Energía (eléctrica); cambios globales, impactos locales los riesgos

Transcripción

1 Cambios Globales, Impactos Locales 30 de enero 2014 Auditorio de la Escuela de Arquitectura Universidad de Puerto Rico Rio Piedras Energía (eléctrica); cambios globales, impactos locales los riesgos Agustín Irizarry Rivera, Ph.D., P.E. Catedrático Universidad de Puerto Rico - Mayagüez 1

2 Índice de la presentación Por qué energía? Cuánta energía? La energía es un problema técnico o social? Cambios globales Qué tenemos en común con quién? Impactos locales Riesgos y como mitigarlos 2

3 Consumo de energía, historia fuego madera 4.5 kwh/kg arar con buey, yugo fuego carbón 6.7 kwh/kg antes -1,000, ,000 músculo 2,000 kcal? = 2.3 kwh (energía) 0.1 hp = 74.6 W 6,000 BCE (trabajo) 4,000 BCE (transporte) 3,000 2,000 BCE (expuesto) 1,000 (minas, Chinos) 3

4 Consumo de energía, historia collar de caballo 1.5x capacidad de alar 2x velocidad del buey molinos motores animales 500 AD China AD Europa 300 BCE (agua) AD (viento) 1679 Thomas Savery (bomba) 1712 Thomas Newcomen (pistón) 1781 James Watt (motor rotativo de uso continuo) 10 HP! máquina de vapor + carbón = más carbón 4

5 demanda = personas x energía/persona energía/persona es un asunto social, no técnico 5

6 IDH (2007) Cuba Perú Chile Portugal Venezuela China Rep. Dominicana Marruecos India Pakistán Camerún Etiopia Afganistán IDH vs. kwh per capita anual Grecia Japón Italia España Sudáfrica Suiza Singapur Arabia Saudita Rusia Trinidad y Tobago Australia Nueva Zelanda Suecia EEUU África América Latina Asia Caribe Canada Kuwait Emiratos Arabes Unidos Europa, EEUU, Canada Medio Oriente Finlandia Qatar ,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 14,000 16,000 18,000 Portugal 4,585 kwh per capita anual ( )

7 IDH (2007) Cuba Perú Chile Portugal Venezuela China Rep. Dominicana Marruecos India Pakistán Camerún Etiopia Afganistán IDH vs. kwh per capita anual Grecia Japón Italia España Sudáfrica Suiza Singapur Arabia Saudita Rusia Trinidad y Tobago Australia Nueva Zelanda Suecia EEUU Asia Caribe Canada Kuwait Emiratos Arabes Unidos Europa, EEUU, Canada Medio Oriente Finlandia Qatar Puerto Rico? 0.8 a 0.9 desde el principio de los 90 África con consumo de electricidad variable América y alto Latina 5031 kwh per capita (2012) ,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 14,000 16,000 18,000 Portugal 4,585 kwh per capita anual ( )

8 Índice de Desarrollo Humano (Human Development Index, HDI) es un compuesto de estadísticas usado para clasificar países de acuerdo a su nivel de desarrollo humano. Desarrollo humano muy alto (IDH 0.90) Desarrollo humano alto (IDH <0.90 y 0.80) países desarrollados Desarrollo humano medio (IDH <0.80 y 0.50) países en desarrollo Desarrollo humano bajo (IDH < 0.50) países con bajo desarrollo El compuesto estadístico usa la expectativa de vida al momento de nacer, acceso a la educación y Producto Nacional Bruto per capita (GDP en inglés), como indicador de desarrollo económico. 1. La expectativa de vida al nacer, es un índice de la salud y longevidad de la población. 2. La educación, se mide usando la alfabetización de los adultos (2/3 del peso de este renglón) y el porciento de personas matriculadas en la escuela ( gross enrollment ratio, 1/3 del peso). 3. Standard de vida, el logaritmo natural del GDP per capita ajustado ( purchasing power parity ).

9 Humanity s Top Ten Problems for next 50 years Richard Smalley, PhD Rice University (2003) 1. ENERGY 2. WATER 3. FOOD 4. ENVIRONMENT 5. POVERTY 6. TERRORISM & WAR 7. DISEASE 8. EDUCATION 9. DEMOCRACY 10. POPULATION ,300 millones personas ,000-10,000 millones personas 10 TW ( = 10 x ) 1 kw/persona Hoy en PR 1.6 kw/persona (5,731 MW, 2012)

10 Antes de salir, como los locos, a instalar 10 TW de capacidad de generación ó a proveerle 14,000 kwh a cada persona justicia, ó injusticia, unos mucho y otros nada la energía como un derecho razonabilidad - Cuanto es suficiente? Todo lo que yo pueda pagar. Hay quien puede pagar esclavos kwh/persona al dia Portugal, 13.8 kwh/persona al dia Puerto Rico costo electricidad muy barata: prender el aire y que lo apague mi nieto. impacto ambiental varitas mágicas: renovables financiamiento deuda existente tarifas justas prioridades bien duro; hay que ponerse de acuerdo 10

11 Industria eléctrica mundial cambios tecnológicos eficiencia, menor demanda mayor conciencia ambiental? uso racional? How to lose half a trillion euros The Economist, Oct. 12, 2013 Sobre inversión en capacidad de generación estimando crecimiento en demanda que no ocurrió. En el 2008 las principales compañías eléctricas estaban valoradas en 1.3 trillion euros. En 2012 es menos de la mitad. En el 2008 las primeras 10 compañías eléctricas tenían clasificación de crédito de A o mejor. Hoy solo 5 tienen esa clasificación. Puerto Rico? La sobre capacidad basada en estimado de crecimiento que no ocurre es parte del problema financiero de la AEE. Intervención partidista es la otra parte 11

12 Industria eléctrica europa mayor conciencia ambiental? renovables? costo: el tamaño importa How to lose half a trillion euros The Economist, Oct. 12, 2013 Alemania, 16 de junio 2013 un domingo soleado y con viento, 28.9 GW (GWh?) de electricidad del sol y del viento (más de la mitad de la demanda), la red no puede recibir más energía y los precios de la electricidad al por mayor se tornan negativos (el generador de electricidad tiene que pagarle a la red para que acepte su energía ). límites físicos no se pueden legislar las leyes de Termodinámica límites recursos económicos deseabilidad + fuerza del cambio tecnológico 12

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16 Achievable Renewable Energy Targets Agustín A. Irizarry-Rivera, Ph.D., P.E. Department of Electrical and Computer Engineering José A. Colucci-Ríos, Ph.D., P.E. Department of Chemical Engineering Efraín O Neill-Carrillo, Ph.D., P.E. Department of Electrical and Computer Engineering oneill@ece.uprm.edu Project sponsored by: Puerto Rico s Energy Affairs Administration Under contract number October 2008 thru November 2009 for Puerto Rico s Renewable Energy Portfolio Standard Final Report Recommendations: Use wind, solar photovoltaic and ocean waves as the renewable resources/technologies to be targeted in the immediate future. Use of only 10% of these resources will provide an estimated 115% of the 2006 electric energy demand. In Puerto Rico, with our abundant renewable energy resources, the question should be not how to best integrate renewable resources into the existing electric energy grid or other energy infrastructures, but how our existing infrastructures and practices should change or transition in order to allow maximum use of solar, wind, ocean and other renewable energy sources. 16

17 La demanda y el espacio de instalación para fotovoltaicos coinciden perfectamente Aproximadamente el 50% de la población vive en áreas con abundante sol, >18.5 MJ/m 2 /dia (5.1 kwh/m 2 /dia) y el área de techos residenciales, el recurso techo, es extraordinaria alrededor de 180,814,184 m2. (Dr. Efraín O Neill) ~20% población MJ/m 2 /day ( kwh/m 2 /day) ~30% población <17 MJ/m 2 /day (< 4.7 kwh/m 2 /day) Techos comerciales 7,300,000 m 2 Techos industriales (2009) 2,702,545 m 2 17

18 $/kwh Solar fotovoltaica en su techo con medición neta $0.25 $0.20 $0.15 $0.10 $0.05 $0.00 Costo Nivelado de Energía (LCOE), $/kwh (medición neta, 20 años, 1% degradación anual) El Yunque Adjuntas Canóvanas Mayagüez Norte horas de sol pico Cabo Rojo Sur Guánica LCOE 4$/W LCOE 3$/W 18

19 Y si es tan barata esa energía Por que no hay sistemas PV en todos los techos? Costo inicial, desconocimiento, trámites 500 kwh/mes con 4 horas sol pico (Mayagüez) 500/30 = 16.7 kwh/dia 16.7 (kwh/dia)/(4 h/dia) = 4.2 kw, digamos 4 kw 4 kw = 4,000 W, 4,000 W x $3.5/W = $14,000 Toyota Yaris $16,200 a $19,400 (julio 2012) 19

20 Y si es tan barata esa energía Por que no hay sistemas PV en todos los techos? Financiamiento propio - residencial 500 kwh/mes = $0.27/kWh (AEE) 500 kwh/mes = $ $0.13/kWh (PV 4 horas/dia) $1,000 de pronto, $13,000 a financiar, 5.25% a 15 años son $104.5/mes Financiamiento propio - comercial 6,000 kwh/mes = $0.30/kWh (AEE) 6,000 kwh/mes = $ $0.11/kWh (PV 4 horas/dia) 50 $3/W = $150,000 $135,000 a financiar, (90%) 5.25% a 15 años son $1,085.23/mes 20

21 OJO: Solar fotovoltaica en su techo con medición neta NO es igual al precio de la fotovoltaica en parques 4 horas de sol 3.5 $/W instalado con medición neta = 13 /kwh costo al consumidor En su techo, sin pasar por la red eléctrica, sin hurto ni pérdidas de calor! Los contratos fotovoltaicos firmados antes del 2013 en la AEE comienzan en 18.5 /kwh en la barra de generación. SI tienen que pasar por la red eléctrica = 24 /kwh costo al 21 consumidor

22 Por qué dijo comienzan? Porque el costo aumenta a razón de 2% anual. Es razonable que aumente? No. El costo de operación y mantenimiento puede aumentar pero el costo capital no. Qué es razonable? año sin rec barra gen con rec barra gen en su casa

23 Pero, paneles solares son paneles solares Por qué son diferentes en el techo y en parques? costo del terreno el techo no cuesta, las tierras de los parques se compran o se alquilan Los paneles y los inversores han bajado mucho de precio. En un parque hay costo de otra infraestructura: Línea eléctrica (costo de servidumbre y la línea en si misma) Subestación (protección, transformadores, etc) GANANCIA Costos de red. El impacto en red de un parque fotovoltaico es mucho mayor que en techos. 20 MW techos 20 MW en un parque 23

24 Power System Operational Reserve Requirements with Significant Renewable Generation in Puerto Rico Armando L. Figueroa-Acevedo, EIT, M.S. Agustín A. Irizarry-Rivera, PE, Ph.D. 17 de mayo de 2013 Centro de Convenciones San Juan, PR 24

25 Hourly Variability (MW) Demanda vs. Demanda neta (12% RE) Net Load (12%) Ramp Load Ramp Time (Hours) La mayor parte del tiempo la demanda neta (demanda generación renovable) cae dentro de las fluctuaciones originales de la demanda. Si hay momentos en que esta fluctuación aumenta. Es esto un problema? Si. Posibles soluciones: cortar generación renovable, requisitos técnicos mínimos que ayuden a controlar el desbalance. Esto cuesta dinero y lo paga el consumidor. 25

26 Demand (MW) Estructura de generación convencional Curva de demanda de electricidad Unidades pico Diesel, CT Seguimiento a la demanda Gas natural, ciclos combinados Tiene que generar Gas, carbón Time Tecnología Razón de rampa (%/min) Costo ($/MBTU) Carbón NGCC Turbinas combustión Diesel

27 Demand (MW) Must run tienen mínimos Un evento de mínimo ocurre cuando la suma de la generación mínima de todos los generadores excede la demanda. Cómo resolverlo? O cortas generación renovable (costo al desarrollador) o prendes generadores muy caros (costo al cliente) Time (Hours) Sunday Tuesday 27

28 Precio y costo (aprox) parques > 10 MW con ganancia razonable (A. Figueroa, A. Irizarry) IRR (%) Levelized Cost of Energy ( /kwh) Precio del contrato ( /kwh) Preciò contrato actual empieza en fotovoltaico viento NO es el análisis del Consejo de Confiabilidad! 28

29 Solar fotovoltaica en su techo con medición neta es MEJOR que la fotovoltaica en parques Mejor precio en techo Menor impacto en red (menos costo) Menor impacto ambiental (no usa terreno agrícola) En manos de los ciudadanos Más eficiente (menos pérdidas, no hurto) 29

30 Cambios Globales, Impacto Local la energía como un derecho razonabilidad - Cuanto es suficiente? presumir crecimiento infinito: desastre financiero costo electricidad muy barata: prender el aire y que lo apague mi nieto. varitas mágicas no hay renovables? SIII, pero no son todas iguales financiamiento deuda existente tarifas justas intervención partidista: colapso modelo público! A democracy will continue to exist up until the time that voters discover they can vote themselves generous gifts from the public treasury. From that moment on, the majority always votes for the candidates who promise the most benefits from the public treasury, with the result that every democracy will finally collapse due to loose fiscal policy, which is always followed by a dictatorship. Alexis de Tocqueville

31 Agustin Irizarry Rivera, Ph.D., P.E. Departamento de Ingeniería Eléctrica y Computadoras Tel ext. 2472, 3090 Fax: Gracias!