Impacto de la Eficiencia Energética en el Cambio Climático

Transcripción

1 Impacto de la Eficiencia Energética en el Cambio Climático Dr. Hugo Pérez Rebolledo Instituto de Investigaciones Eléctricas Generación y Consumo de Energía Miércoles 22 de octubre del 2014

2 Contenido Índice Introducción Generación Redes Demanda Tendencias tecnológicas Conclusiones y Recomendaciones

3 Introducción El porcentaje del consumo de energía primaria y las emisiones de dióxido de carbono tiende a incrementar en los próximos años: La población mundial sigue aumentando; Las economías emergentes continúan desarrollándose; El cambio climático conduce a una mayor demanda de enfriamiento en edificios en climas cálidos, y La creciente riqueza personal impulsa la demanda de consumidores con mas electrodomésticos.

4 Introducción Consumo de energía per cápita en México: En el año 2011: El consumo de energía per cápita fue 76.9 GJ por habitante, 3.3% mayor que En dicho año, la población mexicana pasó de a millones de habitantes, lo que representó un crecimiento de 0.8%. Por su parte, el consumo nacional de energía creció 4.1%. El consumo de electricidad per cápita incrementó 6.1% respecto al año anterior, al ubicarse en 2,077.4 kilowatts-hora (kwh) por habitante. Esto fue resultado del incremento en el consumo total de electricidad (6.9%) y de la población nacional (0.8%). En el 2013 el consumo de energía per cápita se mantuvo cerca de los GJ. Actualmente (2014) somos 112,336,538 habitantes, ,307 mujeres y ,231 hombres.

5 Introducción Consumo de energía per cápita (GJ por habitante) (Sener, Conapo e Inegi) 5

6 Introducción Balance Nacional de Energía 2010 (Petajoules)

7 Introducción

8 Generación Eléctrica

9 Efficiency (%) Eficiencia en la Generación de Electricidad Hydro power plant Tidal power plant Large gas fired CCGT power plant Melted carbonates fuel cell (MCFC) Pulverised coal boilers with ultra-critical steam parameters Solid oxide fuel cell (SOFC) Coal fired IGCC Atmospheric Circulating Fluidised Bed Combustion (CFBC) Pressurised Fluidised Bed Combustion (PFBC) Large gas turbine (MW range) Steam turbine coal-fired power plant Steam turbine fuel-oil power plant Wind turbine Nuclear power plant Biomass and biogas Waste-to-electricity power plant Diesel engine as decentralised CHP unit (electrical share) Small and micro turbines (up to 100 kw) Photovoltaic cells Geothermal power plant Solar power tower KEMA Energy efficiency on power plants-2009

10 Eficiencia y Emisiones en la Generación de Electricidad 10

11 Eficiencia de Centrales Generadoras de CC

12 Eficiencia de algunos tipos de plantas generadoras Fuente: KEMA Energy efficiency un power plants-2009

13 Cogeneración Casi 2/3 de los 49,555 Twh consumidos para la producción de electricidad en el mundo son disipados al ambiente. Dicha disipación es el nicho que busca aprovechar la Cogeneración, aplicando CHP (Combined Heat and Power) o conceptualizando sistemas de generación descentralizada (o distribuida) Hugh Rudnick Van De Wyngard)

14 Generación de electricidad por fuente primaria Generación eléctrica por fuente primaria para los años 1997 a 2007 Generación bruta en el servicio público por tipo de energético utilizado, (TWh)

15 Generación de Electricidad por Tecnología 15

16 Generación de Electricidad por Tecnología

17 Eficiencia en la generación de electricidad con combustibles fósiles Composición global de combustibles empleados en generación eléctrica y su eficiencia

18 Eficiencia en la generación de electricidad Generación eléctrica con combustibles fósiles. En la actualidad (datos 2006), en el mundo el 80% del consumo energético proviene de combustibles fósiles 2. En el caso de la electricidad, el 60% se genera a partir de combustibles fósiles 3, con un 16% generados con energía nuclear y el otro tanto con hidroeléctrica. En México el porcentaje de energía eléctrica generada a partir de combustibles fósiles es del 80% 4. La AIE prevé que para 2030 el porcentaje de electricidad generada con combustibles fósiles será del 66%, lo que muestra que no solo no disminuye, sino que incluso aumenta ligeramente en este periodo. 1 Agencia Internacional de Energía. World Energy Outlook pp Agencia Internacional de Energía. World Energy Outlook pp Prospectivas del Sector Eléctrico SENER. pp Agencia Internacional de Energía. World Energy Outlook pp. 143.

19 Generación fotovoltaica Proyección de instalaciones de Fotovoltaicos.

20 El ejemplo de Mexicali Baja California El fraccionamiento Valle de las Misiones: 220 casas económicas con sistemas fotovoltaicos interconectados a la red eléctrica Aislamiento térmico. La energía eléctrica requerida en las viviendas: Energía generada por las celdas fotovoltaicas y Complementada por la energía de la red eléctrica de la CFE Capacidad del sistema. 1 kw Costo del sistema $ 81,370 Vida útil 30 años Producción promedio anual 2040 kwh Producción promedio mensual 170 kwh Ahorro promedio mensual. $ Proyecto primer etapa. 220 casas Fecha del Proyecto: 12 de octubre de

21 Almacenamiento por hidro-bombeo 75-80% en el ciclo de eficiencia de almacenamiento MW por unidad Generación por almacenamiento Hidro por Bombeo

22 Generación con aire comprimido Aire comprimido por proceso adiabático CAES, Compressed Aire Energy Storage: Eficiencia de cerca del 70%. No requiere de gas ni genera emisiones (CO 2 ) El CAES convencional requiere de gas y genera emisiones (CO 2 )

23 Generación con Fuentes Renovables Celdas de Combustible

24 Generación con Fuentes Renovables La generación de energía renovable (Hidro, solar, viento, biomasa, geotérmica y mareomotriz) ha crecido cerca del 13% anual en capacidad instalada en los últimos 10 años. La fotovoltaica ha mantenido un crecimiento promedio anual del 40% (Alemania, Italia, USA y Japón). Un 27% se tiene en aerogeneradores en tierra (los instalados en el mar son de tecnología emergente y requieren de mayor I&D para mejorar los componentes).

25 Redes 25

26 Redes Inteligentes

27 Redes Inteligentes y la Administración de la Demanda Residencial Contacto Inteligente Electrodomésticos Red Eléctrica Medidor Internet (Administrador de red, medidor, servicio) Pantalla con indicadores en tiempo real Portal en Web Internet (Cliente, servicio) Controlador de Administrador de Energía Control de AA

28 Redes Transmisión: Optimización eléctrica de derechos de vía: incremento de capacidad Conversión de líneas de AC a DC Monitoreo y determinación dinámica de cargabilidad Metodologías de diagnóstico y determinación de vida útil de componentes Monitoreo en línea de contaminación del aislamiento Alargamiento de vida útil del aislamiento externo con base en nanocompuestos Cables: Diagnóstico y monitoreo de condición Determinación dinámica de cargabilidad 28

29 Redes Distribución Metodología para la automatización sustentable de la distribución Metodología de reingeniería de alimentadores: reducción de pérdidas técnicas, reducción de TIU, mejor aprovechamiento de la capacidad instalada.

30 Visión General Red Futura 2060 Almacenamiento Hidráulico Electricidad Hidroeléctrica y Geotérmica Generación Eólica Energía Termo-Solar Hidrógeno Calor y Energía Captación y Almacenamiento del Carbón Fotovoltaico Infraestructura Hidrógeno Producción con IGCC Parques Eólicos en el Mar y Generación Mareomotriz Red Inteligente Calefacción Solar Vehículos Hidrógeno Tren Eléctrico y Transporte Publico Vehículos Eléctricos Nuclear Biogas Calor y Energía Fuente: European Commission for Smart Grids 30

31 Redes Inteligentes EMPRESA DE SERVICIO DE ENERGÍA ELÉCTRICA: Opera con nuevas tecnologías, como FACTS (controladores a base de electrónica de potencia), superconductividad, almacenamiento de energía Reducción de pérdidas Mayor confiabilidad Mayor flexibilidad en la operación de la red eléctrica

32 Visión General EMPRESA DE SERVICIO PÚBLICO DE ENERGÍA ELÉCTRICA: Observa una curva de demanda suavizada Difiere inversiones de capital en transmisión y distribución Aprovecha la infraestructura existente y optimiza su uso Cuenta con sistemas de monitoreo en línea de equipos Detecta condiciones de pre-falla Alarga la vida útil de los equipos Utiliza infraestructura avanzada de medición Informa al usuario precios en tiempo real e incentivos para modificar patrones de consumo Mejora la atención al usuario

33 Visión General EMPRESA DE SERVICIO DE ENERGÍA ELÉCTRICA: Opera una red de distribución automatizada Detecta y aísla fallas, reconfigura la red para continuar con el servicio Utiliza infraestructura de medición basada en sincrofasores y sistemas de protección de área amplia Detecta situaciones previas a la pérdida de estabilidad o colapso de voltaje y aplica acciones preventivas Mejora la confiabilidad y seguridad del sistema

34 Visión General CONSUMIDOR (INDUSTRIAL, COMERCIAL Y RESIDENCIAL): Mejor informado y apoyado en sistemas inteligentes de administración de la demanda Reduce consumo de energía Reduce el monto de su factura Integrado a un sistema eléctrico confiable y con mejor atención del proveedor Menor afectación económica por interrupciones y calidad deficiente Podría contar con generación propia Inyecta al sistema la energía excedente y reduce su factura

35 Tendencias tecnológicas 35

36 Tendencias en Innovaciones Tecnológicas en Eficiencia Energética Cool Earth, Japan Innovative Energy Technology Program, METI (Ministry of Economy, Trade and Industry of Japan): 2008

37 Tendencias Tecnológicas INDUSTRIA Sistemas de Monitoreo Sistemas de Cogeneración Sistemas de Electrónica de potencia para el control de motores Sistemas de Administración de la energía Norma para la administración de la energía Sistemas de Recuperación de calor Sistemas de Electrónica de potencia para el control de procesos (motores) Administración de la energía con Redes Inteligentes

38 Tendencias Tecnológicas RESIDENCIAL Casas y edificios de cero emisiones Materiales aislantes de calor Cogeneración en hogares (gas/electricidad) Iluminación eficiente: OLED, LED, Lámparas fluorescentes compactas Sistemas de calentamiento de agua eficientes Generación en casas: Celdas de combustible, paneles solares, aerogeneradores Sistemas de administración de la energía (Redes inteligentes) Controlador automático de consumo embebido en electrodomésticos Tomacorriente inteligente Prepago de consumo Potencia en espera Normas REDES INTELIGENTES Todos los niveles

39 Tendencias Tecnológicas COMERCIAL Materiales aislantes de calor Sistemas de Aire Acondicionado (bombas de calor) Sistemas de Cogeneración (gas/electricidad) Iluminación eficiente Sistemas de calentamiento de agua eficientes Generación eléctrica: Celdas de combustible, paneles solares Administración de la energía TRANSPORTE Motores híbridos Motores eléctricos Fabricación de biodiesel Recuperación de frenado

40 Tendencias Tecnológicas MATERIALES PARA NUEVAS TECNOLOGÍAS Desarrollo de LEDs y OLEDs Desarrollo de nanocompuestos de celdas solares Catálisis de bajo costo y membranas de alta selectividad para celdas de combustible estacionarias Termoelectricidad Baterías recargables Películas conductoras Nanocompuestos duros e imanes suaves para sensores 40

41 Demanda

42 Consumo de electricidad en México

43 Consumo de electricidad por electrodoméstico en México En México los electrodomésticos de mayor consumo energético son las lámparas, el refrigerador, televisor, lavadora y secadora. Los refrigeradores representan el 29% del consumo eléctrico residencial debido a que son equipos que están permanentemente conectados y tienen un alto nivel de uso en las casa habitación.

44 Consumo de Energía Eléctrica

45 Impacto de la eficiencia energética en México desde los 90 s 45

46 Demanda En la próxima década, que tecnologías serán implementadas? A largo plazo, las nuevas tecnologías cambiarán la administración de la demanda y consumo de energía.

47 (Refrigeradores, aire acondicionado, motores y lavadoras) Estimación de Ahorros y Emisiones Evitadas por Normas de Eficiencia Energética de Electrodomésticos Estimación de ahorros por la aplicación de cuatro normas de eficiencia energética en México Estimación de emisiones por la aplicación de cuatro normas de eficiencia energética en México. Fuente: estudio IIE/CONAE/LBNL

48 Cambio de Horario de Verano

49 Potencia en Espera Acciones tomadas en diferentes países Referencia: International energy Agency

50 Ciclo de Vida Análisis de reducción del consumo de energía a lo largo de la cadena entera del producto desde la extracción de materia prima hasta la disposición final 50

51 Tecnologías para Edificios; Sistemas de Administración de Energía Administración integrada del edificio Sistema HVAC Control de alumbrado Administración de elevadores Controles digitales directos (DDC) Sistema de generación de emergencia Hidráulica Refrigeración Administración de energía Monitoreo de alarmas PLCs

52 Emisiones Globales de CO2 por Sector Referencia: IEA

53 Conclusiones y Recomendaciones Requisitos de flexibilidad en SE Integración de Renovables.- Incremento masivo de energías renovables producirá retos para sistemas de energía. La generación y el consumo se tendrán que balancear continuamente. Estudios de la Integración de generación renovable en gran escala, p.ej., modelos de pronóstico de la generación intermitente (eólica), estudios de impacto de la futura integración de generación de gran escala en la operación del sistema eléctrico. Generación Flexible.- La flexibilidad de plantas generadoras incrementará los costos debido a mas pérdidas por mantenimientos y de eficiencia. Expansión de redes.- Retrasos en la expansión de redes, debido a la baja aceptación de la gente y aprobaciones complicadas (medioambientales). Tecnologías inteligentes.-control de cargas inteligentes contribuye a la estabilidad del sistema Almacenamiento de energía.- de las mas grandes en escala de almacenamiento de energía, se tienen las de hidro-bombeo, 75-80% eficiencias, MW.

54 Conclusiones y Recomendaciones A nivel mundial la demanda de energía no disminuye, como consecuencia tampoco las emisiones de CO 2. Se hacen esfuerzos para lograr el objetivo global de limitar el incremento de temperatura a 2 o C. Se requiere de crear sistemas energéticos con tecnologías más limpias. Incrementar la infraestructura de Edificios inteligentes y viviendas sustentables. La eficiencia energética se reconoce como una estrategia de política energética indispensable. Educación y conciencia sobre el aprovechamiento eficiente de los recursos energéticos. El reto es construir un futuro energético limpio, seguro y competitivo.

55 CONCLUSIONES 55

56 Gracias por su atención! Dr. Hugo Pérez Rebolledo Instituto de Investigaciones Eléctricas Calle Reforma 113 Col. Palmira Cuernavaca, Morelos, México Teléfonos: (777) , (55) Correo electrónico: