carbono y los hidrocarburos sin quemar.

La limitación del CO se realiza generalmente con el fin de lograr que la combustión sea completa, reduciendo así las emisiones de este gas y la expulsión de hidrocarburos sin quemar. A diferencia del polvo, SO₂, NO_x y los compuestos halogenados, el CO y los hidrocarburos sin quemar son casi imposibles de retener en las instalaciones depuradoras. Los hidrocarburos sin quemar, especialmente, están formados por un gran número de sustancias químicas, algunas de ellas altamente tóxicas, como el benzopireno.

En la combustión de carbón y de fuel oil pesado se emiten también pequeñas cantidades de cloruro y fluoruro de hidrógeno (HCl y HF), en concentraciones de 50-300 mg/m³ (en condiciones normales [c.n.]). Estas concentraciones son generalmente muy inferiores a las de SO₂ y son reducidas conjuntamente con éstas -incluso en mayor grado que el S2- en el proceso de desulfuración.

Para la reducción de las emisiones atmosféricas de centrales térmicas se dispone de un gran número de medidas primarias y secundariasA continuación se describen brevemente las diversas medidas empleadas para reducir las emisiones.

En las centrales eléctricas la eliminación de polvo puede realizarse mediante ciclones sencillos, ciclones múltiples, precipitadores electrostáticos y filtros textiles. La técnica a utilizar depende del grado de separación requerido, pudiéndose alcanzar valores del 60% – 70% en los ciclones y de más del 99% en los precipitadores electrostáticos y filtros textiles. El costo de estas tecnologías aumenta desproporcionadamente a mayor grado de despolvoración. En los precipitadores electrostáticos el grado de separación mejora con el número de campos conectados sucesivamente. Con estos filtros y con los filtros textiles se obtienen emisiones residuales menores de 50 y 30 mg/m³ (en condiciones normales [c.n.]), respectivamente. Un inconveniente de los ciclones es que separan principalmente las fracciones de polvo grueso, dejando fracciones respirables de polvo fino, toxicológicamente críticas. Los filtros textiles son muy útiles para la separación de polvos finos con contenido en metales pesados. Los gastos de inversión para la eliminación de polvo en los gases de combustión dependen de diversos factores, tales como el tipo de combustible y el grado de purificación necesario, así como de la técnica utilizada. En el caso de combustibles con alto contenido en cenizas, la eliminación del polvo de los gases de combustión suele presentar problemas. Como problema posterior surge la gestión de las masas de polvo volátil separadas,que han de aprovecharse, por ejemplo, en la industria de materiales de construcción, o ser llevadas a disposición final. Dependiendo de la naturaleza del polvo volátil, pueden requerirse materiales suplementarios para compactar el producto depositado, a fin de evitar una posible contaminación de las aguas subterráneas con productos de lixiviación.

Para la reducción de las emisiones de SO_x procedentes de las centrales térmicas pueden adoptarse medidas primarias (uso de combustibles pobres en azufre, desulfuración directa en la cámara de combustión, inyección de aditivos secos), o medidas secundarias, como eliminación del SO_x del gas de combustión.

Los combustibles pobres en azufre en muchos casos no se utilizan por motivos económicos. En cada casodebe examinarse qué concepción téc