ENERGÍA Y DESARROLLO SUSTENTABLE

CAMBIO CLIMÁTICO GLOBAL

EFECTOS AMBIENTALES

La combustión de carbón, petróleo y gas produce óxidos de nitrógeno, azufre que produce lluvia ácida/deforestación, partículas como cenizas, hollín que deterioran las condiciones atmosféricas.

EFECTOS AMBIENTALES

La desulfurización y los procesos de NOx bajos pueden reducir las emisiones contaminantes, pero estos son costosos e ineficientes energéticamente. No rsponde a los problemas de transporte.

Se debe minimizar la demanda de energía y satisfacerla en mayor proporción mediante fuentes más limpias.

Desarrollar las fuentes de energía renovables.

INCREMENTO EN LA DEMANDA DE ENERGÍA

Incremento en la demanda de energía

Para el año 2025 se prevé que existan 3,000 millones de personas más en el mundoEl consumo de energía crecerá 2.4 % anual

(57%) México crecerá 2.5 %

ALGUNAS CIFRAS DE MÉXICOEn el año 2011, la producción nacional de

energía primaria totalizó 10,064,339 PetajoulesEl 37% se exportaEl 91 por ciento proviene de hidrocarburos

Hidrocarburos91%

Biomasa3%Carbón2%Ren-ov-

ables3%Nuclear

1%

Hidrocarburos Biomasa CarbónRenovables Nuclear

Producción anual de petróleo (escenario 2004)

CONSUMO ENERGÉTICO EN MÉXICO

El sector transporte es el mayor consumidor final de energía

37 %

63 %

0

10

20

30

40

50

60

70

Sector Energético Otros Sectores

Consumo nacional

Otros sectores

41%

28%

21%

7%3%

Transporte

Industria

Residencial, Comercial, Público

Consumo no energético

Agropecuario

Incremento en la demanda de energía

Se debe aumentar la eficiencia energética en el trabajo y los hogaresreducir la energía asociada al transportecambiar a fuentes de energía “verde”

Esto trata de resolver los problemas que hemos creado, aún si fuera exitoso, ¿es suficiente y sustentable? técnica, económica y socialmente

Algunas observaciones

La planeación energética en México se define exclusivamente por el lado de la oferta, a partir de un solo combustible (petróleo) y muy poco se analizan la demanda y otras alternativas

Petróleo Energías alternas (energías renovables)

Mejores prácticas Eficiencia energética

Oferta Demanda

Energías convencionalesPetróleo (-) Carbón Hidráulico (+) Nuclear (+)

Energías alternas Eólico Minihidráulico Biomasa Residuos sanitarios

Combate al desperdicio Reducir el consumo de energía¡Educar es clave!

Uso eficiente Generación distribuida Nuevas Tecnologías

Energía

Tecnología

Uso inteligente

Oferta vs Demanda

Infraestructura de Generación Eléctrica (2002)

ENERGÍA RENOVABLE

La mayoría de las fuentes de energía renovables comienza con los rayos del sol en la tierra

• la luz solar directa proporciona energía solar

ENERGÍA RENOVABLE

La mayoría de las fuentes de energía renovables comienza con los rayos del sol en la tierra

• la luz solar directa proporciona energía solar

• calienta el aire, crea diferencias de presión y libera energía del aire

ENERGÍA RENOVABLE

La mayoría de las fuentes de energía renovables comienza con los rayos del sol en la tierra

• la luz solar directa proporciona energía solar

• calienta el aire, crea diferencias de presión y libera energía del aire

• los vientos marinos crean olas y dan energía marina

ENERGÍA RENOVABLE

La mayoría de las fuentes de energía renovables comienza con los rayos del sol en la tierra

• la luz solar directa proporciona energía solar

• calienta el aire, crea diferencias de presión y libera energía del aire

• los vientos marinos crean olas y dan energía marina

• la evaporación del agua y el transporte de las nubes proporciona energía hidráulica

ENERGÍA RENOVABLE

La mayoría de las fuentes de energía renovables comienza con los rayos del sol en la tierra

• las plantas que pueden quemarse o fermentar requieren de luz solar

La excepción es la energía de las mareas, se deriva de la fuerza gravitatoria ejercida por la luna.

EL MERCADO DE LA ENERGÍA RENOVABLE

LISTA PARA EL MERCADO - ENERGÍA HIDRÁULICA

LISTA PARA EL MERCADO - ENERGÍA HIDRÁULICA• El agua se descarga a una turbina, tomando la energía cinética y la energía de la presión para mover un generador, produciendo electricidad.

• Las grandes turbinas se han desarrollado por más de 120 años y es una tecnología madura - pero susceptible al cambio climático.

LISTA PARA EL MERCADO - ENERGÍA HIDRÁULICA• La construción de presas y las áreas inundadas significa que el impacto ambiental es alto y la construcción larga.

• Si el agua se represa, la energía puede liberarse de forma fleible y las plantas pueden operarse para abastacer la demanda que varía con el tiempo.

• La inversión en grandes plantas es grande. Las plantas pequeñas son mejores en economías de mercado.

LISTA PARA EL MERCADO - ENERGÍA HIDRÁULICA

• La tecnología está bien estudiada, pero más cara por Kw en las plantas más pequeñas. Esto atrae inversiones a otras fuentes de energía más redituables.

LISTA PARA EL MERCADO - ENERGÍA EÓLICA• El viento sopla sobre las aspas y las fuerzas aerodinámicas provocan una rotación.

• Las primeras turbinas eran pequeñas y difíciles de producir.

• Las turbinas más grandes son relativamente caras

• La tecnologías de las turbinas, generadores y la tecnología de control avanza rapidamente.

LISTA PARA EL MERCADO - ENERGÍA EÓLICA

La tendencia es hacia colocar “granjas” de 10-40 máquinas en una colina expuesta con vientos de 5-15 m/s (máximo 25 m/s)

LISTA PARA EL MERCADO - ENERGÍA EÓLICA

Pero las lineas costeras producen mejores y mas consistentes patrones de viento y las granjas se están desarrollando también

en el mar.En el mar los vientos son mayores y más constantes - no hay

obstáculos

• En las últimas décadas, los avances tecnológicos e industriales, han permitido mejorar la competitividad de la generación de electricidad a través de estas modalidades...

Fuente: Larry Flowers, National Renewable Energy Laboratory 2004.1985 1990 1995 2000 20051980

(US¢

/kW

h)

0

10

20

30

40

Precio de Generación de Electricidad a partir de Energía Eólica

38 US¢/kWh

5 US¢/kWh

Lista para el mercado - Energía Eólica

• Es la tecnología de generación de electricidad de mayor crecimiento en el mundo.

• Ventas de 5,000 millones de dólares al año; más de 100,000 empleos.

• Sin embargo, a pesar del tamaño de nuestra economía, solo contamos con 2 MW de capacidad en comparación con los 48,000 MW instalados en el mundo.

1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 20040

10

20

30

40

50

60

8 GW

Capacidad Instalada de Energía Eólica Mundial

Giga

watt

s

48 GW

Lista para el mercado - Energía Eólica

• Las turbinas son relativamente baratas, ambientalmente buenas y de rápida construcción (en serie)

• Los generadores no pueden operar independientemente de la red eléctrica, deben estar conectadas a la red existente.

• Una vez conectados, los generadores deben ser magnetizados por la red y esto es difícil en áreas remotas, donde los vientos son mayores.

• El viento no sopla todo el tiempo, cuando lo hace puede ser intermitente, así que la energía producida no es firme y muy variable.

• Este es el principal reto de la energía eólica

Lista para el mercado - Energía Eólica

• Los rayos que llegan a la tierra proporcionan iluminación y calor.

• El calor de los rayos puede concentrarse mediante:• espejos• hornos• vapor

Cercana al mercado - Energía Solar

• La energía de los fotones de la luz solar puede recuperarse mediante celdas fotovoltaicas.

Cercana al mercado - Energía Solar

Los avances en la producción de celdas fotovoltaicas cristalinas ha incrementado la eficiencia y reducido los costos.

Dependiendo de la cantidad de luz solar recibida y de la latitud las céldas fotovoltaicas pueden integrarse con las supericies externas de los edificios

Cercana al mercado - Energía Solar

Grandes edificios que encaran al sol pueden generar su propia electricidad e incluso exportarla a la red, pero...

En las áreas donde la corteza terrestre es delgada, el calor puede utilizarse para calentar líquidos o gases que pueden impulsar turbinas.

Cercana al mercado - Energía Geotérmica

Los viento marítimos crean olas que acumulan la energía en un fluido 1000 veces mas denso que el aire, la densidad energética es enorme.

Lejos del Mercado - Energía de las Olas

VideoAnimación

Aprovecha el movimiento del agua por cambios de temperatura o influencia lunar.

Lejos del Mercado - Energía de las Mareas

En lugares donde hay aguas profundas y climas cálidos, el gradiente de temperatura puede aprovecharse para evaporar un refrigerante e impulsar turbinas.

Lejos del Mercado - Energía Oceánica

Video

BIOMASA ES TODA LA MATERIA VIVA EN LA SUPERFICIE EXTERNA DELGADA DE LA TIERRA LLAMADA BIOSFERA

PUEDE VERSE COMO UN ENORME ALMACEN DE ENERGIA QUE SE RENUEVA CONTINUAMENTE

Biomasa

desechos

Planta de biogás

Composta

BIOMASA

RESIDUOS DEGANADERIA

•RESIDUOS DE COSECHAS•RESIDUOS DE MADERA

•EXCEDENTES DE PRODUCCIONRESIDUOSAGRICOLAS

CULTIVOSENERGETICOS

•MADERA•CAÑA DE AZUCAR

•MAIZ, SORGO

RESIDUOSDE CULTIVOSTROPICALES•BAGASO DE CAÑA

•CASCARILLA DE ARROZ•CASCARA DE COCO

DESECHOSSOLIDOS

ORGANICOS

•RESIDUOS SOLIDOS MUNICIPALES•RESIDUOS

COMERCIALES E INDUSTRIALES

Fuentes de Biomasa

BIOMASA

SecadoDespedazado

Peletizado

COMBUSTIBLE Calentamiento doméstico

Calentamientoindustrial

Energía Eléctrica

Extracción de la energía a partir de la Biomasa1. Combustión directa

Tratamiento inicial

Planta de vapor Gasificador Separación de

residuosLavado de

gas

BIOMASA

AGUA

AIRE

Gas de bajo poder

calorífico

PROCESO CON AIRE

Tratamiento inicial

Planta de vapor Gasificador

Separación de residuos

Lavado de gas

BIOMASA

AGUA

AIRE

Gas con poder

calorífico medio

PROCESO CON OXIGENO

Planta de oxígeno

Ajuste de relación C:H

Síntesis

Remoción de CO2

Separación

Gas de síntesis

Combustible gaseoso

Combustible líquido

Extracción de la energía a partir de la Biomasa2. GasificaciónCONSISTE EN HACER REACCIONAR UN COMBUSTIBLE SÓLIDO CON VAPOR DE AGUA Y AIRE

u OXIGENO A ALTA TEMPERATURA

DESCOMPOSICION DE MATERIA ORGANICA EN METANO Y BIOXIDO DE CARBONO EN AUSENCIA DE OXIGENO

MEDIANTE LA ACCION DE BACTERIAS

DIGESTION ANAEROBIA DE

BIOMASA

NATURAL

SINTETICA

•DESCOMPOSICION DE VEGETACION TERRESTRE•DESCOMPOSCION DE MAT. ORGANICA EN CUERPOS DE

AGUA

DIGESTORES ANAEROBIOS•Residuos Agrícolas•Residuos Urbanos

RELLENOS SANITARIOS•Residuos Agrícolas•Residuos Urbanos

PRODUCTOS

BIOGASCH4 50-75%CO2 25-50%

RESIDUOComposta

COMBUSTIBLE•Doméstico•Transporte

•Generación eléctrica

COMPOSTA•Uso Agrícola

•Alto contenido de nutrientes

Extracción de la energía a partir de la Biomasa3. Digestión anaerobia

FASES

1.- PREPARACION DEL TERRENO

2.- LLENADO POR CAPAS

3.- RECUBRIMIENTO

DESCOMPOSICION ANAEROBIA DE MATERIA

ORGANICA

PROCESO

BIOGAS150-300

m3/ton basura

Extracción de la energía a partir de la Biomasa4. Rellenos sanitarios

BIOMASAHidrólisis

AZUCARES

FermentaciónDestilación

ETANOL•Uso directo

•o diluente de gasolina

MATERIA PRIMA LITROS/ton Litros/ha*año

Caña de Azúcar 70 400 – 12000Maíz 360 250 – 2000Yuca (raíz) 180 500 – 4000Papa (dulce) 120 1000 – 4500

Madera 160 160 - 4000

RENDIMIENTOS EN ETANOL

Extracción de la energía a partir de la Biomasa5. Fermentación

COMBUSTION DIRECTA

GASIFICACION DIGESTION ANAEROBIA

RELLENOS SANITARIOS

FERMENTACION Y EXTRACCION

RESIDUOSAGRICOLAS

RESIDUOS DEGANADERIA

RESIDUOSDE CULTIVOSTROPICALES

DESECHOSSOLIDOS

ORGANICOS

CULTIVOSENERGETICOS

•Energía térmica

•Energía Eléctrica

•Energía térmica

•Energía Eléctrica

Gas de Síntesis

•Energía térmica

•Energía Eléctrica

•Transporte

BIOGAS

•Energía térmica

•Energía Eléctrica

•Transporte

BIOGAS

•Transporte

ETANOLACEITES

Extracción de la energía a partir de la Biomasaextracción en función de la fuente de biomasa.

OTROS ASPECTOS DE LAS ENERGÍAS RENOVABLES

ACCESO A LA RED ELÉCTRICA

•Las redes eléctricas crecieron con el tiempo para llevar energía desde los centros de producción a las orillas más apartadas.•Muchas fuentes de energía renovables son más intensas en áreas remotas, en las costas o en el mar.•Significa que las redes son normalmente inadecuadas para recibir la energía producida

•Producir la energía eléctrica es una parte del reto.•Las redes rurales no pueden transmitir la cantidad de energía que puede producirse sin una inversión mayor•Una solución es almacenar energía...

ACCESO A LA RED ELÉCTRICA

ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA Y CELDAS DE COMBUSTIBLE

•La electricidad no puede almacenarse y el productor no tiene control sobre la demanda.•La electricidad se puede almacenar en forma de H y después convertirse de nuevo mediante una pila de combustible

Energía Renovable en MéxicoSituación Actual (2011)

Energía Renovable en MéxicoPotencial

Hidroeléctrica(solo 17% es aprovechado) 53,000 MW

Geotérmica(solo 40% es aprovechado) 2,120 MW

Eólica(solo 0.15 es aprovechado) 5,000 MW

TOTAL 60,120 MW

El futuro de la energía renovable•Los hidrocarburos serán muy limitados en

30-50 años

•Se debe reducir el daño ambiental de las plantas de carbon

•La energía renovable es una fuente abundante y remota

•Deben comercializarse fuentes de energía renovables

•debe expanderse la capacidad/flexibilidad de la red eléctrica