energía solar fototérmica en el mundo y en méxico · 2010-09-10 · demananda creciente de...

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Universidad Nacional Autónoma de México Centro de Investigación en Energía

Claudio A. Estrada Gasca

Simposio Internacional sobreEnergías Renovables y

Sustentabilidad

Centro de Investigación en Energía,25 años de Investigación en

Energía en Témixco

Temixco, Mor., Agosto 10, 2010

Energía Solar Fototérmica en el Mundo yen México

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Realidades

• La población va en aumento: 6.6 B (ahora) - 8 B(2030)

• La demanda y los consumos mundiales de energíavan en aumento: ! 2% anual

• El pico de la producción de hidrocarburosconvencionales a nivel mundial se alcanzará en lospróximos años

• El uso de los hidrocarburos genera gases de efectoinvernadero que contribuyen al cambio climático

¿Cuál es el reto energético que hay que enfrentar?

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1 TW = 1012 W : 1,000 ComplejosGPE de 1,000 MW cada uno

Fuente: Renewable in Global Energy Supply!IEA 2004

La energía que se consume en el mundocorresponde a una capacidad instalada de

La energía que se requerirá necesitará unacapacidad de

Brecha energética por los hidrocarburos

15 TW2008

30 TW2050

Reto energético que dejan los hidrocarburos

¿Qué fuentes energéticas existen para enfrentar lademananda creciente de energía en formasustentable.

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Fuente: Renewable in Global Energy Supply!IEA 2004 y Ren21 2009.

Potencial aproximado de las energías renovables en el mundo

0.0135 TW60 TW600 TWSolar

2.53 TWAprox. 70 TWApro. 676 TWTotal

0.121 TW2 a 4 TW50 TWViento

0.054 TW0.6 TW12 TWGeotermia

1.4 TW5 TW7 a 10 TWBiomasa

0.9 TW1.7 TW4.6 TWHidráulica

Capacidadinstalada(2008)

Técnicamentefactible

Potencia globalteórica

0.845 TW10 TW17.5 TWNuclear

1 TW = 1012 W : 1,000 Complejos GPE de 1,000 MW cada uno.

Solar 60 TW

Futuro de la energía en el mundo y en México

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• Acceso de los países emergentes (China, India, Brasil,México…) y países menos desarrollados a las fuentes deenergía modernas (electricidad y carburantes) necesarios parasu desarrollo.

! Sin tensiones geopolíticas dramáticas por el control de losyacimientos de los hidrocarburos.

! Sin degradación irreversible del medio ambiente natural,particularmente de las emisiones de gas de efectoinvernadero.

Reto para las próximas décadas

Las energías renovables puedensatisfacer estos retos

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Consideraciones para la planificación energética

Petróleo Carbón Uranio Renovables

Fracción de pa íses poseedores de 1/4 del recurso

0.052 0.059 0.059 0.25


0.16 0.12 0.16 0.50

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" Alza de los precios de los hidrocarburos (¿hacia los 150 dólarespor barril ?).

" Mercado mundial de emisiones de CO2 (¿hacia 40-60 dólares latonelada de CO2?).

" Políticas voluntarias de los estados (Unión Europea y susmiembros, Estados Unidos, China, India, Brasil) + iniciativaslocales.

" Progreso acelerado de las tecnologías de energías renovables.

" 73 países han definido e implementado políticas de promoción delas ER y políticas de investigación y desarrollo de las ER.

" Esas políticas han ejercido una influencia fundamental en elcrecimiento de los mercados de ER.

Consideraciones sobre el desarrollo de las ER

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Inversión anual mundial en ER (1995-2007)

Mercado Mundial de las ER

70, 000 millones de USD en 2007

120, 000 millones de USD en 2008

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Costos estimados para plantas nuevas de generación de Energía(en $ 2003)


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Costo de producción de electricidad por kWh generado (en $ 2003)

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Fuente: Imperial College Centre for Energy Policyand Technology (ICCEPT)


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¿Qué tan competitivas son las tecnologías de ER?


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Generación eléctrica Costos en cent$US/ kWh

Mini-hidráulica

Solar Fotovoltaica

Concentración Solar

Biomasa

Geotérmica

Eólica

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Evolución de los Costos de las Energías Renovables

Costos nivelados de energía en USD constantes del 2005$1

Source: NREL Energy Analysis Office (www.nrel.gov/analysis/docs/cost_curves_2005.ppt)1These graphs are reflections of historical cost trends NOT precise annual historical data. DRAFT November 2005


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Consumo de Energía Global en 2008

Energía Mundial y las ER

Fuente: IEA, 2008. Renewables Information 2008.

12.7 % energías renovables0.6 % nuevas energías renovables

80.8 % energías fósiles

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Energía Mundial y las ER

18.7 % energías renovables2.4 % nuevas energías renovables

Fuente: IEA, 2008.Electricity Information2008.

Poducción de energía eléctricaPotencia eléctrica instalada en 2008: 4,012 GWe

66.6 % fósiles

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92% fósiles

Energía en México y las ER

Estructura de la producción de energía primaria (2007),(10,523 petajoules)

Fuente: SENER, 2008. Balance Nacional de Energía 2007.

7.02% energías renovables1.02% nuevas energías renovables

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Capacidad instalada de generación eléctrica por tecnologíaen el 2008. CFE

200849, 930 MWe

73 % combustibles fósiles

Fuente: CFE, 2009. www.cfe.gob.mx

24.2 % energías renovables

2.2 % nuevas energías renovables

Energía en México y las ER

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Energía en México

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Fuente: SENER, 2008. Balance Nacional de Energía 2007.

2007 %

Consumo final total 4815.1 100

Consumo no energético 266.0 5.5

Residencial, comercial y público 893.5 18.6

Transporte 2157.8 44.8

Agropecuario 134.9 2.8

Industrial 1392.9 28.3

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Consumo interno

Producción total

Producción Cantarell

Energía en México

Situación crítica para México

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Consideraciones para la planificación energética

Petróleo Carbón Uranio Renovables


0.052 0.059 0.059 0.25


0.16 0.12 0.16 0.50

" Seguridad del suministro energético

" Reservas de las fuentes energéticas

" Precios ($/Mtoe, $/Kw) y Costos (c$/kWh)

" Minimización del impacto ambiental


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Source: German Advisory Council onSource: German Advisory Council onGlobal Change, 2003, www.wbgu.deGlobal Change, 2003, www.wbgu.de

Proyecciones Futuras de Energía

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Objetivo sostenible en el crecimiento de la demanda energética primaria mundial

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Year

Source: German Advisory Council onSource: German Advisory Council onGlobal Change, 2003, Global Change, 2003, www.wbgu.dewww.wbgu.de

Proyecciones Futuras de Energía

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La energía solarrecibida cada 10días sobre laTierra equivale atodas lasreservasconocidas depetróleo, carbóny gas.

El 70% de la población del planeta vive dentro de ladenominada “Franja Solar”.

40 N

35 S

Energía solar, un recurso inagotable

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Energía Solar: en Edificaciones

Energía consumida en el sector residencial, comercial y público en2006: 4,524,688 petajoules (19% global)

Usos de energía:

• Iluminación

• Aparatos eléctricos

• Calentamiento

• Enfriamiento

Programas de ahorro y uso eficiente de energía

Normalización

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Energía Solar: en Edificaciones

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Calentamiento Solar de Agua

Tecnología

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Fuente: IEA-SHC, 2009. Solar Heat Worldwide. Markets and Contribution to the Energy Supply 2007Fuente: IEA-SHC, 2009. Solar Heat Worldwide. Markets and Contribution to the Energy Supply 2007

Capacidad instalada anual de captadores solares planos y de tubos evacuadosde 1999 a 2007.

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Fuente: IEA-SHC, 2009. Solar Heat Worldwide. Markets and Contribution to the Energy Supply 2007Fuente: IEA-SHC, 2009. Solar Heat Worldwide. Markets and Contribution to the Energy Supply 2007

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Balance de Energías Renovables en México: 2001 – 2009

Gpromedio = 18.8 MJ/m2-día Fuente: ANES 2010

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Balance de Energías Renovables en México: 2005, 2009Solo solar térmica, fotovoltaica y eólica

Gpromedio = 18.8 MJ/m2-día

2005 2009 2005 2009 2005 2009

Calor Potencia

Fuente: ANES 2010

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Sector Industrial Proceso Nivel deTemperaturas, 0C

Comidas y Bebidas SecadoLavadoPasteurizaciónEbulliciónEsterilizaciónTratamientos térmicos

30 - 9040 - 80

80 - 11095 - 105

140 - 15040 - 60

Industria textil LavadoBlanqueadoEntintado

40 - 8060 - 100

100 - 160

Industria química EbulliciónDestilaciónVarios procesos químicos

95 - 105110 - 300120 - 180

Todos los sectores Precalentamiento de agua paraebulliciónCalentamiento al inicio de laproducción

30 - 100

30 - 80

Calentamiento Solar para Procesos Industriales

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Eficiencia térmica de diferentes captadores solares

[3] Percentage calculated as a mean of the solar heat potential on the industrial heat demand share for Austria, Spain, Portugal, Italy and Germany

[4] This range has been calculated assuming 400 and 500 kWh/(m! *a) as minimum and maximum average solar energy yield


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Desarrollo de colectores solares de mediana temperatura

Colectores solares planos avanzados

Captador solar plano con vidrio-doble ycon vidrio antireflejante llenado de gasinerte


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SIJ, GermanySIJ, Germany

SolelSolel, Israel, Israel

Parasol, AustriaParasol, Austria

Fixed receiver a

nd tracking re

flector

Fixed receiver a

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flector



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IIE, MexicoIIE, Mexico

CIE-UNAM, MéxicoCIE-UNAM, México



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Captador de tipo Fresnel(100-200 °C)

Concentrador lineal tipo Fresnel lineal (100-400 °C)


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40 60 80 100 120 140 160

collector fluid mean temperature, °C

co

llecto

r eff

icie

ncy

selective flat plat

high efficiency evacuated tube

solar air collector

desiccant

adsorption

1-effect

absorption

2-effect

absorption

ambient airtemperature25°C

radiation oncollector 800W/m2

Source: Henning, H-M: Fraunhofer ISE, Freiburg

Necesidades de enfriamiento solar


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Receptor Central

ReceptorCentral

Helióstatos

TuboAbsorbedor

Cilindro-parabólicos

Tubería fluidotérmico

Espejo curvado

Fresnel Lineal

Tubo absorbedor yreconcentrador

Espejo

curvado

Discos parabólicos

Receptor/Motor

Reflector

Hora solar

Desdealmacén Suministro

directosolar

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Tecnología termosolar de potencia

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Tecnología termosolar de potencia

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Planta PS10: Generación directa de vapor

VAPOR SATURADO

•Conservadurismotermodinámico

•Factor de capacidadlimitado

•Penaliza O+M delbloque de potencia

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Plantas PS10 y PS20

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Turbina de vapor

Condensador

Precalentador de presión baja

Desaireador

Sobrecalentador

Precalentador

solar

Recalentador solar

Generador de vapor

Tanque de expansión

Depósito desal caliente

Colectores Solares

Depósito desal fria

Almacenamiento de dos tanques de sal

AndaSol: El reto de introducir almacenamiento en plantas de aceite

SALES FUNDIDAS• 6 horas de

almacenamiento térmico

• Integración del circuito y

almacén de sales

• 3600 horas operación

KJC plantas

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Solar One en Nevada

"Nevada Solar One" planta termosolar en el Estado de Nevada (USA), 2007

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Solar One en Nevada

"Nevada Solar One" planta termosolar en el Estado de Nevada (USA), 2007

Generales:

Compañía ACCIONA Energy (España)

Capacidad 64 MWe

Inversión 250 M $USD

Tiempo de construcción 16 meses

Capacidad de producción 134 millones de kWh/año

Características Técnicas:

Area: 1.3 km2

Longitud de concentradores cilindricoparabólicos

76 Km

No. de espejos 219,000

Temperatura del fluido térmico(aceite)

400 °C

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Egypt(140 MW)

United States(4,472 MW)

Spain(1,198 MW)

Italy(5 MW)

Morocco(470 MW)

Algeria(150 MW)

Proyectos de plantas CET (2010 – 2014)

PaísEn operación

(MW)En costrucción (MW)

En desarrollo(MW)

Total(MW)

USA 435 75 3,962 4,472

España 82 816 300 1198

Marruecos 470 470

Algeria 150 150

Egipto 140 140

Italia 5 5

Total 517 1,656 4,262 6,435

Fuente:SolarPaces 2009.

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Egypt(140 MW)

United States(4,472 MW)

Spain(1,198 MW)

Italy(5 MW)

Morocco(470 MW)

Algeria(150 MW)

PaísCanal Parabólico

(MW)Torre Central

(MW)Plato/Stirlig

(MW)Reflector Fresnel

Lineal (MW)

USA 3160.7 836.9 1600.0 5.0

España 1148.6 48.0 1.4

Marruecos 470.0

Algeria 150.0

Egipto 140.0

Italia 4.7

Total 5074.0 884.9 1600.0 6.4



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Empresas País # Proyecto MWe Tecnología

Tessera Solar USA 2 1600 Plato/Stirlig

Abengoa Solar España 6 931Cilindro

Parabólico,Torre Central

ACS/Cobra Group España 8 399Cilindro

ParabólicoNext Era (Mojave

Desert)USA 8 310

CilindroParabólico

Acciona Energía España 5 272Cilindro

ParabólicoSolar Reserve's Rice

Solar EnergyUSA 1 150 Torre Central


Las 6 empresas solares mas relevantes en el mundo


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• Irradiancia de alta calidad en más de la mitad del país• G = 1000 W/m2 promedio en estados de alta insolación• Potencia eléctrica instalada en México : 50 GWe (Sep 2008)

Potencial: Chihuahua: 18,873 GWe

Sonora: 14,030 GWe

Con la energía solar que llega a0.14% de la superficie de estosestados, toda la energía eléctricaconsumida en el país podría sersatisfecha.

5/.#-1')!(#!%-)!5X"!8!e&#)!f!SU!9A#!8!;,P

4,225 Km265Km

65Km

Energía solar, superficie necesaria para satisfacer lademanda eléctrica en México

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40 N

35 S

PTS: 49 MWe / Km2

- : 4 TWe;

Lado = 575 Km

A = 330,625 Km2

- : 1 TWe;

Diam = 322 Km

A = 81,433 Km2

Energía solar, superficie necesaria para satisfacer lademanda eléctrica en el mundo

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Emisiones de CO2 en Ciclos de Vida de Tecnologías de ER paraGeneración Eléctrica y su comparación con tecnologíasconvencionales

Producción de CO2 por tecnología

Fuente: Varun, Bhat I.K., Prakash R. (2009). LCA of renewable energy for electricitygeneration systems—A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 13. 1067–1073

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Fuente: Varun, Bhat I.K., Prakash R. (2009). LCA of renewable energy for electricitygeneration systems—A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 13. 1067–1073



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TecnologíaCapacidad

(litros)Uso Emisiones

(vida útil 10 años) L/día g CO2/día

Calentador solar colector plano* 150 150 108.7Calentador de GLP (automático

c/piloto)**80 150 1,798.7

Fuente:

*Jordi Messeguer, Tesis Lic., Tutor: Fabio Mancini

**Dr. Roberto Best, Comunicación personal



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• México ha estado haciendo algunos esfuerzos para promoverlas ER.! Geotermia: 953 MWe, 30 años de desarrollo.

! Eólica: 83 MWe, en construcción.

! Solar: 25 MWe en un complejo de 950 MWe Ciclo Combinado, en licitación…..¿?

! Bioenergía: Una ley ha sido aprobada por el congreso y se tienen unainiciativa de producción masiva de etanol para alcanzar 7 mil 840 barriles alfinal del 2012.

! Mas recientemente y debido a la reforma energética se promulgaron variasleyes y habrá fondos para investigación y desarrollo.

…….. Pero limitados.

• Sin embargo, existe todavía una gran oportunidad para queMéxico ingrese a la competencia mundial por el desarrollomundial de la ER.

En Resumen, ER en México

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# México requiere un cambio de paradigma energético, que nospermita entrar de lleno a la transición energética

# Las energías renovables pueden cubrir el 50% de la demandaenergética mundial a mediados del presente siglo.

# Las energías renovables (ER) son solución al problema energéticode México y de su desarrollo sustentable.

# Para garantizar el desarrollo sustentable del país el estadomexicano debe comprometerse con una visión a largo plazo delaprovechamiento de las ER en México.

# La penetración masiva de las energías renovables precisa tambiénde una serie de hitos tecnológicos que permitan acelerar todo elproceso.

# Es necesario triplicar el esfuerzo de apoyo público al I+D+i.

Conclusiones

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# En solar termoeléctrica# la demostración de las primeras plantas comerciales y

# el avance hacia generación directa de vapor y

# sistemas de almacenamiento térmico a gran escala.

# En química solar sobresalen

# la producción de hidrógeno y

# destoxificación de aguas y aires contaminados.

# En calor y frío solar,

# el desarrollo de captadores para su uso en aplicaciones de gran valorañadido como la desalación y la refrigeración.

# El calor de proceso industrial

# Materiales y captadores avanzados e integración en edificios

Conclusiones sobre tecnologías

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Gracias por suatención

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1905

I+D:

•Mejoras en los sistemas de producción ($)•Motores más eficientes•Materiales más ligeros•Automóviles más veloces•Mejoras en los sistemas de seguridad•Estética

2005

I+D:

•Obtención del H2 (¿Renovables o Nuclear?)•Transportación y Almacenamiento del H2•Transmisión de potencia•Confort•Seguridad

Por lo que nunca se preocuparon

•Medio ambiente•Sustentabilidad

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• México requiere un cambio de paradigma energético, que nos permitaentrar de lleno a la transición energética.

• Las energías renovables (ER) son una realidad mundial cuyos mercadosestán creciendo rápidamente

• Las tecnologías de ER son capaces de resolver el problema energético deMéxico y de su desarrollo sustentable, por abundancia, por tecnologíalimpia de cero emisiones en operación y por impacto económico.

• Para garantizar el desarrollo sustentable del país el estado mexicano debecomprometerse con una visión de largo plazo del aprovechamiento de lasER en México.

! La energía solar es una gran oportunidad para el desarrollo científico ytecnológico en México

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Conclusiones 1

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• Las energías renovables (ER) son solución al problemaenergético de México y de su desarrollo sustentable.

! Las ER son un recurso muy abundante en el país que puedencontribuir a satisfacer la demanda energética de manerasustentable tanto de las ciudades como del campo.

! Las tecnologías de ER son limpias y su uso masivogarantizarían la disminución de los GEI.

! El país cuenta con los recursos humanos capaces de generarinvestigación y desarrollo para apropiarse las tecnologías deER o desarrollar nuevas y promover una industria nacional.

! Ello implicaría la creación de algunos cientos de miles denuevos empleos.

Conclusiones 2

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• Para garantizar el desarrollo sustentable del país el estado mexicano debecomprometerse con una visión a largo plazo del aprovechamiento de las ER enMéxico.! Se deberán generar las políticas, los marcos legales, los incentivos

económicos y los fondos de financiamiento para el desarrollo masivo de lasER en el país.

! En el caso del sector eléctrico es indispensable un régimen especialbasado en tarifas garantizadas para la alentar la generación distribuida conER.

! Se tiene que desarrollar un plan nacional de investigación y desarrollo einnovación en tecnologías de ER a corto, mediano y largo plazo en México.

! Se tiene que desarrollar un plan nacional estratégico a corto, mediano ylargo plazo, para el aprovechamiento integral de las ER en México.

! Deberemos crear una Comisión Nacional de ER (CNER), un InstitutoNacional de ER (INER) y una red nacional de centros y grupos deinvestigación regionales en ER.

Conclusiones 3

energía solar fototérmica en el mundo y en méxico · 2010-09-10 · demananda creciente de...

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