PLANIFICACIÓN ENERGÉTICA SOSTENIBLE PARA LA GENERACIÓN ... · Escuela Técnica Superior de Ingeniería ICAI 5 Cátedra R. Mariño de Nuevas Tecnologías Energéticas Planificación

19 de Septiembre de 2015

PLANIFICACIÓN ENERGÉTICA SOSTENIBLE PARA LA

GENERACIÓN ELÉCTRICA

Beatriz Yolanda Moratilla Soria

1

Planificación EnergéticaPolíticas Energéticas

3Escuela Técnica Superior de Ingeniería ICAICátedra R. Mariño de Nuevas Tecnologías Energéticas

Planificación energética sostenible para la generación eléctrica 19 de Septiembre de 2015

La Energía está en la base del bienestar social

→ Importancia de la Planificación Energética

En el ámbito de la Unión Europea y España se pretende darrespuesta a los retos energéticos y climáticos a los que seenfrenta la sociedad actual mediante estrategias, planes,directivas, leyes , normativa y directrices

Planificación Energética Sostenible

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Planificación energética sostenible para la generación eléctrica 19 de Septiembre de 2015

Principales requisitos para una política energética:

Planificación Energética Sostenible

Seguridad de suministro

(SOSTENIBILIDAD TÉCNICA)

Protección medio ambiente

y personas (SOSTENIBILIDAD

AMBIENTAL)

Competitividad de precios de generación

(SOSTENIBILIDAD ECONÓMICA)

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Planificación energética sostenible para la generación eléctrica 19 de Septiembre de 2015

• Carbón:

• España cuenta con carbón nacional, pero de baja calidad

• Recurso para 200 años

• Uso del carbón:

• Generación eléctrica: CAC, altos costes, necesidad de almacenamiento

• Sector transporte y otros: generación de H2 mediante GICC

Planificación Energética SostenibleTecnologías FÓSILES

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Planificación energética sostenible para la generación eléctrica 19 de Septiembre de 2015

• Gas natural:

• En España casi nulo recurso

• Recurso para 80 años (convencional)

• Nuevo paradigma:

• Gas no convencional

• Duplicación de reservas actuales

• Problemas de aceptación social (fracturación hidráulica)

• La tecnología más limpia

• Posibilidad de uso en automoción (directo o vía H2 )

• Precios muy fluctuantes (en reducción al integrar el no convencional al mercado)

Planificación Energética SostenibleTecnologías FÓSILES

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Planificación energética sostenible para la generación eléctrica 19 de Septiembre de 2015

• Petróleo:

• En España casi nulo recurso

• Recurso para 40 años (convencional)

• Nuevo paradigma:

• Petróleo no convencional

• Duplicación de reservas actuales

• Problemas de aceptación social (fracturación hidráulica)

• Uso masivo en tte

• Se debería reservar para petroquímica, buscando sustitutos energéticos

• Uso racional en transporte: vehículos híbridos

Planificación Energética Sostenible

Tecnologías FÓSILES

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Planificación energética sostenible para la generación eléctrica 19 de Septiembre de 2015

• En España casi nulo recurso, pero es autosuficiente a través de red de suministradores, grandiversidad de fuentes

• Influencia del coste de combustible muy baja en precio electricidad

• Recurso entre 80 y 200 años con tecnología actual; varios milenios con reactoresreproductores

• Necesidad de avanzar en tecnología: Gen IV (mejor uso del combustible)

• Gran problema de aceptación

• Aplicación al tte mediante el H2

• Nuevos usos del combustible: reprocesado

• Solución a los residuos: AGP, reprocesado

Planificación Energética Sostenible

Tecnología NUCLEAR

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• Autóctonas, inagotables

• Generación eléctrica: hidráulica, eólica, solar FV, termosolar, geotermia

• Usos térmicos: biomasa, bomba calor geotérmica, solar

• Cogeneración: biomasa

• Transporte: biocarburantes

• Aplicación a vectores: H2

• Problemas de eólica y solar: oscilaciones diarias, necesidad de reserva, problemas en la regulación dela red

Ref. [1]

Planificación Energética SostenibleTecnologías RENOVABLES

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• Considerada 4ª fuente de energía

• Autóctona

• Medidas de ahorro energético:

• Máquinas de mayor eficiencia [3]

• Mejora de los asilamientos [4]

• Fundamental:

• Mejor uso de la energía primaria: cogeneración [5]

• Cogeneración por ciclo de cabeza: futuro de la biomasa para residencial [6]

• Cogeneración por ciclo de cola: futuro para la industria [7]

• Autoconsumo

• Posibilidad:

• Smart grids [8]

Planificación Energética SostenibleTecnologías EFICIENCIA

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Geopolítica de la energía

• Medio y largo plazo:

• Hidrocarburos no convencionales (HCNC)

• Ampliación de horizonte temporal del uso de fósiles

• Fin de oligopolios, nuevo escenario (USA y otros)

• Hidrógeno como vector energético

• Posibilidad de llevar carbón y nuclear al transporte

• Almacenamiento de vertidos eléctricos de renovables

• Captura y almacenamiento de CO2

• Hibridación de sistemas: eólica & biomasa, eólica & hidroeléctrica, …

• Almacenamiento eléctrico mediante usuarios (VE)

• Gestión eficiente de demanda

Planificación Energética Sostenible

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Políticas energéticas

Energía &

Sostenibilidad

Economía

Sociedad

Medio Ambiente

Seguridad

Proporcionar energía para cubrir lasnecesidades sociales

Disponer de energía abundante a un preciso asequible

Lograr un precio de la energía queconduzca al bienestar social y fomentela innovación

Evitar los efectos sobre salud y medioambiente de la producción de energía

Planificación Energética Sostenible

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Políticas energéticas

• Causas del crecimiento de la demanda energética:

• Aumento exponencial de la población

• Incremento del consumo mundial de energía

• Conversión ineficiente de la energía primaria

• Circunstancias preocupantes:

• La producción energética no sigue ley exponencial

• Altos costes de las nuevas fuentes (curva de aprendizaje y pocas horas disponibles)

• Límites medioambientales a las fósiles

• Contestación social a la energía nuclear, HCNC, petróleo, …

• Geopolítica de algunas fuentes

Planificación Energética Sostenible

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PANORAMA NACIONAL

España importa más del 80% de los recursos energéticos.

Planificación Energética Sostenible

Ref. [1]

2

Evolución histórica de las planificaciones energéticas

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EVOLUCIÓN HISTÓRICA

• Antes de los años 70– Carbón Nacional e Hidráulica

• Década de los 70

– Apuesta por la Energía Nuclear

• Década de los 80:– Moratoria Nuclear

• Década de los 90:– Ciclos Combinados Gas Natural.

• Década 2000.– Energías Renovables.

Planificación Energética Sostenible

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EVOLUCIÓN HISTÓRICA

PRODUCCIÓN POR TECNOLOGÍAS

(GWh acumulado)

Planificación Energética Sostenible

Ref. [1]

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Planificación Energética Sostenible

ENERGÍA NUCLEAR• Producción Eléctrica en España mediante Fisión

Nuclear20,4%

Rest79,6%

Average nuclear share in the last 10 years

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Planificación energética sostenible para la generación eléctrica 19 de Septiembre de 2015

Planificación Energética Sostenible

ENERGÍA NUCLEAR• Producción Eléctrica en Alemania mediante Fisión

Nuclear20,4%

Rest79,6%

Average nuclear share in the last 10 years

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Planificación Energética Sostenible

ENERGÍA NUCLEAR• Producción Eléctrica en Francia mediante Fisión

Nuclear20,4%

Rest79,6%

Average nuclear share in the last 10 years

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Planificación Energética Sostenible

ENERGÍA NUCLEAR• Producción Eléctrica en Reino Unido mediante Fisión

Nuclear20,4%

Rest79,6%

Average nuclear share in the last 10 years

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Planificación Energética Sostenible

ENERGÍA NUCLEAR• Producción Eléctrica en Corea del Sur mediante Fisión

Nuclear20,4%

Rest79,6%

Average nuclear share in the last 10 years

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Planificación energética sostenible para la generación eléctrica 19 de Septiembre de 2015

Planificación Energética Sostenible

ENERGÍA NUCLEAR• Producción Eléctrica en Canadá mediante Fisión

Nuclear20,4%

Rest79,6%

Average nuclear share in the last 10 years

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Planificación Energética Sostenible

ENERGÍA NUCLEAR• La Energía Nuclear en el Mix Internacional

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Planificación Energética Sostenible

ENERGÍAS RENOVABLES Y NO CONVENCIONALES• Potencia Instalada

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Planificación Energética Sostenible

ENERGÍAS RENOVABLES Y NO CONVENCIONALES• Precio medio de la retribución total

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Ref. [9]

Planificación Energética Sostenible

RESTRICCIONES DE ESTABILIDAD DE RED• Existen condicionamientos de estabilidad de la red estrictamente técnicos

• Es preciso disponer de capacidad para reaccionar ante perturbaciones e incidentes

• Considerando las proyecciones de demanda para España y su configuración de red:

– Se requiere alrededor de un 60% de generación hidráulica, térmica y nuclear en condiciones de demanda media y alta

– Porcentajes mayores con menores demandas

– Actualmente el sistema tiene un 59% (en demandas muy altas), por lo que es estable

– Se toleraría, por tanto, hasta un 40% de penetración de renovables

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Ref. [9]

Planificación Energética Sostenible

3

El marco europeo

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MARCO EUROPEO

Las cinco prioridades de actuación futura de la UE son lassiguientes:

• Eficiencia energética

• Consolidación e integración del mercado europeo de laenergía

• Desarrollo y promoción de tecnologías energéticas

• Facilitar el acceso a un suministro competitivo y seguro deenergía

• Relaciones internacionales

Planificación Energética Sostenible

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• DICTAMEN (2015/C 391/02) sobre “El desarrollo del sistema de gobernanza propuesto en el contexto del marco de actuación en materia clima y energía hasta el año 2030”

• Objetivo: Aportar recomendaciones para disponer de un marco de gobernanza sólido, nueva legislación, asegurar su aplicación rigurosa y materializar la Unión de la Energía.

– “Diálogo estructurado entre todas las partes […] si se pretenden mitigar los obstáculos sociales […] y apoyar cambios en los comportamientos de los ciudadanos”.

– “Desarrollar un liderazgo político claro para establecer […] un dialogo […] con las cuestiones relacionadas con la transición energética ([…] clima, seguridad y justicia social).”

Planificación Energética Sostenible

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Planificación energética sostenible para la generación eléctrica 19 de Septiembre de 2015

• DICTAMEN (2015/C 391/02) sobre “El desarrollo del sistema de gobernanza propuesto en el contexto del marco de actuación en materia clima y energía hasta el año 2030”

– “Diálogo con los interlocutores sociales para una transición energética que vincule la dimensión medioambiental con las preocupaciones sociales.”

– “Generar un diálogo europeo sobre la energía […] basado en su independencia, genere confianza y que permita una representación equilibrada de todas las partes […] para la elaboración de políticas sobre temas energéticos.”

– “[…] Puesta en marcha de un diálogo europeo sobre la energía para apoyar el proceso de gobernanza.”

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4

Sistema tarifario

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SISTEMA TARIFARIO: COSTE DE SUMINISTRO Y FACTURA ELÉCTRICA

Planificación Energética Sostenible

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Sostenibilidad económicaDéficit de tarifa

Administración65%

Mercados35%

• Excesivos incentivos a renovables, política inadecuada

• Los fabricantes se adaptan a las primas y no al revés

• Ejemplo bueno: eólica

• Ejemplo malo: solar FV

Ref. [2]

5

Planificación energética SOSTENIBLE

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Planificación Energética Sostenible

NUCLEAR• Inseguridad jurídica de

las inversiones• Percepción Social

RENOVABLES• Sistema de primas• Intermitencia

CARBÓN NACIONAL• Problemas ambientales• Subvenciones

GAS NATURAL• Mercado Internacional

inestable

INCONVENIENTES

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RESIDUOS NUCLEARES

Para su gestión hay tres estrategias posibles:

• Considerarlo como residuos y como tal confinarlos en un almacenamiento geológico (Finlandia y Suecia)

• Reciclarlos y explotarlos como fuente de energía (Francia, Alemania, Bélgica o Japón)

• Almacenamiento temporal (España)

Tecnologías Energéticas SosteniblesGESTIÓN DE LOS RESIDUOS

RESIDUOS CARBÓN

CO2 y su confinamiento

RESIDUOS RENOVABLES

Placas solares

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GESTIÓN DE LOS RESIDUOS : RESIDUOS NUCLEARES

Para la gestión del mismo hay tres estrategias posibles:

• Considerarlo como residuos y como tal pasan definitivamente al un almacenamiento geológico (Finlandia y Suecia)

• Explotación, como fuente de energía utilizando los llamados residuos como combustible. (Francia, Bélgica o Japón)

• Almacenamiento temporal centralizado (España, Países Bajos)

Planificación Energética Sostenible

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Ciclo Abierto

• El combustible nuclear, una vez sale del reactor y se enfría en las piscinas, se almacena en un ATC (Almacén Temporal Centralizado)

• Posteriormente se envía a un almacenamiento definitivo AGP

Combustibleusado

Enfriamiento en piscinas

Almacenamiento ATC

Almacenamiento Definitivo AGP

La evolución temporal del coste del ciclo abierto se estima creciente.

Lo cual es lógico debido a que si aumenta la capacidad, aumentará el coste de los elementos de almacenamiento.

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Ciclo Cerrado

• El combustible nuclear, una vez sale del reactor y se enfría en las piscinas, es sometido a reprocesado para aprovechar la actividad remanente.

• De las operaciones de reprocesado se obtiene combustible reprocesado, y vidrios (residuo vitrificado) y compactados que deben ser almacenados.

Combustibleusado

Enfriamiento en piscinas

ReprocesadoAlmacenamiento

vidrios ATC

La evolución temporal del coste del ciclo cerrado se estima decreciente.

A medida que aumenta la capacidad, llega un punto en el que el coste asociado disminuye.

Combustible reprocesado

Vidrios + Compactados

6

Conclusiones

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Planificación energética sostenible para la generación eléctrica 19 de Septiembre de 2015

• Posibles políticas:

• Fomento de energías renovables:

• Reduce la dependencia energética

• Reduce las emisiones

• Madurez tecnológica y horas de uso: incidencia en costes

• Mejora de la eficiencia energética:

• Fomento de la cogeneración

• Conocimiento preciso de consumos

• Nuevos códigos de edificación

• Energía geotérmica en climatización

• Mejoras tecnológicas: motores eléctricos, climatización, iluminación, …

• Generación distribuida: reducción de pérdidas en transporte

• Diversificación de combustibles

• Despliegue de biomasa: usos térmicos, cogeneración, biocarburantes

• Hidrógeno como vector energético

• Vehículo eléctrico/híbrido

CONCLUSIONES - Políticas energéticas

Planificación Energética Sostenible

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CONCLUSIONES - Políticas energéticas

• Posibles políticas:

• Tratamiento de emisiones de forma centralizada:

• Vehículo eléctrico

• Captura y almacenamiento de CO2

• Nuevas tecnologías:

• Control emisiones en centrales

• Centrales ultrasupercríticas

• Poligeneración

• Centrales nucleares de III y IV generación

• Pila de combustible, …

• Sistemas de almacenamiento masivo de energía

• Geotermia para climatización

Planificación Energética Sostenible

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Planificación Energética Sostenible

• Las nuevas tecnologías energéticas permitirán:

• utilizar energías primarias actualmente impopulares: carbón

• aprovechar EE RR (regulan la estacionalidad) y Nuclear para producción eléctrica y de H2

• recurrir a energías primarias más deslocalizadas

• reducir el consumo de energía primaria, abaratando así la energía

• La sociedad deberá:

• valorar las distintas fuentes sin prejuicios

• adquirir hábitos de consumo

• establecer políticas de cooperación internacional

CONCLUSIONES – Tecnología y sociedad

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Planificación energética sostenible para la generación eléctrica 19 de Septiembre de 2015

[1] FIN, Energía 2013

[2] Montes, Estrategia e inversiones a corto y medio plazo de la industria eléctrica, Seminario Permanente enTecnologías Energéticas, Cátedra R. Mariño de NTE, 4/12/2013

[3] Moratilla et al., EFICIENCIA ENERGÉTICA: TECNOLOGÍA Y POLÍTICAS DE APOYO, Comillas, 2010

[4] Linares, Moratilla, Eficiencia energética en la edificación, Comillas, 2008

[5] Linares, Cledera, Ramírez, Contribución de la termodinámica a la sostenibilidad energética. Análisisexergético y cogeneración, en Sancha, EL INGENIERO DEL ICAI Y EL DESARROLLO SOSTENIBLE, Comillas,2009

[6] Linares, Cogeneración con biomasa mediante ciclos de Rankine orgánicos, en Moratilla, Uris, BIOMASA YSUS TECNOLOGÍAS ENERGÉTICAS APLICADAS, Comillas, 2012

[7] Linares, Valorización de calores residuales en aplicaciones industriales mediante ciclo de cola contecnología ORC, Anales de Mecánica y Electricidad 90, 12-16 (2013)

[8] Vallés, Frías, Reneses, González, Gestión activa de la demanda para una Europa más eficiente, Anales deMecánica y Electricidad 90, 55-61 (2013)

[9] Casajus, Martínez, MIX DE GENERACIÓN EN EL SISTEMA ELÉCTRICO ESPAÑOL EN EL HORIZONTE 2030, Forode la Industria Nuclear Española, 2007

Planificación Energética Sostenible

REFERENCIAS

http://www.foronuclear.org/es/publicaciones-y-documentacion/publicaciones/energia-2013

http://www.upcomillas.es/catedras/crm/descargas/2013-2014/seminario 4.12.2013-montes.pdf

http://www.upcomillas.es/catedras/crm/descargas/2010-2011/LibroEfijornada-WEB.pdf

http://www.upcomillas.es/catedras/crm/descargas/2008-2009/Libro_Eficiencia_Energ%C3%A9tica.pdf

https://www.icai.es/contenidos/contenido_fichero.php?contenido=1700

http://www.upcomillas.es/catedras/crm/descargas/2012-2013/Libro_biomasa_Seminario.pdf

http://www.revista-anales.es/web/n_21/pdf/seccion_4.pdf

http://www.revista-anales.es/web/n_21/pdf/seccion_3.pdf