Estudio de la reducción de emisiones de carbono en el ecuador

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(1)ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA. ESTUDIO DE LA REDUCCION DE EMISIONES DE CARBONO EN EL ECUADOR TESIS PREVIO A LA OBTENCION DEL GRADO DE MÁSTER (MSc) EN EFICIENCIA ENERGETICA. ING. JULIO CESAR CÁRDENAS HERRERA yajulioo@yahoo.com. DIRECTOR: ING. ALECKSEY MOSQUERA GORDILLO aleckseym@yahoo.com.ar CODIRECTOR: ING. ADRIÁN PATRICIO PEÑA IDROVO Adrian,pena@epn.edu.ec. Quito, Octubre 2014.

(2) ii. DECLARACIÓN. Yo, Julio César Cárdenas Herrera, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.. La. Escuela. Politécnica. Nacional,. puede. hacer. uso. de. los. derechos. correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente.. Julio César Cárdenas Herrera.

(3) iii. CERTIFICACIÓN. Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por el Ingeniero Julio César Cárdenas Herrera bajo mi supervisión.. Ingeniero Alecksey Mosquera Gordillo DIRECTOR DE TESIS. Ingeniero Adrián Patricio Peña Idrovo CODIRECTOR DE TESIS.

(4) iv. AGRADECIMIENTO. A Dios a través de su Maestro por haberme guiado en todas las facetas de mi vida incluido la faceta intelectual. A mi esposa, Gloria del Rocío Espinosa Vinueza, por todo su apoyo en el camino de la vida que hemos recorrido con éxito A mis hijos y nietos Al Ing. Alecksey Mosquera y al Ing. Adrián Peña por sus acertadas direcciones en la elaboración de esta tesis.. Ing. Julio César Cárdenas Herrera.

(5) v. DEDICATORIA. A la Naturaleza, la que siempre nos ha dado todo para todos, desde hace miles de millones de años y ha mantenido sin la intervención del hombre una armonía en todos los sectores y a la que ahora los humanos la desequilibramos, la contaminamos y extraemos su crudo y sus minerales en un instante de ese tiempo y para servicio de unos pocos. También dedico a la nueva gobernanza global y nacional que buscará el equilibrio enseñado por la naturaleza en todos los sectores: espiritual, humano, industrial, comercial, residencial y material con recursos en abundancia y para todos. No esperemos que se desate la furia de la naturaleza. Ing. Julio César Cárdenas Herrera.

(6) 1. INDICE GENERAL. INDICE GENERAL ........................................................................................................... 1 INDICE DE TABLAS ........................................................................................................ 6 INDICE DE FIGURAS ...................................................................................................... 9 RESUMEN ................................................................................................................... 16 PRESENTACION........................................................................................................... 19 OBJETIVOS ................................................................................................................. 20 OBJETIVO GENERAL .......................................................................................................... 20 OBJETIVOS ESPECIFICOS ................................................................................................... 20. ALCANCES. ................................................................................................................. 21 CAPÍTULO 1: LAS EMISIONES DE GASES DE EFECTO INVERNADERO, GEI ....................... 22 1.1.. ANTECEDENTES .................................................................................... 22. 1.2.. IDENTIFICACIÓN DE LOS PROBLEMAS ENERGÉTICOS .............................. 28. 1.3.. TERMODINAMICA ................................................................................ 33. 1.2.1. 1.2.2. 1.2.3. 1.2.4.. 1.4. 1.3.1. 1.3.1.1 1.3.1.2 1.3.1.3 1.3.2. 1.3.2.1 1.3.2.2 1.3.2.3 1.3.2.4 1.3.2.5 1.3.2.6. LA ENERGÍA .............................................................................................................. 34 LA ENTROPÍA Y LA SEGUNDA LEY DE TERMODINAMICA ......................................... 35 LA EXERGÍA ............................................................................................................... 40 CICLOS TERMODINAMICOS ...................................................................................... 42. CAUSANTES DE LOS GASES DE EFECTO INVERNADERO ........................... 45 GASES DE EFECTO INVERNADERO ............................................................................ 46 El dióxido de carbono (CO2)...................................................................................... 46 El metano, CH4........................................................................................................... 47 El óxido Nitroso (N2O) ............................................................................................... 48 GASES CONTAMINANTES LOCALES .......................................................................... 50 El monóxido de carbón (CO)...................................................................................... 50 Los compuestos orgánicos volátiles diferentes del metano, COVDM ....................... 51 Los óxidos de nitrógeno, NOx (diferente de Oxidos Nitrosos N 20) .......................... 52 Particulados, PM10 ................................................................................................... 54 Partículas Suspendidas Totales, PST .......................................................................... 55 Dióxido de azufre, SO2 ............................................................................................... 56. 1.5.. EXERGÍA, AMBIENTE Y DESARROLLO SUSTENTABLE ............................... 57. 1.6.. PROBLEMAS AMBIENTALES .................................................................. 57.

(7) 2. 1.5.1 1.5.2 1.5.3. CALENTAMIENTO GLOBAL. ...................................................................................... 58 EL AGOTAMIENTO DEL OZONO ESTRATOSFÉRICO................................................... 61 PRECIPITACIÓN ÁCIDA ............................................................................................. 62. 1.7.. POTENCIALES SOLUCIONES A LOS PROBLEMAS AMBIENTALES ............... 64. 1.8.. VERIFICACIÓN ESTADÍSTICA DEL CALENTAMIENTO GLOBAL ................... 66. 1.7.1 1.7.2 1.7.2.1 1.7.2.2 1.7.2.3 1.7.3 1.7.3.1 1.7.3.2 1.7.3.3 1.7.3.4 1.7.4 1.7.4.1 1.7.4.2. INTRODUCCION ........................................................................................................ 66 TEMPERATURAS GLOBALES DE LOS ULTIMOS 30 AÑOS .......................................... 68 Temperatura global según National Climate Data Center, NCDC ............................. 69 Temperatura global según datos de la NASA ............................................................ 70 Temperatura global según datos de la Universidad de Alabama .............................. 71 POSIBLES FACTORES CAUSANTES DEL CAMBIO DE TEMPERATURA. ....................... 71 La Erupción de los Volcanes ...................................................................................... 72 La irradiación solar .................................................................................................... 73 Oscilaciones climáticas causadas por las corrientes del Niño y la Niña .................... 74 La variación de las concentraciones de CO2 en la atmósfera .................................... 75 REGRESIÓN DE FACTORES CON LA TEMPERATURA DE NCDC .................................. 76 Regresión de la temperatura con 1 factor: la erupción de los volcanes. .................. 78 Regresión de la temperatura con 2 factores: la erupción de los volcanes y la radiación solar .......................................................................................................... 79 1.7.4.3 Regresión de la temperatura y 3 factores: la erupción de los volcanes, la radiación solar y las corrientes del Niño y la Niña ................................................................... 81 1.7.4.4 Regresión de la temperatura NCDC y 4 factores: la erupción de los volcanes, la radiación solar, las corrientes del Niño y la Niña y las emisiones de CO 2 ................ 83 1.7.5 Modelos ARIMA y ARMAX ........................................................................................................ 85 1.7.4.1 Modelo ARMAX utilizando la temperatura NCDC ........................................................... 87 1.7.4.2 Modelo ARMAX utilizando la temperatura NASA ........................................................... 89 1.7.4.3 Modelo ARMAX utilizando la temperatura Universidad de Alabama ............................. 91. 1.9.. LAS EMISIONES NO BIOGENICAS DE GEI EN EL MUNDO ......................... 95. 1.10.. LA MATRIZ ENERGETICA HERRAMIENTA DE ANALISIS ...........................100. 1.11.. LEGISLACION ECUATORIANA PARA EVITAR EMISIONES ........................102. CAPITULO 2: POTENCIAL ENERGETICO ECUATORIANO ................................................105 2.1.. POTENCIAL PETROLERO .......................................................................105. 2.2.. POTENCIAL DE GAS ASOCIADO .............................................................108. 2.3.. POTENCIAL DE GAS NATURAL..............................................................112. 2.4.. POTENCIAL HIDRICO ............................................................................112. 2.5.. POTENCIAL EÓLICO ..............................................................................115. 2.6.. POTENCIAL SOLAR ...............................................................................117. 2.7.. POTENCIAL GEOTERMICO ....................................................................121. 2.8.. POTENCIAL DE BIOMASA .....................................................................124. 2.8.1.. BAGAZO DE CAÑA Y GENERACIÓN ELÉCTRICA ....................................................... 124.

(8) 3. 2.8.2. 2.8.3.. 2.9.. PRODUCCION DE GASOLINAS E5 a E10 A PARTIR DEL ETANOL DE LA CAÑA DE AZUCAR .................................................................................................................. 125 PRODUCCION DE BIODIESEL A PARTIR DE PALMA AFRICANA ............................... 126. POTENCIAL NUCLEAR ...........................................................................128. CAPÍTULO 3: REDUCCIÓN DE EMISIONES EN EL ÁREA DE TRANSFORMACIÓN ..............130 3.1. 3.1.1. 3.1.2. 3.1.3. 3.1.4. 3.1.5. 3.1.6. 3.1.6.1. 3.1.6.2. 3.1.6.3. 3.1.7. 3.1.7.1. 3.1.7.2. 3.1.7.3. 3.1.8. 3.1.9. 3.1.9.1 3.1.9.2 3.1.9.3 3.1.9.4. 3.2. 3.2.1. 3.2.1.1. 3.2.1.2. 3.2.1.3. 3.2.1.4. 3.2.2. 3.2.2.1. 3.2.2.2. 3.2.2.3. 3.2.2.4. 3.2.2.5. 3.2.3. 3.2.3.1. 3.2.3.2. 3.2.3.3. 3.2.3.4. 3.2.4.. PRODUCCIÓN DE ELECTRICIDAD ...........................................................130 COMBUSTIBLES PARA LA GENERACION DE ELECTRICIDAD .................................... 130 REPRESENTACIÓN DE LOS COSTOS DE CADA TECNOLOGÍA ................................... 132 NECESIDADES DE ENERGIA Y CURVA DE CARGA DEL SISTEMA .............................. 136 DEMANDA DE ELECTRICIDAD ................................................................................. 143 CAPACIDAD INSTALADA EN SECTOR ELECTRICO .................................................... 146 GENERACION FUTURA EN BASE A UN ORDEN DE PRIORIDAD. .............................. 151 Potencia de generación eléctrica ............................................................................ 151 Generación eléctrica hasta el 2040 ......................................................................... 153 Factores de planta ................................................................................................... 154 PROYECCION UTILIZANDO PROGRAMACION LINEAL ............................................. 154 Capacidad de generación ........................................................................................ 155 Energía optimizada .................................................................................................. 156 Factores de planta ................................................................................................... 157 REDUCCION DE EMISIONES .................................................................................... 158 REDUCCION DE EMISIONES EN OTROS PROYECTOS .............................................. 160 Generación eólica .................................................................................................... 160 Pequeñas hidroeléctricas ........................................................................................ 161 Generación geotérmica ........................................................................................... 162 Generación con biogas ............................................................................................ 163. PRODUCCION DE DERIVADOS ..............................................................164 LINEA BASE DE REFINACION................................................................................... 164 Línea Base en Refinería de Esmeraldas ................................................................... 165 Refinería Amazonas ................................................................................................. 167 Refinería la libertad ................................................................................................. 168 Planta de gas ........................................................................................................... 169 OPTIMIZACION SECTOR REFINACION .................................................................... 171 Optimización Refinería de Esmeraldas .................................................................... 171 Optimización Refinería Amazonas........................................................................... 173 Cierre de la refinería de la Libertad ......................................................................... 174 Construcción de una nueva refinería: la refinería del Pacífico ................................ 174 Optimización de Planta de Gas de Shushufindi ....................................................... 176 CAMBIO Y REDUCCION DE LA DEMANDA DE DERIVADOS ..................................... 177 Impulso a producción del Etanol ............................................................................. 178 Impulso a la producción de Biodiesel ...................................................................... 179 Rehabilitación de refinerías ..................................................................................... 180 Cogeneración en refinerías, sistema GICC .............................................................. 180 EMISIONES SECTOR REFINACION ........................................................................... 181. CAPÍTULO 4: REDUCCIÓN EMISIONES EN LA DEMANDA ..............................................182 4.1.. SECTOR RESIDENCIAL ...........................................................................183.

(9) 4. 4.1.1. LINEA BASE DE LA DEMANDA ............................................................................................. 183 4.1.2. CAMBIOS Y REDUCCIONES EN LA DEMANDA ..................................................................... 184 4.1.2.1. Cambio del uso del GLP por electricidad en los hogares ......................................... 185 4.1.2.2. Reducción de energía eléctrica por Eficiencia Energética ....................................... 187 4.1.2.2.1 Aire acondicionado residencial ......................................................................... 187 4.1.2.2.2 Refrigeración residencial................................................................................... 188 4.1.2.2.3 Iluminación residencial ..................................................................................... 189 4.1.2.2.4 Calentamiento solar del agua ........................................................................... 190 4.1.2.2.5 Estufas mejoradas de leña ................................................................................ 191 4.1.2.2.6 Producción eficiente de carbón vegetal............................................................ 192 4.1.3. REDUCCION DE EMISIONES SECTOR RESIDENCIAL............................................................. 193. 4.2.. SECTOR INDUSTRIAL (INCLUYE AGROINDUSTRIAL) ...............................195. 4.2.1. LINEA BASE ............................................................................................................................ 195 4.2.2. REDUCCION DE CONSUMOS ................................................................................................. 195 4.2.2.1 Motores industriales ............................................................................................... 196 4.2.2.2 Cogeneración con bagazo ....................................................................................... 196 4.2.2.3 Cogeneración en industrias ..................................................................................... 198 4.2.3. REDUCCION DE EMISIONES................................................................................................... 200. 4.3.. SECTOR COMERCIAL Y SECTOR PÚBLICO ...............................................201. 4.3.1. LINEA BASE ........................................................................................................................... 201 4.3.2. REDUCCION DE DEMANDA .................................................................................................. 201 4.3.2.1 Aire acondicionado en edificios.............................................................................. 202 4.3.2.2 Iluminación en edificios .......................................................................................... 203 4.3.2.3 Reducciones en alumbrado público ....................................................................... 203 4.3.3. REDUCCION DE EMISIONES ................................................................................................. 204. 4.4.. SECTOR TRANSPORTE ..........................................................................205. 4.4.1. LINEA BASE.............................................................................................................................. 205 4.4.2. REDUCCION DE DEMANDA ..................................................................................................... 211 4.4.2.1 Uso de vehículos más eficientes ............................................................................. 211 4.4.2.2 Vehículos diésel en lugar de a gasolina .................................................................. 213 4.4.2.3. Uso de vehículos híbridos........................................................................................ 213 4.4.2.4 Autos más pequeños en lugar de SUVs (Jeeps) ...................................................... 215 4.4.2.5. Uso de carros eléctricos .......................................................................................... 216 4.4.2.6 Sistema de transporte masivo con BRT .................................................................. 218 4.4.2.7. Transporte por ferrocarril ....................................................................................... 218 4.4.3. REDUCCION TOTAL DE EMISIONES EN EL TRANSPORTE ......................................................... 221. CAPÍTULO 5: REDUCCION DE EMISIONES BIOGENICAS EN PROYECTOS NO ENERGETICOS .................................................................................................................................222 5.1.. LINEA BASE .........................................................................................226. 5.2.. REDUCCION DE EMISIONES ..................................................................232. 5.2.1 5.2.2 1.2.3. CAPÍTULO 6:. REDUCCION DE EMISIONES DE CO2 POR SECTORES .............................................. 232 REDUCCION DE EMISIONES DE CH4 POR SECTORES............................................... 233 REDUCCION DE EMISIONES DE N2O POR SECTORES .............................................. 235. PLAN DE REDUCCIÓN DE EMISIONES Y POLITICAS ........................236.

(10) 5. 6.1.. LA EVOLUCIÓN DE LAS EMISIONES EN EL ESCENARIO DE LA LÍNEA BASE 236. 6.2.. REDUCCION DE EMISIONES POR NUEVAS POLITICAS ............................237. 6.3.. REDUCCION DE EMISIONES POR PROYECTO .........................................239. 6.4.. ÁREAS DE ALTA PRIORIDAD .................................................................241. 6.4.1. 6.4.2. 6.4.3. 6.4.4.. REDUCCIÓN EN SECTOR USO DEL SUELO, SILVICULTURA, AGRICULTURA Y DESECHOS .............................................................................................................. 242 REDUCCIÓN EN EL SECTOR DE TRANSPORTE ......................................................... 243 REDUCCIÓN EN EL SECTOR DE GENERACION ELECTRICA....................................... 243 REDUCCIÓN EN EL SECTOR RESIDENCIAL ............................................................... 244. 6.5.. INVERSIONES REQUERIDAS ..................................................................244. 6.6.. FACTIBILIDAD Y BARRERAS DE IMPLEMENTACIÓN ................................246. 6.7.. IMPLEMENTACIÓN DE POLÍTICAS .........................................................247. 6.7.1 6.7.2 6.7.3 6.7.4 6.7.5 6.7.6 6.7.7. PROGRAMAS FORESTALES Y CONTROL DE RESIDUOS Y EFLUENTES ..................... 248 PROGRAMAS DE TRANSPORTE PÚBLICO Y PLANIFICACIÓN URBANA .................... 248 GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD OPTIMIZANDO LAS TECNOLOGÍAS EXISTENTES. 248 NORMAS DE EFICIENCIA ENERGÉTICA. .................................................................. 249 NORMAS DE CALIDAD DEL AIRE ............................................................................. 249 PRECIOS DE LA ENERGÍA. ....................................................................................... 250 FINANCIAMIENTO DE LOS PROYECTOS .................................................................. 250. CONCLUSIONES .........................................................................................................253 RECOMENDACIONES..................................................................................................256 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ..................................................................................257 ANEXO 1. Ejemplos de Entropía, Exergía, Ciclos termodinámicos ....................................260 ANEXO 2. Factores de emisión .........................................................................................261 ANEXO 3. Producción de crudo y gas ................................................................................262 ANEXO 4. Factibilidades ..................................................................................................263.

(11) 6. INDICE DE TABLAS Tabla 1 : Principales causantes del Cambio Climático .................................................. 60 Tabla 2: Regresión de la temperatura con un 1 factor que mide la erupción de los volcanes ......................................................................................................... 78 Tabla 3: Regresión de la Temperatura con 2 factores la erupción de los volcanes y la radiación solar .............................................................................................. 80 Tabla 4: Regresión de la Temperatura y 3 factores: erupción de los volcanes, Radiación solar y Corrientes del Niño y la Niña ....................................... 82 Tabla 5: Regresión de la temperatura NCDC y 4 factores: Erupción de los volcanes, Radiación solar, Corrientes del Niño y las emisiones de CO2 .................. 84 Tabla 6: ARMAX para la Temperatura NCDC y los 4 factores: Erupción de volcanes, Radiación solar, Corrientes del Niño y emisiones de CO2 ........................ 88 Tabla 7: Modelo ARMAX con Temperatura NASA y cuatro factores ........................ 90 Tabla 8: Modelo ARMAX con los datos de Temperatura de la Universidad de Alabama, UAH y los 4 factores ................................................................... 92 Tabla 9: Matriz energética del ecuador, año 2010 ....................................................... 100 Tabla 10: Reservas petroleras ecuatorianas ................................................................. 106 Tabla 11: Reservas de gas asociado por campos .......................................................... 108 Tabla 12: Potencial hidroeléctrico de INECEL publicado en Plan Maestro de Electrificación 2012-2021 ........................................................................... 115 Tabla 13: Localización de posibles proyectos de generación eólica según CONELEC ...................................................................................................................... 116 Tabla 14: Potencial geotérmico de Alta Temperatura, según estudio INECELOLADE 1980 ............................................................................................... 122 Tabla 15: Potencial Geotérmico de Baja Temperatura según estudio INECEL OLADE 1980 ............................................................................................... 122 Tabla 16: Resumen de costos típicos de plantas de generación eléctrica con diferente tecnología..................................................................................................... 131 Tabla 17: Cálculo del costo fijo anualizado................................................................... 134 Tabla 18: Costo de cada tecnología ................................................................................ 134 Tabla 19: Costo comparativo de cada tecnología ......................................................... 135 Tabla 20: Factores de Carga en los puntos óptimos ..................................................... 136.

(12) 7. Tabla 21: Rangos de demanda por Tecnología ............................................................. 140 Tabla 22: Precios de Combustibles considerados ......................................................... 141 Tabla 23: Costos de energía con precios internacionales y subsidiados ..................... 142 Tabla 24: Capacidad de generación en el 2012 en Ecuador ........................................ 146 Tabla 25: Variables consideradas para cada tecnología de generación ..................... 150 Tabla 26: Factores de Planta para el caso con orden de mérito.................................. 154 Tabla 27: Factores de planta para el caso de programación lineal ............................ 157 Tabla 28: Energía generada y factor de carga del escenario base y programación lineal............................................................................................................. 158 Tabla 29: Costos de generación y reducción de emisiones en el escenario base y el de programación lineal. .................................................................................. 159 Tabla 30: Esquema de refinación actual de la Refinería de Esmeraldas y su margen de refinación................................................................................................ 166 Tabla 31: Esquema de refinación, caso Base de Refinería Amazonas y margen....... 167 Tabla 32: Esquema de refinación Ref. La Libertad, Caso Base y Margen ................ 168 Tabla 33: Esquema de refinación y margen de la Planta de Gas de Shushufindi ..... 169 Tabla 34: Esquema de refinación optimizado de la refinería Esmeraldas y su nuevo margen de refinación ................................................................................. 172 Tabla 35: Esquema de refinación optimizada de refinería Amazonas y su nuevo margen ......................................................................................................... 173 Tabla 36 : Rendimientos, precios y margen de refinacion estimados de la refinería del Pacífico ........................................................................................................ 175 Tabla 37: Rendimiento de los vehículos por km. .......................................................... 210 Tabla 38: Comparación del consumo de combustibles y emisiones en un viaje de Quito a Guayaquil por diferentes vehículos ............................................ 219 Tabla 39: Matriz de conversión para el período 1990 - 2009, equivalente a 20 años 224 Tabla 40: Matriz de conversión del Uso del Suelo estimada para el año 2006 .......... 225 Tabla 41: Inventario de emisiones de efecto invernadero estimadas para el Ecuador ...................................................................................................................... 227 Tabla 42: Emisiones del sector Agricultura por fermentación entérica y manejo del estiércol del ganado .................................................................................... 229 Tabla 43: Emisiones del sector del Uso del Suelo en el 2006 según Directrices del IPCC 2006 ................................................................................................... 230.

(13) 8. Tabla 44: Reducción de emisiones por proyecto........................................................... 239 Tabla 45: Priorización de proyectos en función del mayor volumen de reducciones de gases de efecto invernadero ....................................................................... 241 Tabla 46: Inversiones requeridas por proyecto ............................................................ 245 Tabla 47: Inversiones requeridas para el sector privado, los hogares y el sector público ......................................................................................................... 251.

(14) 9. INDICE DE FIGURAS Figura 1 a: Emisiones de GEI por 2000 años .................................................................. 23 Figura 2: Incremento de temperatura, nivel del mar y reducciones de capa de nieve 25 Figura 3: IPCC emisiones por grupo de gases ................................................................ 26 Figura 4: IPCC emisiones GEI por sectores ................................................................... 27 Figura 5: IPC, Proyección del incremento de la temperatura media global................ 28 Figura 6: Proceso de conversión de energía .................................................................... 29 Figura 7: Usos de la Matriz energética de USA, 2009 ........................................... 30 Figura 8: Ineficiencia en automotores en autopistas de USA, según Hobson realizado en el 2004 .................................................................................. 31 Figura 9: Generación con turbina de vapor usando fuel oil ............................... 32 Figura 10: Ciclo combinado o Cogeneración: Turbina de Gas + Turbinas de vapor + procesos industriales .................................................................................... 32 Figura 11: Usos energéticos en el Ecuador en el 2010 .................................................... 33 Figura 12: Motores de Combustión Interna y Ciclos Termodinámicos de Otto y Diésel ........................................................................................................................ 42 Figura 13: Turbina de Vapor y el Ciclo Termodinámico Rankine ............................... 43 Figura 14: Turbina de Gas y el Ciclo Termodinámico de Brayton .............................. 43 Figura 15: Ciclos Combinados de Turbina de Gas y Turbina de Vapor .................... 44 Figura 16: Ciclo Termodinámico de Refrigeración (Ciclo Invertido de Carnot) ........ 45 Figura 17: Relación entre exergía, energía medio ambiente y desarrollo sustentable 57 Figura 18: Variación de la temperatura según la NASA ............................................... 59 Figura 19: Incremento de CO2 en la atmosfera .............................................................. 59 Figura 20: Funcionamiento del efecto invernadero........................................................ 60 Figura 21: Los Causantes de la reducción de la capa de Ozono ................................... 62 Figura 22: Transformaciones Químicas para formar Lluvia Ácida ............................. 63 Figura 23: Desarrollo Sustentable ................................................................................... 65 Figura 24: Variación de temperatura en base a núcleos de hielo en Groenlandia ...... 67 Figura 25: Variación de temperatura desde el año 9.000 a.c. hasta el 2.000 d.c. ........ 68 Figura 26: Variación de temperaturas global de National Climate Data Center, NCDC ............................................................................................................ 69 Figura 27: Variación temperatura global según Instituto Goddard de NASA ........... 70.

(15) 10. Figura 28: Variación temperatura según Universidad de Alabama, Huntsville ......... 71 Figura 29: Medición de la erupciones utilizando Aerosol Optical Depth, AOD de la NASA ............................................................................................................. 72 Figura 30: Irradiación Solar total del Observatorio físico meteorológico de Davos ... 73 Figura 31: Indice multivariante ENSO de la corriente del Niño y la Niña .................. 74 Figura 32: Promedio global del CO2 en la Superficie Marina del Laboratorio de Investigación de los Sistemas de la Tierra ................................................. 75 Figura 33: Concentraciones de SO4 en Groenlandia según Mayewski en 1993 .......... 76 Figura 34: Separación de la concentración de Sulfatos en Curva Suavizada y curva de Residuos o Rápida ........................................................................................ 77 Figura 35: Regresión de Temperatura NCDC y el Factor aod que mide erupciones . 79 Figura 36: Regresión de la Temperatura con 2 factores: la erupción de los volcanes y la radiación solar .......................................................................................... 81 Figura 37: Regresión de la temperatura y 3 factores: Erupción de volcanes, Radiación solar y Corrientes del Niño y la Niña.......................................................... 83 Figura 38: Curvas de Temperatura NCDC, 4 factores y NCDC suavizado ................ 85 Figura 39: Modelo ARMAX para la Temperatura NCDC y los factores: Erupción de volcanes, Radiación solar, Corriente del Niño y Emisiones CO2 ............. 89 Figura 40 : Modelo ARMAX con temperatura de la NASA y los cuatro factores ...... 91 Figura 41: Modelos ARAMX con temperatura Universidad de Alabama y los cuatro factores .......................................................................................................... 93 Figura 42: Emisiones mundiales de CO2 según EIA ...................................................... 95 Figura 43: emisiones de CO2 en países no OECD........................................................... 96 Figura 44: Demanda mundial por tipo de combustibles segun EIA ............................. 97 Figura 45: Combustibles requeridos a nivel mundial para generación eléctrica ........ 98 Figura 46: Emisiones de CO2 por persona ...................................................................... 99 Figura 47: Mapa petrolero ecuatoriano con bloques en explotación y en licitación . 105 Figura 48: Producciones caso base hasta el 2040, utilizando programa LEAP ......... 107 Figura 49: Comportamiento de Reservas Remanentes utilizando el programa LEAP ...................................................................................................................... 107 Figura 50: Producción estimada de Gas Asociado en el Ecuador ............................... 109 Figura 51: Estimado del gas asociado por productos ................................................... 110.

(16) 11. Figura 52: Proyección estimada de Gas Asociado en Oriente ecuatoriano, usando LEAP ........................................................................................................... 110 Figura 53: Utilización de combustibles en Proyecto OGE de Petroamazonas, utilizando LEAP ......................................................................................... 111 Figura 54: Producción estimada de Gas Natural de Campo Amistad, utilizando LEAP ...................................................................................................................... 112 Figura 55: Vertientes del Pacífico y Amazonas ............................................................ 113 Figura 56: Complementariedad de caudales de las Vertientes del Pacífico y del Amazonas .................................................................................................... 114 Figura 57: Estimados de proyectos eólicos en Ecuador utilizando LEAP ................. 117 Figura 58: Mayores radiaciones solares según SunWise Technologies, de Curso de Ning Chen.................................................................................................... 118 Figura 59: Radiación solar en Quito .............................................................................. 119 Figura 60: Insolación Global Promedio de Ecuador tomado del Atlas Solar del Ecuador del CONELEC ............................................................................ 119 Figura 61: Proyección de generación fotovoltaica en Ecuador utilizando LEAP ..... 120 Figura 62: Gran potencial geotérmico en Ecuador por la presencia de 40 volcanes activos. ......................................................................................................... 121 Figura 63: Proyectos de generación Geotérmica a ser instalados en Ecuador utilizando LEAP ......................................................................................... 123 Figura 64: Generación eléctrica a partir de biomasa, utilizando LEAP .................... 124 Figura 65: Producción esperado e Etanol y área requerida de siembra en ha/año .. 125 Figura 66: Producción esperada de Biodiesel y superficie excedente de Palma Africana en ha/año ..................................................................................... 127 Figura 67: % de biodiésel a ser mezclado con el diésel petrolero, utilizando el LEAP ...................................................................................................................... 127 Figure 68: Ubicación de posibles áreas uraníferas en Ecuador .................................. 128 Figura 69 : Variación de los costos totales vs. el factor de carga ................................ 135 Figura 70: Curva de carga diaria en el Ecuador, según el CENACE ........................ 137 Figura 71: Curva de Carga semanal según CENACE ................................................. 137 Figura 72: Curva de carga anual para el 2012 en Ecuador, según CENACE ........... 138 Figura 73: Curva de Carga Normalizada ..................................................................... 138.

(17) 12. Figura 74: Correlación entre Costos de Tecnologías y la Curva de Carga normalizada ...................................................................................................................... 139 Figura 75: Curva de Carga decreciente por Tecnología .............................................. 140 Figura 76: Curva de Carga Horaria por Tecnología ................................................... 140 Figura 77: Curva de Costos Subsidiados vs. Factor de Carga .................................... 141 Figura 78: La demanda máxima considerada por año en Ecuador, considerada en el LEAP ........................................................................................................... 143 Figura 79: Disponibilidad de energía hídrica debido al estiaje, considerado en el LEAP ........................................................................................................... 144 Figura 80: Proyección de la demanda eléctrica por sectores según el CENACE ...... 144 Figura 81: Crecimiento de la demanda considerada en el programa LEAP ............. 145 Figura 82: Capacidad hídrica en el Ecuador: histórica y esperada ........................... 147 Figura 83: Capacidad de generación de turbinas de vapor ......................................... 148 Figura 84: Capacidad instalad de motores de combustión interna ............................ 149 Figura 85: Capacidad instalada de turbinas a gas con diesel ...................................... 149 Figura 86: Potencia instalada para el caso de mínimo Costo ...................................... 152 Figura 87: Generación instalada hasta 2040 en base a información de CENACE, utilizada en el LEAP .................................................................................. 153 Figura 88: Capacidad Optimizada en base programación lineal del LEAP .............. 155 Figura 89: Energía generada en base a programación lineal del LEAP .................... 156 Figura 90: Reducciones de emisiones por programación lineal .................................. 160 Figura 91: Capacidad eólica estimada posible en Ecuador ......................................... 161 Figura 92: Capacidad estimada para pequeñas hidroeléctricas en Ecuador ............ 162 Figura 93: Capacidad estima en generación geotérmica en el Ecuador..................... 163 Figura 94: Capacidad de generación con biogás en base a la basura ......................... 164 Figura 95: Producción de derivados en caso base en Refinería Esmeraldas ............. 166 Figura 96: Producción de derivados en caso Base de ref. Amazonas si no se moderniza .................................................................................................... 167 Figura 97: Producción de derivados en caso Base Ref. La Libertad .......................... 168 Figura 98: Producción de derivados de Planta de Gas de Shushufindi...................... 169 Figura 99: Cargas vs. Capacidad de Planta de Gas de Shushufindi, caso base ......... 170 Figura 100: Producción de derivados de todas las refinerías actuales, Caso Base .... 170.

(18) 13. Figura 101: Optimización de la producción de la refinería de Esmeraldas con la nueva inversión ........................................................................................... 172 Figura 102: Producción optimizada en refinería Amazonas ....................................... 174 Figura 103: Derivados a producirse en Refinería del Pacífico .................................... 175 Figura 104: La optimización de la Panta de Gas de Shushufindi a plena capacidad 176 Figura 105: Producción de derivados de todas las refinerías, caso optimizado ........ 177 Figura 106: Producción de Etanol en Barriles de crudo equivalente por día ............ 178 Figura 107: Capacidad instalada estimada de biodiesel en Ecuador ......................... 179 Figura 108: Incremento de emisiones en sector de refinación por incremento de capacidad..................................................................................................... 181 Figura 109: Demanda de energéticos por sectores ....................................................... 182 Figura 110: Demanda por productos en sector de Demanda ...................................... 182 Figura 111: Demanda Base de energéticos en sector Residencial ............................... 183 Figura 112: Demanda optimizada del Sector Residencial ........................................... 184 Figura 113: Principales reducciones de la demanda en Sector Residencial ............... 185 Figura 114: Reemplazo de GLP por electricidad usando programa LEAP .............. 186 Figura 115: La reducción de emisiones por el reemplazo de GLP por electricidad es alto ............................................................................................................... 186 Figura 116: Reducción de consumo eléctrico en aire acondicionado de hogares ...... 187 Figura 117: Reducción de electricidad en refrigeradores en los hogares ................... 188 Figura 118: Disminución del consumo eléctrico por el cambio de focos incandescentes por fluorescentes ......................................................................................... 189 Figura 119: Disminución energético por el uso de paneles solares para calentamiento de agua en los hogares ................................................................................ 190 Figura 120: En la optimización de estufas de leña hay un incremento del uso de la leña ............................................................................................................... 191 Figura 121: Reducción del uso de la leña por procesamiento eficiente del carbón vegetal .......................................................................................................... 192 Figura 122: Cambio en sector residencial por eficiencia energética en GJ ............... 193 Figura 123: Reducción de emisiones del sector residencial consolidado .................... 194 Figura 124: Combustibles que se reducen en el sector residencial optimizado ......... 194 Figura 125: Demanda base del Sector Industrial ......................................................... 195.

(19) 14. Figura 126: Reducción del uso de electricidad en optimización de motores obsoletos en Industria ................................................................................................. 196 Figura 127: Reducción de la demanda de electricidad y fuel oil por la cogeneración con bagazo ................................................................................................... 197 Figura 128: Cambio en la demanda por introducir cogeneración en la Industria .... 199 Figura 129: Reducciones de emisiones por cogeneración en Industrias .................... 199 Figura 130: Cambios en la demanda por optimización sector industria ................... 200 Figura 131: Emisiones en sector industrial optimizado ............................................... 200 Figura 132: Demanda base del sector comercial y público .......................................... 201 Figura 133: Reducción de electricidad por la optimización del aire .......................... 202 Figura 134: Reducción de la electricidad por mejoramiento ...................................... 203 Figura 135: Reducción de electricidad por el cambio de luminarias del alumbrado público ......................................................................................................... 204 Figura 136: Reducciones de emisiones en el sector comercial optimizado ................. 205 Figura 137: Tenencia de vehículos por 1000 personas en función de PIB per cápita 206 Figura 138: Tenencia de vehículos por 1000 habitantes considerado ........................ 206 Figura 139: Demanda de combustibles en sector transporte por carretera, aire y mar ...................................................................................................................... 207 Figura 140: Consumo de combustibles por tipo de vehículos en carreteras .............. 207 Figura 141: Número de vehículos por tipo en el Ecuador ........................................... 208 Figura 142: Curva de antigüedad de los vehículos existentes ..................................... 208 Figura 143: Sobrevivencia de los vehículos ................................................................... 209 Figura 144: Perfil de degradación del kilometraje ....................................................... 210 Figura 145: Reducción de combustibles por mayor rendimiento de vehículos ......... 212 Figura 146: Reducción de emisiones por mejor rendimiento de vehículos ................ 212 Figura 147: Reducción de gasolinas por el cambio a vehículos a diésel ..................... 213 Figura 148: Reducción de combustibles por el uso de vehículos híbridos ................. 214 Figura 149: Reducción de emisiones por el uso de vehículos híbridos ....................... 215 Figura 150: Reducción de combustibles por el reemplazo de Jeeps por automóviles más livianos ................................................................................................. 216 Figura 151: Reducción de gasolinas por el uso de vehículos eléctricos ...................... 217 Figura 152: Reducción de emisiones de CO2 eq. por el uso de vehículos eléctricos .. 217 Figura 153: Reducción de combustibles por el uso de buses BRT .............................. 218.

(20) 15. Figura 154: Distancias desde Quito a Guayaquil por avión y carretera .................... 219 Figura 155: Reducción de combustibles por el uso del tren de carga ......................... 220 Figura 156: Reducción de emisiones por la utilización del tren .................................. 221 Figura 157: Comparación de reducción de emisiones por escenario en transporte.. 221 Figura 158: 14 ecosistemas en el Ecuador según atlas geográfico del Instituto Geográfico Militar ...................................................................................... 222 Figura 159: Curva de deforestación estimada en base los promedios obtenidos de las matrices de conversión ............................................................................... 224 Figura 160: Fuentes y captaciones de gases de efecto invernadero en el sector AFOLU, de Directrices del IPCC 2006 .................................................... 228 Figura 161: Toneladas de Emisiones de CO2, CH4 y N2O de sector no energético ... 231 Figura 162: Emisiones principales de CO2 equivalente en sector no energético ....... 232 Figura 163: Reducción de emisiones de CO2 por sectores ........................................... 233 Figura 164: Principales emisiones de CH4 en sector no energético ............................ 234 Figura 165: Principales emisiones de N2O en el sector no energético ........................ 235 Figura 166: Crecimiento del PIB en valores corrientes ............................................... 236 Figura 167: Crecimiento de la población en millones de habitantes .......................... 237 Figura 168: Emisiones en toneladas de CO2 equivalentes en el caso base . 237 Figura 169: Reducción de emisiones en todos los sectores .......................................... 238 Figura 170: Sectores de mayor reducción de emisiones ............................................... 238 Figura 171: Curva de Reducción de emisiones de gases de efecto invernadero en el 2040 y sus costos ......................................................................................... 240 Figura 172: Curva de deforestación y emisiones y absorciones de CO2 ..................... 242.

(21) 16. RESUMEN El calentamiento global es causado por el hombre por la emisión de gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono, CO2, que se emite en la combustión de los combustibles fósiles en los vehículos, la generación termoeléctrica y refinación del petróleo, por el metano, CH4 que se emite por fermentación entérica y cultivos de arroz, y por el óxido nitroso, N2O, causado por los suelos agrícolas por el contenido de fertilizantes sintéticos. Igualmente la debilitación de la capa de Ozono causado por los compuestos orgánicos volátiles diferentes del metano, COVDM, como los halógenos, olefinas, cetonas, y aldehídos. La contaminación local es causada por los particulados, PM10, que se emiten en la combustión del diésel, así como la lluvia ácida producida por la presencia en la combustión de azufre y nitrógeno. Las emisiones ecuatorianas en el 2013 fueron de 56 millones de toneladas de CO2 equivalente, MM.ton.CO2.eq, que se desglosan en 20 MM.ton.CO2.eq por el sector de la demanda, en 7 MM.ton.CO2.eq por el sector de la transformación y en 29 MM.ton.CO2.eq por el sector no energético. Estas emisiones, en el escenario base, crecerán en el 2040 a 96,1 MM.ton.CO2.eq que se desglosaran en 43,2 MM.ton.CO2.eq por el sector de la demanda, en 15 MM.ton.CO2.eq por el sector de la transformación y en 37,5 MM.ton.CO2.eq por el sector no energético. Con adecuadas políticas las emisiones en el 2040 se reducirían a 61 MM.ton.CO2.eq que se desglosan en 32,4 MM.ton.CO2.eq por el sector de la demanda, en 12,3 MM.ton.CO2.eq por el sector de la transformación y en 16,3 MM.ton.CO2.eq por el sector no energético. Los sectores en los que se realizarán las mayores reducciones son: en el sector no energético fundamentalmente por el control de los cambios del uso del suelo por 21,18 MM.ton.CO2.eq, en el sector del transporte por 18,3 MM.ton.CO 2.eq; en el sector de la transformación o sea en la generación eléctrica y refinerías por 9 MM.ton.CO2.eq; en el sector industrial y comercial por 3,6 MM.ton.CO2.eq; y en el sector residencial por 2,4 MM.ton.CO2.eq.

(22) 17. Las inversiones requeridas son de 122 mil millones de dólares de 2013 a 2040. Las principales políticas a aplicarse serían: eficiencia energética en todos los procesos de uso de la energía; la focalización y reducción paulatina de los subsidios al GLP, gasolinas y diésel; mejoramiento de la calidad de los combustibles; reemplazo del gas natural por el diésel en el transporte masivo; mejoramiento del transporte masivo para que desplace el uso del automóvil; acceso tecnológico e incentivos para la inclusión del auto híbrido y eléctrico; planificación a largo plazo de los cambios del uso del suelo incentivando la plantación de árboles y bosques y mejorando los rendimiento de cultivos y pastizales; priorización de generación hídrica; la termoelectricidad debe programarse en base a los precios internacionales de los combustibles; acrecentar el uso del gas natural incluyendo la cogeneración; procesos de cogeneración en las industrias; desarrollar proceso de gasificación en la refinerías y en el uso de la biomasa; incluir la energía nuclear para generación eléctrica; generación eléctrica con la basura, utilización de paneles solares; etiquetización energética de electrodomésticos; aislamientos óptimos en las construcciones.. ABSTRACT Global warming is caused by man by the emission of greenhouse gases such as; carbon dioxide, CO2, which is emitted in the combustion of fossil fuels in vehicles, in the thermoelectric generation and the refining of oil; methane, CH4 emitted from enteric fermentation and rice cultivation; and nitrous oxide, N2O, caused by agricultural soils for the content of synthetic fertilizers. Similarly the weakening of the ozone layer is caused by the different methane volatile organic compounds, DMVOC, such as halogens, olefins, ketones, and aldehydes. The local pollution is caused by particulates, PM10, which is emitted in the combustion of diesel. The acid rain, is caused by the combustion with contents of sulfur and nitrogen. The Ecuadorian emissions in 2013 is 56 million tonnes of CO2 equivalent, MM.ton.CO2.eq, broken down in 20 MM.ton.CO2.eq by demand sector, in 7 MM.ton.CO2 . eq by the transformation sector and 29 MM.ton.CO2.eq by the nonenergy sector..

(23) 18. This emissions in the baseline scenario is expected to grow in 2040 to 96,1 MM.ton.CO2.eq, broken down into 43,6 MM.ton.CO2.eq by the demand sector, into 15 MM.ton.CO2.eq by the transformation sector and into 37,5 MM.ton.CO2.eq by the non-energy sector. With appropriate policies, the emissions in 2040 would be reduced to 61 MM.ton.CO2.eq broken down into 32,4 MM.ton.CO2.eq by the demand sector, into 12,3 MM.ton.CO2.eq by the transformation sector and into 16,3 MM.ton.CO2.eq by the non-energy sector. The sectors where the greatest reductions are: the non-energy sector mainly for control of land use changes with 21,18 MM.ton . CO2.eq, the transport sector with 18.3 MM.ton.CO2.eq; the transformation sector in power generation and in refineries with 9 MM.ton.CO2.eq; the industrial and commercial sector with 3.6 MM.ton.CO2.eq; and the residential sector with 2.4 MM.ton.CO2.eq Investments required are 122 billion from 2013-2040. The main policies to be implemented are: energy efficiency in all processes of energy use; targeting and gradual reduction of subsidies for LPG, gasoline and diesel; improving fuel quality; replacement of diesel by natural gas in the diesel public transportation; improved public transportation to change the private car use; technological access and incentives for including hybrid and electric car; long-term planning of land use changes encouraging the planting of trees and forests and improving yield of crops and pastures; prioritizing water generation; thermoelectricity be programmed based on international fuel prices; increasing the use of natural gas including cogeneration processes; cogeneration in industries; develop gasification process in refineries and in the biomass; include nuclear energy for power generation; waste power generation; use of solar panels; energy labeling of appliances and optimal insulation in buildings..

(24) 19. PRESENTACION. El estudio de las emisiones de carbono en el Ecuador tiene como finalidad el disponer de una política de reducción de emisiones de carbono. Para determinar esta política es necesario conocer el monto de las emisiones actuales en todos los sectores, cuanto contamina la producción de crudo, el transporte, la industria, el comercio, el sector residencial en la cocción de alimentos, en el uso de electrodomésticos, en la iluminación, en la producción de electricidad, en la refinerías, en la deforestación, en el cambio del uso del suelo, etc. Se espera solucionar los siguientes problemas que se han presentado con el objetivo de determinar una política de reducción de emisiones: •. El no disponer de un inventario de proyectos de reducción de emisiones.. •. El no tener cuantificado el monto de la contaminación en cada uno de los sectores. •. La dependencia muy alta en el recurso fósil no renovable. •. El no conocer sobre el cambio climático causado por las emisiones del hombre. •. La baja disponibilidad de tecnología propia. •. La no existencia de un plan de eficiencia energética. •. Las altas tasas de deforestación que han disminuido la capacidad de efecto sumidero del CO2.. •. El no disponer de una plan de bajas emisiones en el Ecuador.

(25) 20. OBJETIVOS. OBJETIVO GENERAL Reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en Ecuador a través de nuevas inversiones en proyectos que deben ser compatibles con la protección del medio ambiente.. OBJETIVOS ESPECIFICOS a) Realizar un análisis costo beneficio de los proyectos para saber cuán beneficioso o costoso es la reducción de las emisiones por dólar invertido. b) Preparar un escenario de reducción de emisiones desde el año 2013 al 2040 basado en el potencial y los costos de las opciones de mitigación en todos los sectores.. c) Proponer un plan de políticas prioritarias para el desarrollo de proyectos de bajas emisiones.

(26) 21. ALCANCES. Se seleccionarán los sectores objeto del análisis de reducción de emisiones, la factibilidad y barreras de implementación en base fundamentalmente a las inversiones requeridas y las posibles políticas que permitan la implementación de los proyectos de bajas emisiones.. a). Se analizarán las áreas de alta prioridad en: a. Transporte b. Electricidad c. Industria del petróleo y gas d. Uso final de energía e. Sector forestal. b). Se señalarán las factibilidades y las barreras a la implementación a. Requerimientos de financiamiento b. Financiamiento de la inversiones i. Financiamiento sector público ii. Financiamiento sector privado iii. Financiamiento de la familias. c). Se delinearán las posibles políticas para el desarrollo de proyectos de bajas emisiones en: a. Generación de electricidad a partir de energías renovables b. Normas de eficiencia energética c. Planeamiento urbano y transporte público d. Programas forestales e. Otros. d). Se propondrá un plan de reducción de carbono en Ecuador.

(27) 22. CAPÍTULO 1: LAS EMISIONES DE GASES DE EFECTO INVERNADERO, GEI 1.1.. ANTECEDENTES. Para situarnos en el tema de este estudio sobre la reducción de emisiones de carbono o más precisamente de CO2 equivalente, dentro del problema mundial sobre el cambio climático producido por las emisiones de Gases de Efecto Invernadero, GEI, se tomará en cuenta los trabajos realizados por el IPCC.. El IPCC es el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático, es el principal organismo internacional para la evaluación del cambio climático. Fue establecido por el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA) y la Organización Meteorológica Mundial (OMM) en 1988 para ofrecer al mundo una visión científica clara sobre el estado actual del conocimiento sobre el cambio climático y sus posibles impactos ambientales y socio-económicos. En el mismo año, la Asamblea General de la ONU aprobó la acción por la OMM y el PNUMA para establecer conjuntamente el IPCC.. EL IPCC es un órgano intergubernamental. Está abierto a todos los países miembros de las Naciones Unidas (ONU) y la OMM. Actualmente 195 países son miembros del IPCC, en el que está incluido Ecuador.. Las actividades humanas han provocado el calentamiento global debido a la emisión de gases de efecto invernadero. Los principales gases de efecto invernadero son el dióxido de carbono, CO2, el metano, CH4, los óxidos nitrosos, N2O, y los halocarburos (grupo de gases que contienen fluor, cloro y bromo). En base a la información del IPPC (IPCC, Cambio Climático 2007), se grafican, en la Figura 1a, las concentraciones importantes de gases de efecto invernadero.

(28) 23. en los últimos 2000 años1. Los incrementos acelerados experimentados desde aproximadamente el año 1750 se atribuyen a las actividades humanas de la era industrial. Figura 1 a: Emisiones de GEI por 2000 años. Las unidades de concentración se miden en partes por millones (ppm) o partes por miles de millones (ppb), indicando la cantidad de moléculas de gases de efecto invernadero por millones o miles de millones de moléculas de aire, respectivamente, en una muestra de la atmósfera. Igualmente se puede indicar la concentración de gases de efecto invernadero en vatios por metro cuadrado, por medio de un factor denominado “Forzamiento Radiativo”, “que es la medida de la influencia de un factor que puede causar un cambio climático, de cómo el equilibrio del sistema atmosférico de la tierra se comporta cuando se alteran los factores que afectan al clima. La palabra radiativo proviene del hecho de que estos factores cambian el equilibrio entre la radiación 1. Cambio climático 2007, Preguntas Frecuentes. Informe del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el cambio Climático.

(29) 24. solar entrante y la radiación solar infrarroja saliente dentro de la atmósfera terrestre. El equilibrio radiativo controla la temperatura de la superficie terrestre. El término forzamiento se utiliza para indicar que el equilibrio radiativo de la tierra está siendo separado de su estado normal.” En la Figura 1 b, se indican los valores del Forzamiento radiativo. Figura 1 b. El forzamiento radiativo de la irradiación solar de 0,1 vatios/m 2 es muy baja comparada por los gases de efectos invernadero del CO2 de 1,65 vatios/m 2, sin embargo hay que tener en cuenta el efecto de enfriamiento causado por el efecto albedo (radiación que se refleja) de las nubes con un forzamiento radiativo de -0,7 vatios/m2. En la Figura 2 se observan los efectos de los gases de efecto invernadero en los incrementos de temperatura en la superficie de la tierra desde el año 1850, los.

(30) 25. incrementos del nivel del mar y las disminuciones de la cubierta de nieve en el Hemisferio Norte2. Figura 2: Incremento de temperatura, nivel del mar y reducciones de capa de nieve. De acuerdo al IPPC (IPCC_Cambio_Climático 2014), el crecimiento de las emisiones de gases de efecto invernadero, (GHG en inglés) desde 1970 al 2010 se observan en la Figura 33. 2. Cambio climático 2007, Resumen para responsables de políticas. Informe del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el cambio Climático.

(31) 26. Figura 3: IPCC emisiones por grupo de gases. Las mayores emisiones (76%) corresponden a las emisiones de CO 2 por la combustión de combustibles fósiles en el transporte, sistemas de calefacción, aire acondicionado en edificaciones y procesos industriales (65%), más las emisiones de CO2 por los cambios del uso del suelo y silvicultura (FOLU en inglés) (11%), ya que con la deforestación se libera CO2 y se reduce la absorción del CO2 de las plantas. El CO2 se libera tambien como proceso natural, con la descomposición de la materia vegetal. Luego se tienen las emisiones de CH4 (16%), relacionadas con la agricultura, la distribucion de gas natural y los vertederos. Tambien se libera metano en los humedales. Las emisiones de N2O (6,2%), por el uso de fertilizantes y la quema de combustibles fósiles. Los procesos naturales de los suelos y los océanos tambien liberan N2O. Por último se tiene las emisiones de halocarbonos que incluyen gases de fluor, cloro y bromo (2%).. 3. IPCC, 2014: Summary for Policymarker, In: Climate Change 2014. Contribution of Working Group III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change..

(32) 27. La distribución de emisiones de gases de efecto invernadero del 2010 de 49 Gt CO2 equivalente se indican en la Figura 4.4 Figura 4: IPCC emisiones GEI por sectores. Los sectores de mayor emisión de GEI, son el sector de generación de electricidad y calor (25%) y el sector de Cambio del Uso del Suelo y Silvicultura (AFOLU) (25%), luego viene el sector industrial (21%) y el sector del transporte (14%).. Mediante simulaciones, el IPCC ha proyectado el incremento de la temperatura hasta el 2.100 para el caso base y para el caso con reducción de emisiones con políticas de mitigación, el mismo que se indica en la Figura 55.. 4. IPCC, 2014: Summary for Policymarker, In: Climate Change 2014. Contribution of Working Group III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. 55. Greenpeace 31 marzo 2014. Quinto informe de evaluación (AR5) del grupo de trabajo II del IPCC..

(33) 28. Figura 5: IPC, Proyección del incremento de la temperatura media global. Dentro de este marco global de emisiones de GEI, se desarrolla el siguiente trabajo en el ámbito del Ecuador, para poder calcular hasta el año 2040 las emisiones GEI y las políticas a implementarse para reducirlas.. 1.2.. IDENTIFICACIÓN DE LOS PROBLEMAS ENERGÉTICOS. Siendo el sector energético el principal emisor de GEI, se analizará este sector en todas sus formas, tanto primaria como el petróleo, gas natural, carbón, solar, eólica, geotérmica, nuclear, biomasa como secundaria o procesada como electricidad, gasolinas, diésel, fuel oil, coque, que se utilizan en consumo o uso final en los sectores de la demanda nacional, como el transporte, residencias, comercio e industria..

(34) 29. El ser humano capta energía de la naturaleza en alguna de sus formas y los transforma luego mediante una variedad de procesos tecnológicos a fin de hacerla apta para la satisfacción de sus necesidades de comodidad y para la producción de bienes y servicios. La Figura 6 presenta un ejemplo de conversión de energía para proporcionar iluminación, calor y fuerza motriz en el hogar. Figura 6: Proceso de conversión de energía = 80%. Conversión de la energía =97% Petróleo. = 55% Vapor. Refinería. Energia Química. Energia Química. Torque. Energia Calórica. x. x. =90%. Turbina. Caldera. = Eficiencia Eficiencia total = =. Iluminación. = 85%. Naftas Diesel Fuel oil. x. x. Energia Mecánica. =. Electricidad. Generador. Calefacción. Energia Eléctrica. Fuerza motriz. 32,7%. Dichas transformaciones o conversiones de una forma a otra forma de energía se rigen por el primer principio de la termodinámica que dice: “La energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma de una forma a otra”. En todos los procesos de conversión de la energía ocurren perdidas de energía inherentes al proceso de transformación. Estas pérdidas no se pueden eliminar en su totalidad, o sea, si hay transformación necesariamente ocurren pérdidas. Esto obedece al segundo principio de la termodinámica: “Desigualdad de Clausius y enunciado de Kelvin – Planck”. La Figura 1, ha manera de ejemplo, establece valores de eficiencia, lo que significa que en una cadena energética, la eficiencia total del sistema puede ser del 32.7%. El 67,3% de la energía se pierde en el ambiente durante las transformaciones hasta llegar a su utilización final. Si se examina el uso de la energía en USA en el 2009, tal como lo hizo Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL, en base a los datos de Energy Information Administration, EIA, se observa en la Figura 7 el uso y la ineficiencia expresada en la energía no usada, en unidades quad (1 quad = 1015 BTU). (LLNL 2010).6. 6. Fuente: llnl.gob de 2010. www.llnl-gob/news/newsreleases/2010/images/energy-flow-annotated.pdf.

(35) 30. Figura 7: Usos de la Matriz energética de USA, 2009. Energía no usada. Electricidad 38,19. Hidro 2,68 Eólica 0,70. 57,6. Resid encial 11,26. Geotérmica 0,37. Gas Natural 23,37. Comer cial 8,49. Carbón 19,76. Indus trial 21,78. Energía usada 42,3. Biomasa 3,88. Trans porte 26,98. Petróleo 35,27. El uso de la energía para la generación de trabajo útil genera muchas pérdidas. En los Estados Unidos solo el 43 % se utiliza como energía útil, el resto (57 %) se desperdicia como calor. Las mayores ineficiencias se dan en el sector de generación eléctrica y en el transporte. La generación eléctrica en USA se genera utilizando Carbón, Gas natural y nuclear fundamentalmente. En menor escala se utilizan los recursos renovables como los hídricos, eólica, solar y geotérmica. El petróleo (gasolinas y diésel principalmente) se utiliza en transporte. El sector industrial como el transporte son los sectores de mayor consumo de energéticos. En el sector del transporte se dan las mayores ineficiencias sobre todo en el uso de combustibles fósiles, como se observa en el gráfico de Hobson con los rendimientos del 2004 (Figura 8). Sólo el 13% (9 kW) es trabajo útil, el 87% (61 kW) se disipa en el radiador y el tubo de escape. 7. 7. Gráfico de Hobson. En base a estadísticas de automotores en las autopistas de USA. 2004.

(36) 31. Evaporación Combustible 1 kW. MOTOR Tanque Combustible 70 kW. al Motor 69 kW. Energía térmica liberada 52 kW. Energía disipada por el Radiador 26 kW. Energía disipada por el Tubo de Escape 26 kW. DESPERDICIO, 61 kW. Figura 8: Ineficiencia en automotores en autopistas de USA, según Hobson realizado en el 2004. 87%. Fricción, 3 kW. Resistencia Aire, 4,5 kW Resistencia Rodamiento, 4,5 kW. Tren de Transmisión. TRABAJO NETO, 9 kW. Bomba Agua, otros, 5 kW. 13%. Con la finalidad de mejorar las ineficiencias de los combustibles fósiles, se está reemplazando con motores electricos o sistemas híbridos. Existen importantes pérdidas en la generación de electricidad o en los procesos de refinación y petroquímica. En el Ecuador una planta de vapor de generación eléctrica con fuel oil (Figura 9) tiene una eficiencia del 38%, el resto se pierde en calor en el agua de la condensación del vapor después de pasar por las turbinas y en las chimeneas..

(37) 32. Figura 9: Generación con turbina de vapor usando fuel oil PLANTA ELECTRICA CON FUEL OIL Al aire. 11,19 MMBTU. 2,53 MMBTU. 4,84 MMBTU. Red Electrica 5,26 MMBTU. Caldero. Turbina. 5,21 MMBTU. 1.420 kWh. Generador. Eficiencia total = 38 %. 12,72 MMBTU. Fuel oil ENTRA, MMBTU. SALE, MMBTU. 12,72 Electricidad condensador Chimenea perdidas generador perdidas manejo Fuel Oil. Agua enfriamiento. 4,93 MMBTU. Condensador 1,00 MMBTU. 4,84 4,93 2,53 0,05. 0,37 12,72. Existen procesos que permiten mejorar la eficiencia utilizando la energía de los procesos que producen pérdidas de energía para utilizarlos en procesos industriales y/o para generación eléctrica por medio de ciclos combinados y de cogeneración como se puede ver la Figura 10 Figura 10: Ciclo combinado o Cogeneración: Turbina de Gas + Turbinas de vapor + procesos industriales Combustible Cámara de Combustión. Compresor. Aire. Generador de Turbina de Gas 31%. Turbina de Gas. Generador. Gases de Chimenea. Vapor. Generador Turbina de Vapor 10%. Generac. de vapor. Chimenea 15%. Turbina de Vapor. Recuperac. calor. Generador.