Nuevas tecnologías Nuevas tecnologías para el cambio del modelo energético

2Un compromiso de progreso y bienestar para todos,

generando valor a través de la investigación tecnológica

Recursos Recursos NaturalesNaturales

Tecnologías de Tecnologías de Información y Información y

Comunicaciones Comunicaciones DesarrolloDesarrolloSostenibleSostenible

IndustriaIndustriay Transporte y Transporte

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Salud y Salud y Calidad Calidad de Vidade Vida

Innovación Innovación y Sociedady Sociedad

Juntos no tenemos límites

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3Equilibrio: Energía – Economía - Entorno

3 Es

EconomíaEntorno

Energía

� Dependencia de combustibles fósiles importados

� Riesgo de interrupciones del suministro energético

Seguridad

EconomíaEntorno

� Crecimiento continuado de la demanda de Energía

� Aumento de precios de los hidrocarburos

� Emisiones de gases de efecto invernadero

� Agotamiento de recursos no renovables

� Eficiencia y ahorro energético

� Fuentes nuevas y renovables de energía

Sostenibilidad Competitividad

4Tecnologías energéticas para el Escenario 450

5La Investigación en Energía

� La abundancia y el bajo precio de los combustibles fósiles (petróleo, gas natural y carbón) desde

1980 ha provocado que el esfuerzo de investigación en tecnologías bajas en carbón se haya reducido

drásticamente.

� Los agentes del mercado energético no son capaces de afrontar en solitario los cambios tecnológicos

necesarios para poder cumplir con los objetivos climáticos y energéticos en los plazos establecidos.

Por ello es necesaria una regulación adecuada y un aumento en la inversión pública.

� En Europa sufrimos una fragmentación e insuficiente colaboración en la investigación en energía, lo

que disminuye considerablemente la eficiencia en los recursos destinados a este fin.

6Objetivos de la UE

Objetivos de la UE-27 para 2020:� Alcanzar un 20% del consumo de energía final proveniente de fuentes de energía

renovables.

� Aumento de un 20% en el ahorro energético.

� Reducción de un 20% en las emisiones de gases de efecto invernadero.

� Alcanzar un 10% del consumo de energía final en el transporte por mdeido de

biocombustibles

� Desarrollo de Planes Nacionales de Acción para cada EEMM antes de junio de 2010.

Se persigue la integración de las renovables en el transporte y la edificación. Se persigue la integración de las renovables en el transporte y la edificación.

SET Plan:� Es el pilar tecnológico de las políticas energéticas de

la UE. Constituye una hora de ruta para la

investigación coordinada en el desarrollo de una

cartera de tecnologías de baja emisión de carbono,

limpias, eficientes, a precios asequibles y su

penetración en el mercado a gran escala.

� Establece una serie de tecnologías con alto potencial,

una planificación común en actuaciones y unas

estimaciones presupuestarias necesarias para la

inversión.

7SET Plan

Para aunar recursos y actores se crean las Iniciativas Industriales Europeas:

� Energía eólica

� Energía solar fotovoltaica y de concentración

� Bioenergía

� Captura, transporte y almacenamiento de CO2.

� Redes eléctricas

� Energía de fisión sostenible

� Ciudades Inteligentes (eficiencia energética)� Ciudades Inteligentes (eficiencia energética)

También se lanza la Alianza Europea para la Investigación en el Sector Energético

VISIÓN 2050:� Nueva generación de energías renovables

� Tecnologías disruptivas de almacenamiento energético

� Vehículos de pila de combustible

� Nuclear de fisión de generación IV

� Reactor experimental de fusión ITER

� Redes energéticas transeuropeas

� Tecnologías revolucionas en eficiencia energética

8

Visión 2050

9Energía Eólica

Nuevas turbinas y componentes:� Turbinas de gran escala: 10-20 MW

� Mejora de la fiabilidad de las turbinas

� Automatización de la fabricación

� Innovación en la logística

Tecnología eólica off-shore:

Gran eólica

Tecnología eólica off-shore:� Estructuras fijas para eólica de gran tamaño

� Plataformas y estructuras flotantes

� Procesos de fabricación para estructuras

Integración para la alta penetración en la red:� Almacenamiento a gran escala

� Interconexiones HVDC y HVDC

� Gestión Centrales de Generación Virtual

Planificación:� Predicción del recurso

� Aceptación social

10Energía Eólica

11Minieólica

� Minieólica de conexión a red

� Integración en la edificación y entornos urbanos

Mini-eólica

� Planes de fomento de la minieólica en países de la UE.

� Desarrollo de nuevas tecnologías de eje vertical

� Tecnología de fabricación muy accesible a nuestra industria:

Palas - generador – mecánica – electrónica.

� Condiciones necesarias:

•Diseño robusto: Seguridad y ruido

•Costes 1K€/Kwp : economia de escala – mercado mundial.

12Energía Solar Fotovoltaica

Mercado FV mundial crece a

ritmo anual próximo al 40%.

Fuente: EPIA Global market outlook for PV until 2013

Tecnología predominante: SILICIO CRISTALINO

(cerca del 90%) y sólo han aparecido otras

tecnologías cuando ha habido una crisis en el

suministro de materias primas

Fuente: Informe anual 2009 ASIF (Photon Intern’al)

La supremacía del silicio cristalino puede verse alterada. Hay informes que hablan de una

mayor segmentación para el 2015 - 2030 (Thin Film, Tecnologías emergentes-nuevos

conceptos, alguna tecnología por inventar???).

13Energía Solar Fotovoltaica

Acelerar la llegada de la “grid parity” en España, combinando:� Tecnologías e investigaciones encaminadas a la mejora

en la eficiencia y rendimiento de la tecnología de silicio cristalino (apoyada en la investigación de nuevos materiales, nuevas técnicas como full-spectrum, y nuevas tecnologías de fabricación de módulos).

� Nuevos desarrollos en Concentración y Seguimiento.� Investigación en nuevos sistemas de conexión a red con

el fin de aumentar notablemente el rendimiento de las instalaciones fotovoltaicas, y resolver los problemas de calidad y gestión de la red eléctrica derivados de su calidad y gestión de la red eléctrica derivados de su inevitable integración masiva en el sistema.

� Nuevos materiales: plásticos, polímeros, cerámicas, pinturas...� Módulos especiales para integración: acristalados, flexibles, células esféricas, tejas, etc. � Estandarización y multifuncionalidad

� Electrónica: mayor fiabilidad, más eficiencia, gestión de energía, comunicaciones abiertas.� Supervisión: más distribuida, PLC, mayor importancia para detección de fallos, alarmas, telecontrol.

BOS

Integración en edificios, entornos

urbanos, y transporte

14Radiación solar Concentrador

ópticoReceptor + HTF Turbina W

Energía Solar Termoeléctrica

Almacenamiento térmico

15Energías marinas

� Ventajas:

– Energía muy extendida (múltiples ubicaciones).

– Capacidad de predicción bastante mayor que la eólica.

– Poca interferencia medio ambiental.

– Buena correlación entre recurso y demanda (el 37% de la población mundial

vive a 90 km de la costa).

� Inconvenientes:

– Condiciones severas del mar (temporales)– Condiciones severas del mar (temporales)

– Coste de la instalación y de mantenimiento.

– Largo Plazo

El potencial en España (costa Cantábrica

y Galicia) está entre los mayores del

mundo.

16Energías marinas

5 fuentes energéticas marinas:

� Olas

� Corrientes

� Mareas

Corrientes: Turbina SeaGen (Marine Current Turbines)

Vista Planta

Planta de Energía de las Olas, Pelamis

� Mareas

� Gradiente Térmico

� Gradiente Salino

Vista de la central de energía de las mareas de La Rance, Francia.

Esquema Planta Gradiente Térmico

Vista Planta Gradiente Salino

Oportunidades:

� Desarrollo de captadores

� Desarrollo de componentes para parques

� Operaciones en el mar

17Bioenergía

18Redes Eléctricas

calidad y

fiabilidad de

suministro

adaptable a las

necesidades del

usuario

uso masivo de las

renovables y de

microgeneración

conectada cerca de los

consumidores finales y

gestion local de la

energia

De la generación centralizada y el flujo unidireccional ……

…… a las Smartgrids

operación, mantenimiento

y desarrollo de red óptimo

y flexible

gestión activa de la

demanda y oferta de

servicios de valor añadido

para el cliente

19Redes Eléctricas

MICRORED es un segmento de red

eléctrica con cargas, fuentes de generación

distribuidas, equipos de almacenamiento

que pueden operar conectados al sistema

eléctrico o de manera aislada -> Mayor

eficiencia

Las redes eléctricas al servicio del usuario.

BEMS (building energy management

system) son sistemas para la gestión

inteligente de los dispositivos de

generación, almacenamiento y consumo

de energía en el edificio.

Distribution

System

Operator

Electrical and thermal storage and

generation units

dispatching

Demand Side

Response

Confort established by the

user and minimum

energy bill

T

luxes

20Almacenamiento y Captura del CO2

Grandes fuentes concentradas: Centrales térmicas, Refinerías, Siderurgia, Cemento, Industria química.

Tres fases:

1. Fase de captación: Separación y concentración del CO2 de los gases de escape.

2. Fase de transporte: Transporte de CO2 captado hasta un lugar de almacenamiento apropiado.

3. Fase de almacenamiento: Distintos métodos, como la inyección en formaciones geológicas subterráneas, la inyección en los fondos oceánicos profundos, fijación industrial en carbonatos inorgánicos o ciertos procesos industriales.

21Eficiencia Energética en la Edificación

Distribución del consumo de

energía en una vivienda:

Consumo energético en el ciclo de vida

de un edificio:Distribución del consumo de energía

en una vivienda:

85% del consumo energético de un edificio se produce durante la fase de

uso del mismo, estimada en 50 años.

22Eficiencia Energética en la Edificación

Fotovoltaica integrada

en el edificio

Vehículo Eléctrico

térmico / eléctrico

BEMS

Almacenamiento de energía

23Vehículo Eléctrico

DOMESTICOCALLE

8-9 c€/km 1-1,5 c€/km Costes por km

20 kg CO2

Vehículo eléctricoVehiculo de gasolina

5 kg CO2Emisiones de CO2 por 100 km

TIEMPO RECARGA 8hPOTENCIA CONEXIÓN 3kWPUESTOS RECARGA x 10.000

TIEMPO RECARGA 1-8hPOTENCIA CONEXIÓN 3-30kWPUESTOS RECARGA x 100

DOMESTICO

PARKING

CALLE

TIEMPO RECARGA 1-8hPOTENCIA CONEXIÓN 3-30kWPUESTOS RECARGA x 1.000

ELECTROLINERA

TIEMPO RECARGA 15mPOTENCIA CONEXIÓN 100kWPUESTOS RECARGA x 10

FLOTAS

TIEMPO RECARGA 1-8hPOTENCIA CONEXIÓN 3-30kWPUESTOS RECARGA x 10.000

24Vehículo Eléctrico

25Almacenamiento de Energía

RÁPIDA RESPUESTA A CARGAS VARIABLES NIVELACIÓNDE LA CURVA DE DEMANDA APROVECHAMIENTO DEENERGÍAS RENOVABLES APORTE DE FLEXIBILIDAD YROBUSTEZ AL SISTEMA OPTIMIZACIÓN DE LASINFRAESTRUCTURAS VENTA DE SERVICIOS A LA REDARBITRAJE DE ENERGÍA INCREMENTO DE LA EFICIENCIAREDUCCIÓN DE EMISIONES DE CO2

Generación

Transporte y distribución

Uso final de la energía

26Almacenamiento de Energía

Tecnología de almacenamiento

Aplicaciones Posible desarrollo - Tendencias

Energía hidráulica (bombeo) Gran escala

Equilibrio de curva de demanda

Automatización y telecontrol de centrales

CAES Gran escala

Equilibrio de curva de demanda

CAES adiabática e instalaciones de menor tamaño con tanques

Volantes de Inercia Alta potencia, baja energía.

Mejora de calidad de red

Aplicación en regulación de frecuencia

Almacenamiento Térmico de Calor

Flexibilidad y continuidad (solar) de generación de energía

Desarrollo de sales fundidas y de materiales de cambio de fase

Hidrógeno Alta energía a largo plazo

SAIs

Mejora de eficiencia y fiabilidad de las etapas de almacenamientoSAIs de almacenamiento

Baterías REDOX Mejora de la calidad de potencia

Integración de renovables

Mejora de diseño, materiales y fiabilidad

Baterías NaS Puntas de consumo y calidad de red Reducción de coste y Temperatura de la funcionamiento

Baterías Litio Aplicaciones móviles Reducción de costes, incremento ciclo de vida. Desarrollo tecnologías

Baterías de Plomo - ácido Reducción de puntas de consumo

Seguridad de suministro

Desarrollo de tecnologías avanzadas (con carbono, con superconductores)

Baterías Cinc – aire Aplicaciones que admiten baterías no recargables (sí reciclables)

Desarrollo de sistemas de recarga

SMES (superconductores) Alta potencia, baja energía.

Mejora de calidad de red

Mejora de eficiencia

Reducción de costes

Ultracapacidades Alta potencia, baja energía.

Mejora de calidad de red

Aumento de la densidad de energía

Reducción de costes

27

Luis PEDROSADirector de la Unidad de EnergíaEdificio 700Parque Tecnológico de BizkaiaTel. : +34-94-6073300Fax: +34-94-6073349E-mail: l.pedrosa@tecnalia.info