1 Más I&D para Más Energía y Menos Impacto Ambiental Instituto Tecnológico de Buenos aires 28 de Septiembre 2012 Dr. Pablo Mulás del Pozo Investigador Titular del Instituto de Investigaciones Eléctricas Director Ejecutivo del Capítulo México, Consejo Mundial de Energía
2 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 2 INDICE Introducción Situación Energética Mundial Energías Alternas a los Combustibles Fósiles. Principales Tecnologías a Implementar o Desarrollar en el Mediano y Largo Plazo Reflexiones Finales
3 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 3 INTRODUCCIÓN
4 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 4 CARACTERISTICAS HORIZONTE: Corto plazo; ~ 0 A 10 a ñ os Mediano plazo; ~ 10 A 25 a ñ os Largo plazo; >25 a ñ os GRAN INERCIA AL CAMBIO: Grandes inversiones por instalaci ó n Larga vida ú til de las instalaciones
5 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 5 MOTORES DEL CAMBIO EN EL SECTOR ENERGÍA El Fenómeno del Cambio Climático La Preocupación con la Seguridad del Abasto Energético
6 Situación Mundial
7 Ref. Energy Technology Perspectives 2012, IEA/OECD 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 7
8 Ref. Energy Technology Perspectives 2012, IEA/OECD 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 8
9 Ref. Energy Technology Perspectives 2012, IEA/OECD 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 9
10 Ref. Energy Technology Perspectives 2012, IEA/OECD 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 10
11 Ref. Energy Technology Perspectives 2012, IEA/OECD 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 11
12 Ref. Energy Technology Perspectives 2012, IEA/OECD 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 12
13 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 13 Escenario 2050 IEA/OECD Ref. Energy Technology Perspectives; Scenarios and Strategies to 2050, IEA/OECD, 2010
14 Ref. Energy Technology Perspectives 2012, IEA/OECD 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 14
15 Energías Alternas a los Energéticos de Origen Fósil 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 15
16 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 16 ENERGIAS ALTERNAS A LAS FÓSILES Las Energias Renovables Las Firmes La Hidroenergía (gran escala) La Geotermia La Biomasa (biocombustibles solidos, liquidos y gaseosos) Las Energías Oceánicas (olas?, mareas, corrientes?, gradientes térmicos?) Las Intermitentes La Energía Solar (fotovoltáica y térmica) La Energía Eólica La hidroenergía (pequeña escala) La Energía Nuclear La Eficiencia Energética y el Ahorro de Energía
17 Principales Tecnologías Propuestas a Implementar o Desarrollar en el Mediano y Largo Plazo Ref. Actualizaci ó n del Programa de Trabajo del Fondo de Sustentabilidad Energ é tica SENER- CONACYT 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 17
18 GEOTERMIA DE ROCA SECA CONVENCIONAL ROCA SECA 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 18
19 Geotermia de Roca Seca 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 19 En EUA. Recientemente, un panel de expertos estimó que para el 2050, esta tecnología podría proveer del orden de 100,000 MWe en los EUA, considerando que la energía térmica almacenada en la franja de entre 3 y 10 kilómetros de profundidad es de 14 millones de ExaJoules y que el recurso recuperable estimado es del orden de 2.8 millones de ExaJoules; en perspectiva, los EUA en 2005 consumieron un total de 100 ExaJoules. Ref. The Future of Geothermal Energy, Jefferson Tester, MIT, 2007
20 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 20 Ref. J.W.Tester et al., The Future of Geothermal Energy, MIT, Idaho Natl. Laboratory, DOE/USA, 2006
21 Geotermia de Roca Seca No emite gases invernadero ya que funciona en circuito cerrado. Poca exploración realizada. Países con regiones volcánicas, alta probabilidad detener el recurso. Se considera un recurso infinito. Alto factor de utilización; no hay intermitencias. No compite con otras áreas de interés estratégico como producción de alimentos. Eficiencia de conversión baja. Etapa de desarrollo: unidades de demostración. 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 21
22 BIOCOMBUSTIBLES EN BASE A CELULOSA Bioetanol vía Caña de Azucar 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 22 gob.mxgob.mx. Para generar ~ 12.7 millones de lts./día de etanol anihídro y adicionarlo (10%) a la gasolina (consumo ~127 millones de lts/día # ), se requieren ~0.8-1.0 millones de hectareas de caña de azucar*. Un litro de etanol requiere 700-1200 lts. de agua %. Superficie agricola en México: 30.2 millones de hectáreas de las cuales 5.6 millones son de riego $. Ref. # “Prospectiva de Petrolíferos 2008-2017, SENER. *“Factibilidad del Etanol y del Biodiesel derivados de Biomasa como Combustibles para el Transporte en México”. Resúmen Ejecutivo. SENER/GTZ. Noviembre 2006. % Comunicación personal del Dr. J.L. Fernández Zayas. $ “Agua y Agricultura en México y en el Mundo” Enrique de la Madrid C., www.financierarural.gob.mx.www.financierarural.gob.mx
23 BIOCOMBUSTIBLES EN BASE A CELULOSA Los principales procesos son los de: pre-tratamiento (que incluye operaciones mecánicas, físicas, físico- químicas, químicas y bioquímicas) hidrólisis (que puede ser química, termo química, enzimática o combinada) separación /concentración de caldo (por evaporación o filtración con membranas semipermeables ) fermentación de hexosas (por levaduras) y pentosas (por otros microorganismos) destilación deshidratación co-generación de vapor y electricidad (con los residuos no fermentables) Ref. por publicarse. “Actualización del Programa de Trabajo del Fondo de Sustentabilidad Energética SENER- CONACYT”, FiiDEM, 2012 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 23
24 BIOCOMBUSTIBLES EN BASE A CELULOSA Plantas a nivel de demostración están en operación, entre ellas: SEKAB, en Suecia desde 2004, a partir de residuos forestales Borregaard, en Noruega desde 2010, a partir de residuos forestales, ABENGOA, en Salamanca, España a partir de paja de cereales. Varias plantas comerciales están en construcción y podrían entrar en operación en 2012/2013, entre ellas: POET en Iowa (EE.UU.) con capacidad de 100 millones de litros/año, con rastrojos de maíz ABENGOA/British Petroleum en Kansas (EE.UU.), 400 millones de litros/a, con rastrojos de maíz Mossi & Ghisolfi en Crescentino Italia, 50 millones de litros/a, con paja de trigo y carrizo cultivado (Arundo donax) Ref. por publicarse. “Actualización del Programa de Trabajo del Fondo de Sustentabilidad Energética SENER-CONACYT”, FiiDEM, 2012 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 24
25 ENERGÍA EÓLICA 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 25 CAPACIDAD INSTALADA MUNDIAL A DICIEMBRE 2009 (MWe) Africa y Medio Oriente..............................865 Asia......................................................39,610 Europa..................................................76,152 América Latina y Caribe........................1,274 América del Norte...............................38,383 Región Pacífico (Aus.,N.Z., islas).........2,221 Total.......158,505 Maquinas comerciales hoy en día: ~1.5 MWe
26 ENERGÍA EÓLICA.- A nivel mundial se observa un vacío en capacidad de fabricación de aerogeneradores de pequeña (100-300 kWe) y mediana potencia (500-700 kWe) para aplicaciones de generación distribuida..- Los principales fabricantes están en la producción de aerogeneradores de MegaWatts para centrales conectadas a la red..- Es un nicho interesante para la industria: desarrollo de la cadena de suministro para fabricar este tipo de maquinas. Ref. por publicarse. “Actualización del Programa de Trabajo del Fondo de Sustentabilidad Energética SENER-CONACYT”, FiiDEM, 2012 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 26
27 ENERGÍA EÓLICA Se estima que el número de aerogeneradores de
28 ENERGÍA SOLAR FV El global de potencia instalada a diciembre 2011 tanto centralizado como descentralizado es de 63.35 GWe de los cuales 27.71 GWe se instalaron en 2011 (www.iea-pvps.org). El 80 % de la celdas comercializadas son de Silicio mono- o multi-cristalino. Se han observado eficiencias en sistemas comerciales con concentradores de hasta 27%. 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 28
29 RECURSO SOLAR Ref. Technology Road Map for CSP, IEA/OECD, 2010 3,000 kWe/ m2/año 2/ año 1,500 kWe/m2/año 0 kWe/m2/ año 13 de septiembre 20121er. Foro Universitario, Congreso Mexicano del Petróleo 29
30 ENERGÍA SOLAR FV La intermitencia por la rotación de la tierra es predecible, aquella debido al clima lo es menos. El factor de utilización es ~ 20.7%*. Horas promedio de insolación 5.8 hr/d*. Requiere considerar capacidad de respaldo. Es ya factible tener generación FV a nivel sector domestico e intercambiar kWh con la red de distribución; programas de techos solares de Alemania y Japón. La tecnología a promover es el de celdas con concentradores solares (efic. de > 25%). Reduce los requerimientos de paneles para una potencia dada. *Ref. para México; www.anes.com 13 de septiembre 20121er. Foro Universitario, Congreso Mexicano del Petróleo 30
31 ENERGÍA TERMOSOLAR La vía térmica para transformar la energía solar a electricidad tiene la desventaja de la intermitencia por rotación de la Tierra y por condiciones climáticas.. Requiere radiación directa. Por lo tanto, necesita capacidad de respaldo Los sistemas con capacidad de almacenamiento de energía serán mucho más competitivos. Hay que bajar costos. En construcción planta de demostración en Arizona por Abengoa con apoyo del DOE-USA, de 250 MWe y seis horas de almacenamiento basado en sales fundidas. Estiman evitar la emisión de casi 0.5 millones de toneladas de CO2 por año en comparación con un ciclo combinado en base a gas natural (www.abengoasolar.com)www.abengoasolar.com 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 31
32 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 32 Tecnología de Receptor Central Colector (Helióstatos) Receptor (Cavidad o externo) Almacenamiento Unidad de Generación Eléctrica Unidad de Control Automático
33 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 33 Tecnología de Canal Parabólica Colector - Receptor Almacenamiento Unidad de Generación Eléctrica Unidad de Control Automático
34 ENERGÍAS OCEÁNICAS Y FLUVIALES La tecnología llamada hidrocinética, es decir turbinas sumergidas que aprovechen las corrientes oceánicas y fluviales para generar electricidad requieren instalaciones de baja inversión. El caso de la aplicación fluvial es de gran interés en varios países. En México, para el desarrollo de unidades en el Rio Usumacinta, frontera con Guatemala. El caso de aplicaciones oceánicas, por la agresividad del agua de mar, es más complejo el sistema, pero ya hay sitios que se han detectado en México con un buen potencial, mar de Cortez, estrecho de Conzumel,…etc 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 34
35 Turbina de 35 kWe instalada en el rio Old Man River cerca de Hastings, Minnesota, EUA http://www.wired.com/wiredscience/2008/12/hydrokinetic/ 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 35
36 ENERGÍA NUCLEAR Unidades nucleoelectricas modulares (< 300 MWe) se construirán en fabrica y se transportarán al sitio. Ventajas: –Reducción en tiempo de construcción con su consecuente reducción en costo de inversión. –Mayor índice de confiabilidad por mejor calidad y control en los procesos de construcción, con la consecuente mejora en los índices de seguridad. –Más flexibilidad para satisfacer los incrementos en la demanda en pequeños escalones. Aplica en sistemas eléctricos de tamaño pequeño y moderado. 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 36
37 Peque ñ os y Medianos (>25 MWe ) Reactores con Desarrollo Avanzado Name CapacityTypeDeveloper KLT-40S35 MWePWROKBM, Russia VK-300300 MWeBWR Atomenergoproekt, Russia CAREM27-100 MWePWR CNEA & INVAP, Argentina IRIS100-335 MWePWR Westinghouse-led, international Westinghouse SMR 200 MWePWRWestinghouse, USA mPower150-180 MWePWR Babcock & Wilcox + Bechtel, USA SMR-160160 MWePWRHoltec, USA SMART100 MWePWRKAERI, South Korea NuScale45 MWePWR NuScale Power + Fluor, USA ACP100100 MWePWR CNNC & Guodian, China HTR-PM2x105 MWe HTR INET & Huaneng, China EM2240 MWeHTRGeneral Atomics (USA) SC-HTGR (Antares)250 MWeHTRAreva BREST300 MWeFNRRDIPE, Russia SVBR-100100 MWeFNR AKME-engineering (Rosatom/En+), Russia Gen4 module25 MWeFNRGen4 (Hyperion), USA Prism311 MWeFNRGE-Hitachi, USA FUJI100 MWeMSR ITHMSO, Japan- Russia-USA 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 37 World Nuclear Association. (www.world-nuclear.org/info/inf33.htlm) Nuclear
38 EFICIENCIA ENERGÉTICA Y AHORRO DE ENERGÍA Este tema contribuye sustancialmente a mejorar tanto los aspectos de cambio climático, los de seguridad energética y los aspectos económicos, ya que reduce el uso de energéticos primarios o secundarios por lo que se reducen las emisiones, se incrementa la seguridad energética al reducir la demanda energética final, y se incrementa la productividad económica ya que reduce la intensidad energética. Adicionalmente, el costo de implementar la mayoría de acciones correspondientes, es el más bajo de todas las otras opciones. Por estas razones, la propuesta es que en este tema, todas las tecnologías involucradas se deben de implementar. 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 38
39 EFICIENCIA ENERGÉTICA Y AHORRO DE ENERGÍA Los desarrollos a realizar se conjuntan en los siguientes temas:.- Edificaciones sustentables.- Indicadores de eficiencia energética.- Diseño de equipos de bajo consumo en operación normal y en estado de espera.- Sistemas de control a distancia encendido/apagado de equipos..- Movilidad y modos de transporte.- Transporte con vehículos pesados de carga y pasajeros..- Financiamiento de proyectos de sustentabilidad energética 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 39
40 CAPTURA, UTILIZACIÓN Y SECUESTRO DE CARBÓN Es factible hacer compatible a los energéticos fósiles con el cambio climático si se captura y secuestra el carbón, por eso la importancia de este tema. Las tecnologías para capturar el CO 2 son conocidas pero existe la inquietud de reducir el costo. De ser posible, se busca utilizar el CO 2 antes de secuestrarlo por lo que su uso en recuperación secundaria de petróleo y su confinamiento en el yacimiento es de gran interés. Existe la inquietud que este proceso no sea suficiente por razones geográficas, por lo que el secuestro en acuíferos salinos profundos es también de gran interés. 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 40
41 PRODESOS EN ESTUDIO RELACIONADOS CON CUSC Procesos:.- Proceso de post-combustión.- Proceso de oxi-combustión.- Proceso de pre-combustión.- Proceso de captura por absorción..- Proceso de captura mediante membranas..- Proceso de separación criogénica..- Almacenamiento geológico..- Monitoreo por métodos sísmicos.- Almacenamiento submarino 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 41
42 HIDRÓGENO Y CELDAS DE COMBUSTIBLE Por sus características como energético secundario en la problemática del cambio climático, el Hidrógeno esta considerado en esta lista. La tecnología adecuada para transformarlo en energía útil es la celda de combustible. Hay varias tecnologías de celdas de combustible para dos aplicaciones importantes: para aplicaciones fijas, son las celdas de alta temperatura ; para aplicaciones móviles, son las celdas de membrana polimérica de baja temperatura. Por la magnitud del potencial de aplicación, son estas últimas que tienen la mayor importancia. 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 42
43 Problemáticas a Investigar en Tecnologías Suaves Ciencias Económicas. Repercusión en las economías nacionales y mundial de los costos de mitigación y adaptación al cambio climático Ciencias Sociales. Entender la dinámica del conflicto entre el bien común y el interés grupal o personal para solucionar la oposición a muchos proyectos energéticos ( y de otros sectores) Jurisprudencia. Buscar optimizar el marco legal par reducir la complejidad jurídica involucrada en proyectos energéticos. 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 43
44 REFLEXIONES El costo de la energía y consecuentemente su precio inevitablemente se incrementaran. La participación de la electricidad en la canasta de energéticos secundarios se incrementará en forma importante Mientras no se penalice la emisión de gases invernadero, improbable que se tomen acciones en serio. Es difícil la implementación de políticas públicas para frenar el avance del fenómeno del cambio climático debido a la organización política mundial y a la de los propios países. 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 44
45 MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN [email protected] [email protected] 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 45
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49 28 de septiembre 2012Instituto Tecnológico de Buenos Aires 49 Se enfatiza la aplicación en la generación eléctrica cuando; “ la demanda global final energética corresponde a: 17% electricidad 44% calor de baja T 10% calor de alta T 29% combustibles para el transporte” * Se debe incrementar la innovación para reemplazar los combustibles fósiles en los otros rubros, en especial en la industria. * Ref. Contribution of Renewables to Energy Security, IEA/OCDE, April 2007 A NIVEL MUNDIAL