Diplomado de Prospectivas y Estrategia (USB) Las Energías Alternativas Ing. Nelson Hernández Blog: Gerencia y Energia Abril 2010
TOPICOS Energía y Población Desafíos Globales Urgentes Energías Alternativas Biocombustibles Solar / Eólica / Maremotriz
TOPICOS Energía y Población Desafíos Globales Urgentes Energías Alternativas Biocombustibles Solar / Eólica / Maremotriz
En 1859, la especie humana descubrió un enorme cofre del tesoro en su sótano: el petróleo y el gas, unas fuentes de energía que se encontraban con facilidad y a bajo costo. Hicimos, al menos algunos de nosotros, lo que nadie hace con un tesoro en el sótano, sacarlo y despilfarrarlo. Kenneth Boulding, 1978 La agricultura primitiva aunque sostenible había permitido que la población aumentara hasta cerca de mil millones al inicio de la Era del Petróleo. La población entonces se expandió seis veces, exactamente al tiempo que lo hacía la producción del petróleo. Una tasa de crecimiento sin precedentes en la historia de la Humanidad. Colin Campbell, 2006
Fuentes de energía Térmica Foto voltaica Espacial (futura) Cultivos Biocombustibles Residuos Eólica Solar Geotérmica Maremotriz Biomasa Hidráulica Renovables: Existen en una cantidad ilimitada en la naturaleza y amigables al ambiente Elaboración: Nelson Hernandez Petróleo Gas natural Carbón Nuclear No Renovables: Existen en una cantidad limitada en la naturaleza y no amigables al ambiente
Qué pasa en 60 segundos? Población Mundial Nacen: 250 Mueren: 105 Incremento: 145 Producción Commoditty Petróleo: 57055 barriles Electricidad: 36 GWH Automóviles: 80 unidades Bicicletas: 250 unidades Computadoras: 190 unidades Consumo Energía 93135 BPE Producción Alimentos Ganado vacuno: 540 animales Pollo: 85430 animales Pescado: 195 TM Leche: 1165 TM Huevos: 115 TM Cereales: 4125 TM Azúcar: 2800 TM Vegetales y frutas: 2550 TM Impacto Ambiental Emisión CO2: 51790 TM Deforestación: 25 Hectáreas Basura (RSU): 155 TM
2008. Consumo de energía per capita (TPE) > 6.0 4.5-6.0 3.0-4.5 < 3.0 Mundo = 1.7
POBLACION NUEVO ORDEN ENERGETICO ELECTRICIDAD DESCARBONIZAR SISTEMA ENERGETICO DESARROLLO CAMBIO CLIMATICO El mundo de noche
Apagón día de la Tierra (22 de marzo, 8 PM) Antes Después Torres Petronas, Kuala Lumpur (Malasia)
El Desafío de la Humanidad Crecimiento Población Crecimiento Desastres Crecimiento Emisiones CO2
Bolivia. Involución del Glaciar Chacaltaya
Lohachara, la primera isla habitada desaparecida (diciembre 2006) Calentamiento global, al borde de la sostenibilidad
Consumo (millones de TPE) 12000 2008. Los 10 primeros en consumo de energía 3 TPE/Hab 2 TPE/Hab 10000 Mundo 8000 Los 10 Primeros 6000 1 TPE/Hab 4000 Estados Unidos China Resto del Mundo Rusia 0.5 TPE/Hab 2000 Japón 0 Fuente: BP Canadá India Brasil 0 2000 4000 6000 8000 Alemania / Francia / Sur Corea Población (millones) Elaboración: Nelson Hernandez
2008. Los 10 primeros en consumo de energía Estados Unidos Petróleo Gas Carbón Nuclear Hidro 38,5 26,1 Porcentaje 24,6 8,4 2,5 Total (1) 2299 China 18,8 3,6 70,2 0,8 6,6 2003 Rusia 19,1 55,2 14,8 5,4 5,5 685 Japón 43,7 16,6 25,4 11,2 3,1 507 India 31,2 8,6 53,4 0,8 6,0 433 Canadá 30,9 27,3 10,0 6,4 25,4 330 Alemania 38,0 23,7 26,0 10,8 1,4 311 Francia 35,7 15,4 4,6 38,6 5,6 258 Sur Corea 43,0 14,9 27,5 14,2 0,4 240 Brasil 46,2 9,9 6,4 1,4 36,1 228 Los 10 primeros 31,1 19,7 36,2 6,8 6,2 7294 Resto Mundo 41,5 32,3 16,6 3,1 6,6 4001 Mundo 34,8 24,1 29,2 5,5 6,4 11295 (1): Millones de toneladas de petróleo equivalente Fuente: BP Elaboración: Nelson Hernandez
2008. Mundo: Consumo de energía primaria y generación de electricidad Consumo Generación Total = 227 millones de BDPE Total = 20.2 Tera Kwh 29.2 % 6.3 % El 32 % de la energía primaria fue utilizada para generar electricidad 5.0 % 13.0 % 19.5 % 5.6 % 20.3 % 24.1 % 34.8 % 42.2 % Petróleo Gas Carbón Renovables Nuclear Fuente: EIA Elaboración: Nelson Hernández
Mundo. Capacidad Generación Eléctrica con Base Nuclear (GW) 2008 Proyección al 2100 (caso Alto) Estados Unidos 99 China 2800 Francia 63 India 2750 Japón 48 Estados Unidos 1200 Rusia 22 Brasil 330 Alemania 20 México 225 Corea del Sur 18 Japón 200 Ucrania Canadá 13 13 Total = 367 Rusia Pakistán 200 180 Total = 11045 Inglaterra 11 Indonesia 175 China 9 Condominio Golfo (*) 175 Otros 51 Otros 2810 (*) Bahrain, Kuwait, Omar, Qatar, Arabia Saudita y Emiratos Árabes Fuente: World Nuclear Association Elaboración: Nelson Hernandez
Gestión Emisión de CO2 45 Millardos de TM de CO2 40 35 30 25 CC Industria Biocombustibles CC Plantas eléctricas Renovables Nuclear Eficiencia uso eléctrico Eficiencia uso final 20 2005 2010 2015 2020 2025 2030 Referencia Políticas Alternativas Estabilización 450 ppm Fuente: IEA Elaboración: Nelson Hernández
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Desafíos globales urgentes Creciente demanda energética MMBDPE 350 300 Intensificación de uso energías renovables 310 250 200 150 100 190 Renovables (1.04) Nuclear (1.03) Gas (1.022) Carbón (1.013) Petróleo (1.014) 50 (X.X) Crecimiento Interanual 0 2005 2010 2015 2020 2025 2030 Fuente: ExxonMobil Elaboración: N. Hernández
2007 Formación de IRENA (*) 2008 2009 2010 Primera Asamblea Fase Inicial de IRENA Ratificación Estatutos Proceso Preparatorio Preparación final de la Conferencia Finalización de Estatutos Conferencia de la Fundación de IRENA Firma Estatutos Decisiones Iniciales Establecimiento de estructura Inicio de actividades Estructura de Financiamiento Programa de trabajo Consultas y Conferencias (*) Agencia Internacional de Energías Renovables
Condiciones para un mundo energéticamente sostenible El porcentaje de uso de los recursos renovables no debe exceder a su capacidad de regeneración. Esta es la solución que proponemos para las inundaciones originadas por el cambio climático El porcentaje de uso de los recursos no renovables no debe exceder el porcentaje al que los sustitutos renovables pueden ser desarrollados. Los porcentajes de emisión de contaminantes no pueden exceder la capacidad de asimilación del entorno
Energía Siglo XXl (otras acciones y tecnologías) Eficiencia Energética La energía alternativa mas barata Automóviles Híbridos Automóvil de Aire Comprimido Automóvil a agua Automóviles eléctricos (Better Place) Energía Steorn (energía libre)? Energía Solar Dirigida Espacial (SSP) Skysails (Barcos a Vela) Celdas Solares en rollos Captura de CO2 Energía genética (LS9 Petroleum ) Nanoenergia Cambio paradigma del motor a combustión interna
Desafíos globales urgentes Creciente demanda energética Calentamiento global Intensificación de uso energías renovables Estabilización del clima
EMISIONES DE CO2 (millardos de TM) Incrementar energía eólica Incrementar energía solar Aumentar Biocombustibles 8 DETENER (Implementando 8 políticas) 16 REDUCIR (Implementando 4 políticas) 4 Políticas Globales Elevar a 25 km/lts autonomía vehículos Reducir a 8000 Km anuales el recorrido de vehículos Mejorar en 25 % la eficiencia de equipos domésticos y AA Elevar a 60 % eficiencia plantas eléctricas a carbón Captura CO2 en plantas eléctricas Captura CO2 en plantas de H2 Captura de CO2 en plantas combustibles sintéticos Reemplazo de plantas eléctricas a carbón por GN Incrementar nucleares Detener deforestación plantas Cambiar métodos de labranza 2 1957 Concentración CO2 Hoy 380 ppm 2057 + 2 C 450 ppm Valor de no retorno
De no afrontar la emergencia planetaria La raza humana será acosada, y con alta probabilidad de ser diezmada, por la degradación ambiental con sus consecuentes efectos colaterales: Pobreza Hambre y Pandemias Recordemos las palabras del teólogo brasileño Leonardo Boff: ahora no habrá un Arca de Noé para unos pocos, esta vez o nos salvamos todos o nos perdemos todos
Desafíos globales urgentes Creciente demanda energética Calentamiento global Incertidumbre Precio Petróleo Intensificación de uso energías renovables Estabilización del clima Oportunidades económicas Precio Crudo FOB (Ene 1978 Abr 2010)
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Declaración de Principios En un contexto de inestabilidad de precios, inseguridad en el abastecimiento y preocupación por el ambiente, surge la necesidad de desarrollar fuentes alternativas al petróleo en la forma de bio combustibles y de otras energías alternativas Promoveremos la diversificación de fuentes energéticas para el transporte basados en nuevas tecnologías, incluyendo los biocombustibles. Global Energy Security, Declaración de Líderes del G8 16 de Julio de 2006, San Petersburgo
Barreras de las energías alternativas en Latinoamérica Sigue habiendo muchos obstáculos que dificultan la expansión de las energías renovables. Bajo nivel de concienciación pública Distorsiones del mercado causados por gobiernos que subvencionan energías convencionales Marcos político-normativos ineficientes Conocimientos técnicos inadecuados Desinformación en general todos estos factores son importantes trabas para el aumento de la proporción de las energías renovables en nuestro consumo total de energía
Potencial físico de energías renovables Radiación solar (tierra) = 1800 CPEG Energía Eólica = 200 CPEG Biomasa = 20 CPEG Energía Geotérmica = 10 CPEG Energía Oceánica y de Oleaje = 2 CPEG Energía Hidráulica = 1 CPEG Consumo Primario actual de Energía Global Fuente: Nitsch, F. (2007): Technologische und energiewirtschaftliche Perspektiven erneuerbarer Energien. Deutsches Zentrum für Luftund Raumfahrt. Elaboración: N. Hernández
Eficiencia energética 62.5 % 50 % 25 % Energía primaria obtenida de la naturaleza: 400 EJ anual = 62.2 x 10 9 BPE Entrega al usuario final: 300 EJ anual = 46.65 x 10 9 BPE El usuario final lo transforma y solo usa 150 EJ anual = 23.32 x 10 9 BPE EJ = Exa joule = 10 18 joule Elaboración: N. Hernández
Los 10 primeros en producción electricidad por energías renovables( Twh) Total H E B S G M China 576 563 13 Brasil 386 371 1 14 Estados Unidos 376 251 52 55 1 17 Canadá 369 368 1 Rusia 175 174 1 Noruega 136 136 India 137 122 15 Japón 91 86 2 3 Venezuela 84 84 Alemania 70 27 39 4 Total 2400 2182 123 69 5 20 1 Hidroelectricidad Eólica Biomasa Solar PV Geotermal Maremotriz
Latinoamérica. Proyección consumo de energía MMBDPE 25 25.6 20 20.5 Biocombustibles (32.2 %) 16.7 Hidroelectricidad (5.92 %) 15 Biomasa (2.35 %) 10 Carbón (1.75 %) 5 Petróleo (2.36 %) 0 2008 2013 2018 Gas (6.53 %) (x.xx %) Crecimiento interanual Fuente: OLADE Elaboración: N. Hernández
Energías alternativas Biomasa Transporte Solar Calentamiento Eólica Geotérmica Maremotriz Electricidad Hidráulica
El concepto de Biorefineria Biomasa Proceso de Conversión Usos Combustible Árboles Malezas Productos agrícolas Residuos vegetales Residuos animales Desechos urbanos Fermentación enzimática Fermentación gas/liquido Hidrólisis acida/fermentación Gasificación Combustión Co- combustión Pirolisis Etanol Diesel Potencia Electricidad Calor Químicos Plásticos Solventes Fenoles Adhesivos Ácidos Negro de Humo Pinturas
Los Biocombustibles Son productos derivados de fuentes renovables (biomasa), que pueden utilizarse para motores de combustión interna por sus características físico-químicas. Bioetanol Biodiésel Biodimetileter Biohidrógeno
Por qué desarrollar los biocombustibles? Energía: Sustituir combustibles fósiles para aumentar la seguridad energética, disminuir la dependencia frente a la volatilidad de los precios de petróleo, bajar los costos de combustibles o de las importaciones, disminuir la dependencia de países políticamente inestables. Ambiente: Disminuir daños ambientales relacionados con la cadena de combustibles fósiles. Menor emisión de CO2. Desarrollo Rural y Agrícola: Apoyar a la agricultura, mejorar la situación económica de las áreas rurales y los ingresos de los agricultores.
2007. Costo de Producción de Etanol (US$/lit.) 0.48 (Remolacha) 0.32 (Caña) 0.30 (Maíz) 0.36 0.22 (Caña) 0.26 (Caña) Brasil Tailandia India Estados Unidos Etanol 1ra. generación Unión Europea Etanol Celulósico 2da. generación 354 lts/tm
Cifras en millones de galones 2008. Producción mundial de etanol 9000 Total = 17335 = 1.13 MMBD 6472 1863 Unión Europea (734) China (502) Canadá (238) Tailandia (90) Colombia (80) India (66) Australia (26) Otros (127) Estados Unidos Brasil Otros 89 % Otros Latinoamérica: El Salvador, Jamaica, Nicaragua, Paraguay, Trinidad
Planta de Etanol en Brasil
El etanol en Venezuela Sustitución tetra etilo de plomo en la gasolina (Mezcla 10 %) Volumen = 20 MBD Primera carga de Etanol para Venezuela: 10/08/2005 Suspendida importación. Se usa Oxigenados como sustituto del plomo en la gasolina
Proyecto oficial de etanol Siembra de cien mil nuevas hectáreas de caña de azúcar y construcción de once nuevos centrales procesadoras de caña. 7.2 MBD No satisface los requerimientos de 20 MBD de etanol
Biodiesel en la aviación Febrero 2008. Boeing 747 de la línea Virgin Atlantic realiza el primer vuelo comercial (Londres - Amsterdan ) impulsado por biodiésel
Mundo. Energías Alternativas Capacidad de generación eléctrica (gigavatios) Viento Sistemas eléctricos solares (techos) Plantas eléctricas solares Plantas eléctricas solares térmicas Geotermales Biomasa Hidroelectricidad Total 2006 74 9 0 0 9 45 850 987 Meta 2020 3000 1090 100 200 200 200 1350 6140 Capacidad de generación térmica (gigavatios) Calentamiento agua y ambientes (techos) Geotermales Biomasa Total 100 100 220 420 1100 500 350 1950 Fuente: Earth Policy Organization
Video Torre Solar Dirección para ver el video: http://www.youtube.com/watch?v=6-nept_4ht4 Granja Solar 250 hectáreas 250 mil paneles Potencia de 45 MW Atiende a 30 mil hogares
La planta solar mas grande del mundo Planta Solar Mojave, California, USA Potencia de 900 MW para una población de 375 mil hogares
Balones espaciales solares
El Salvador. Casa rural con paneles solares
Elementos principales de una casa de consumo energético cero
Estación espacial solar (SSP)
Señales recibidas desde la antena receptora terrestre (verde) permiten al satélite corregir continuamente la dirección de envío de energía al punto receptor Los paneles solares del satélite capturan la energía de la luz solar y la envían a la tierra utilizando la tecnología de transmisión inalámbrica vía microondas
Ventajas del SSP Menos atmosfera permite obtener mayor energía por área Cualquier lugar de la tierra puede recibir la energía solar obtenida del SSP La estación puede proporcionar energía 96 % del tiempo Los paneles solares no ocupan superficie terrestre Suficiente espacio en el espacio Foto: Nasa Promueve el desarrollo espacial, solar y transmisión de la energía inalámbrica
Cuales son las opciones energéticas? Limpia? Segura? Confiable? Carga Base? Fósiles No Si Inminente pico Si Nuclear No Si Costos, Disponibilidad, Políticas Si Eólica Si Si No, intermitente No Geotermal Si Si No, Disponibilidad limitada Si Solar terrestre Si Si No, intermitente No Hidráulica Si Si No, Sequías, Planificación compleja Bio-combustibles Si Si Capacidades limitadas. Pobre rendimiento energético ( EROEI) SSP Si Si Si Si
Beluga. Barco a vela Ahorro hasta 40 % de la energía fósil
Generación 1300 MWh al año (15 % del consumo total). Se elimina la emisión de 55 toneladas de CO2 anualmente Bahrain World Trade Center, Golfo Pérsico http://www.bahrainwtc.com/viewnavigatorfile.htm
Proyecto Dubai: Torre rotativa Eólica Ver video en: http://www.youtube.com/watch?v=sy-1qqpfeao
Miles de MW 300 250 200 150 100 50 0 MW 700 600 500 400 300 200 100 0 MUNDO 95 00 05 10 LATINOAMERICA 03 04 05 06 07 08 Fuente: Wind Power Association Energía Eólica Los 10 primeros (2008) MW % Estados Unidos 25170 20.7 Alemania 23903 19.7 España 16740 13.8 China 12210 10.0 India 9587 7.9 Italia 3736 3.1 Francia 3404 2.8 Reino Unido 3288 2.7 Dinamarca 3160 2.6 Portugal 2862 2.3 Otros 17128 14.1 Total Mundo 121188 100.0 MW % Brasil 340 53.5 México 85 13.4 Costa Rica 75 11.8 Otros 135 21.3 Total 635 100 Elaboración: Nelson Hernández
Turbinas maremotriz Sumergidas Superficie Ver video de las sumergidas en: http://www.youtube.com/watch?v=s-ficlc5-di
Latinoamérica. Regiones de actividad geotérmica
2007. Mundo energía geotermal Estados Unidos Filipinas Indonesia México Italia Japón Nueva Zelandia Islandia El Salvador Costa Rica Otros Total MW 2687 1970 992 953 811 535 472 421 204 163 524 9732 % 27.6 20.2 10.2 9.8 8.3 5.5 4.8 4.3 2.1 1.6 5.4 100
Desarrollo tecnológico de energías renovables Fuente: Electric Power Research Institute
$/Kw instalado 1500 4140 5200 1000 7935 6750 6165 8250 715 1300 12000 3750 2900 Costo* Generación de Electricidad ($/Kwh) Hidroeléctrica Torre Solar + Paneles PV Torre Solar 0.016 0.044 0.052 Planta a Gas Solar Concentrada (PV) Parque Eólico 0.131 0.143 0.143 Geotérmica 0.153 Maremotriz 0.156 Fuel Oil/Orimulsión 0.158 Planta a Carbón 0.161 Solar PV Nuclear 0.250 0.263 Carbón (75 % de secuestro) 0.265 (*) Considera costo de la tonelada de emisión de CO2 (50 $/tonelada) Elaboración: Nelson Hernández
Compromiso Venezuela (Tratado de Johannesburgo) Aporte de 10% de las EA en la producción energética del país para el año 2010 Venezuela. Energías alternativas
Venezuela. Potencial aprovechable de energías alternativas Tipo de Energía Potencial (MMBDPE) Mini Hidro (hasta 50 MW por instalación) 0.13 Bio energía 0.34 Solar (13 % conversión, 1%TN + 0.3%PM) 4.56 Eólica (3 % conversión, 4%TN) 1.41 Geotérmica (2.5 %TN) 0.15 Otras (oceánicas, híbridos) 0.53 Potencial Parcial 7.12 Hidroenergía en gran escala 1.86 Potencial Total 8.98 TN: TERRITORIO NACIONAL PM: PLATAFORMA MARINA De este total, la energía solar aporta 51% en virtud de un promedio Fuente: MARTÍNEZ, A. Energías Renovables: potencial energético de recursos aprovechables. División de Alternativas Energéticas, MEM (2001).
VENEZUELA: Potencial eólico y solar Fuente:http://www.soberania.org/Articulos/articulo_1651.htm
Energía solar en Venezuela Potencialidad Energía incidente promedio de 4,71 kwh/díaxm2 Insolación diaria promedio de 5,5 horas Alta continuidad de irradiación todo el año No diferencias climáticas extremas a lo largo del año. Proyectos Maternidad Concepción Palacios, Caracas (1982) Pueblos los Cedros, Edo. Sucre (2001). 19 viviendas. 73 farolas en la Av. Bolívar, Caracas (2006) 130 farolas en Peaje Palo Negro, Maracay, Edo. Aragua (2006) Proyecto Chevron Alta Guayana Potabilización de Agua en comunidades indígenas Proyecto Edifico Telefónica, España
Sistema Hibrido (Solar + Eólica) Un sistema híbrido, de energías solar y eólica con diesel como respaldo, comenzó a generar suficiente electricidad para nueve viviendas y la escuela de la comunidad de Jacuque, en Paraguaná, 15 km al N de las refinerías Amuay y Cardón. El proyecto, se conforma de 15 paneles solares y un aerogenerador. Intervienen la Fundación para el Desarrollo Eléctrico FUNDELEC y la Dirección Regional Falcón del Ministerio de Energía y Petróleo. (Fuente: PDVSA, Agosto 2009)
Energía eólica en Venezuela (proyectos) Potencialidad Promedio de velocidad del viento de 11 m/seg. (excelente) Gran extensión de costas
Ubicación Potencial Geotérmico en Venezuela
Venezuela. Conclusiones Venezuela tiene alto potencial para desarrollar la energía eólica y la solar El uso de estas fuentes energéticas han sido esporádicas, y como proyectos pilotos o esnobismo No existe una política para incorporarlas a la matriz energética venezolana Los precios bajos de las energías convencionales son barreras para su desarrollo
Lecciones aprendidas Por razones ambientales, geopolíticas y económicas es necesario y prioritario el desarrollo de las energías alternativas (EA) Las energías fósiles serán sustituidas, paulatinamente, por las EA en los próximos 30 años El mayor uso de las EA es en la generación de electricidad. Los bio combustibles celulósicos serán los dominantes La SSP luce como la energía solar dominante en el largo plazo Existe alta probabilidad de cambiar el paradigma de motor a combustión interna Los países desarrollados (G20) son los abanderados en el desarrollo y aplicación de las EA Los países latinoamericanos, exceptuando Brasil y México, están desfasados en el uso de las EA
Lo que tu hagas cuenta Negros, blancos o amarillos; pobres o ricos; desarrollados y no desarrollados; obreros o profesionales; creyentes o no creyentes tenemos un solo hogar: El Planeta Azul Trabajemos para que la vida no desaparezca de su faz Foto NASA: La Florida
Diplomado de Prospectivas y Estrategia (USB) Las Energías Alternativas Muchas Gracias Ing. Nelson Hernández Blog: Gerencia y Energia Abril 2010