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Energía y desarrollo sustentable
El documento discute los desafíos de satisfacer la creciente demanda de energía en México de manera sustentable. Señala que la producción de energía a partir de hidrocarburos como el petróleo plantea problemas ambientales y de cambio climático. Argumenta que se debe minimizar la demanda de energía y satisfacer una mayor proporción de esta mediante fuentes renovables y más limpias.
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- 3. EFECTOS AMBIENTALES La combustión decarbón, petróleo y gas produce óxidos de nitrógeno, azufre que produce lluvia ácida/deforestación, partículas como cenizas, hollín que deterioran las condiciones atmosféricas.
- 4. EFECTOS AMBIENTALES La desulfurización ylos procesos de NOx bajos pueden reducir las emisiones contaminantes, pero estos son costosos e ineficientes energéticamente. No rsponde a los problemas de transporte. Se debe minimizar la demanda de energía y satisfacerla en mayor proporción mediante fuentes más limpias.
- 5. INCREMENTO EN LA DEMANDADE ENERGÍA
- 6. Incremento en lademanda de energía Para el año 2025 se prevé que existan 3,000 millones de personas más en el mundo El consumo de energía crecerá 2.4 % anual (57%) México crecerá 2.5 %
- 8. ALGUNAS CIFRAS DE MÉXICOEnel año 2011, la producción nacional de energía primaria totalizó 10,064,339 Petajoules El 37% se exporta El 91 por ciento proviene de hidrocarburos Hidrocarburos 91% Biomasa 3% Carbón 2% Renovables 3%Nuclear 1% Hidrocarburos Biomasa Carbón Renovables Nuclear
- 9. Producción anual depetróleo (escenario 2004)
- 13. CONSUMO ENERGÉTICO EN MÉXICO Elsector transporte es el mayor consumidor final de energía 37 % 63 % 0 10 20 30 40 50 60 70 Sector Energético Otros Sectores Consumo nacional Otros sectores 41% 28% 21% 7% 3% Transporte Industria Residencial, Comercial, Público Consumo no energético Agropecuario
- 14. Incremento en lademanda de energía Se debe aumentar la eficiencia energética en el trabajo y los hogares reducir la energía asociada al transporte cambiar a fuentes de energía “verde” Esto trata de resolver los problemas que hemos creado, aún si fuera exitoso, ¿es suficiente y sustentable? técnica, económica y socialmente Algunas observaciones
- 15. La planeación energéticaen México se define exclusivamente por el lado de la oferta, a partir de un solo combustible (petróleo) y muy poco se analizan la demanda y otras alternativas Petróleo Energías alternas (energías renovables) Mejores prácticas Eficiencia energética Oferta Demanda
- 16. Energías convencionales Petróleo(-) Carbón Hidráulico (+) Nuclear (+) Energías alternas Eólico Minihidráulico Biomasa Residuos sanitarios Combate al desperdicio Reducir el consumo de energía ¡Educar es clave! Uso eficiente Generación distribuida Nuevas Tecnologías Energía Tecnología Uso inteligente Oferta vs Demanda
- 18. Infraestructura de GeneraciónEléctrica (2002)
- 19. ENERGÍA RENOVABLE La mayoríade las fuentes de energía renovables comienza con los rayos del sol en la tierra • la luz solar directa proporciona energía solar
- 20. ENERGÍA RENOVABLE La mayoríade las fuentes de energía renovables comienza con los rayos del sol en la tierra • la luz solar directa proporciona energía solar • calienta el aire, crea diferencias de presión y libera energía del aire
- 21. ENERGÍA RENOVABLE La mayoríade las fuentes de energía renovables comienza con los rayos del sol en la tierra • la luz solar directa proporciona energía solar • calienta el aire, crea diferencias de presión y libera energía del aire • los vientos marinos crean olas y dan energía marina
- 22. ENERGÍA RENOVABLE La mayoríade las fuentes de energía renovables comienza con los rayos del sol en la tierra • la luz solar directa proporciona energía solar • calienta el aire, crea diferencias de presión y libera energía del aire • los vientos marinos crean olas y dan energía marina • la evaporación del agua y el transporte de las nubes proporciona energía hidráulica
- 23. ENERGÍA RENOVABLE La mayoríade las fuentes de energía renovables comienza con los rayos del sol en la tierra • las plantas que pueden quemarse o fermentar requieren de luz solar La excepción es la energía de las mareas, se deriva de la fuerza gravitatoria ejercida por la luna.
- 24. EL MERCADO DELA ENERGÍA RENOVABLE
- 25. LISTA PARA ELMERCADO - ENERGÍA HIDRÁULICA
- 26. LISTA PARA ELMERCADO - ENERGÍA HIDRÁULICA • El agua se descarga a una turbina, tomando la energía cinética y la energía de la presión para mover un generador, produciendo electricidad. • Las grandes turbinas se han desarrollado por más de 120 años y es una tecnología madura - pero susceptible al cambio climático.
- 27. LISTA PARA ELMERCADO - ENERGÍA HIDRÁULICA • La construción de presas y las áreas inundadas significa que el impacto ambiental es alto y la construcción larga. • Si el agua se represa, la energía puede liberarse de forma fleible y las plantas pueden operarse para abastacer la demanda que varía con el tiempo. • La inversión en grandes plantas es grande. Las plantas pequeñas son mejores en economías de mercado.
- 28. LISTA PARA ELMERCADO - ENERGÍA HIDRÁULICA • La tecnología está bien estudiada, pero más cara por Kw en las plantas más pequeñas. Esto atrae inversiones a otras fuentes de energía más redituables.
- 29. LISTA PARA ELMERCADO - ENERGÍA EÓLICA • El viento sopla sobre las aspas y las fuerzas aerodinámicas provocan una rotación. • Las primeras turbinas eran pequeñas y difíciles de producir. • Las turbinas más grandes son relativamente caras • La tecnologías de las turbinas, generadores y la tecnología de control avanza rapidamente.
- 30. LISTA PARA ELMERCADO - ENERGÍA EÓLICA La tendencia es hacia colocar “granjas” de 10-40 máquinas en una colina expuesta con vientos de 5-15 m/s (máximo 25 m/s)
- 31. LISTA PARA ELMERCADO - ENERGÍA EÓLICA Pero las lineas costeras producen mejores y mas consistentes patrones de viento y las granjas se están desarrollando también en el mar. En el mar los vientos son mayores y más constantes - no hay obstáculos
- 32. • En lasúltimas décadas, los avances tecnológicos e industriales, han permitido mejorar la competitividad de la generación de electricidad a través de estas modalidades... Fuente: Larry Flowers, National Renewable Energy Laboratory 2004. 1985 1990 1995 2000 20051980 0 10 20 30 40 Precio de Generación de Electricidad a partir de Energía Eólica 38 US¢/kWh 5 US¢/kWh Lista para el mercado - Energía Eólica
- 33. • Es latecnología de generación de electricidad de mayor crecimiento en el mundo. • Ventas de 5,000 millones de dólares al año; más de 100,000 empleos. • Sin embargo, a pesar del tamaño de nuestra economía, solo contamos con 2 MW de capacidad en comparación con los 48,000 MW instalados en el mundo. 0 10 20 30 40 50 60 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 8 GW Capacidad Instalada de Energía Eólica Mundial Gigawatts 48 GW Lista para el mercado - Energía Eólica
- 34. • Las turbinasson relativamente baratas, ambientalmente buenas y de rápida construcción (en serie) • Los generadores no pueden operar independientemente de la red eléctrica, deben estar conectadas a la red existente. • Una vez conectados, los generadores deben ser magnetizados por la red y esto es difícil en áreas remotas, donde los vientos son mayores. • El viento no sopla todo el tiempo, cuando lo hace puede ser intermitente, así que la energía producida no es firme y muy variable. • Este es el principal reto de la energía eólica Lista para el mercado - Energía Eólica
- 36. • Los rayosque llegan a la tierra proporcionan iluminación y calor. • El calor de los rayos puede concentrarse mediante: • espejos • hornos • vapor Cercana al mercado - Energía Solar
- 37. • La energíade los fotones de la luz solar puede recuperarse mediante celdas fotovoltaicas. Cercana al mercado - Energía Solar Los avances en la producción de celdas fotovoltaicas cristalinas ha incrementado la eficiencia y reducido los costos.
- 38. Dependiendo de lacantidad de luz solar recibida y de la latitud las céldas fotovoltaicas pueden integrarse con las supericies externas de los edificios Cercana al mercado - Energía Solar Grandes edificios que encaran al sol pueden generar su propia electricidad e incluso exportarla a la red, pero...
- 39. En las áreasdonde la corteza terrestre es delgada, el calor puede utilizarse para calentar líquidos o gases que pueden impulsar turbinas. Cercana al mercado - Energía Geotérmica
- 40. Los viento marítimoscrean olas que acumulan la energía en un fluido 1000 veces mas denso que el aire, la densidad energética es enorme. Lejos del Mercado - Energía de las Ola Video Animación
- 41. Aprovecha el movimientodel agua por cambios de temperatura o influencia lunar. Lejos del Mercado - Energía de las Mareas
- 42. En lugares dondehay aguas profundas y climas cálidos, el gradiente de temperatura puede aprovecharse para evaporar un refrigerante e impulsar turbinas. Lejos del Mercado - Energía Oceánica Video
- 43. BIOMASA ES TODALA MATERIA VIVA EN LA SUPERFICIE EXTERNA DELGADA DE LA TIERRA LLAMADA BIOSFERA PUEDE VERSE COMO UN ENORME ALMACEN DE ENERGIA QUE SE RENUEVA CONTINUAMENTE Biomasa desechos Planta de biogás Composta
- 44. BIOMASA RESIDUOS DE GANADERIA •RESIDUOS DECOSECHAS •RESIDUOS DE MADERA •EXCEDENTES DE PRODUCCION RESIDUOS AGRICOLAS CULTIVOS ENERGETICOS •MADERA •CAÑA DE AZUCAR •MAIZ, SORGO RESIDUOS DE CULTIVOS TROPICALES •BAGASO DE CAÑA •CASCARILLA DE ARROZ •CASCARA DE COCO DESECHOS SOLIDOS ORGANICOS •RESIDUOS SOLIDOS MUNICIPALES •RESIDUOS COMERCIALES E INDUSTRIALES Fuentes de Biomasa
- 45. BIOMASA Secado Despedazado Peletizado COMBUSTIBLE Calentamiento doméstico Calentamiento industrial Energía Eléctrica Extracción dela energía a partir de la Biomas 1. Combustión directa
- 46. Tratamiento inicial Planta de vapor Gasificador Separación de residuos Lavadode gas BIOMASA AGUA AIRE Gas de bajo poder calorífico PROCESO CON AIRE Tratamiento inicial Planta de vapor Gasificador Separación de residuos Lavado de gas BIOMASA AGUA AIRE Gas con poder calorífico medio PROCESO CON OXIGENO Planta de oxígeno Ajuste de relación C:H Síntesis Remoción de CO2 Separación Gas de síntesis Combustible gaseoso Combustible líquido Extracción de la energía a partir de la Biomas 2. Gasificación CONSISTE EN HACER REACCIONAR UN COMBUSTIBLE SÓLIDO CON VAPOR DE AGUA Y AIRE u OXIGENO A ALTA TEMPERATURA
- 47. DESCOMPOSICION DE MATERIAORGANICA EN METANO Y BIOXIDO DE CARBONO EN AUSENCIA DE OXIGENO MEDIANTE LA ACCION DE BACTERIAS DIGESTION ANAEROBIA DE BIOMASA NATURAL SINTETICA •DESCOMPOSICION DE VEGETACION TERRESTRE •DESCOMPOSCION DE MAT. ORGANICA EN CUERPOS DE AGUA DIGESTORES ANAEROBIOS •Residuos Agrícolas •Residuos Urbanos RELLENOS SANITARIOS •Residuos Agrícolas •Residuos Urbanos PRODUCTOS BIOGAS CH4 50-75% CO2 25-50% RESIDUO Composta COMBUSTIBLE •Doméstico •Transporte •Generación eléctrica COMPOSTA •Uso Agrícola •Alto contenido de nutrientes Extracción de la energía a partir de la Biomas 3. Digestión anaerobia
- 48. FASES 1.- PREPARACION DELTERRENO 2.- LLENADO POR CAPAS 3.- RECUBRIMIENTO DESCOMPOSICION ANAEROBIA DE MATERIA ORGANICA PROCESO BIOGAS 150-300 m3/ton basura Extracción de la energía a partir de la Biomas 4. Rellenos sanitarios
- 49. BIOMASA Hidrólisis AZUCARES Fermentación Destilación ETANOL •Uso directo •o diluentede gasolina MATERIA PRIMA LITROS/ton Litros/ha*año Caña de Azúcar 70 400 – 12000 Maíz 360 250 – 2000 Yuca (raíz) 180 500 – 4000 Papa (dulce) 120 1000 – 4500 Madera 160 160 - 4000 RENDIMIENTOS EN ETANOL Extracción de la energía a partir de la Biomas 5. Fermentación
- 50. COMBUSTION DIRECTA GASIFICACION DIGESTION ANAEROBIA RELLENOS SANITARIOS FERMENTACION Y EXTRACCION RESIDUOS AGRICOLAS RESIDUOSDE GANADERIA RESIDUOS DE CULTIVOS TROPICALES DESECHOS SOLIDOS ORGANICOS CULTIVOS ENERGETICOS •Energía térmica •Energía Eléctrica •Energía térmica •Energía Eléctrica Gas de Síntesis •Energía térmica •Energía Eléctrica •Transporte BIOGAS •Energía térmica •Energía Eléctrica •Transporte BIOGAS •Transporte ETANOL ACEITES Extracción de la energía a partir de la Biomas extracción en función de la fuente de biomasa.
- 51. OTROS ASPECTOS DELAS ENERGÍAS RENOVABLES
- 52. ACCESO A LARED ELÉCTRICA •Las redes eléctricas crecieron con el tiempo para llevar energía desde los centros de producción a las orillas más apartadas. •Muchas fuentes de energía renovables son más intensas en áreas remotas, en las costas o en el mar. •Significa que las redes son normalmente inadecuadas para recibir la energía producida
- 53. •Producir la energía eléctricaes una parte del reto. •Las redes rurales no pueden transmitir la cantidad de energía que puede producirse sin una inversión mayor •Una solución es almacenar energía... ACCESO A LA RED ELÉCTRICA
- 54. ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA YCELDAS DE COMBUSTIBLE •La electricidad no puede almacenarse y el productor no tiene control sobre la demanda. •La electricidad se puede almacenar en forma de H y después convertirse de nuevo mediante una pila de combustible
- 55. Energía Renovable enMéxico Situación Actual (2011)
- 56. Energía Renovable enMéxico Potencial Hidroeléctrica (solo 17% es aprovechado) 53,000 MW Geotérmica (solo 40% es aprovechado) 2,120 MW Eólica (solo 0.15 es aprovechado) 5,000 MW TOTAL 60,120 MW
- 57. El futuro dela energía renovable•Los hidrocarburos serán muy limitados en 30-50 años •Se debe reducir el daño ambiental de las plantas de carbon •La energía renovable es una fuente abundante y remota •Deben comercializarse fuentes de energía renovables •debe expanderse la capacidad/flexibilidad de la red eléctrica
Notas del editor
- #41 http://www.stanford.edu/group/efmh/winds/global_winds.html Evaluation of global wind power by Cristina L. Archer (), and Mark Z. Jacobson () The paper summarizing the results presented below was published in the Journal of Geophysical Research - Atmospheres in 2005. A copy of the manuscript can be downloaded here (MS Word, ~4 MB) or here (PDF, ~17 MB). Abstract The goal of this study is to quantify the world?s wind power potential for the first time. Wind speeds are calculated at 80 m, the hub height of modern, 77-m diameter, 1500 kW turbines. Since relatively few observations are available at 80 m, the Least Square extrapolation technique is utilized and revised here to obtain estimates of wind speeds at 80 m given observed wind speeds at 10 m (widely available) and a network of sounding stations. Tower data from the Kennedy Space Center (Florida) were used to validate the results. Globally, ~13% of all reporting stations experience annual mean wind speeds ≥ 6.9 m/s at 80 m (i.e., wind power class 3 or greater) and can therefore be considered suitable for low-cost wind power generation. This estimate is believed to be conservative. Of all continents, North America has the largest number of stations in class ≥ 3 (453) and Antarctica has the largest percent (60%). Areas with great potential are found in Northern Europe along the North Sea, the southern tip of the South American continent, the island of Tasmania in Australia, the Great Lakes region, and the northeastern and northwestern coasts of North America. The global average 10-m wind speed over the ocean from measurements is 6.64 m/s (class 6); that over land was 3.28 m/s (class 1). The calculated 80-m values are 8.60 m/s (class 6) and 4.54 m/s (class 1) over ocean and land, respectively. Over land, daytime wind speed averages obtained from soundings (4.96 m/s) are slightly larger than nighttime ones (4.85 m/s); nighttime wind speeds increase, on average, above daytime speeds above 120 m. Assuming that statistics generated from all stations analyzed here are representative of the global distribution of winds, global wind power generated at locations with mean annual wind speeds ≥ 6.9 m/s at 80 m is found to be ~72 TW (~54,000 Mtoe) for the year 2000. Even if only ~20% of this power could be captured, it could satisfy 100% of the world?s energy demand for all purposes (6995-10177 Mtoe) and over seven times the world?s electricity needs (1.6-1.8 TW). Several practical barriers need to be overcome to fully realize this potential. http://blogs.zdnet.com/emergingtech/?p=753