recursos renovables origen y formas de...
TRANSCRIPT
RECURSOS RENOVABLES
Origen y formas de manifestarse
Gran diferencia en los flujos de energía de cada fuente
1
120000 TW
30 TW
3 TW
RECURSOS RENOVABLES
Origen y formas de manifestarse
Clasificación que usaremos a lo largo del cuatrimestre para ver las particularidades de las diferentes fuentes renovables
Solar
Fotovoltaica
Térmica
Eólica
Hidroeléctrica (minihidro)
De la biomasa
Geotérmica
De los mares
Mareomotriz
De las corrientes marinas
De las olas
Del gradiente térmico (OTEC)
2
RECURSOS RENOVABLES
Flujos de energía
No todas las opciones son factibles para un determinado lugar, ni todas se adaptan al mismo uso final.
Es esencial que esté presente una cantidad de energía suficiente, no se puede crear para el lugar específico (ejemplo del biogas…).
Se necesita hacer prospección como con los combustibles fósiles. Se debe monitorear varios años el lugar para tener datos confiables sobre la producción.
En general los flujos varían en el tiempo (intermitencia, periodicidad) y se dificulta su adaptación al uso final (también varía en el tiempo)
La energía no utilizada se pierde (a menos que se almacene) y cuando se necesita una mayor cantidad o el recurso no está disponible debe recurrirse a energía almacenada u otra fuente.
El uso de combustibles fósiles se puede adaptar fácilmente a la demanda (despacho de carga).
3
RECURSOS RENOVABLES
Calidad de la fuente
Las fuentes renovables se pueden agrupar de acuerdo a la forma de energía producida
Fuentes mecánicas (hidráulica, eólica, olas y mareas)
La energía mecánica generalmente se transforma en electricidad con alta eficiencia.
La cantidad de energía que puede extraerse depende del mecanismo o proceso de conversión utilizado y de la variabilidad del recurso.
Fuentes de calor (termosolar, biomasa, geotérmica)
El calor producido puede usarse directamente (colector solar, combustión de biomasa, bomba de calor)
También puede transformarse en trabajo mecánico (rendimiento limitado por el principio de Carnot) y luego en electricidad.
Procesos de fotoconversión (fotosíntesis, fotoquímicos y fotovoltaicos)
Pueden usarse para almacenar energía solar (biocombustibles) o para convertirla en electricidad (celdas fotovoltaicas).
4
RECURSOS RENOVABLES
Generación dispersa vs. centralizada
Diferencias en la densidad de energía
En la transformación inicial, la densidad de energía de las renovables es varios ordenes menor que las no renovables (fósiles y nucleares).
Se requieren muchos dispositivos (generación dispersa) para recolectar una cantidad de energía comparable a las no renovables.
En el uso final, luego de la conversión, transporte y distribución, la energía proveniente de las no renovables es similar a las de las renovables.
En conclusión
Las no renovables se adaptan fácilmente a la generación centralizada y resulta costosa la distribución.
Las renovables se aprovechan esencialmente de manera dispersa y resulta costosa su concentración (almacenamiento).
5
RECURSOS RENOVABLES
Apareamiento de la fuente con el uso final
En general debe analizarse el sistema de energía completo. El suministro no debe considerarse separadamente del uso final.
Una falla en este sentido conduce a operaciones antieconómicas y pérdidas de energía, es decir sistemas ineficientes.
Ejemplo: producción de agua caliente.
Las inversiones en mejorar la eficiencia y en aplicar métodos de conservación de la energía conducen en el largo plazo a beneficios económicos y medioambientales .
6
RECURSOS RENOVABLES
Apareamiento de la fuente con el uso final (cont.)
Aprovechar la mayor cantidad de energía disponible para maximizar el factor de capacidad (potencia instalada vs. producción).
Alternativas que se presentan:
7
a) Apareamiento completo
b) Desecho de la energía no usada
d) Almacenamiento en la red (control)
e) Control de la carga
c) Almacenamiento local
SISTEMAS ENERGÉTICOS
Involucran diferentes formas de energía y procesos
La energía se conserva y puede transformarse en las otras formas involucrando una pérdida de conversión.
Se puede almacenar, comercializar, transportar, y utilizar.
Esquemáticamente el sistema energético se puede representar de la siguiente manera
8
SISTEMAS ENERGÉTICOS
Energía primaria
Fuentes de energía tal como se obtienen de la naturaleza, ya sea en forma directa, por extracción o por recolección.
Hidráulica
Solar
Eólica
Geotérmica
Petróleo crudo
Gas natural
Carbón mineral
Combustibles nucleares
Leña y biomasa
10
SISTEMAS ENERGÉTICOS
Energía secundaria
Productos energéticos no presentes como tales en la naturaleza.
Derivan de los centros de transformación luego de sufrir un proceso físico, químico o bioquímico.
Su destino son los sectores de consumo u otro centro de transformación.
Gas licuado
Gasolina y naftas
Diesel oil
Kerosene y turbo combustibles
Combustibles pesados
Coque
Carbón vegetal
Electricidad generada con cualquier recurso
11
SISTEMAS ENERGÉTICOS
Energía final
Se pone a disposición del consumidor para ser usada en la realización de un trabajo, en la obtención de calor, iluminación, o en determinados procesos físicos o químicos.
Energía útil
Se encuentra disponible luego del sistema de uso para la producción de un bien o la necesaria para la satisfacción de una necesidad.
Luz
Calor
Movimiento 12
SISTEMAS ENERGÉTICOS
Centros de transformación
Lugares donde la energía (primaria o secundaria) se modifica utilizando procesos especiales, produciendo cambios físicos y/o químicos sobre ella.
Resulta una forma de energía diferente. Se producen pérdidas y consumos propios.
Centrales eléctricas
Plantas de tratamiento de gas
Refinerías de petróleo
Coquerías y altos hornos
Carboneras
13
SISTEMAS ENERGÉTICOS
Balance energético nacional
Se utiliza para:
Planificar, desarrollar políticas de largo plazo y tomar decisiones en elsector energético.
Calcular emisiones de CO2, eficiencia energética, uso racional de la energía, etc.
Relevamientos internacionales.
Las diferentes formas de energía (petróleo, gas, leña, electricidad, etc.) se deben tratar de manera unificada.
14
SISTEMAS ENERGÉTICOS
Balance energético nacional (cont.)
Terminología
Oferta de energía
Oferta total: total de energía ofertada (primaria o secundaria) .
Producción + importación + variación de stock (almacenamiento).
Oferta interna: total de energía disponible para ser transformada y consumida en el sector o por usuarios finales del país.
Oferta total de energía – exportación - bunker - no aprovechada + ajustes
Consumo de energía
Consumo propio: energía utilizada por el sector energético en las diferentes etapas de producción, transformación, transporte, distribución y almacenamiento.
Consumo final: energía empleada en los distintos sectores socioeconómicos para uso energético y no energético. 15
SISTEMAS ENERGÉTICOS
Balance energético nacional (cont.)
Terminología (cont.)
Consumo final
Energético: total de productos primarios y secundarios utilizados por todos los sectores para sus necesidades energéticas
Residencial: hogares urbanos y rurales.
Comercial y público: actividades comerciales y de servicios del ámbito privado y público (instituciones, empresas y gobierno).
Transporte: de pasajeros y de carga por todos los medios y modos dentro del país. Excluye el transporte internacional (bunker).
Agropecuario: actividad agrícola y pecuaria.
Industrial: actividad extractiva o manufacturera en todos los tamaños y usos. Incluye construcción y excluye transporte de mercaderías.
No energético: materia prima para fabricar bienes no energéticos
Insumos del sector petroquímico (asfaltos, solventes, etc.). 16
SISTEMAS ENERGÉTICOS
Balance energético nacional (cont.)
Terminología (cont.)
Energía no aprovechada: la que por razones económicas o técnicas no se utiliza (gas aventado).
Pérdidas: energía perdida en transporte, distribución y almacenamiento.
Pérdidas de transformación: las que se producen en los centros de transformación y no pueden asignarse a una fuente determinada.
Ajuste: diferencia entre el destino y el origen de la oferta interna de una determinada fuente debido a errores estadísticos. No debería superar el 5%.
17
SISTEMAS ENERGÉTICOS
Unidades utilizadas
Para comparar diferentes fuentes energéticas es común utilizar como unidad estándar la tonelada equivalente de petróleo (TEP o TOE en inglés).
Esta unidad equivale a la energía que puede extraerse de una tonelada de petróleo crudo (7,33 barriles).
18
1 toe = 41,868 GJ
= 11,63 MWh
= 39,68 x 106 BTU
1 barril de crudo = 159 lt
1 ton. de crudo = 7,33 barriles
PRODUCCIÓN DE ENERGÍA PRIMARIA EN EL MUNDO
Oferta discriminada por fuente
Se duplicó en menos de 40 años. Crecimiento prom. del 2%/año.
Las no renovables aportan el 86.2 % con alta dependencia de los combustibles fósiles (81.4%).
Las renovables aportan sólo el 13.8%, predominando la biomasa (10.2%). Sigue hidro (2.4%) y eólica, solar, geotérmica, etc. (1.2%) .
19
Fuente: International Energy Agency, Key World Energy Statistics 2015. Paris, 2015
https://www.iea.org/publications/freepublications/publication/key-world-energy-statistics-2015.html
PRODUCCIÓN DE ENERGÍA PRIMARIA EN EL MUNDO
Oferta discriminada por región
Comparar el crecimiento de los países en desarrollo con los desarrollados (OECD http://www.oecd.org).
20
Fuente: International Energy Agency, Key World Energy Statistics 2015. Paris, 2015
https://www.iea.org/publications/freepublications/publication/key-world-energy-statistics-2015.html
PRODUCCIÓN DE ENERGÍA PRIMARIA EN EL MUNDO
Alta dependencia de combustibles fósiles
Problemas asociados
No se renuevan (finitos) y no se encuentran en cualquier lado
Impacto negativo desde la extracción
Su combustión emite gases de efecto invernadero (principalmente CO2) y otras sustancias perjudiciales para el medioambiente.
Si agregamos que se necesitará producir cada vez más energía el esquema no es sostenible en el tiempo.
21
PRODUCCIÓN DE ENERGÍA PRIMARIA EN EL MUNDO
Sostenibilidad
Definiciones
Twidell y Weir: vivir, producir y consumir de una manera que cubra las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de la generaciones futuras para cubrir sus necesidades.
Tester, Drake, Driscoll, Golay y Peters: armonía dinámica entre el acceso equitativo, para todas las personas, a los bienes y servicios que consumen energía intensivamente, y la preservación de la tierra para las generaciones futuras.
Alternativas para cubrir la demanda creciente en un marco sostenible
Mejorar la eficiencia en la producción y uso de la energía.
Implementar métodos de conservación de la energía.
Desarrollar tecnologías amigables para el uso de fósiles.
Mejorar la confiabilidad y aceptación de la energía nuclear.
Desarrollar y utilizar tecnologías basadas en fuentes renovables.
22
PRODUCCIÓN DE ENERGÍA PRIMARIA EN EL MUNDO
Escenarios futuros (hacia 2040)
Para 2040 la producción estará entre 16000 y 18000 Mtoe.
Crecimiento estimado del 1.5 % anual (realista) y 0.5% (ideal)
Se espera que China e India abarquen la mitad del incremento.23
NPS (~18000 Mtoe): basado en la implementación de
políticas anunciadas y en consideración.
Fósiles 75%, nuclear 7%, renovables (sin hidro) 15%
450S (~16000 Mtoe): basado en políticas necesarias
(no anunciadas) para limitar la emisión de GEI a
450ppm de CO2 equiv. y limitar el incremento de la
temperatura a 2ºC.
Fósiles 60%, nuclear 12%, renovables (sin hidro) 25%
Fuente: International Energy Agency, Key World Energy Statistics 2015. Paris, 2015
https://www.iea.org/publications/freepublications/publication/key-world-energy-statistics-2015.html