ECONOMÍA SOLAR

Roberto Bermejo UPV-EHU

POTENCIALES TÉCNICOS DE LOS

RECURSOS ENERGÉTICOS

Cambio de paradigma energético

• El desarrollo de las renovables supone un cambio de paradigma energético

• Directiva 20/20/20: obliga a los Estados a cumplir objetivos renovables que permitan alcanzar los objetivos generales

• Política energética de Obama: 25% de electricidad en 2020

• IRENA

• Pero campaña muy fuerte desde 2010 a favor de la energía nuclear y la Comisión la defendía con creciente intensidad

• Fukushima congeló la campaña:

1. Efectos generales: cierre centrales nucleares (Alemania (9 cerradas de 17, y todas para 2022); Japón sólo ha enganchado a la red dos centrales; Italia se ha negado a promoverla; Suiza, Bélgica, etc. la congelan; Francia pretende que en 2030 las renovables den el 50% eléctrico

2. Alemania: 80% de energía renovable en 2050 (referente mundial; en 2000-2010 del 5% al 17%). Dinamarca: 100%

3. Francia: las medidas de seguridad de las centrales nucleares suponen un aumento de costes del 10%, como mínimo

DIRECTIVA 20/20/20

EFICIENCIA

• PNUD:

- 2/3 de la energía primaria se pierde en la conversión en energía final

- Potencial de ahorro rentable para países industrializados: 25-35%

• Potencial de ahorro según el PE: 23%

• Informe oficial de GB: 30%

• Países No-OCDE: ¿3-5 veces menos eficientes?

• La tendencia de la UE es sólo del 10% en 2020

Tecnologías principales

Panorama general

Aspectos generales

• Desarrollo tecnológico continuo: en tierra y en mar

• Tendencia dominante: mayor tamaño (2 Mw en adelante) y palas mucho más largas (permite la captación rentable de vientos de hasta 4 m/s)

• Esos factores aumentan los recursos eólicos de un territorio

• Se empieza a consolidar la mini-eólica (<50 kw, en Italia y países No-OCDE)

• Ventajas: renovable, bajo impacto ambiental, independencia energética, industria local, etc.

• Problemas:

1. Costes superiores a los de las convencionales en aún muchos lugares, en un marco fiscal de fuertes subsidios a estas

2. Producción alta por la noche

3. Ruido, impacto visual

• Se está avanzando mucho en su minimización

Potencia instalada en Mw 2012

UE: Potencia eólica instalada en tierra y

mar

UE: Potencia acumulada

Aportación eólica al consumo

CAPACIDAD EÓLICA EN TIERRA Y MAR

Eólica

Eólica marina

• Dos tipos de tecnologías

1. Plataforma fija: Mar del Norte y Báltico (20-30 metros de profundidad)

2. Plataforma flotante: la más universal (<100 m.). Se le augura un futuro mayor (facilidad para montar y reparar). Varias tecnologías:

2.1 Aerogeneradores flotantes: 3 modelos de anclaje

2.2 Modelos: como los terrestres, modificados (2 palas, mayor potencia…), Darrieus

2.2 Plataformas que captan viento y olas

FOTOVOLTAICA

PLACAS Y SISTEMAS DE

CONCENTRACIÓN

Fotovoltaica

• Características:

1. Aplicación a todas las escalas

2. Carácter modular

3. Instalación en cubiertas o en suelo

4. Rapidez de instalación

5. Las mayores tasas de crecimiento: 60% anual en 10 años; 70% en 2007-2011; pero ligero aumento en 2012

6. Recuperación de la energía invertida en módulos cristalinos: de 8 años a 1-2 años

7. Vida de las placas: más de 30 años (límite: 20% de rendimiento; --0.5% año)

• Economía: es la renovable más barata (desplome de precios)

• Mercado muy turbulento: sobrecapacidad (bajas barreras de entrada), dumping chino, rápida evolución tecnológica, bancarrota de muchas empresas, etc.

Precios medios de módulos

Las 10 compañías líderes tuvieron

pérdidas en 2012

Top ten

Tecnologías

• Silicio cristalino:

1. Su capa se ha reducido a la mitad en los últimos años

2. Su eficiencia aumenta muy rápido: >20%

• Lámina fina: TeCd, CGIS, CIS, silicio amorfo…

1. Debido al caro silicio cristalino en 2007-8 pasaron de una cuota de mercado <10% al 20%

2. Cuota de mercado: +/-18%, por competencia de silicio cristalino

3. TeCd es la dominante en lámina fina (>15%) (First Solar, líder mundial)

4. CGIS es la de más proyección futura

• Sistemas de concentración:

1. Se aprovecha de la caída de precios de los módulos

2. 30% de rendimiento ¿En fase comercial?

Nueva capacidad fotovoltaica acumulada

por países, 2011

Países principales en instalación, 2012

Previsiones para 2013

• Pérdida de la hegemonía de Europa

• Previsiones de potencia instalada por países y

en orden de instalaciones (todos por encima

de los 5.000 Mw):

1. China: 10.000 Mw (objetivo nacional)

2. Japón: 6.100-9.400 Mw (la prima más alta)

3. Alemania> 5.000 Mw

4. EE UU> 5.000 Mw

5. Total >35.000 Mw (12%)

Mws instalados en Europa (2012)

Trends of costs

Cambio de paradigma I

Costes y valor añadido

comparados de renovables y

convencionales

Marco fiscal energético

• Las no renovables no internalizan los costes ambientales y sanitarios.

• El precio del CO2 equivalente en sistema europeo de derechos de emisión es bajísimo, por la reducción del consumo de energía

• Se las subvenciona con 532.000 millones de dólares/año (AIE, 2012). Sólo el 20% va dirigido a rentas bajas

• Equivalen a una subvención de 100$/t de CO2 emitido (F. Birol, 2013)

Métodos de comparación de costes

• Paridad de costes: el momento en que el coste de una renovable es igual al de las convencionales

• En muchas zonas del mundo la eólica y la fotovoltaica están por debajo de la paridad y las áreas aumentan con rapidez

• El encarecimiento de la electricidad acelera la paridad de costes

• Costes normalizados o paridad dinámica de costes:

1. Miden la rentabilidad de la inversión

2. Son los producidos a lo largo de la vida de las instalaciones (inversión, combustibles en convencionales, mantenimiento…)

3. Numerosos estudios europeos, norteamericanos indican que, en general, las renovables tienen menos costes normalizados

• ¿Por qué las empresas no invierten más?

Valor añadido comparado

• Valor añadido neto comparado (renovables versus convencionales): aportación al PIB por Mwh producido. Incluye:

1. Inversión inicial

2. Reducción del PIB por la importación de combustibles (gas: +38% para empresas en 2005-2012)

3. La contribución al PIB de más empleo por € invertido (más impuestos, menos pagos por paro…).

4. En España 15 empleos eólicos frente a 6 empleos en gas por millón € invertido

5. Debe añadirse la creación de empresas renovables locales y sus exportaciones

• Numerosos estudios muestran que las renovables generan mucho más valor añadido que las convencionales:

1. La eólica en España genera 3.5 veces más VA que las plantas de gas (Ernst & Young, 2012); la media de la UE es el doble

2. El coste de la importación de petróleo+gas española fue 46.000 millones € (4.4% del PIB)

3. Crece al año 5.000-6.000 millones € a pesar de la reducción del consumo. Provoca una reducción importante del PIB

Paridad de costes: eólica

• Si se gravaran los combustibles fósiles con 30$/t de CO2, la eólica tendría una paridad de costes menor que las convencionales (Birol, 2013)

• Los costes se reducen en un 14% cada duplicación de potencia instalada

• Bloomberg (2011) afirma que alcanzará la paridad de costes en 2016, en todo el mundo

• Toda Europa alcanzará la paridad a finales de esta década (PE, 2012)

• Estas estimaciones marcan una dirección, pero las condiciones locales son muy diferentes

• La eólica es más barata que las convencionales en los siguientes países y zonas estudiados:

1. En el medio-oeste de EEUU, partes de China, Australia, Nueva Zelanda…

2. Los costes normalizados son menores en seis países estudiados por un Instituto suizo: Brasil, Kenya, Nicaragua, India, Egipto, Tailandia

• La paridad se está extendiendo rápidamente

Paridad de costes de la fotovoltaica

• Norma: los costes de los sistemas se reducen un 20% cada duplicación de potencia producida, pero es superada

• En 2012, el precio de módulos: - 42% (módulo+inversor 50% del coste)

• Las solares producen electricidad en las horas centrales del día (tarifas pico) y quitan mercado, sobre todo, al gas

• La fotovoltaica ha alcanzado la paridad en muchas zonas del mundo que tienen mucha irradiación y precios eléctricos altos

• Europa: han alcanzado la paridad en el sur de Italia, de España

• En España se anuncian grandes plantas en Murcia y Ciudad Real (6 cént. €/Kwh)

• En Europa: paridad en todo el sur y el centro europeo (2015) y en gran parte del norte (2020)

• En las horas pico es la más barata y deprime el precio (un 40% en Alemania)

• Para autoconsumo es la opción más barata en la mayor parte del mundo y empieza a instalarse con baterías (Alemania)

• Muchas organizaciones de consumidores y empresas en Europa, EEUU y Japón lo prueban

Precio pico alemán (marzo 2008)

Precio pico alemán (marzo 2012)

La erosión del modelo convencional

• Las renovables reducen los beneficios de los oligopolios eléctricos a lo

largo de la cadena de valor

• Pierden cuota de mercado, porque aparecen múltiples competidores: inversores; cooperativas de usuarios; empresas municipales (ciudades de California, Austin, Sidney…)

• Pierden clientes, sobre todo con fotovoltaica:

1. Autoconsumo: individual, colectivo, empresarios (industrias, mercados…)

2. El autoconsumo aumenta con la caída de precios: hacen rentables incorporar sistemas de almacenamiento

• También pierden ingresos porque:

1. Las energías solares les disputan las horas-pico (tarifas más altas)

2. La fotovoltaica ha reducido la tarifa en horas-pico en Alemania (40% en 2008-2012)

• La eólica está obligando a cerrar centrales de carbón y nucleares en el medio-oeste (EE UU) y en Europa la fotovoltaica de gas y carbón

• Conclusiones:

1. Contraataque del oligopolio eléctrico

2. Algunos gobiernos les están haciendo caso

3. Nace la Action Alliance for Communication in the Renevable Energy Sector

Cambio de paradigma II

Hacia el fin del modelo

eléctrico convencional

Sistema eléctrico: Modelo

convencional • Se basa en grandes plantas de generación (500-2000

Mw)

• Frecuentemente una sola empresa controla el mercado

• En el resto de los países 2-4 compañías controlan el mercado

• Suelen ser los propietarios de la red, a pesar que ha sido financiada por los usuarios

• Los oligopolios eléctricos se ponen de acuerdo para fijar altas tarifas eléctricas (la CNC lo reitera)

• Históricamente han puesto numerosos obstáculos a las renovables

Mercado único versus generación

distribuida • La UE impulsa un mercado eléctrico único y que “resuelva el

problema de las intermitencias” . Las smart grids: papel menor

• Este enfoque va contra natura:

1. Las energías renovables son difusas y lo más eficiente es utilizarlas lo más posible en el entorno (red de baja tensión- GD)

2. El potencial de GD varía desde muy alto en la fotovoltaica a menor en la electricidad termo-solar, pasando por la eólica

3. Se exagera la intermitencia:

a) La solar y la eólica son complementarias;

b) La eólica evoluciona de vientos intensos a bajos en varios días

c) La eólica marina es muy estable;

d) Las centrales solar-termales tienen capacidad de almacenar energía (hasta 18 h)

• Es el sistema más fiable y barato

• Conclusión: la solución es un sistema que combina de forma óptima las renovables, que almacene energía y, en casos extremos, que exporte/importe

Almacenamiento

• La intermitencia del sol y viento determinan la necesidad de almacenar energía, pero se exagera

• Hay necesidad de almacenar a:

1. Corto plazo (horas). Caso de autoconsumo:

1.1 Doméstico: Baterías, coches eléctricos,

1.2 Empresas: Baterías Redox, células de hidrógeno

1.3 Autobuses y embarcaciones pequeñas de células…

3. Medio plazo (días): hidráulica (Canarias) y aire comprimido

4. Largo plazo (meses): hidrógeno a gran presión. Alemania propone hacerlo en minas de sal

Dimensiones óptimas para la eólica

• La gran industria construye:

1. Generadores cada vez más grandes (quiere llegar hasta 15 Mw)

2. Parques lo más extensos posibles

3. En el mar pueden instalarse miles de generadores (Mar del Norte…)

• Pero las montañas, los valles amplios y las zonas costeras obligan a la GD:

1. El valle del Ebro es muy ventoso, pero muy largo

2. La población se concentra en las costas, que tienen un gran potencial eólico

3. En el mar hay mucho potencial de eólica flotante. Puestas a 10 millas no se ven los generadores). Casos: Portugal, Malta

• Miniparques-minieólica

1. Las empresas que los instalan dicen que obtienen economías de escala con varios pedidos a la vez

2. El autoconsumo es rentable

3. Importante desarrollo de la mini-eólica en Italia y en países No-OCDE

Dimensiones óptimas de las plantas

fotovoltaicas

• Las grandes empresas buscan la construcción de grandes parques (hasta 50Mw)

• Pero la fotovoltaica es modular y las plantas grandes son conjuntos de 500 Kw con un inversor

• Construir cientos de plantas de 500 Kw para generación distribuida es más rentable que una planta de muchos Mw:

1. En la transformación a alto voltaje se pierde un 12-15% de energía y 5-7% de transporte

2. Alimentar la red a baja tensión, reduce el problema de congestión en horas punta de las grandes líneas

3. Conclusión: Hay otros factores reductores de costes, además de las economías de escala

• Los gobiernos empiezan a limitar la potencia subvencionada: Alemania (10 Mw), Japón (2 Mw)

• Instalación en cubiertas:

1. Con el 0.7% de la superficie europea se obtiene el autoabastecimiento

2. En España se necesita una superficie mucho menor: ¿0.4-0.5%?

El caso de las islas

• Condiciones excepcionales de las islas: Mayor dependencia del exterior, vulnerabilidad y precios de suministro más elevados

• Alta dependencia del turismo en muchas islas (que cada vez es más exigente en calidad medioambiental)

• Costes más altos. Precios similares de la electricidad, debido a subvención anual de 1.755 millones € (2012) a las islas

• Costes de diferentes energías (CNE) en Canarias ¿año?:

1. Eólica: 89 €/Mwh

2. Fotovoltaica: 145 €/Mwh?

3. Combustibles fósiles: 165 €/Mwh

• Almacenamiento en las islas montañosas: hidráulica

• Ejemplos: Gobierno canario, Hierro, La Palma, Formentera, Hawai (40% renovable, 2030), Malta, Japón…

Líneas maestras de un modelo

energético para Menorca

• La insularidad y el tamaño obliga a un modelo eléctrico de generación distribuida: ahorro de elevar la tensión y en el transporte

• Modelo energético básico:

1. Electricidad renovable: especialmente fotovoltaica en cubiertas, miniparques terrestres y eólica flotante

2. Almacenamiento: aire comprimido, baterías, hidrógeno…

3. Calor: solar, biomasa…

4. Combustibles: electricidad, hidrógeno (célula de hidrógeno)…

EL DESASTRE ESPAÑOL

Política energética en España. Situación

energética en 2013

• La mayor dependencia energética de la UE (en relación con países semejantes)

• Las importaciones energéticas supusieron en 2012 el 80% del déficit de comercio exterior:

• 45.000 millones € (4.4% del PIB)

1. En 2012 la importación de petróleo y gas supusieron

2. Viene aumentando alrededor de 5.500 millones € cada año

• Sin embargo hay un importante herencia positiva: Potencias instaladas de renovables has 2013:

1. Eólica: 22.800 Mw (cuarto puesto mundial)

2. Fotovoltaica: 5.100 Mw (séptimo puesto del mundo)

3. Solar termoeléctrica: +/- 1.300 Mw (líder mundial)

Política energética en España. Medidas

de apoyo al oligopolio energético

• Incumplimiento de las Directivas de apoyo a las renovables y a la eficiencia energética

• Actuaciones a favor de las energías convencionales:

1. Dejar que el oligopolio siga dictando la política energética: altos precios de la energía (como viene denunciado la Comisión Nacional de Competencia)

2. Además, los gobiernos han incrementado un 56% en el periodo 2008-2011 los pagos de gestión de la red (4.600 millones€ en 2012). El consumo ha bajado

3. Los gobiernos subvencionan el carbón y el gas. El último decreto de Sebastián eleva las ayudas al gas un 25% vía tarifa eléctrica. Las ayudas suponen en 2012 bastante más de 1000 millones

4. El oligopolio se ha mostrado receptivo a la propuesta de elevar la vida de las nucleares a 60 años

5. Y, de momento, no aplica las medidas de seguridad de la UE (denunciado por ella en 2012)

Política energética en España

El origen de la gran regresión

• En 1997 se cambió el marco eléctrico: el precio eléctrico pasó de reducirse un 2%/año a aumentar

• Desde 2011el oligopolio energético empezó a desarrollar un intensa campaña mediática contra las renovables y, sobre todo, contra la solar

• Con un apoyo mediático total y del ministro Sebastián y ahora del PP (programa electoral: convertir a España en el referente gasista del Mediterráneo y apoyo a las nucleares)

• Argumento principal: las renovables son caras y responsables de del déficit de tarifa (20.000 millones de deuda del gobierno a las eléctricas)

• Las solares son el objetivo principal:

1. Porque le disputan a las plantas de gas las altas tarifas de las horas pico

2. Iberdrola instaló en los últimos años 27.000 Mw de gas y tienen una carga muy baja (la potencia instalada total es doble de la necesaria y el consumo baja)

Política energética en España. Política en

contra de las renovables

• No se están elaborando las leyes de eficiencia energética y de

energías renovables (mandato de la Directiva 20/20/20)

• España votó en contra de la Directiva de Eficiencia Energética

(octubre 2012). Ha eliminado las subvenciones a la eficiencia

• España se ha retirado de IRENA

• Medidas contra las renovables:

1. Reducción drástica de la prima a la fotovoltaica en 2008

2. Reducción con carácter retroactivo las primas a la fotovoltaica

(2011)

3. Moratoria a las energías renovables (2012): eliminación

“provisional” de todas las primas. Pero mantiene las primas y

ayudas encubiertas a las convencionales

4. Impuesto del 7% a la generación eléctrica

Política energética en España.

Consecuencias económicas • España definió el ladrillo como motor principal de la economía

• El único sector industrial con proyección futura que se estaba creando era el de las renovables

• Se basa en que la península ibérica tiene el mayor potencial de viento terrestre (y mucho en el mar) y de irradiación de Europa

• Política de represión de las renovables:

1. Es única en el mundo (referente)

2. Está destruyendo el tejido industrial, sobre todo, el fotovoltaico, seguido del eólico y de la solar termoeléctrica

3. Si esta política no se revierte pronto el daño será incalculable

4. Supone un desastre económico, para la seguridad energética y para la sostenibilidad

• Elementos de esperanza:

1. Oettinger ha prometido actuar de manera urgente en auxilio de la fotovoltaica española

2. La fotovoltaica ha entrado (y superado) en paridad de costes en el sur y es una opción económica para autoconsumo en España

3. Recursos ante el constitucional y tribunales internacionales

• Pero es probable que el tejido industrial quede muy debilitado

Combustibles renovables para el transporte

1. Propuesta de Directiva sobre el

despliegue de infraestructuras para

combustibles alternativos (2013)

2. Propuesta de Directiva sobre el

despliegue de infraestructuras para

combustibles alternativos (2013)

• Principales combustibles alternativos: “electricidad, hidrógeno, biocombustibles, gas natural (comprimido-GNC, líquido-GNL o líquidos obtenidos del gas), gas líquido de petróleo”

• Infraestructuras mínimas obligatorias para 2020 de: “electricidad, hidrógeno y gas natural (GNC y GNL)”

1. Electricidad:

a) Puntos de recarga propuestos por cada Estado (10% deben ser públicos)

b) Se da por supuesto que aumentará la proporción de electricidad renovable en el ferrocarril

2. Hidrógeno: los países que tienen ya hidrogeneras tienen que tener una red nacional (<300km)

3. Agrocombustibles: límite del 5% la primera generación (4.4% actualmente)

4. Gas natural:

a) GNL en puertos principales (core)

b) GNL para camiones (<400km)

AGRO-COMBUSTIBLES

• Objetivo de la UE: 5,75 %, en 2010; <10% 2020

• Orígenes:

- Etanol: cereales, caña de azúcar, remolacha azucarera, aceite de palma….

- Agro-diesel: soja, colza, girasol, aceite de palma…

• Problemas:

- Sociales

- Tierra disponible

- Balance energético

- Cambio climático

Coche eléctrico

• Ventajas: eficiencia, baja contaminación

• Desventajas:

- Baja densidad energética de la batería: coche de ciudad (segundo coche)

- Nunca mejorará la densidad de forma decisiva

- La electricidad es mayoritariamente no renovable

PRODUCCIÓN DE ENERGÍA POR HECT.

Hidrógeno

• Cualidades

1. Alta densidad energética

2. Seguridad energética: se puede obtener de

todas las energías primarias

3. La mejor solución para almacenar grandes

cantidades de energía renovable

• Defectos

1. Combustible secundario

2. Gas más volátil: problema de almacenamiento

PILA DE MEMBRANA DE INTERCAMBIO DE

PROTONES

BINOMIO H2/CC

• Ventajas:

- Eficiencia: >doble en coches

- Aplicación universal: desde micro-células (medicina, juguetes …) hasta tracción de todo tipo de vehículos, pasando por electrónica, vivienda, gran generación eléctrica…

• Debilidades: Inmadurez tecnológica, costes, falta de infraestructuras,

APLICACIONES DE LAS

CÉLULAS DE COMBUSTIBLE • Aparatos portátiles: competitivas

• Electricidad y agua caliente a las casas: cerca

• Producción de electricidad a gran escala: medio plazo

• Transporte:

- Vehículos de carretera: corto-medio plazo

- Vehículos especiales: carretillas elevadoras, portamaletas, etc.; sillas de ruedas: competitivos

- Barcos: algunos nichos de mercado tempranos

- Trenes: medio plazo

- Aviones: medio-largo plazo

Propuesta de Directiva de la UE de

combustibles alternativos

• Gas natural:

1. Líquido: válido para todos los vehículos, excepto el avión

2. Comprimido: válido para vehículos de carretera, menos camión a larga distancia

• Electricidad: válido para viajes cortos en carretera y ferrocarril (Nº de puntos de recarga obligatorios)

• Agrocombustibles: válido para todos los desplazamientos (pero limitación al 5% para los de primera generación)

• Hidrógeno: válido para vehículos de carretera (menos camión a larga distancia), tren y navegación a corta distancia

Crítica a la política de la UE