Introduccin a la

Tecnologa Energtica

Existe una fuerte relacin entre desarrollo y consumo energtico.

Se hace necesario encontrar un modelo energtico adecuado parasatisfacer la previsible demanda teniendo en cuenta el esperable

agotamiento de las fuentes de energa no renovables.

Sistema Energtico: Conjunto de recursos econmicos, materiales yhumanos que intervienen en el abastecimiento energtico de las

colectividades.

Desarrollo sostenible: Proceso de crecimiento econmico y social quesatisface las necesidades presentes y no compromete la capacidad de

generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades.

INTRODUCCIN

INTRODUCCIN

INTRODUCCIN

INTRODUCCIN

DIMENSIONES DEL

PROBLEMA DE LA ENERGA

DATOS EN INFORMACIN

ESTADSTICA

Qu datos e informacin estadstica debemos conocer?

Reservas

Consumos

Distribucin geogrfica

Evolucin temporal

DATOS EN INFORMACIN

ESTADSTICA

DATOS EN INFORMACIN

ESTADSTICA

PREVISIN FUTURA

PLANIFICACIN ENERGTICA

Disponer el uso necesario y combinado de los diferentesparamentos en las tres dimensiones, de forma que elsistema energtico resultante sea tcnica, social yeconmicamente aceptable.

PREVISIN FUTURA

Hechos constatados Aumento de la poblacin que necesita abastecimiento

energtico Necesidad de reducir el impacto ambiental Necesidad de disminuir el coste de energa y aumentar la

productividad

Conclusiones Diversificar el suministro de las fuentes existentes Aadir nuevas fuentes Reducir el impacto ambiental Mejorar la eficiencia de conversin Reducir el consumo de energa final Reducir costos

12

Conclusiones

1. Un esquema de bajo consumo energtico es el mejor camino a unfuturo sostenible.

2. Con usos eficientes y productivos de la energa primaria, esteesquema no significa una reduccin de los servicios esenciales.

3. En los prximos 50 aos las naciones tendrn la posibilidad deproducir los mismos servicios con un consumo de energaprimaria de solo el 50% del actual.

4. Este resultado est ligado a cambios estructurales profundos enlos aspectos tecnolgicos, econmicos y sociales y representa unimportante desafo para la sociedad global.

13

Conclusiones

5. Esta estrategia permitir disponer del tiempo necesariopara el desarrollo de las energas renovables,comenzando as la transicin a una era energtica massegura y sostenible.

6. El desarrollo de las renovables depende de unaaproximacin racional al precio de la energa.

7. La combinacin de usos eficientes de la energa y eldesarrollo de renovables permitir aliviar la demandasobre los combustibles tradicionales, que son esencialespara facilitar que los pases en vas de desarrollodesarrollen sus potencialidades.

Conclusiones

8. La Energa no es simplemente un producto, sino unamezcla de productos y servicios. Mezcla de la quedepende el bienestar de los individuos, el desarrollosostenible de las naciones y la capacidad del ecosistemapara continuar soportando vida.

9. En el pasado dicha mezcla ha evolucionado al azar,condicionada por presiones y decisiones a corto plazo degobiernos, instituciones y compaas.

10. Una programacin ordenada, segura, ambientalmenteaceptable es imperativa para garantizar el futuro. Dichodesarrollo es posible, pero requiere nuevas dimensionesde decisin poltica y cooperacin institucional.

14

El problema energtico

1. Anlisis detallado de los factores

responsables del problema

16

17

El problema energtico

Hechos:

1. Aumento cuasi-exponencial de la demanda

2. Limitadas reservas de fuentes de energa primaria y de

sistemas para su elaboracin a energa final

3. Concentracin de dichas reservas en zonas

polticamente inestables

4. Inaceptable impacto ambiental, tanto de la generacin

de energa como del transporte

18

Demanda

La demanda de energa crece de manera continua entodos los pases.

pases desarrollados, pese a las polticas de ahorro yeficiencia energtica.

pases en vas de desarrollo, a un mayor ritmo y para unapoblacin varias veces ms numerosa.

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Fuente de datos energticosLos datos oficiales de demanda de energa puedenencontrarse en IEA http://www.iea.org/statist/index.htm

20

Demanda pases desarrollados

En los pases ms desarrollados se han abordado

polticas de ahorro que slo han logrado atenuar el

ritmo de crecimiento de la demanda frente al

crecimiento extrapolado histricamente, pero no invertir

dicha tendencia de crecimiento.

21

Pases en vas de desarrollo

Los ritmos de crecimiento de la demanda en estospases, con una poblacin cinco veces mayor, son un

orden de magnitud mayor que en los desarrollados.

22

Demanda (conclusiones)

No es posible un escenario global con crecimientocero para la demanda energtica

El ahorro energtico y el aumento de eficienciapueden (y deben) mitigar, pero no invertir el ritmo de

crecimiento de la demanda.

Los pases industrializados, especialmente Europa yJapn, son altamente dependientes de un suministro

exterior de energa

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Reservas

Al ritmo actual de consumo, se prev el agotamiento de lasreservas de combustibles fsiles y uranio

Petrleo: 40 aos*

Carbn: 100 aos

Uranio: 60 aos

Estas cifras son cuestionables (escenarios asumidos,estimaciones de contenido de las bolsas y minas, etc.),pero plantean la necesidad de alternativas a estas fuentesde energa primaria.

* Se estima que hasta 2003 se haban gastado 0,95 billones de barriles. Diferentes estimaciones calculan que hay entre 1,5 y 3 billones de barriles an por extraer.

24

Reservas de combustibles fsiles*

Nuevas tecnologas y precios ms elevadas permiten el acceso a recursosanteriormente no considerados como reservas posibles.

* D. Sanborn Scott / International Journal of Hydrogen Energy 30 (2005) 1 7

25

Impacto ambiental

La acumulacin de gases procedentes de la combustin(GHG CO2, NOx, SO2, CH4, etc.) podra generar unefecto invernadero, con consecuencias inaceptablespara el medio ambiente: elevacin de temperatura,desertizacin, deshielos, etc.).

Independientemente de la creencia en lasconsecuencias y duracin de un cambio climtico, esevidente la necesidad de reducir esta contaminacin, dela que la energa es responsable en un elevadoporcentaje.

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Compromiso de Kyoto

El compromiso de Kyoto exige reducir los nivelesactuales de emisiones de CO2 y otros gases de efecto

invernadero (GHG) al 92% de los valores de 1990.

La UE se ha comprometido a reducir globalmente susemisiones anuales de GHG en un 8 % con respecto al

nivel de 1990, lo que equivale a una reduccin de 346

millones de toneladas de CO2.

Dicha reduccin equivale a todas las emisiones de CO2de Espaa en 2005.

27

Alternativa renovables

Una alternativa basada exclusivamente en renovablesest condicionada por la baja eficiencia energtica,

escasa fiabilidad y el elevado coste de estas energas.

Adems, esta alternativa no resuelve el problema deltransporte por carretera, (responsable del 30% de las

emisiones):

o Fracaso del coche elctrico convencional

o Insuficiente aporte de los biocombustibles

Evaluacin del problema a distintos

niveles

28

29

Consumo energtico CV

5% Ktep

257 Prdidas Ktep 1% 22 1%

72% 3.704 98% 3.785 Ktep

5.145 Ktep 14% 58 2% 40%

42%

8% 417 14% 24% 726 31%

75% 0,6 0% 3.087 Ktep

1 Ktep 46% 1.829 59% 32%

0% 28% 114 4%

4% 211 18% 62% 736 31%

25% 0,2 0% 1.189 Ktep

4.008 Ktep 4% 164 14% 13%

32% 19% 78 7%

1% 66 7% 86% 799 34%

1% 58 6% 932 Ktep

401 Ktep 2% 9 1% 10%

3%

9% 451 89% 11% 55 2%

2.126 Ktep 506 Ktep

17% Ktep 5%

1% 39 1%

0% 0 0%

49% 1957 46% 4264 Ktep 1.660 Ktep 2.338 100%

678 Ktep 35% 142 3%

5% 100% 2126 50%

678 Ktep

12.359 Ktep 9.499 Ktep

100 % 100 %

ENERGA FINALENERGA PRIMARIA

GAS NATURAL

SERVICIOS

RENOVABLES (+hidro)

NUCLEAR AGRIC. Y PESCA

ELECTRICIDAD

RESIDENCIAL

C. VALENCIANA 2.008 (en ktep)

Saldo Elctrico

ESQUEMA DE PARTIDA DE C. VALENCIANA. DATOS DEL 2008

TRANSPORTE

PETRLEO

INDUSTRIAL

CARBN

Escenarios energticos

31

Introduccino Generalmente el futuro se explora mediante

escenarios: conjeturas sobre que suceder,apoyndose en la informacin acumulada en elpasado.

o Definicin precisa de escenario: herramienta paraorganizar la informacin sobre alternativas de futuro,creando la base para las decisiones sobreactuaciones a implementar.

o En contraste con prediccin el resultado final de unescenario no es una imagen mas precisa del futurosino la creacin de elementos para la toma dedecisiones que afectan a ese futuro.

32

Introduccin

o Los escenarios son especulativos, pero esto nodisminuye su importancia ni su utilidad para basar enellos la toma de decisiones, ya que permitenidentificar problemas, amenazas y oportunidades.

o Histricamente, se comenz a utilizar escenariosdurante la II Guerra Mundial y pronto pasaron alcampo empresarial (Royal-Dutch Shell fue pionera)para la toma de decisiones estratgicas.

o Para construir un escenario se precisa:1) Datos sobre las pasadas y actuales tendencias del

fenmeno a analizar

2) Conjeturas sobre como dichas tendencias puedenevolucionar en el futuro.

33

Escenario BAUo El tipo de escenario mas habitual es el denominado

BAU (business-as-usual)

o BAU es un escenario que asume la continuacin en elfuturo de las tendencias histricas y que, por tanto, laestructura del sistema permanece sin cambios oresponde en forma predeterminada.

o Dada la inercia de los sistemas a analizar, el escenarioBAU tiene una alta probabilidad de ocurrencia a corto ymedio plazo. Sin embargo, a largo plazo, y cada vezmas a medio plazo, su probabilidad de ocurrencia esescasa.

o Es altamente arriesgado fijar los objetivos y decisionespara el largo plazo en los resultados de un escenarioBAU.

34

Escenario BAUo Es necesario completar el escenario BAU con otros

escenarios alternativos que incorporen cambios cualitativosen el comportamiento del sistema analizado.

o En todos los casos se deber utilizar los resultados delanlisis BAU como valores de referencia para los obtenidosen los nuevos escenarios.

o Podemos encontrar distintos tipos de escenarios:o Exploratorios

o Normativos

o Cualitativos

o Cuantitativos

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Escenarios exploratorios Exploratorios

o Orientados a explorar distintas configuraciones posiblescon el propsito de identificar a partir de ellos lasestrategias ms slidas para los objetivos con que serealiza la exploracin.

o El objetivo de disear estrategias implica generalmenteconsiderar escenarios que rompen con la situacin yfilosofa imperantes en el campo.

36

Escenarios normativos

Normativos

o Designados sobre la base de definir el conjunto decaractersticas (o normas) que en el futuro deben existir,de acuerdo con el agente elaborando el escenario.

o Este tipo de escenarios es inherentemente poltico yprescriptivo y, asumiendo que las acciones polticaspueden conformar el futuro en la forma deseada, trata dedeterminar cuales deben ser esas acciones.

o En la prctica, los escenarios normativos suelen (ydeberan) estar precedidos de un anlisis de futuro basadoen escenarios exploratorios.

37

Etapas en elaboracin de un

escenario

1) Definicin del problema y su horizonte temporal,identificando las decisiones que pueden adoptarse

2) Recopilar informacin, opinin de expertos y datossobre el sistema a investigar y construir un sistemacoherente que incluya todos los actores y agentesimplicados, incluyendo las relaciones, tanto cualitativascomo cuantitativas, entre los mismos.

38

Etapas en elaboracin de un

escenario

3) Identificar los elementos claves y separar aquellos quetienen escasa influencia.

4) Jerarquizar los factores seleccionados de acuerdo consu influencia sobre el problema, seleccionando 2 3 deellos como las variables independientes para el anlisisque se realizar para todos los valores posibles deestas variables.

5) Resumir los resultados del anlisis en forma consistente(historias).

Soluciones al problema energtico

1. Tecnologas avanzadas de generacin transformacin, almacenamiento y utilizacin de energa.

40

41

Problema energtico

Conclusin temas anteriores:

Existe un problema energtico!

Tiene solucin?

SI!

Razones para esta afirmacin positiva:

Desarrollos prometedores en I+D+i que permitiran escenarios de desarrollo sostenible

Optimismo (histricamente basado en la capacidad humana para progresar, superando problemas y crisis)

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Escenario La solucin ms probable, como veremos al estudiar

escenarios energticos en detalle, se apoya en uno con

mltiples componentes:

1. Generacin mltiple (renovables, nuclear, fsiles,..) con

ninguna componente dominante

2. Aumento del ahorro y la eficiencia

3. Desarrollo de tecnologas de control del impacto ambiental

4. Introduccin de recursos energticos distribuidos

5. Electricidad como energa final dominante

6. Hidrgeno como vector energtico

43

Requerimientos

La solucin requiere:

Nuevas y mejores tecnologas

esfuerzo decidido en I+D+i

transicin rpida en su introduccin en el mercado

Cambios econmicos cuantitativos y cualitativos:

coste

gestin del mercado

Cambios sociales

participacin activa del consumidor

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Lneas de I+D+i

1. Generacin

I. mejora en eficiencia y contaminacin de las

tecnologas actuales

II. desarrollo de nuevas tecnologas

III. impulso a los recursos energticos distribuidos

2. Ahorro energtico

I. desarrollo de componentes y sistemas con un uso

ms eficiente de la energa

II. nuevas tcnicas de mercado

45

Lneas de I+D+i3. Impacto ambiental

o Nuevas tecnologas para tratamiento de los residuos

producidos en los procesos de generacin

4. Transporte

o Bsqueda de sistemas no basados, al menos parcialmente, en el uso del petrleo.

46

I+D+i en Renovables

Las actividades a desarrollar afectan tanto a las fuentes yabien conocidas (convencionales):

Elica

Solar

Biomasa

Como a las que se encuentran en fase de experimentacin(no convencionales):

Geotrmica

Mareomotriz

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ElicaRE con mayor ritmo de crecimiento (20 GW instalados en

Espaa)

48

Elica (ii)o Lneas de I+D

Optimizacin del diseo mecnico y elctrico

Atenuar impacto en red elctrica

Mejorar fiabilidad

49

Solar

La energa solar tiene todava una escasa contribucinen la generacin de electricidad, pero crece de forma

significativa en sector residencial y comercial.

Solar termoelctrica est cobrando una importanciadominante en la produccin masiva de electricidad con

plantas en el rango de los 100MW.

Proyecto DESERTEC

50

Desierto Sahara, con sus 9.065.000 km2 y su alta radiacin solar, podra con menos deun 1% de su superficie cubrir todas las necesidades de energa elctrica de la UninEuropea

No existe problema en disponer de energa primaria para cubrir nuestras necesidades actuales y futuras. Existe

mucha mas de la que se necesita y est en el desierto.

El problema es cmo encontrar soluciones tecnolgicas que hagan viable su captacin, transformacin en energa

final y distribucin a los puntos de consumo.

Proyecto DESERTEC (II)

51

52

Solar (ii)

Lneas de I+D

o Solar trmica

Aumento de la eficiencia mediante paneles deconcentracin y sistemas en vaco

o Solar fotovoltaco (PV)

Aumento (en un factor ~ 2) de la eficiencia y vidamedia, y reduccin del coste mediante nuevos

conceptos y materiales para las clulas

53

Biomasa

Biomasa es la mayor contribuyente de todas las fuentes de RE (65%).

54

Biomasa (ii) Lineas de I+D+i

o Optimizacin logstica de la generacin de energa a partir

de Biomasa

o Desarrollo de gasificadores

o Optimizacin de cultivos para aplicaciones en energa y

biocombustibles

o Biorefineras

55

I+D+i en Fsiles

Carbn

Programa Clean Coal Technologies

Petrleo

Mejora rendimiento y consumo de motores de

combustin interna

Bsqueda de nuevos yacimientos y tecnologas

de extraccin

56

Carbn

Especial inters en USA:

Carbn es la fuente domstica ms abundante (95% de

sus reservas fsiles)

A los ritmos actuales de consumo, sus reservas

garantizan 250 aos

Durante los 90s, el coste del carbn se redujo un 30%,

mientras petrleo y gas se incrementaban en un 26% y

60%, respectivamente.

Esto justifica el billonario programa Clean Coaltechnologies.

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Clean Coal Technologies

Programa CCT (Clean Coal Technologies) incluye I+D en:

Procesos de combustin que permitan reducir la emisin de

contaminantes slidos y gaseosos, hasta un 95%.

Lechos fluidizados

Quemadores de baja generacin de NOx

Dispositivos de control de contaminantes

Filtros

Tecnologas de conversin del carbn en combustibles

menos contaminantes

Gasificacin

58

I+D en impacto ambiental

La mejora del impacto ambiental de lageneracin y uso de la Energa requiere:

Mximo desarrollo posible de las energasrenovables

Transmutacin de residuos radiactivos

Desarrollo de tecnologas limpias de quemado decombustibles fsiles

Captura del exceso de CO2 en la atmsfera

59

Capturta de CO2 Los combustibles fsiles continuarn siendo utilizados

durante dcadas, por lo que ser preciso reducir la

emisin, pero tambin capturar CO2 de la atmsfera.

Se investiga en dicho proceso de captura, en unprograma que incluye:

o Captura y separacin

o Almacenamiento

60

Captura

Tres lneas de I+D orientada a la utilizacin en plantas de Carbn

o Precombustin

Costosa en materiales y energa

o Postcombustin

Basada en gasificacin, solo aplicable en nuevas plantas.

o Combustin en atmsfera de oxgeno

Aplicable a todo tipo de plantas

61

Vector Energtico

Dos problemas energticos podran aliviarse con lautilizacin de vectores energticos (combustibles quehay que generar a partir de una fuente primaria osecundaria) que permitan:

Almacenar la energa renovable, permitiendodesacoplar produccin y demanda.

Sustituir al petrleo en el sector del transporte,evitando la excesiva dependencia de esta fuente yaliviando el impacto ambiental del sector.

El hidrgeno es potencialmente un candidato paraalcanzar estos objetivos.

62

Hidrgeno (ii)

Puede generarse directamente a partir de distintasfuentes primarias: Fsiles: por reformado de hidrocarburosRenovables: por gasificacin de Biomasa

Indirectamente utilizando todas las fuentes primarias: Fsiles

Renovables

Nuclear

Mediante electrolisis, utilizando electricidadgenerada con dichas fuentes.

Este ltimo tipo de proceso de generacin implicaprdidas energticas importantes: las derivadas de lageneracin de la electricidad requerida.

63

Hidrgeno (iii)

Su utilizacin con pilas de combustibles permitira:

Almacenar la energa renovable y posteriormente convertirla en electricidad

Alimentar motores elctricos en vehculos

Ventajas:

Mejorar la utilizacin de las fuentes renovables

Reducir el impacto ambiental del transporte.

Aplicacin ligada al desarrollo de las pilas decombustible.

64

I+D en Hidrgeno

Cuatro reas fundamentales de investigacin se desarrollan buscando hacer posible una econmica energtica basada en el hidrgeno:

Generacin

Distribucin

Acumulacin

Conversin

Con especial nfasis en Seguridad en cada una de ellas

Generacin

Distribucn

Almacenamiento

Conversin Aplicaciones

65

I+D en Pilas de Combustible

I+D centrada en todos ellos en:

Garantizar una vida superior a 40.000 horas

Posibilitar rgimen pulsado reproducible de operacin

Facilitar la generacin/conexin con hidrgeno

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Aspectos sociales

Participacin activa del consumidor

Implicacin en polticas de ahorro y mayor eficiencia energtica (ayudada por un coste real de los productos

energticos)

Aceptacin de los Recursos Energticos Distribuidos, especialmente Renovables

Asumir papel de generador

67

Economa

Necesidad de un mercado libre

separacin entre productores de electricidad y gestoresde redes de transporte,

garantizar un acceso no discriminatorio de nuevosproductores y distribuidores a las redes,

garantizar una tarificacin de los intercambiostransfronterizos a un coste mnimo,

Coste real para los productos energticos