Estudio Impacto Ambiental Centrales Ciclo Combinado_Abaleo_marzo11_parte2

INGENIERÍA Y GESTIÓN MEDIOAMBIENTAL
GESTIÓN MEDIOAMBIENTAL Y TÉCNICAS AFINES

EIA de Centrales de Ciclo Combinado
José Luis Canga Cabañes
Ingeniero de Montes

Edición 2010/2011

TEMA: EIA de Centrales de Ciclo Combinado Marzo 2011. JLCC - 1
AUTOR: José Luis Canga Cabañes


Green light for new South Derbyshire power station (Press Release)
“The Willington plant will play an important role in providing secure electricity supplies ... as
well as bringing jobs and investment to South Derbyshire” (Charles Hendry, Minister for Energy)
04 March 2011
DECC Press Release: 2011/019
Energy Minister Charles Hendry today gave the go-ahead for RWE power proposals to construct a
new gas power plant at Willington, South Derbyshire.
Charles Hendry, who will visit the proposed site later today, said:
“The Willington plant will play an important role in providing secure electricity supplies to
millions of homes, as well as bringing jobs and investment to South Derbyshire.
“Gas plants like Willington will continue to be a central part in the country’s energy mix as
we make move towards a low carbon economy.
“There is a also a major opportunity in the long-term for gas power stations like this to be fitted
with abatement technology. This station will be built carbon capture ready, which means that
eventually CO2 emissions from the plant could be captured and transported for storage.
The plans are for a new power station comprising of up to four CCGT generating units, each
around 500MW in capacity, and four open cycle gas turbine (OCGT) generating units with a
combined capacity of 400MW – bringing a total capacity of up to 2400 MW. This brings the
total new capacity consented by the Government since May to 5456MW.



EL INVENTARIO AMBIENTAL



INVENTARIO AMBIENTAL

MEDIO TERRESTRE
CALIDAD DEL AIRE
• Clima (vientos, etc.)
• Directiva 1999/30/CEE relativa a los límites de dióxido de
azufre, dióxido de nitrógeno y óxidos de nitrógeno, • Ruido preoperacional
partículas y plomo en el aire ambiente • Geología, hidrogeología
• Real Decreto 1073/2002, de 18 de octubre, sobre evaluación • Geomorfología, suelos,
y gestión de la calidad del aire ambiente en relación con el • Vegetación
dióxido de azufre, dióxido de nitrógeno, óxidos de nitrógeno, • Fauna
partículas, ...
• Paisaje
• R.D. 1494/1995 para el ozono

SOCIECONOMÍA
MEDIO ACUÁTICO • Población, demografía,
empleo, etc.
• Campaña de toma de datos de agua, bentos, sedimentos… • Patrimonio arqueológico
• Análisis de aguas, sedimentos, bentos…, • Vías pecuarias
• Batimetría • Planeamiento urbanístico



ESTUDIO DE LOS EFECTOS
SOBRE LA CALIDAD DEL AIRE



EVALUACION DE IMPACTOS
PRINCIPALES EMISIONES ATMOSFERICAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO
EMISIONES POR GRUPO (400 MW) en Kg/h (CO2 en t/h)
CON GAS NATURAL

NOx (NO2) COV CO CO2 SO2 Partículas

111 7 32 145 7,46 7

• RD 430/2004, por el que se establecen nuevas normas sobre limitación de emisiones a la
atmósfera de determinados agentes contaminantes procedentes de grandes instalaciones de
combustión...”.

LA CENTRAL DEBE CUMPLIR LOS VALORES ESTABLECIDOS
EN LA DIRECTIVA
Límite de emisión de NO 2 Emisión de NO 2 de la central
75 mg/Nm 3 59,5 mg/Nm 3



ANÁLISIS DE LA CALIDAD DEL AIRE PREOPERACIONAL

• Búsqueda de estaciones de medición de la calidad del aire (fijas,
móviles, red EMEP…)
• Análisis de los datos disponibles y valoración de su aplicabilidad
• Estimación de la calidad del aire preoperacional
• Modelización de los focos contaminantes existentes (industrias,
tráfico…)
• Realización de campañas de medición de la calidad del aire, en caso
necesario
Comparación con los valores límites del Real Decreto 102/2011, de 28
de enero, relativo a la mejora de la calidad del aire. (DIRECTIVA
2008/50/CE relativa a la calidad del aire ambiente y a una atmósfera más limpia en
Europa)



Real Decreto 102/2011, relativo a la mejora de la calidad del aire
I. VALORES LIMITE, FECHAS DE CUMPLIMIENTO Y MARGENES DE TOLERANCIA.

FECHA DE
PERIODO DE VALOR LÍMITE MARGEN DE CUMPLIMIENTO DEL
PROMEDIO TOLERANCIA VALOR LÍMITE
50 % a 19 de julio de 1999, valor que se
reducirá el 1 de enero de 2001 y, en lo
1. VALOR LÍMITE
200 g/m3 NO2 que no sucesivo, cada 12 meses, en porcentajes
HORARIO PARA LA
1 HORA podrán superarse en mas de anuales idénticos, hasta alcanzar un 0 % 1 ENERO 2010
PROTECCIÓN DE LA el 1 de enero de 2010.
18 ocasiones por año civil 50 % en las zonas y aglomeraciones en
SALUD HUMANA
las que se haya concedido una prórroga
de acuerdo con el artículo 23.
50 % a 19 de julio de 1999, valor que se
reducirá el 1 de enero de 2001 y, en lo
2. VALOR LÍMITE sucesivo, cada 12 meses, en porcentajes
DIARIO PARA LA 1 AÑO CIVIL 3 anuales idénticos, hasta alcanzar un 0 %
40 g/m NO2 el 1 de enero de 2010.
1 ENERO 2010
PROTECCIÓN DE LA
SALUD HUMANA 50 % en las zonas y aglomeraciones en
las que se haya concedido una prórroga
de acuerdo con el artículo 23.

3. VALOR LÍMITE PARA En vigor desde el 11 de junio
LA PROTECCIÓN DE 1 AÑO CIVIL 30 g/m3 NOx NINGUNO de 2008.
LOS ECOSISTEMAS

II. UMBRAL DE ALERTA.

400 g/m3 promedio de tres horas consecutivas en lugares representativos de la calidad del aire en un área como
mínimo de 100 km2 o en una zona o aglomeración entera, tomando la superficie que sea menor.



Real Decreto 102/2011, relativo a la mejora de la calidad del aire
I. VALORES LIMITE, FECHAS DE CUMPLIMIENTO Y MARGENES DE TOLERANCIA.

FECHA DE
PERIODO DE VALOR LÍMITE MARGEN DE CUMPLIMIENTO DEL
PROMEDIO TOLERANCIA VALOR LÍMITE
150 g/m3 (43%) a la entrada en
1. VALOR LÍMITE vigor de la Directiva, con una
350 g/m3 , valor que no
HORARIO PARA LA reducción lineal a partir del 1 de
1 HORA podrá superarse en más de 1 ENERO 2005
PROTECCIÓN DE LA enero de 2001 y posteriormente
24 ocasiones por año civil
SALUD HUMANA cada 12 meses hasta alcanzar el
0% el 1 de enero de 2005
2. VALOR LÍMITE
125 g/m3 , valor que no
DIARIO PARA LA
24 HORAS podrá superarse en mas de NINGUNO 1 ENERO 2005
PROTECCIÓN DE LA
3 ocasiones por año civil
SALUD HUMANA

3. VALOR LÍMITE PARA Año civil e invierno
LA PROTECCIÓN DE (del 1 de octubre al 31 20 g/m3 NINGUNO 19 de julio de 2001
LOS ECOSISTEMAS de marzo)

II. UMBRAL DE ALERTA.

500 g/m3 promedio de tres horas consecutivas en lugares representativos de la calidad del aire en un área como
mínimo de 100 km2 o en una zona o aglomeración entera, tomando la superficie que sea menor.



EFECTOS SOBRE LA CALIDAD DEL AIRE

SIMULACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE LA CENTRAL EN LA PEOR SITUACIÓN
POSIBLE
• Datos horarios meteorológicos reales (velocidad y dirección del viento; matriz
de estabilidad) de al menos un año completo (8.760 datos horarios).
• Hipótesis de cálculo aprobadas por el Instituto Nacional de Meteorología
• Aplicación de un modelo de dispersión atmosférica (ISC, AERMOD, ADMS, Calpuff)
• Objetivos de calidad: los establecidos por Real Decreto 102/2011, relativo a la
mejora de la calidad del aire
• Ámbito de estudio: un área de 20 -30 km de radio en torno a la central.
Digitalización de la topografía
•Modelización en la hipótesis de “caso peor”



MODELIZACIÓN ATMOSFÉRICA



EFECTOS SOBRE LA CALIDAD DEL AIRE

VALORES DE INMISIÓN de NO2 originados por la central en su entorno,
funcionando 10 meses con gas natural y 2 meses con gasóleo C

En el área en que se nota algo más la
Valor límite para Protección de la salud influencia de la central, durante 8742
humana exigido EN EL AÑO 2010: horas al año se dan valores menores de
40 g/ m3
durante 8742 horas al año deben darse valores
menores de 200 g/ m3 de NO2

200
En la zona habitada más
150 próxima, durante 8742
horas al año se dan
valores inferiores a
100
5 g/ m3
50

0
1 2 3



EMPLEO DE MODELOS DE PREDICCIÓN DE LA
CALIDAD DEL AIRE

Se definen 4 dominios, un dominio madre
Dominios de 120 y 70 km
y tres subdominios anidados
Creación de condiciones de contorno


PRIMERA ETAPA SEGUNDA ETAPA TERCERA ETAPA
ESCENARIOS DE ESTUDIO
5 años de análisis Modelo de trayectorias
meteorológicos
HYSPLIT - Situaciones meteorológicas
- Escenarios de emisiones

ANÁLISIS
Base de datos: Emisiones Emisiones modificadas: RESULTADOS DE
Retro-trayectorias atmosféricas horarias base Empleo de RNP
SIMULACIÓN PARA
para el período de 5 años
-
CADA DÍA DE ESTUDIO

Escenario Escenarios
ANÁLISIS CLÚSTER MODELO DE CALIDAD DEL AIRE Base simulados

Sistema automatizado:
Agrupación de retro- Modelo Legislación:
trayectorias meteorológico Modelo de Valores límite de
meso-escalar emisiones calidad del aire
WRF
Identificación cuantitativa de las
situaciones meteorológicas típicas
ESTUDIO DE IMPACTO
AMBIENTAL
Modelo de transporte químico:
Selección de los días de CMAQ
estudio representativos



CALIDAD DEL AIRE

Modelo meteorológico
Sistema de modelización meteorológica mesoscalar MM5



CALIDAD DEL AIRE

emisiones de NOx, por trafico vehicular
emisiones biogénicas de COVNMs

Modelo de emisiones


EFECTOS SOBRE LA EMISION DE
GASES DE EFECTO INVERNADERO



COMPARACIÓN DE LAS EMISIONES DE UNA CENTRAL TÉRMICA CONVENCIONAL
TIPO Y UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO DE GAS NATURAL

• Reducciones por encima del 90% para los óxidos de nitrógeno y dióxido de azufre
• Reducciones de un 60% para los gases de efecto invernadero (expresados como CO2 equivalente)

t/año (kt/año Reducción del
Reducción del para el CO2) 61,0 %
99,9%
t/año
14.000
200.000 Reducción 12.000
del 91,4% 10.000 C.T.
150.000 8.000
Convencional

C.T. Convencional 6.000 C.T. de C.C.
100.000
C.T. de C.C. G.N. G.N.
4.000
50.000 2.000
0
0 CO2 N2O CH4 CO2
SO2 NOx equiv.



Aplicando dichos factores a una “C.T media teórica convencional” actualmente en producción de 1.200
MW y a una C.T de C.C. G.N., ambas funcionando 8000 horas al año, resultan las siguientes emisiones
para cada una de ellas (expresadas en toneladas/año; excepto para el CO2 en kilotoneladas/año).

Comparación de una central térmica convencional tipo y
una central de ciclo combinado de gas natural

Gases de efecto invernadero
Rdto
Consumo SO2 NOx CO2 N2O CH4 CO2 quiv.
Energía Gj/año)
C.Tconvencional 35 % 98.742.856 143.830 35.796 8.935 215 67,8 9.004,3
C.T de C.C. G.N. 56 % 61.714.285 178,9 3.084 3.469 134 42,4 3.512,7
% de reducción 37,5 99,9 91,4 61,2 37,5 37,5 61,0

COMPARACIÓN DE LAS EMISIONES DE UNA CENTRAL TÉRMICA CONVENCIONAL TIPO
Y UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO DE GAS NATURAL

• Reducciones por encima del 90% para los óxidos de nitrógeno y dióxido de azufre
• Reducciones de un 60% para los gases de efecto invernadero (expresados como CO2 equivalente)



COMPARACIÓN DE LAS EMISIONES DE UNA CENTRAL TÉRMICA CONVENCIONAL
TIPO Y UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO DE GAS NATURAL
PARA EL CONJUNTO DEL SECTOR ELÉCTRICO

• Reducción muy importante del consumo de combustibles fósiles
• Reducción muy importante de los principales contaminantes emitidos (SO2, NOx)
• Reducción del 12,5% de la emisión de los gases de efecto invernadero

Reducción del
Reducción 12,48%
del 20,44%
60.000
1.000.000 Emisiones
Emisiones 50.000
800.000 año 96 año 96
40.000
600.000 Reducción
30.000
del 18,95% Emisiones Emisiones
400.000 20.000 con
con
200.000 sustitución 10.000 sustitución

0 0
SO2 Nox CO2 N2O CH4 CO2
equiv.



Reducciones obtenidas para todo el sector eléctrico con la sustitución de una
Central térmica convencional por una Central de ciclo combinado de gas natural
de 1.200 MW (en Toneladas/año, CO2 en kilotoneladas/año)

Gases de efecto invernadero
Consumo
CO2
Energía SO2 NOx CO2 N2O CH4
equiv.
(GJ)
Emisiones año 96 643.226.418 936.931 233.176 58.211 1.405 442 58.655,8
Emisiones con sustitución 606.197.847 793.280 200.464 52.745 1.324 417 52.804
% de reducción 5,75 15,3 9,35 9,39 5,76 5,76 9,3

• Reducción muy importante del consumo de combustibles fósiles
• Reducción muy importante de los principales contaminantes emitidos (SO2, NOx)
• Reducción del 9,3 % de la emisión de los gases de efecto invernadero



CUMPLIMIENTO DEL PROTOCOLO DE KIOTO

Evolución de las emisiones de gases de efecto invernadero. Indice Anual

140,00 133,71
135,00 128,49
130,00
125,00 118,45
120,00 114,72
115,00 110,21
107,70
110,00 104,89 105,54
101,70
105,00 99,22 99,64
100,00
95,00
90,00
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000



LOS EFECTOS DE LOS
SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN



CIRCUITO ABIERTO
DE REFRIGERACIÓN



TIPOS DE REFRIGERACIÓN

1. Circuito Abierto de Agua de Refrigeración

• Utiliza el mar o un río como sumidero final del calor
• No precisa sistemas de apoyo para la refrigeración del circuito (Torres).
• Precisa la utilización de grandes cantidades de agua y saltos térmicos
reducidos (7 - 8 ºC).
• Moviliza grandes caudales de agua que pueden producir efectos no
deseables en el medio acuático.
• Las obras de construcción de las estructuras de toma y descarga pueden
ser complicadas y suponer fuertes inversiones



Evaluar el impacto de la obra civil sobre el medio marino
Modelizar los efectos del vertido y evaluar su impacto
(∆T<3ºC a 100 m de distancia)
∆



CIRCUITO CERRADO
TORRES DE REFRIGERACIÓN



2. Circuito Cerrado de Agua de Refrigeración

Utiliza principalmente a la atmósfera como sumidero final de calor.
Utiliza torres de refrigeración, que disipan la mayor parte de la
carga térmica a la atmósfera.
Reposición de pérdidas por arrastre, vaporización en las torres y
purgas (para mantener las características químicas del agua del
circuito cerrado).

Tipos de Torres de Refrigeración:

Torres de Tiro Natural
Torres Húmedas de Tiro Mecánico
Torres Híbridas de Tiro Mecánico
Aerocondensadores



Torres de Tiro Natural

Gran tamaño: estructuras de hormigón de grandes dimensiones
(100 m de altura y 80 m de diámetro en la base)
Producen penachos de vapor de agua



Torres de Tiro Mecánico
Utilizan ventiladores para provocar el flujo de aire que circulan a
través del flujo del agua a refrigerar.
Menor tamaño que las Torres de Tiro Natural
Producen menos penachos de vapor que las de tiro natural



TORRE DE REFRIGERACIÓN DE TIRO MECÁNICO



Torres Híbridas de Tiro Mecánico

Distribuyen el caudal de agua a refrigerar entre dos sistemas
de disipación térmica; uno húmedo como en las Torres de Tiro
Mecánico o Tiro Natural mencionadas anteriormente, y otro
de carácter seco en el que el agua a refrigerar pasa por unos
intercambiadores donde se refrigera mediante el aire húmedo
Torre húmeda
que se ha utilizado en el intercambio de calor en el proceso
húmedo de evacuación de calor.
El sistema, al aumentar la temperatura del aire húmedo de
salida, disminuye la humedad relativa de la masa del aire y
puede evitar la formación de penachos visibles de vapor de
agua emitidos por las Torres.
Mayor tamaño que las Torres de Tiro forzado, pero menor
que las del Tiro Natural Torre híbrida
Disminución de la frecuencia de formación de penachos de
vapor de agua visibles a la salida de las Torres



Aerocondensadores

Sistema de intercambio de calor entre el vapor a condensar que circula
por un circuito cerrado y el aire que evacua el calor a la atmósfera y que
circula impulsado por grandes ventiladores.
Alto coste de instalación
Gran tamaño.
Alto consumo energético.
No consume agua para la refrigeración.
No produce ningún vertido procedente
de la refrigeración. Exige limpieza periódica



ESQUEMA DE UN AEROCONDENSADOR



Ejemplo para una CTCC de 800 MW con agua de mar
Circuito abierto Circuito cerrado (torres)
Caudal de toma:
• refrigeración 17 m3/s 0,634 m3/s
• para el proceso 0,021 m3/s 0,021 m3/s
Caudal de vertido:
•del proceso 0,0125 m3/s (gas natural) 0,0125 m3/s (gas natural)
0,0236 m3/s (gasóleo) 0,0236 m3/s (gasóleo)
•sist de refrigeración 17 m3/s 0,48 m3/s
•planta desalación 0,0122 m3/s 0,0122 m3/s

Incr. térmico vertido +7ºC todo el año Variable; hasta +15ºC

Diámetro Conducción 3,5 m 0,8 m
Sección de excavación (12+16) x 5 m (2,9+4) x 2,5 m
Franja de terreno afectada 30 m 4m



COMPARACIÓN ENTRE SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN.

Altura de los sistemas Aerorrefrigeradores
Torres de refrigeración

de refrigeración. híbridas de tiro natural

33 m 20 – 25 m 80 – 100 m

Vertido procedente Aerorrefrigeradores Circuito cerrado Circuito abierto
del circuito de refrigeración.
No hay vertido + 10 a 14ºC + 7 – 8ºC

Torres de refrigeración Circuito abierto
Aerorrefrigeradores
Consumo de agua para (para 1.200 MW) (para 1.200 MW)

refrigeración. NO CONSUME 450 l/s 21.000 l/s



IMPACTO DERIVADO DEL CONSUMO DE AGUA

Circuito cerrado con torres de refrigeración híbridas

C O N SU M O D E A G U A
V olum en total neto
DE LA CENTRAL C au dal neto
(8 .500 h de funcionam iento)
1.600 M W
m áxim o 0,655 m 3 /s 20,04 H m 3
hab itu al 0,6 m 3 /s 18,36 H m 3
m edio 0,544 m 3 /s 16,64 H m 3

Cuestiones a analizar:

• Recursos brutos disponibles según el Plan Hidrológico
• Capacidad de regulación: volumen útil de los embalses
• La capacidad de regulación respecto al volumen requerido



1997
Evolución de las reservas en el embalse de Guadalcacín II 1998
1999
Central
800

700

600

500
hm3

400

300

200

100

0
Enero

Febrero

Marzo

Abril

Mayo

Junio

Julio

Agosto

Sept.

Octubre

Nov.

Dic.


MODELIZACIÓN DE LOS EFECTOS DE LAS TORRES DE REFRIGERACIÓN

Formación de penachos de vapor de agua




Tasa anual de precipitación de sales en g/m2h Concentración media anual de sales a nivel del suelo
en µg/m3



CIRCUITO CERRADO
AERORREFRIGERADORES



MODELIZACIÓN DE LOS EFECTOS DE LOS AERORREFRIGERADORES



VERTIDOS



VERTIDO DE AGUA DE REFRIGERACIÓN Y
AGUAS DE PROCESO DE LA CENTRAL:

Aguas pluviales no contaminadas
Aguas sanitarias, procedentes de los servicios de las distintas
instalaciones
Efluentes con contaminantes químicos, procedentes de la regeneración
en la planta desmineralizadora y de las áreas de almacenamiento de
reactivos
Aguas pluviales potencialmente contaminadas por partículas, aceites y
grasas (lavados, drenajes)
Efluentes residuales industriales, resultantes de los procesos de la
central (lavados generales de la planta, limpieza de los filtros de agua
bruta, purgas de la caldera...).
Salmueras de la planta desalinizadora ?



Campaña de estudio del medio acuático



RUIDO



PRINCIPALES FUENTES DE RUIDO DE UNA
CENTRAL EN OPERACIÓN
Torres de refrigeración, aerorrefrigeradores
Recuperador de calor del generador de vapor
Entrada de aire
Transformador
Estación de medición de gas natural
Turbinas de gas y de vapor
Estación de bombeo
Los niveles de ruido generados están en un orden de 85 - 101 dB(A)

Ordenanza Municipal Legislación Autonómica
Horario LAeq dB(A) Horario LAeq dB(A)
8 h – 22 h 70 7 h – 23 h 75
22 h – 8 h 55 23 h – 7 h 70


Vista 3D de la topografía para la modelización de ruido



Vista tridimensional de la modelización de ruido



RESIDUOS



CARACTERIZACIÓN DE LOS RESIDUOS GENERADOS

∗Durante la construcción:

Aceites y lubricantes
Residuos sólidos inertes y asimilables a urbanos

∗Durante la explotación:

Residuos sólidos asimilables a urbanos
Aceites y lubricantes usados
Lodos procedentes de la planta depuradora de agua
Filtros de aire para la turbina de gas
Contenedores vacíos de productos químicos
Gruesos procedentes de las rejillas de la estación de bombeo


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