Energías Renovables en México

(1)

Ce ntr o de Inv e s ti ga c ión e n Ener gía , UNAM

Universidad Nacional Autónoma de México

Centro de Investigación en Energía

Claudio A. Estrada Gasca

Semana Verde en el Instituto de Ingeniería de la UNAM Ciudad Universitaria, DF, Junio 21, 2011

(2)

Objetivos

• Presentar una visión del problema actual de la

energía en el mundo y en México.

• Proponer el uso de las energías renovables

como una alternativa para enfrentar el cambio

climático y garantizar un desarrollo

(3)

Realidades

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

(2030)

• La demanda y los consumos mundiales de energía

van en aumento: ≅ 2% anual

• El pico de la producción de hidrocarburos

convencionales a nivel mundial se alcanzará en los

próximos años

• El uso de los hidrocarburos genera gases de efecto

invernadero que contribuyen al cambio climático

(4)

Ce ntr o de Inv e s ti ga c ión e n Ener gía , UNAM 1 TW = 1012 _{W : 1,000 Complejos}

GPE de 1,000 MW cada uno

Fuente: Renewable in Global Energy Supply IEA 2004

La energía que se consume en el mundo

corresponde a una capacidad instalada de

La energía que se requerirá necesitará una

capacidad de

Brecha energética por los hidrocarburos

15 TW

2008

30 TW

2050

Reto energético que dejan los hidrocarburos

¿Qué fuentes energéticas existen para enfrentar la

demananda creciente de energía en forma

(5)

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

Potencial aproximado de las energías renovables en el mundo

0.0135 TW 60 TW 600 TW Solar 2.53 TW Aprox. 70 TW Apro. 676 TW Total 0.121 TW 2 a 4 TW 50 TW Viento 0.054 TW 0.6 TW 12 TW Geotermia 1.4 TW 5 TW 7 a 10 TW Biomasa 0.9 TW 1.7 TW 4.6 TW Hidráulica

Capacidad

instalada

(2008)

Técnicamente

factible

Potencia global

teórica

0.845 TW 10 TW 17.5 TW Nuclear

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

Solar

60 TW

(6)

• Acceso de los países emergentes (China, India, Brasil,

México…) y países menos desarrollados a las fuentes de

energía modernas (electricidad y carburantes) necesarios para

su desarrollo.



Sin tensiones geopolíticas dramáticas por el control de los

yacimientos de los hidrocarburos.



Sin degradación irreversible del medio ambiente natural,

particularmente de las emisiones de gas de efecto

invernadero.

Reto para las próximas décadas

Las energías renovables pueden

satisfacer estos retos

(7)



Alza de los precios de los hidrocarburos (¿hacia los 150 dólares

por barril ?).



Mercado mundial de emisiones de CO

₂

(¿hacia 40-60 dólares la

tonelada de CO

₂

?).



Políticas voluntarias de los estados (Unión Europea y sus

miembros, Estados Unidos, China, India, Brasil) + iniciativas

locales.



Progreso acelerado de las tecnologías de energías renovables.



73 países han definido e implementado políticas de promoción de

las ER y políticas de investigación y desarrollo de las ER.



Esas políticas han ejercido una influencia fundamental en el

crecimiento de los mercados de ER.

(8)

Inversión anual mundial en ER (1995-2007)

Mercado Mundial de las ER

70, 000 millones de USD en 2007

120, 000 millones de USD en 2008

(9)

Evolución de los Costos de las Energías Renovables

Costos nivelados de energía en USD constantes del 2005$1

Source: NREL Energy Analysis Office (www.nrel.gov/analysis/docs/cost_curves_2005.ppt)

1_{These graphs are reflections of historical cost trends NOT precise annual historical data. DRAFT November 2005}

(10)

¿Qué tan competitivas son las tecnologías de ER?

Mercado Mundial de las ER

M er ca d o may o ri sta Merc ado mi noris ta 10 20 30 40 50

Generación eléctrica Costos en cent$US/ kWh

Mini-hidráulica Solar Fotovoltaica Concentración Solar Biomasa Geotérmica Eólica

(11)

Consumo de Energía Global en 2008

Energía Mundial y las ER

Fuente: IEA, 2008. Renewables Information 2008.

12.7 % energías renovables

0.6 % nuevas energías renovables

80.8 % energías fósiles

(12)

Energía Mundial y las ER

18.7 % energías renovables

2.4 % nuevas energías renovables

Fuente: IEA, 2008.

Electricity Information 2008.

Poducción de energía eléctrica

Potencia eléctrica instalada en 2008: 4,012 GWe

(13)

92% fósiles

Energía en México y las ER

Estructura de la producción de energía primaria (2007),

(10,523 petajoules)

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

7.02% energías renovables

(14)

Capacidad instalada de generación eléctrica por tecnología

en el 2008. CFE

2008

49, 930 MWe

73 % combustibles fósiles

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

24.2 % energías renovables

2.2 % nuevas energías renovables

Energía en México y las ER

(15)

Cantarell

México pasó su pico del petróleo en 2004 debido al declive

acelerado del yacimiento supergigante de Cantarell (2do campo

mas productivo del mundo. En su max representaba el 63% de la

producción Mexicana; ahora es el 19%. La producción ha bajado

del 26% desde 2004 (3.38 a 2.5 mbd).

Energía en México y las ER

México en la era del declive

(16)

Consumo interno

Producción total

Producción Cantarell

Energía en México

(17)

Energía en México

Consumo final total de energía (petajoules)

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

2007

%

Consumo final total

4815.1

100 Consumo no energético

266.0

5.5 Residencial, comercial y público

893.5

18.6 Transporte

2157.8

44.8 Agropecuario

134.9

2.8

(18)

Objetivo sostenible en el crecimiento de la demanda energética primaria mundial

Year

Source: German Advisory Council on Global Change, 2003, www.wbgu.de

(19)

Energía Eólica

Potencial en México

Puerto Juárez Cancún Cozumel Puerto Morelos Chemuyil Coba Xcalak Isla del Carmen La Ventosa Lerdo Acayucan Laguna Verde El Gavillero Pachuca Valle de México La Virgen

Valle del Hundido Valle de Acatita San Bartolo Rancho Mar Azul Isla Margarita Bahía Magdalena San Carlos Región Pacífico Norte Guerrero Negro Vizcaíno Laguneros IIE CFE Península de Baja California 200 MW Oaxaca 2,000 MW Península de Yucatán 1,000 MW Altiplano Norte y

Centro del País 900 MW

Costa del Golfo 700 MW

.

Potencial en México

70,000 MW ?

(20)

Ce ntr o de Inv e s ti ga c ión e n Ener gía , UNAM 20 www.cie.unam.mx

Energía Eólica

Tecnología

Características

Capacidad Instalada en el Mundo

(21)

Energía Eólica

Situación actual y proyección

Posible desarrollo eólico en

México

Considerando 35,000 MW instalados se generan:

12,500

Empleos directos/año

125,000

Empleos indirectos/año

No. De usuarios: 23 millones con consumos de 4,000 kWh/año

México cuenta actualmente con 85 MW

Desarrollo actual en México

En 2010 se tienen acumulados 520 Mwe

Se espera tener hasta 2572 MWe

Desarrollo en España

(22)

La energía solar

recibida cada 10

días sobre la

Tierra equivale a

todas las

reservas

conocidas de

petróleo, carbón

y gas.

El 70% de la población del planeta vive dentro de la

denominada “Franja Solar”.

40 N

35 S

(23)

(24)

www.cie.unam.mx

www.cie.unam.mx

(25)

www.cie.unam.mx

Tecnología

(26)

www.cie.unam.mx

Calentamiento Solar de Agua

(27)

Calentamiento Solar de Agua

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

Capacidad instalada anual de captadores solares planos y de tubos evacuados

de 1999 a 2007.

(28)

Sector Industrial

Proceso

Nivel de

Temperaturas,

0

_C

Comidas y Bebidas

Secado

Lavado

Pasteurización

Ebullición

Esterilización

Tratamientos térmicos

30 - 90

40 - 80

80 - 110

95 - 105

140 - 150

40 - 60

Industria textil

Lavado

Blanqueado

Entintado

40 - 80

60 - 100

100 - 160

Industria química

Ebullición

Destilación

Varios procesos químicos

95 - 105

110 - 300

120 - 180

Todos los sectores

Precalentamiento de agua para

ebullición

Calentamiento al inicio de la

producción

30 - 100

30 - 80

(29)

SIJ, Germany Parasol, Austria

Calentamiento Solar de Agua para Procesos Industriales

Desarrollo de colectores solares de mediana temperatura

Parasol, Austria Solel, Israel

(30)

www.cie.unam.mx

Energía Solar:

Tecnología termosolar de potencia

(31)

www.cie.unam.mx

Fuente: SolarPACES, 2008

Recientemente, hay un resurgimiento del interés en la

tecnología. Aproximadamente 10,000 MW están

construidos, en construcción o propuestos.

(32)

PLANTA PS10: Generación directa de vapor

VAPOR SATURADO •Conservadurismo termodinámico •Factor de capacidad limitado •Penaliza O+M del bloque de potencia

(33)

PLANTA PS10, PS20

(34)

Solar One en Nevada

www.cie.unam.mx

"Nevada Solar One" planta termosolar en el Estado de

Nevada (USA), 2007

(35)

Solar One en Nevada

"Nevada Solar One" planta termosolar en el Estado de

Nevada (USA), 2007

Generales:

Compañía

ACCIONA Energy

Capacidad

64 MWe

Inversión

250 M $USD

Tiempo de construcción

16 meses

Capacidad de producción

134 millones de kWh/año

Características Técnicas:

Area:

1.3 km

2

Longitud de concentradores

cilindrico parabólicos

76 Km

No. de espejos

219,000

(36)

• Irradiancia de alta calidad en más de la mitad del país

• G = 1000 W/m

2

_{promedio en estados de alta insolación}

• Potencia eléctrica instalada en México : 50 GWe (Sep 2008)

Potencial: Chihuahua: 18,873 GW_e Sonora: 14,030 GW_e

Con la energía solar que llega a

0.14% de la superficie de estos

estados, toda la energía eléctrica

consumida en el país podría ser

satisfecha.

Potencia de una PTS / área = 49 MWe / Km

2 4,225 Km

2

65 Km

Energía solar, superficie necesaria para satisfacer la

demanda eléctrica en México

(37)

CAPACIDAD

ACTUAL

INSTALADA

953 MWe

Geoenergía en México

MÉXICO ocupa el

Tercer lugar a nivel

MUNDIAL

Se tienen

identificados más

de 300 sitios

termales con el

potencial de

instalar otros

11,940 MWe

(38)

Biomasa

11% de la energía

primaria del mundo

viene de la biomasa.

Sin embargo, es solo

el 18% de lo que

podría ser.

El potencial de

biomasa del mundo

en el 2050 pudiera

ser igual a la

energía total

primaria que se

consume hoy.

(39)

Biomasa en México

Leña y Bagazo

La bioenergía representa el 5% de la oferta interna de energía

primaria en México (344 de 7,367 PJ/yr en 2008)

Se tiene un potencial sustentable de 3,000 PJ/año que equivaldría

al 62% de la energía final demanda debida a los sectores de

(40)

Energía Mini y Micro Hidráulica en México

Capacidad hidroeléctrica instalada

en México: 10,707 MWe

Distribución

Río % Potencia Hidroeléctrica total Grijalva 52.30 Balsas-Santiago 20.60 Ixtapatongo 16.30 Papaloapan 6.40 Yaqui-Mayo 4.40

Podrían aprovecharse aún

3,250 MWe de mini y hasta

38,700 MWe de gran hidro

(41)

Energía del Mar en México

En México no existen

centrales eléctricas

que utilicen la energía

de los océanos y

tampoco existen

proyectos de

desarrollo de ningún

tipo de estas

centrales.

De hecho, el uso de la

energía del mar no

está muy extendido,

de momento sólo

algunos países del

mundo cuentan con

este tipo de tecnología

(42)

El Mar de Cortés tiene un enorme potencial de

generación eléctrica que podría explotarse a través de

tres tipos de tecnología.

• Energía de las mareas.

• Las corrientes marinas que existen en el Canal del

Infiernillo

• Las ventilas hidrotermales (fallas de distensión en el

lecho marino)

(43)

Emisiones de CO2 en Ciclos de Vida de Tecnologías de ER

para Generación Eléctrica y su comparación con tecnologías

convencionales

Producción de CO2 por tecnología

Fuente: Varun, Bhat I.K., Prakash R. (2009). LCA of renewable energy for electricity

(44)

Emisiones de CO2 en Ciclos de Vida de Tecnologías de ER

para Generación Eléctrica y su comparación con tecnologías

convencionales

Fuente: Varun, Bhat I.K., Prakash R. (2009). LCA of renewable energy for electricity

generation systems—A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 13. 1067–1073

Producción de CO2 por tecnología

(45)

Tecnología

Capacidad

(litros)

Uso

Emisione

s

(vida útil 10 años)

L/día

g CO2/día

Calentador solar colector

plano*

150

108.7 Calentador de GLP

(automático c/piloto)**

80

150 1,798.7

Fuente:

* Jordi Messeguer, Tesis Lic.

** Dr. Roberto Best, Comunicación personal

Emisiones de CO2 en Ciclos de Vida de Tecnologías de ER

para Generación Eléctrica y su comparación con tecnologías

convencionales

(46)

Proyecto Laboratorio Nacional de Sistemas de Concentración Solar y

Química Solar. Primera Etapa

Apoyos Complementarios para el Establecimiento de Laboratorios Nacionales

de Infraestructura Científica o Desarrollo Tecnológico. CONACYT 2006.



Desarrollar el LACYQS:



Constituir una red de grupos

de investigación



Avanzar en el desarrollo de las

tecnologías, generando

conocimiento científico y

tecnológico



Formar recursos humanos de

alto nivel en el área



Diseño y construcción de tres

instalaciones solares

.

$ 43,333,063

Presupuesto

UNAM (CIE,CCADET); UNISON, UAM, INAOE,CIMAT;

CIEMAT, CENER, IMDEA

Instituciones

8+22+18=48

Formación de

recursos humanos,

M,D

54 Investigadores

Proyecto a 3 años, inicio sep del 2007 – terminó Diciembre 2010

(47)

Subproyecto: Horno Solar de Alto Flujo Radiativo. Temixco, Morelos

Acero al carbón

T

_f

= 1808 K; 1535 C

Tugnsteno

T

_f

= 3704 K; 3406 C

(48)

• Planta solar de degradación

fotocatalítica para prueba de diferentes reactores, materiales y contaminantes a degradar

• 100 m2 _{de campo solar de colectores.}

• Capacidad de tratamiento: 800 L

• Un laboratorio de caracterización in-situ de procesos fotocatalíticos de

degradación

• Un laboratorio de síntesis y caracterización de materiales fotocatalíticos nanoestructurados

• Prototipos transferibles a la industria o algún otro sector

Subproyecto

Planta Solar para el Tratamiento Fotocatalítico de Aguas Residuales. Temixco, Morelos

(49)

✛

Proyectos de gran relevancia:

Sub-proyecto CPH: Cuarto de control y Campo de Helióstatos

Campo de Pruebas de Helióstatos

CPH. Hermosillo, Sonora

(50)

Subproyecto: Campo de Pruebas para Helióstatos

(51)

✛

Proyectos de gran relevancia:

(52)

✛

Proyectos de gran relevancia: LIFYCS

Objetivos

•Desarrollo de tecnología de nuevos

conceptos en celdas solares.

•Formación de recursos humanos para la

futura industria Fotovoltaica.

•Proyectar el liderazgo del CIE en programas

Nacionales sobre fotovoltaicos. Investigación

multidisciplinaria en dispositivos fotovoltaicos

(FV) y materiales relacionados.

•Presupuesto: $32,902,000.00

•Periodo : Septiembre 2010-Agsoto 2013.

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL

ESTADO DE MORELOS

Proyecto Laboratorio de Innovación Fotovoltaica y Caracterización de

Celdas Solares: LIFCYCS

(53)

✛

Proyectos de gran relevancia:

Objetivos

•Fortalecer la red de grupos de investigación del

LACYQS, con el propósito de avanzar en el

desarrollo de tecnologías solares, generando

conocimiento científico y tecnológico

•Formar recursos humanos de alto nivel en el área

para la futura industria de concentración solar.

•Desarrollar tres instalaciones de tecnologías de

concentración solar.

• Laboratorio de termoquímica solar

• Campo experimental de torre central

• Laboratorio de sistemas fotovoltaicos con

concentración

•Monto autorizado: $ 24,386,000.00

•Periodo : Abril 2011 – Marzo 2014

Proyecto Laboratorio Nacional de Sistemas de Concentración Solar y

Química Solar, Segunda Etapa: LACYQS

(54)

• México ha estado haciendo algunos esfuerzos

para promover las ER.



Geotermia: 953 MWe, 30 años de desarrollo.



Eólica: 520 MWe, en construcción, meta 2572 MWe



Solar: 15 MWe en un complejo de 450 MWe Ciclo Combinado,

en licitación …..¿?



Bioenergía: Una ley ha sido aprobada por el congreso y se

tienen una iniciativa de producción masiva de etanol para

alcanzar 7 mil 840 barriles al final del 2012.



Mas recientemente y debido a la reforma energética habrá

fondos para investigación y desarrollo.

…….. Pero limitados y tarde. Sin embargo….

• Existe todavía una gran oportunidad para que

México ingrese a la competencia mundial por el

desarrollo mundial de la ER.

(55)

• México requiere un cambio de paradigma energético, que

nos permita entrar de lleno a la transición energética.

• Las energías renovables (ER) son una realidad mundial

cuyos mercados están creciendo rápidamente

• Las tecnologías de ER son capaces de resolver el

problema energético de México y de su desarrollo

sustentable, por abundancia, por tecnología limpia de cero

emisiones en operación y por impacto económico.

• Para garantizar el desarrollo sustentable del país el estado

mexicano debe comprometerse con una visión a largo

plazo del aprovechamiento de las ER en México.

 Las energías renovables son una gran oportunidad para el

desarrollo científico, tecnológico e industrial en México.

(56)