3er Encuentro Sectorial del Hidrógeno y las Pilas de Combustible

Transcripción

1 3er Encuentro Sectorial del Hidrógeno y las Pilas de Combustible de noviembre de 2007 Santiago de Compostela Esther Chacón Campollo chaconce@inta.es Área de Energías Renovables INTA Page 1

2 Hoja de Ruta Europea de la Energía del Hidrógeno Page 2

3 Índice 1. Introducción Objetivos Escenario base 2.Resultados para España: 2.1 Perfil español 2.2 Cadenas energéticas para el H Análisis de infraestructura 2.4 Resultados socioeconómicos 3. Hoja de ruta para España Page 3

4 1. Introducción Hoja de Ruta del Hidrógeno Por qué? La implantación de tecnologías avanzadas implica cambios que deben ser introducidos de manera paulatina, siguiendo una planificación cuidadosa. Una hoja de ruta es un documento que describe los pasos necesarios para conseguir un fin, en este caso, la implantación de la tecnología del hidrógeno como vector energético. Debe indicar: las ventajas de esta tecnología el tiempo las medidas y el esfuerzo necesario para su implantación Page 4

5 1. Introducción Proyecto End Objetivo: products Desarrollar una estrategia EUROPEA validada y Flyer bien on aceptada, main conclusions para la implantación approx. de la energía 2 pages del Executive hidrógeno. summary approx. 10 pages Roadmap Financiación: Proyecto integrado cofinanciado approx. 40 pages por los Action socios Plan y Comisión europea bajo approx. el 6º PM 20 (contrato pages Nº MS ) synthesis report approx. 40 pages Socios: PPT Países presentation participantes. Fase 1:Holanda, Francia, Alemania, Various Italia, Grecia (scientific) y Noruega. back ground Fase 2: reports Finlandia, Polonia, Reino Unido y España Productos: Page 5

6 Escenario base (1) Evolución del precio de la energía Reducción de gases de efecto invernadero. 250 Basado en CONCAWE 2006 para tecnología del 2010, ciclos WTW y vehículos tipo compact class. Escenario moderado: - 35% CO 2 en 2050 respecto a Resultado : -80% CO 2 en 2050 respecto a 1990 Incremento de EERR en producción de electricidad 150 En línea con la CE (20% en 2020, 28% después) Evolución de los precios de la energía 100 Basada en WETO-H2, optimización de Energy Trends 2030 de la UE. Condiciones nacionales de contorno: limitación de recursos, tendencias 50 Escenarios de demanda de Hidrógeno En transporte. Basado en Energy Trend 2030 pero modificado por 0 En aplicaciones estacionarias 1. Introducción Oil [ /bl] Gas [ /boe] Coal [ /boe] Uranium [ /kg] Page 6

7 Euro per vehicle Escenarios de demanda de H 2 en TRANSPORTE Escenario base (2) Basado Evolución en Energy de costes Trend aplicados 2030 a la tecnología del H 2 : Modificaciones: Los vehículos de FC Demanda de transporte de mercancías (En %) respecto a ICE: Tipos de vehículos: Pasajeros, comerciales ligeros y bus urbanos. Estimación de reducción de costes de producción Al de principio vehículos son mas caros Demanda de coches de pasajeros (De 2000 a 2030: +28% / En %) Coste en euros por vehículo en función de la acumulación de vehículos producidos de cada tecnología (FC / ICE) Se aplica una curvas de aprendizaje de tecnología. Con nuevas tecnologías, la producción se duplica rápidamente Con viejas tecnologías, la producción se duplica lentamente Aplicado al producto final y a nivel de componentes Introducción Cumulatively produced vehicles FC vehicle fast learning ICE vehicle fast learning FC vehicle moderate learning ICE vehicle moderate learning La curva de reducción es mayor debido a la gran cantidad de componentes eléctricos Page 7

8 Escenario base (3) Escenarios de demanda de H 2 en TRANSPORTE (cont) H 2 Vehicle Fleet Penetration La tasa de penetración de vehículos de nueva tecnología con respecto 80% a los totales calculada se basa en 2 parámetros: Progreso High tecnológico policy support (2 / Fast casos= learning Fast learning / Modest learning ) Soporte político (3 casos: Very high / High / Modest ) 70% 60% La tasa de penetración tiene en cuenta : 50% la capacidad de producción y líneas de producción existentes, la tasa de sustitución de vehículos y el tiempo necesario para incorporar la nueva tecnología a la producción en serie. 40% 30% 1. Introducción Very high policy support / Fast learning High policy support / Modest learning Modest policy support / Modest learning La 20% tasa de penetración se considera IDENTICA para todos los países europeos. 10% Curva de demanda: % de vehículos de H 2 (FC +ICE) con respecto a los 0% totales (FF_ICE + ELE + H 2 FC +H 2 ICE) Page 8

9 Escenarios de Fast demanda learning de H2 en TRANSPORTE Ambicioso (cont) pero Tendencias 1º Coche Salón 1. Introducción Escenario base (4) Escenarios de demanda de H2 en TRANSPORTE (cont) High realista 2013 Very high Fast learning Máximo 2013 High Modest learning Modesta 2016 Modest Modest learning No deseable unidades 2020 < > 2030 Vehículos privados 2020 <2020 >2030 >> 2030 Vehicle H2 Fleet Penetration 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% Very high policy support / Fast learning High policy support / Fast learning High policy support / Modest learning Modest policy support / Modest learning 10% 0% Page 9

10 1. Introducción Escenario base (5) Escenarios de demanda de H 2 en A. ESTACIONARIAS NO se incluyen los sistemas de FC con Gas Natural, SÓLO los alimentados directamente con H 2 La tasa de penetración del H2 en viviendas y locales comerciales se calcula en base a Tasa 2 parámetros: de Penetración Alta penetración Baja penetración La tasa de penetración tiene en cuenta : Red existente de Gas Natural El H 2 NO se transporta a través de la red Su aplicación en nichos: áreas remotas e islas La tasa de penetración se considera IDENTICA para todos los países europeos. Curva de demanda: % sistemas estacionarios con H2 con respecto a los totales (ELE + GN + FF) Total share of households High penetration - 1% 4% 8% 10% Low penetration - 0.1% 0.5% 2% 5% Total share of commercial demand High penetration - 0.3% 1.3% 2.7% 3.3% Low penetration - >0% 0.2% 0.7% 1.7% Page 10

11 2. Resultados para España 2.1 Perfil español Actual sistema energético España importa casi el 82% de su energía. Page 11

12 2. Resultados para España 2.1 Perfil español Grado de autoabastecimiento Page 12

13 2. Resultados para España 2.1 MARCO SOCIOECONÓMICO La economía española está basada en combustibles fósiles Los requerimientos del protocolo de Kioto ACTIVIDADES DEL GOBIERNO ESPAÑOL - Estrategia de Ahorro y Eficiencia Energética Plan de EE.RR: Plan Nacional de Energía Aportaciones de los expertos participantes en las jornadas de trabajo realizadas Page 13

14 2. Resultados para España 2.1 Perfil español Primera fase: hasta 2020 Producción de H 2 : subproducto de procesos químicos, EE.RR y de reformado con vapor del gas natural. Primeros mercados para el uso de H 2 : aplicaciones portátiles, flotas cautivas e instalaciones prototipo para uso estacionario. Transporte de H2: camiones Primeros centros de consumo de H 2 : Madrid, Barcelona, Zaragoza, Pamplona y Valencia. Page 14

15 2. Resultados para España 2.1 Perfil español Segunda fase: Producción de H 2 : por gasificacion de carbón y por electrolisis de energía eólica y solar térmica de alta Tª. Mercados para el uso de H 2 : mezclas de GN y de H2 en motores de combustión interna. Transporte de H2: mezclas de H2 y GN por tuberías convencionales de GN. Centros de consumo de H 2 : desarrollo económico y demanda del turismo, como las islas Canarias y Baleares. Page 15

16 2. Resultados para España 2.1 Perfil español Tercera fase: hasta 2050 Producción de H 2 : por gasificacion de carbón, renovables y energía nuclear. Mercados para el uso de H 2 : portátiles, transporte y estacionario. Centros de consumo de H 2 : extendido a todo el país. Transporte de H2: red de tuberías, camiones para grandes cantidades y para H2 líquido. Page 16

17 2. Resultados para España 2.2 Cadenas Energéticas del H 2 Basadas en los resultados de los workshops 8 cadenas principales, subdivididas en un total de 27 cadenas: 24 para aplicaciones móviles (Filling Stations) 3 para aplicaciones estacionarias (Domestic Use) Se limita la producción de H 2 para cada proceso y periodo de tiempo considerado Se calcula con el E3database: Rendimiento energético Las emisiones de GHG El coste de cada proceso Page 17

18 2. Resultados para España 2.2 Cadenas Energéticas del H 2 N Feedstock Production Process Transport C-CO 2 Gas / Liquid Application < , 2030 > Biomass Central Gasification GH 2 pipeline No Gas Car FS 5-15% 1-15% NG NG (ship) NG NG (ship) Central SMR GH 2 pipeline No Yes Gas 2 NG NG (ship) CGH 2 truck No Car FS NG NG (ship) LH 2 truck No Liquid NG NG (ship) On Site SMR GH 2 pipeline No Gas GH 2 pipeline No Car FS Domestic 3 Coal Gasification CGH 2 truck No Domestic Car FS Car FS <20 % GH 2 pipeline Yes Domestic Page 18

19 2. Resultados para España 2.2 Cadenas Energéticas del H 2 N Feedstock 4 On shore Wind Power Off-shore Wind Power 5 Solar Production Process On Site Electrolysis Central Electrolysis Central Electrolysis Thermal conversion Transport C-CO 2 GH 2 pipeline GH 2 pipeline CGH 2 truck GH 2 pipeline CGH 2 truck GH 2 pipeline CGH 2 truck No Gas / Liquid Gas Application <2020 Domestic Car FS No Gas Car FS 2020, 2030 > % >25% 20% No Gas Car FS >5% >10% 6 Mix Electricity On Site Electrolysis GH 2 pipeline No Gas Car FS 7 By-product CGH 2 truck No Gas Car FS 8 HT Nuclear HT Heat Electrolysis GH 2 pipeline No Gas Car FS 0% 0% >10% Page 19

20 2. Resultados para España 2.2 Cadenas Energéticas del H 2 Rendimiento de cada cadena Co al no CC S CG H2 truc k Biomass NG pipeline Central SMR no CCS GH2 pipeline NG ship Central SMR no CCS GH2 pipeline NG pipeline Central SMR no CCS CGH2 truck NG ship Central SMR no CCS CGH2 truck NG pipeline Central SMR no CCS LH2 truck NG ship Central SMR no CCS LH2 truck NG pipeline Central SMR CCS GH2 pipeline NG ship Central SMR CCS GH2 pipeline Coal no CCS GH2 pipeline Coal CCS GH2 pipeline On-shore WP GH2 pipeline On-shore WP CGH2 truck Off-shore WP GH2 pipeline Off-shore WP CGH2 truck Solar GH2 pipeline Solar CGH2 truck Mix elec GH2 pipeline By-product HTElectrolysis TC cycles Page 20

21 2. Resultados para España 2.2 Cadenas Energéticas del H 2 Emisiones de GHG y coste de cada cadena 900 0, , Gasoline/diesel w/o tax Gasoline/diesel w tax GHG GHG [g(co2éq)/kwh] 500 0, , , Costs [Euros/kWh] 0 0 TC cycles HTElectrolysis By-product Coal no CCS CGH2 truck Biomass Mix elec GH2 pipeline Solar CGH2 truck Solar GH2 pipeline Off-shore WP CGH2 truck Off-shore WP GH2 pipeline On-shore WP CGH2 truck On-shore WP GH2 pipeline Coal CCS GH2 pipeline Coal no CCS GH2 pipeline NG ship On-site SMR no CCS GH2 pipeline NG pipeline On-site SMR no CCS GH2 pipeline NG ship Central SMR CCS GH2 pipeline NG pipeline Central SMR CCS GH2 pipeline NG ship Central SMR no CCS LH2 truck NG pipeline Central SMR no CCS LH2 truck NG ship Central SMR no CCS CGH2 truck NG pipeline Central SMR no CCS CGH2 truck NG ship Central SMR no CCS GH2 pipeline NG pipeline Central SMR no CCS GH2 pipeline NG Coal Wind Solar HT Biomass Page 21

22 2.3. Infraestructura El despliegue de la infraestructura se divide en 3 fases: Fase Periodo Nº de vehículos Uso del H2 I Escenario Periodo fase temprana de puesta en marcha con muy baja penetración de H2 (fase de demostración). El despliegue de centros de usuarios puede ser: 10,000 T2 Porcentaje de población con acceso al H2 (%) 25 II Concentrado T1 T3 10, ,000 T4 30 temprana comercialización. 2-5 primeros centros de usuarios por país 85 III T2 Distribuido T3 T2 500,000 T3 4,000, comercialización 90 completa T4 T4 16,000, Page 22

23 2.3 Infraestructura - T1: 2-5 primeros centros de usuarios por país. Indicadores cualitativos polución, nº de vehículos por familia tamaño de los coches, disponibilidad de expertos y proyectos de demostración, compromiso político, afluencia de turismo extranjero con tecnología de H 2 - T2, T3, T4: Sucesivos centros de usuarios Indicadores socio-económicos: poder adquisitivo, coches por persona, población, PIB, Page 23

24 2.3 Infraestructura T1: 2-5 primeros centros de usuarios por país. Purchasing power, political commitment, production portfolio, experts, stakeholder consensus Purchasing power, renewables (wind), political commitment, stakeholder consensus, tourism Capital, purch. power, demo projects, pollution, Small (2nd) cars, research Purchasing power, demo projects, pollution, 2nd cars, tourism, by-product Purchasing power, car density, pollution, tourism, experts Page 24

25 2.3 Infraestructura T1: Red de estaciones de servicio de H 2 : Tres tamaños: pequeñas, medianas y grandes, con 80, 320 y 800 servicios de repostaje por día respectivamente, suponiendo 4 kg H 2 /repostaje. En las grandes vías de transporte: una cada 100 km km. de primeros corredores para conectar los primeros centros europeos en T2. Page 25

26 2.3 Infraestructura Recursos regionales para la modelización Potencial regional de biomasa de madera [MWh] Potencial regional de lignito [MWh] Page 26

27 Mix in 2014: Demand H 2 ~7 GWh 2.3 Infraestructura T1: Distribución regional de la producción de H 2 en la primera etapa By-product Pequeña central SMR (15 MW) y licuefacción Escenario concentrado de usuarios 20% H2 líquido, MS-límites Page 27

28 2.3 Infraestructura T2: Distribución regional de la producción de H 2 en la etapa intermedia Page 28

29 2.3 Infraestructura T2: Centros de usuarios de H 2 y carreteras de unión en la etapa intermedia -500 hidrogeneras en las 1 as vías de transporte -1 hidrogenera cada 80 Km km. de primeros corredores -1 os centros de usuarios T1 400 estaciones de servicio para los 10 países para escenarios concentrados y en los distribuidos para T4 Page 29

30 2.3 Infraestructura Dónde y cuándo se utilizará el hidrógeno Distributed users Concentrated users Page 30

31 2.3 Infraestructura Fase III- T2 (500,000 cars EU-wide) Intensidad de hidrógeno consumida [GWh/(a km2)] High penetration - Distributed users - Early network Low penetration - Concentrated users Late network 66,000 vehicles (0.5%) 75% of population reached 550 fuelling stations 66,000 vehicles (0.5%) 39% of population reached 260 fuelling stations Page 31

32 2.3 Infraestructura Fase III-T3 (4 mill. cars EU-wide) Intensidad de hidrógeno consumida [GWh/(a km2)] High penetration - Distributed users - Early network Low penetration - Concentrated users Late network 520,000 vehicles (2%) 90% of population reached 1400 fuelling stations 520,000 vehicles (2%) 50% of population reached 600 fuelling stations Page 32

33 Mix de producción y coste medio del H2 en la hidrogenera para 2030 Produced hydrogen [GWh] Country Hydrogen Relevant feedstocks in T4 (later Hydrogen costs in 8,2 ct/kwh demand in phase), 10,9 roughly ct/kwh in order of declining 12,3 ct/kwh T4 ( -ct/kwh), T4 (GWh) importance range of scenarios WIND OFFSHORE Greece 4.6 Wind, biomass, lignite, NG (strong 9-16* focus on domestic energy sources) Italy 17.8 Wind, biomass, NG, coal, waste, solar 10-14* USER CENTRES 2.3 Infraestructura Finland 1.7 Natural gas (NG), biomass, hard coal, wind, grid electricity, nuclear France 25.8 Nuclear, grid electricity, wind power, NG, biomass (electricity dominated) Germany 26.1 Hard coal, biomass, wind, by-product, NG, grid electricity Netherlands 6.2 NG, hard coal, biomass, by-product (focus on central production) Norway 1.6 Wind, biomass, by-product, grid electricity, NG (no existing NG grid) Poland 9.6 Biomass, hard coal, lignite, NG, wind (in-situ coal gasification considered) Spain 14.9 Wind, biomass, solar, hard coal, NG 12-16* (high renewable share) 0 UK NG, coal, 2030 wind, nuclear, waste CL No bounds CL No bounds REN share Spanish mix * The high maximum prices mainly result from scenarios with a high share of renewables (particularly wind) 8-13 CL Spanish mix WIND ONSHORE BIOMASS CENTRAL ELECTROLYSIS ONSITE SMR ONSITE SMR CENTRAL (CCS) SMR CENTRAL HARD COAL (CCS) HARD COAL LIGNITE (CCS) LIGNITE Page 33

34 2.3 Infraestructura Inversión acumulada en infraestructuras en España Million 14,000 12,000 10,000 8,000 6,000 Refuelling Transport Liquefaction Production 4,000 2, Concentrated User Early Network 20% Liquid Bounds Concentrated User Early Network 0% Liquid Bounds Concentrated User Early Network 0% Liquid No Bounds Page 34

35 Conclusiones 2.3 Infraestructura Share of transport mode 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% T High liquid share due to 20% LH2 end-demand T T Snapshot / Time 0 T , ,000 80,000 60,000 40,000 20,000 Total hydrogen demand (GWh/a) Centr. Prod. -> pipe transport Centr. prod. -> LH2 truck transport Centr. prod. -> CGH2 truck transport Decentr. prod. -> pipe distrib. Decentr. prod. -> LH2 truck distr. Decentr. prod. -> CGH2 truck distrib. Onsite production Total hydrogen demand Producción on-site: áreas con demanda esparcida. Bajo porcentaje. Camiones de LH 2 : mayores distancias. Dominante en las 1 ªs fases. Camiones de CGH2 : áreas con densidad intermedia, transición hacia tubería. Tuberías de H 2 : desde plantas centralizadas a grandes ES. Fases tardías. Distribución combinada CGH 2 y LH 2 : fases tardías. Page 35

36 2.3 Infraestructura Conclusiones del Análisis de Infraestructura para España 100% Para 90% Centr. Prod. -> pipe transport la distribución de pequeñas cantidades de H2 a cortas 100,000 distancias, 80% camiones de gas comprimido. Para Centr. grandes prod. -> LH2 cantidades, truck transport tuberías. 70% Share of transport mode 60% 50% Decentr. prod. -> pipe distrib. Para una demanda del 20% de H2 líquido, plantas centralizadas 40% de licuefacción. Para el transporte, 40,000 los trailers serán la opción 30% Decentr. prod. -> LH2 truck distr. predominante. 20% 10% Onsite production En 0% periodos posteriores las tuberías 0 serán la opción preferida para T1 T2 T3 el transporte de H2. Total hydrogen demand 2014 High liquid share due to 20% LH2 end-demand Snapshot / Time T ,000 80,000 60,000 20,000 Total hydrogen demand (GWh/a) Centr. prod. -> CGH2 truck transport Decentr. prod. -> CGH2 truck distrib. Page 36

37 2.3 Infraestructura Conclusiones del Análisis de Infraestructura para España En un primer periodo, la producción de H2 será baja y a partir de onsite-smr. Para los periodos posteriores, pequeñas centrales on-site SMR (15 MW) y de gasificación de biomasa (50 MW). Después de 2025, debido al precio del gas natural, las opciones preferidas para H2 fósil serán grandes centrales de gasificación de lignito, carbón y biomasa. Con el escenario de mínimos de producción fijados para el H2 a partir de EE.RR los costes del H2 aumentarán un 25%. Page 37

38 2.4 Análisis socioeconómico Análisis del impacto económico Podrían crearse alrededor de nuevos puestos de trabajo para A largo plazo el coste del H2 en España será de los más baratos entre todos los estados miembros. A partir de 2030 precios competitivos de vehículos pequeños y grandes. En fase de alta comercialización: los costes del H2 en las estaciones de servicio no serán una barrera si el precio del petróleo > 50 $/b. Page 38

39 2.4 Análisis socioeconómico Oportunidades para la economía española La industria de pilas puede contribuir al desarrollo del sector de exportaciones. El hidrógeno como medio de almacenamiento podría suponer una mejora en la utilización de los recursos renovables y nuevas oportunidades de negocio. La experiencia en proyectos de demostración europeos pueden utilizarse en España como oportunidades para la adopción temprana de aplicaciones estacionarias y móviles. Dilema: tomar partido de inversiones arriesgadas en nueva tecnología con oportunidades en el mercado para mantenerse en el sector o no hacerlo debido a la incertidumbre en el éxito de la nueva tecnología Page 39

40 2.4 Análisis socioeconómico Impacto del hidrógeno en las emisiones El uso de H2 producido por fuentes libres de CO2 supone un alto beneficio en la reducción de las emisiones de CO2 en el sector transporte. La reducción de polución ambiental se distribuye uniformemente en todos los dominios, con un impacto mayor en los centros urbanos (reducción de enfermedades). La reducción de emisiones es limitada debido a que algunas categorías de vehículos, como los camiones, no se han considerado. Page 40

41 2.4 Análisis socioeconómico Impacto del hidrógeno en la seguridad de suministro El hidrógeno asegura una mayor diversificación del sistema energético. Para el transporte, el hidrógeno puede jugar un papel similar al de la electricidad para aplicaciones estacionarias, pudiendo desacoplar la demanda final de energía del suministro inicial de energía primaria. El hidrógeno ayuda a reducir la dependencia de importaciones conflictivas. Page 41

42 Conclusiones generales del para Europa (1) El Hidrógeno será competitivo como combustible para el transporte, consiguiendo beneficios económicos. La introducción del H 2 en el sistema energético tiene un efecto positivo en la reducción de CO 2 y favorece el aumento de utilización de EERR. El H 2 no será competitivo en aplicaciones estacionarias, excepto para áreas remotas, islas o nichos, debido a la infraestructura existente de gas natural. El H2 puede mitigar el problema de la seguridad de suministro de combustibles El H 2 contribuye a la estabilidad económica Page 42

43 Conclusiones generales del para Europa (2) La introducción del H 2 tiene que ser promovida para superar las barreras iniciales (Costes / infraestructura / normativa / educación) Se requiere soporte político sustancial y efectivo: Esquemas económicos y financiación del investigación y desarrollo tecnológico Preparación de mercados Fomento en desarrollo de infraestructuras y aplicaciones Monitorización y seguimiento de los progresos en reducción de costes y mejoras de actuaciones Page 43

44 3. Hoja de Ruta de España Objetivos del proyecto aplicado a España: Desarrollar un mapa de la evolución de la economía del H2 en España desde la actualidad hasta los horizontes seleccionados (2010/2020/2030) Validar las suposiciones hechas para Europa Validar los escenarios propuestos por España en el proyecto. Visionar una estrategia propia. Identificar las barreras para alcanzar el nivel europeo Identificar las necesidades o medios que es necesario impulsar. Page 44

45 Referencias 1. La Energía en España 2005.Ministerio de Industria, Turismo y Comercio. http// 2. Hydrogen Energy in Europe, Integrated Project under the 6th Framework Programme of the European Commission, , 3. Tzimas, E., Castello, P., Peteves, S., The evolution of size and cost of a hydrogen delivery infrastructure in Europe in the medium and long term, International Journal of Hydrogen Energy, in press, available online 28 November European Commission, Directorate-General for Research, Directorate Energy, World Energy Technology Outlook WETO H2, ISBN , January EUCAR, CONCAWE and JRC, Well-to-Wheels Analysis of Future Automotive Fuels and Powertrains in the European Context, 2nd edition, May 2006, 6. International Energy Agency, World Energy Outlook 2006, Paris, Yang, C., Ogden, J., Determining the lowest-cost hydrogen delivery mode, International Journal of Hydrogen Energy 32 (2007) Page 45