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Universidad Nacional Autónoma de México Centro de Investigación en Energía
Claudio A. Estrada Gasca
1er Simposium: Medio Ambiente y Desarrollo Sustentable
Simposia: Las Ciencias en la UNAM: Construir el Futuro de
México
Universidad Nacional Autónoma de México
Ciudad Universitaria, DF, Noviembre 17, 2010
El potencial de energías alternativas de México
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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 sustentable para México.
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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
¿Cuál es el reto energético que hay que enfrentar?
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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 TW2008
30 TW2050
Reto energético que dejan los hidrocarburos
¿Qué fuentes energéticas existen para enfrentar la demananda creciente de energía en forma sustentable.
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Fuente: Renewable in Global Energy Supply IEA 2004 y Ren21 2009.
Potencial aproximado de las energías renovables en el mundo
0.0135 TW60 TW600 TWSolar
2.53 TWAprox. 70 TWApro. 676 TWTotal
0.121 TW2 a 4 TW50 TWViento
0.054 TW0.6 TW12 TWGeotermia
1.4 TW5 TW7 a 10 TWBiomasa
0.9 TW1.7 TW4.6 TWHidráulica
Capacidad instalada(2008)
Técnicamente factible
Potencia global teórica
0.845 TW10 TW17.5 TWNuclear
1 TW = 1012 W : 1,000 Complejos GPE de 1,000 MW cada uno.
Solar 60 TW
Futuro de la energía en el mundo y en México
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• 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
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Alza de los precios de los hidrocarburos (¿hacia los 150 dólares por barril ?).
Mercado mundial de emisiones de CO2 (¿hacia 40-60 dólares la tonelada de CO2?).
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.
Consideraciones sobre el desarrollo de las ER
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Inversión anual mundial en ER (1995-2007)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
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Evolución de los Costos de las Energías Renovables
Costos nivelados de energía en USD constantes del 2005$1
Source: NREL Energy Analysis Office (www.nrel.gov/analysis/docs/cost_curves_2005.ppt)1These graphs are reflections of historical cost trends NOT precise annual historical data. DRAFT November 2005
Mercado Mundial de las ER
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¿Qué tan competitivas son las tecnologías de ER?¿Qué tan competitivas son las tecnologías de ER?
Mercado Mundial de las ER
Mer
cad
om
ayo
rist
a
Mer
cado
min
oris
ta
10 20 30 40 50
Generación eléctrica Costos en cent$US/ kWh
Mini-hidráulica
Solar Fotovoltaica
Concentración Solar
Biomasa
Geotérmica
Eólica
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Consumo de Energía Global en 2008Consumo de Energía Global en 2008
Energía Mundial y las ER
Fuente: IEA, 2008. Renewables Information 2008.
12.7 % energías renovables0.6 % nuevas energías renovables
80.8 % energías fósiles
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Energía Mundial y las ER
18.7 % energías renovables2.4 % nuevas energías renovables
Fuente: IEA, 2008. Electricity Information 2008.
Poducción de energía eléctricaPotencia eléctrica instalada en 2008: 4,012 GWe
66.6 % fósiles
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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 renovables1.02% nuevas energías renovables
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Capacidad instalada de Capacidad instalada de generación eléctricageneración eléctrica por tecnología por tecnología en el 2008en el 2008. CFE. CFE
200849, 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
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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 5.5Residencial, comercial y público 893.5 18.6Transporte 2157.8 44.8Agropecuario 134.9 2.8Industrial 1392.9 28.3
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Consumo interno
Producción total
Producción Cantarell
Energía en México
Situación crítica para México
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Objetivo sostenible en el crecimiento de la demanda energética primaria mundial
Year
Source: German Advisory Council on Source: German Advisory Council on Global Change, 2003, www.wbgu.deGlobal Change, 2003, www.wbgu.de
Proyecciones Futuras de Energía
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Energía Eólica Energía Eólica Potencial en MéxicoPotencial en México
Puerto JuárezCancún
CozumelPuerto MorelosChemuyil
Coba
Xcalak
Isla delCarmen
La Ventosa
Lerdo
Acayucan
LagunaVerde
El GavilleroPachuca
Valle deMéxico
La Virgen
Valle del Hundido
Valle de Acatita
San Bartolo
Rancho MarAzul
Isla MargaritaBahía Magdalena
San Carlos
RegiónPacífico Norte
Guerrero NegroVizcaíno
Laguneros
IIE
CFE
Península deBaja California 200 MW
Oaxaca 2,000 MW
Península de Yucatán 1,000 MW
Altiplano Norte yCentro del País 900 MW
Costa del Golfo 700 MW
.
.
Potencial en México 40,000 MW
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1919 www.cie.unam.mx www.cie.unam.mx
Energía Eólica Energía Eólica TecnologíaTecnología
Características
Capacidad Instalada en el Mundo60,500 MW (Abril 2006)
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Energía Eólica Energía Eólica ProyecciónProyección
Desarrollo en España
En 6 años se instalaron 8,760 MWe
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 actualmentecon 85 MW
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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
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Energía Solar, un recurso inagotable
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2222 www.cie.unam.mx www.cie.unam.mx
Energía Solar: Energía Solar: Tecnologías FotovoltaicasTecnologías Fotovoltaicas
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www.cie.unam.mxwww.cie.unam.mxwww.cie.unam.mxwww.cie.unam.mx
Energía Solar: Energía Solar: Tecnologías Fotovoltaicas, MercadosTecnologías Fotovoltaicas, Mercados
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www.cie.unam.mxwww.cie.unam.mx
Tecnología
Calentamiento Solar de Agua
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www.cie.unam.mxwww.cie.unam.mx
Calentamiento Solar de Agua
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Calentamiento Solar de Agua
Fuente: IEA-SHC, 2009. Solar Heat Worldwide. Markets and Contribution to the Energy Supply 2007Fuente: 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.
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Sector Industrial Proceso Nivel de Temperaturas, 0C
Comidas y Bebidas SecadoLavadoPasteurizaciónEbulliciónEsterilizaciónTratamientos térmicos
30 - 9040 - 80
80 - 11095 - 105140 - 15040 - 60
Industria textil LavadoBlanqueadoEntintado
40 - 8060 - 100100 - 160
Industria química EbulliciónDestilaciónVarios procesos químicos
95 - 105110 - 300120 - 180
Todos los sectores Precalentamiento de agua paraebulliciónCalentamiento al inicio de laproducción
30 - 100
30 - 80
Calentamiento Solar para Procesos Industriales
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SIJ, GermanySIJ, Germany Parasol, AustriaParasol, Austria
Calentamiento Solar de Agua para Procesos IndustrialesDesarrollo de colectores solares de mediana temperatura
Parasol, AustriaParasol, Austria
Solel, IsraelSolel, Israel
CIE-UNAM, MéxicoCIE-UNAM, México
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www.cie.unam.mxwww.cie.unam.mx
Energía Solar: Energía Solar: Tecnología termosolar de Tecnología termosolar de potenciapotencia
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www.cie.unam.mxwww.cie.unam.mx
Fuente: SolarPACES, 2008
Recientemente, hay un resurgimiento del interés Recientemente, hay un resurgimiento del interés en la tecnología. Aproximadamente 10,000 MW en la tecnología. Aproximadamente 10,000 MW
están construidos, en construcción o propuestos.están construidos, en construcción o propuestos.
Energía Solar: Energía Solar: Tecnología termosolar de Tecnología termosolar de potenciapotencia
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PLANTA PS10: Generación directa de vapor
VAPOR SATURADO
•Conservadurismo termodinámico
•Factor de capacidad limitado
•Penaliza O+M del bloque de potencia
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PLANTA PS10, PS20
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Solar One en NevadaSolar One en Nevada
www.cie.unam.mxwww.cie.unam.mx
"Nevada Solar One" planta termosolar en el Estado de Nevada (USA), 2007
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Solar One en NevadaSolar 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 km2
Longitud de concentradores cilindrico parabólicos
76 Km
No. de espejos 219,000
Temperatura del Fluido 400 °C
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• Irradiancia de alta calidad en más de la mitad del país• G = 1000 W/m2 promedio en estados de alta insolación• Potencia eléctrica instalada en México : 50 GWe (Sep 2008)
Potencial: Chihuahua: 18,873 GWe
Sonora: 14,030 GWe
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 / Km2
4,225 Km265 Km
65 Km
Energía solar, superficie necesaria para satisfacer la demanda eléctrica en México
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3636 www.cie.unam.mx www.cie.unam.mx
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
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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.
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Biomasa en México
Leña y Bagazo
La bioenergía representa el 5% de la oferta interna La bioenergía representa el 5% de la oferta interna de energía primaria en México (344 de 7,367 PJ/yr de energía primaria en México (344 de 7,367 PJ/yr en 2008)en 2008)
Se tiene un potencial sustentable de 3,000 PJ/año Se tiene un potencial sustentable de 3,000 PJ/año que equivaldría al 62% de la energía final demanda que equivaldría al 62% de la energía final demanda debida a los sectores de consumo final energético debida a los sectores de consumo final energético en el año 2008 (4,814 PJ)en el año 2008 (4,814 PJ)
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3939 www.cie.unam.mx www.cie.unam.mx
Energía Mini y Micro Hidráulica en México
Capacidad hidroeléctrica instalada en México: 10,707 MWe
DistribuciónRío % 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
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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
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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)
Energía del Mar en MéxicoEnergía del Mar en México
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• Capacidad Instalada: 1,365 MW (planta como Laguna Verde)
• Vida útil de una Planta nucleoeléctrica: 30 años
• Combustible nuclear requerido: 20 ton importadas por recarga / 9 meses
• Recurso probado de minerales radioactivos (2007): 9,682 tons. de uranio radiactivo U3O8. Para eventualmente convertir este uranio en combustible nuclear
• UO2, es necesario enriquecerlo en el extranjero, ya que en México no se cuenta con la tecnología necesaria para ese proceso en México
• Reservas totales de uranio mexicano alcanzarían para 63 recargas
• El total de las reservas alcanzarían para poco más de 40 años; es decir, sólo alcanzan para poco más de otra planta igual a Laguna Verde
• Se concluye que México no puede establecer un programa nuclear basado en sus propios recursos de uranio; si quiere hacerlo, tendrá que seguir recurriendo a la importación de uranio enriquecido.
Energía Nuclear en MéxicoEnergía Nuclear en México
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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 Producción de CO2 por tecnología
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
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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 Producción de CO2 por tecnología
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TecnologíaCapacidad
(litros)Uso
Emisiones
(vida útil 10 años) L/día g CO2/díaCalentador solar colector
plano*150 150 108.7
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
Producción de CO2 por tecnología Producción de CO2 por tecnología
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• México ha estado haciendo algunos esfuerzos para promover las ER. Geotermia: 953 MWe, 30 años de desarrollo. Eólica: 83 MWe, en construcción. Solar: 25 MWe en un complejo de 950 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.
En Resumen, ER en México
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• 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 y tecnológico en México.
Conclusiones
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Gracias por su atención
