SOSTENIBILIDAD E INDEPENDENCIA ENERGÉTICA PARA LAS CIUDADES DE ESPAÑALa producción y distribución de las energías renovables en las ciudades

Francisco Serrano Casares (fserranoc@uma.es)Instituto Andaluz de Energías RenovablesE.T.S. Ingenieros Industriales Universidad de Málaga

OMAU, 24 de abril de 2008

Índice

Panorama energético Las energías renovables El ahorro y la eficiencia energética Conclusiones

Energía total usada por la humanidad (IEA, 2005) = 11.435 Mtep11.435 Mtep (millones de toneladas equivalentes de petróleo)

Valor equivalente = 15.18 15.18 TW TW (1 TW equivale al consumo continuo de 1012 W; durante un año completo = 8760 TWh = 1000 plantas de 1000 MW de potencia nominal)

Consumo anual medio por habitante (6600 millones de personas) = 1,73 tep1,73 tep = 20.160 kWh20.160 kWh

20 veces mayor que el mínimo necesario para la supervivencia

EL FACTOR ENERGÉTICOEL FACTOR ENERGÉTICO

CONSUMO TOTAL DE ENERGÍA CONSUMO TOTAL DE ENERGÍA PRIMARIA EN EL MUNDO PRIMARIA EN EL MUNDO

(2005) = (2005) = 11.435 Mtep = 1.32 x 11.435 Mtep = 1.32 x 10101414 kWh kWh

KEY WORLD ENERGY STATISTICS (IEA, 2007)

Reservas totales mundiales probadas 1.200 x 109 barriles

Producción: 80 x 106 barriles/día

30 x 109 barriles/año

EXTRACCIÓN DE PETRÓLEO Y RESERVASEXTRACCIÓN DE PETRÓLEO Y RESERVAS

Reservas totales mundiales probadas 185 x 1012 m3

Producción: 7.400 x 106 m3/día 2.700 x 109 m3/año

EXTRACCIÓN DE GAS Y RESERVASEXTRACCIÓN DE GAS Y RESERVAS

Reservas combustibles fósiles

Reservas probadas

(Gtep)

Reservas-producción

(años)

Reservas estimadas-producción

(años)

Reservas estimadas-crecimiento producción 2%

(años)

Petróleo 143 41 ~200 125

Gas 138 64 ~400 210

Carbón 566 251 ~700 360

Resources to Reserves - Oil and Gas Technologies for the Energy Markets of the Future (IEA, 2005)

RECURSOS TOTALES DE PETRÓLEORECURSOS TOTALES DE PETRÓLEO

Less than 40 years at current consumption path (20-25 years for practical purposes)

Available Oil Resources as a Function of Economic Price (2004)Available Oil Resources as a Function of Economic Price (2004)

Evolución del precio del crudo

El Sistema Energético

La estructura fundamental de nuestro sistema energético y base de nuestro moderno desarrollo gira todavía en torno a dos tecnologías generadas en los siglos XVIII y XIX:

•La máquina de vapor construida por Thomas Newcomen en Inglaterra en 1707.

•La conexión entre sí de dos dinamos Gramme en 1873 para la generación de electricidad con la primera, y su transmisión para producir trabajo, con la segunda.

El Sistema EnergéticoCaracterística más significativa: la perfecta simbiosis tecnológica entre los motores térmicos y los generadores eléctricos que permite la inducción a gran escala de la propiedad que llamamos

ELECTRICIDAD VECTOR ENERGÉTICO

•alimenta a las máquinas eléctricas motoras

•permite generar calor

•permite producir luz

El Sistema Energético

Se edifica en la práctica sobre un solo pilar, la TERMODINÁMICA, concretada en las tecnologías del calor, que sólo sabemos obtener mediante tres métodos diferentes:

•la combustión química (calor o movimiento)

•la reacción nuclear (calor)

•la irradiación solar (calor o electricidad)

Paradigma tecnológico-científico: binomio máquina térmica-máquina eléctrica

El Sistema Energético

PROBLEMAS

•Bajo rendimiento de las transformaciones energéticas que tienen lugar en los motores térmicos

•Elevadas cantidades de gases perniciosos emitidos por los combustibles fósiles usados mayoritariamente en los motores térmicos

•Posibilidad de agotamiento de los combustibles fósiles

¿FUTURA ENERGÍA PRIMARIA?¿FUTURA ENERGÍA PRIMARIA?

Energía Total consumida por la humanidad en 2004 = 11.059 Mtoe11.059 Mtoe, equivalente a 14,68 TW14,68 TW

Estimación de la IEA llegar a 25-30 TW25-30 TW para el 2050 y a 40-50 TW40-50 TW para el 2100

Alternativas e inconvenientesAlternativas e inconvenientes:: carbóncarbón (emisiones de CO2); energía nuclearenergía nuclear (residuos, seguridad, combustible para sólo alrededor de 100 años); fusión fusión nuclear nuclear (50 años?!)

¿De dónde obtendrá la humanidad la energía primaria en el futuro?, ¿qué papel jugarán las energías renovables?

DATOS GLOBALES

POTENCIA GLOBAL TEÓRICA

TÉCNICAMENTE FACTIBLE

CAPACIDAD INSTALADA (2003)

PORCENTAJE INSTALADO

Hidráulica 4.6 TW 4.6 TW 0.3 TW 6.5 %

Biomasa 7 - 10 TW 5 TW 1.4 TW 28 %

Geotérmica 12 TW 0.6 TW 0.054 TW 9 %

Eólica 50 TW 4 TW 0.0063 TW 0.16 %

Solar 600 TW 60 TW 0.0051 TW 0.0085 %

TOTAL 676 TW (Aprox.) 70 TW (Aprox.) 1.76 TW 2.5 %

POTENCIAL ESTIMADO ANUAL DE LAS DISTINTAS FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLESPOTENCIAL ESTIMADO ANUAL DE LAS DISTINTAS FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES

(1 TW equivale a un consumo sostenido de 10(1 TW equivale a un consumo sostenido de 101212 W; este valor durante un año = 8760 TWh = 1,000 W; este valor durante un año = 8760 TWh = 1,000 plantas de potencia de 1,000 MW cada una de ellas)plantas de potencia de 1,000 MW cada una de ellas)

POTENCIAL ENERGÍAS RENOVABLESPOTENCIAL ENERGÍAS RENOVABLES

DATOS GLOBALES

POTENCIA GLOBAL TEÓRICA

TÉCNICAMENTE FACTIBLE

CAPACIDAD INSTALADA (2003)

PORCENTAJE INSTALADO

Hidráulica 4.6 TW 4.6 TW 0.3 TW 6.5 %

Biomasa 7 - 10 TW 5 TW 1.4 TW 28 %

Geotérmica 12 TW 0.6 TW 0.054 TW 9 %

Eólica 50 TW 4 TW 0.0063 TW 0.16 %

Solar 600 TW 60 TW 0.0051 TW 0.0085 %

TOTAL 676 TW (Aprox.) 70 TW (Aprox.) 1.76 TW 2.5 %

Nuclear 17.5 TW 10 TW 0.845 TW 8.45 %

POTENCIAL ENERGÍAS POTENCIAL ENERGÍAS RENOVABLES vs NUCLEARRENOVABLES vs NUCLEAR

Consumo de energía primaria en España en 2005 (IDAE)

Intensidad energética primaria

Consumo de energía final

Por fuentes Por sectores

Dependencia energética

Las importaciones netas de energía en 2005 fueron el 82,4% del consumo total.

En 1990, esta dependencia estaba en el 67%.

Consecuencias: falta de seguridad en el suministro mayor grado de incertidumbre que en los

años anteriores situación económica inestable

Nuevo modelo energético sostenible

Desarrollo de las energías renovables Políticas de ahorro y eficiencia

energética Uso de tecnologías energéticas

avanzadas(ciclos combinados, energía del hidrógeno, fusión nuclear, …)

Las energías renovables

Tienen su origen en la Naturaleza, seproducen de manera continua y soninagotables a escala humana Minihidráulica Geotérmica Del mar Solar (térmica y fotovoltaica) Eólica Biomasa

Mecanismos de ayuda a las energías renovables

Subvenciones a las instalaciones Estatales (ICO-IDAE) Autonómicas (Programa de incentivos-PROSOL en

Andalucía) Primas a la producción eléctrica

Eólica Solar (fotovoltaica y térmica alta-media

temperatura) Biomasa

Desgravaciones en el impuesto de sociedades

Renovables en Málaga

Tecnología Centrales Potencia (MW) Participación (%)Hidráulica 12 486,6 87,70Biogás EDAR 1 0,8 0,1Biogás RSU 1 2 0,3Biomasa 2 16,8 3Eólica 4 47 8,47Solar fotovoltaica 1,18 0,21Total 554,38

Potencia eléctrica instalada con renovables 01/2006

Las energías renovables representan el 91,95% del total de la potencia instalada en la provincia de Málaga

Energía solar térmica y fotovoltaica

Solar Térmica 01/2006

8%15%

4%

3%

6%

1%

15%

48%

Solar Fotovoltaica 01/2006

4% 3%

29%

2%

5%7%8%

42%

Almería

Cádiz

Córdoba

Granada

H u el va

Jaén

Málaga

Sevilla

Distribución de la producción de energía eléctrica en Málaga

El Sol como recurso renovable

En Andalucía:

Irradiación media anual: 2MWh/m2

15 Gtep/año (2 veces el consumo mundial de 1991)

Energía solar térmica

Aprovechamiento directo de la radiación solar para producir un efecto térmico

Sistema integrado

Aplicaciones

Sector hotelero Preparación de agua caliente sanitaria cuarta parte del

consumo de un hotel medio Climatización de piscinas

Sector residencial Vivienda tipo: 2 a 4 m2 y almacenamiento de 150 a 300

litros. El coste de la instalación se sitúa entre los 1.100 € y los 2.400 €

El Código Técnico de la Edificación establece la obligatoriedad de estas instalaciones en todas las nuevas edificaciones desde septiembre de 2006.

Energía solar térmica de media temperatura

Concentradores cilindro-parabólicos

Planta solar de Solucar (Abengoa)

Energía solar fotovoltaica

Conversión directa de la energía de la radiación solar en electricidad mediante las células solares

Cabaña en India

Cabañas en Suecia

Integración en edificios: tejado fotovoltaico

Integración en edificios

Integración en edificios

Central fotovoltaica

The electricity production capacity of photovoltaic power plants and theselection of solar energy sites in Andalusia (Spain)J. Arán Carrioón, A. Espín Estrella, F. Aznar Dolsa, A. Ramos Ridaob. University of Granada, 18071 Granada, SpainRenewable Energy 33 (2008) 545–552

Energía solar fotovoltaica en Andalucía

Capacidad de producción eléctrica con fotovoltaica en Andalucía 38,693 GWh/añoDemanda de energía eléctrica en Andalucía 38,693 GWh/año (año 2003)

Venta de electricidad

b.1.1

P≤100 kWprimeros 25 años 44,0381 c€/kWh

a partir de entonces 35,2305 c€/kWh

100 kW<P≤10 MWprimeros 25 años 41,7500 c€/kWh

a partir de entonces 33,4000 c€/kWh

10<P≤50 MW primeros 25 años 22,9764 c€/kWh

a partir de entonces 18,3811 c€/kWh

REAL DECRETO 661/2007, de 25 de mayo, por el que se regula la actividad de producción de energía eléctrica en régimen especial(BOE nº126 de 26 mayo 2007).

Obligatoriedad de uso

RD 314/2006 Código Técnico de la Edificación establece la instalación mínima de 6,25 kWp, según el uso y la localización

Energía eólica

Conversión de la energía del viento en energía útilmediante un aerogenerador

La biomasa como fuente de energía

Representa el 55% de la energía producida por las renovables

Aprovechamientos de la energía de la biomasa

Doméstico y para fines térmicos Nuevos aprovechamientos

Biomasa como combustible para generación de electricidad

Producción de biogas a partir del tratamiento de residuos

Producción de biocombustibles

Los biocombustibles

Puesta en valor de zonas con excedentes agrícolas o sin cultivar y reciclado de aceites vegetales usadosBioetanolBiodiesel

Industria de producción de promoción pública

Combustible en el transporte público

Ahorro y eficiencia energética

Ahorro

Reducción de la

demandaEficiencia

Reducción del consumo de

recursos

El ahorro en las ciudades

Cada hogar español consume anualmente en concepto de iluminación el equivalente a 352 kilos de CO2 emitidos a la atmósfera

Sustituir en cada hogar una bombilla convencional por otra de bajo consumo evitaría la emisión de 700.000 toneladas de CO2

El ahorro por los ciudadanos

Instalar burletes en puertas y ventanas ahorra entre un 5 y un 10% de energía

Instalar dobles ventanas ahorra un 20% de consumo de energía

Hacer un uso racional de los aparatos de calor y refrigeración: cada grado de temperatura que aumentemos consume entre un 5 y un 7% más de energía

El ahorro por los ciudadanos

Utilizar siempre que se pueda el transporte público

Al comprar un coche nuevo consultar la etiqueta energética

Considerar que el consumo aumenta en función de la velocidad: aumentar la velocidad un 20% significa un aumento de un 44% en consumo

Arquitectura bioclimática

Arquitectura Bioclimática = Reducción Demanda Climatización Edificios

Diseños arquitectónicos y estrategias de operación orientados a reducir las necesidades de acondicionamiento de los edificios:Orientación del edificioDispositivos de captación/bloqueo solarDiseño y disposición adecuados de elementos

constructivos (aislamientos, masas térmicas, etc.)

Operación y control adecuados de elementos móviles adaptados al clima.

Conclusiones: análisis DAFO

Debilidades Necesidad de formación para los instaladores y

fabricantes Falta de entramado industrial Normativa dispersa y no coherente La integración de los equipos de energía solar en

los edificios debe contar con los arquitectos La publicidad es escasa No se conocen por el público los beneficios

medioambientales de las energías renovables y de las medidas de ahorro y eficiencia energética

Conclusiones: análisis DAFO

Amenazas Variabilidad con el tiempo del recurso solar.

Dificultad de predecir, a corto plazo, los vientos Necesidad de infraestructuras Competitividad de otras provincias y países con

mayor desarrollo tecnológico o menor coste de la mano de obra

Mala experiencia con las instalaciones de energía renovable de los primeros años

Necesidad de acoplamiento a condiciones de confort más limitadas en algunos casos

Conclusiones: análisis DAFO

Fortalezas Tecnologías maduras Rentabilidad en tiempo razonable, con la

posibilidad de ayudas Incentivos para la instalación de renovables en las

industrias y para la aplicación de medidas de ahorro energético

Apoyo financiero Base importante de fabricantes e instaladores de

equipos solares, y de ingenierías para los temas de ahorro y eficiencia energética

Conclusiones: análisis DAFO

Oportunidades Elevada disponibilidad de recursos renovables Aceptación de los sistemas no contaminantes Subida continua de los precios de la energía Elevada densidad de población y de viviendas en

la costa Industria turística muy fuerte Instalaciones en núcleos urbanos de sistemas

solares integrados en edificios Zonas con posibilidad de plantaciones de cultivos

energéticos

Muchas gracias por su atención

Francisco Serrano Casares (fserranoc@uma.es)Instituto Andaluz de Energías RenovablesE.T.S. Ingenieros Industriales Universidad de Málaga