Embed Size (px)
Citation preview
Cen
tro
de In
vest
igac
ión
en E
nerg
ía, U
NA
M
Universidad Nacional Autónoma de México Centro de Investigación en Energía
Tecnologías de Aprovechamiento de la Energía Solar
• Campo de Pruebas de Heliostatos en
Hermosillo, Sonora
Claudio A. Estrada Gasca
Mesa: Energías alternas: tecnologías en desarrollo
IV Congreso Anual Conjunto de Asociaciones del Sector
Energético y XII Congreso Anual de la AMEE
Acapulco, Guerrero, Mayo 25, 2012
Cen
tro
de In
vest
igac
ión
en E
nerg
ía, U
NA
M
Realidades
• La población va en aumento: 7 kM (ahora) - 8 kM (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 eventualmente en los próximos años
• El uso de los hidrocarburos genera gases de efecto invernadero que contribuyen al cambio climático
Por lo tanto, la estructura energética actual no es sustentable, se requiere de un cambio que ya empezó
Cen
tro
de In
vest
igac
ión
en E
nerg
ía, U
NA
M
La energía solar, en sus diversas manifestaciones directas (radiación solar directa, difusa…) o indirectas
(biomasa, eólica, hidráulica, mareomotriz…) es la fuente de energía mas abundante en la Tierra.
El consumo energético anual actual (=DG, demanda global) de energía primaria es aproximadamente 425
EJ/año.
La energía solar total anual que alcanza la superficie de la
Tierra y su atmósfera es 2.895.000EJ/año, que
representa (~7000 veces la demanda global en 2004, DG)
unas 9 veces el recurso total de todas las demás
energías no-renovables, estimado en 325300 EJ (765
veces la DG)
Petróleo: 8690 EJ (~20 DG),
Gas: 17280 EJ (~40 DG), Uranio:
114000 EJ (~270 DG),
Carbón: 185330 EJ (~440 DG).
Recurso energético y demanda global
Universidad Nacional Autónoma de México Centro de Investigación en Energía
4
Mercado Mundial de las ER
Fuente: REN21. Renewable 2011. Global Status Report.
Universidad Nacional Autónoma de México Centro de Investigación en Energía
5
Mercado Mundial de las ER
Empleos generados: + de 3,500,000
Fuente: REN21. Renewable 2011. Global Status Report.
Universidad Nacional Autónoma de México Centro de Investigación en Energía
6
Costo de producción de electricidad por kWh generado (en $ 2012) Fuente de Energía Costo
c$/kWh
Nuclear 8-10 Carbón 7-13 Ciclo combinado de gas 5-12 Solar Fotovoltaica 6-26 Solar Termoeléctrica 15-21 Eólica 6-13 Biomasa gasificación 8-21 Hidroeléctrica (mini) 3-27
Fuente: Bloomberg New Energy Finance Q1 2012 Clean Energy Policy & Market Briefing
Mercado Mundial de las ER
Cen
tro
de In
vest
igac
ión
en E
nerg
ía, U
NA
M
• El 70% de la población del planeta vive dentro de la denominada “Franja Solar”.
• Irradiancia de alta calidad en más de la mitad del país • G = 1000 W/m2 promedio en estados de alta insolación, ( 2200 kWh/m2) • Potencia eléctrica instalada en México : 51.1 GWe (Dic 2011)
40 N
35 S
Energía solar, un recurso inagotable
Cen
ter f
or E
nerg
y R
esea
rch,
UN
AM
8 www.cie.unam.mx
Energía Solar: Tecnologías Fotovoltaicas
Cen
tro
de In
vest
igac
ión
en E
nerg
ía, U
NA
M
Capacidad mundial existente, 1995 - 2009
Fuente: REN21. 2011. Renewables Global Status Report: 2011 Update (Paris: REN21 Secretariat).
IIE, Mexico IIE, Mexico
Energía Solar: Tecnologías Fotovoltaicas. Mercados
La mayor parte de la potencia instalada son ahora de interconexión a la red
Cen
tro
de In
vest
igac
ión
en E
nerg
ía, U
NA
M
Países con las mayores instalaciones acumuladas fotovoltaicas al 2009
Fuente: REN21. 2011. Renewables Global Status Report: 2011 Update (Paris: REN21 Secretariat).
Energía Solar: Tecnologías Fotovoltaicas. Mercados
Cen
tro
de In
vest
igac
ión
en E
nerg
ía, U
NA
M
Capacidad instalada en los 10 principales países, 2010
Fuente: REN21. 2011. Renewables Global Status Report: 2011 Update (Paris: REN21 Secretariat).
IIE, Mexico IIE, Mexico
Energía Solar: Tecnologías Fotovoltaicas. Mercados
Capacidad mundial 40 GW 1 Alemania 17.3 GW 2 España 3.8 GW 3 Japón 3.6 GW 4 Italia 3.5 GW 5 Estados Unidos 2.5 GW La Republica Checa; Incrementa de casi cero en 2008 a 2GW en 2010.
Indicador 2008 2009 2010 2011*
Capacidad fotovoltaica instalada (GW) 16 23 40 69 Producción de celdas fotovoltaicas (GW) 6.9 11 24 37
Crecimiento de la capacidad fotovoltaica mundial 2008-2010*
Cen
tro
de In
vest
igac
ión
en E
nerg
ía, U
NA
M
• México tiene una insolación media anual de ~2000 kWh/m2, el doble de Alemania.
• A pesar de esto, los sistemas FV crecieron solo a ritmos de ~1 MW anual entre 1987 a 2007.
• En estos 20 años el total de instalación FV alcanzó los 20MW. • Desde 2008 comienza el impacto de la interconexión a las
redes. • En 2009 se instalaron 3.2 MW, de los cuales 0.8 MW es
interconectado a la red. • Con un total no domestico 18.037 MW, domestico 5.637 MW y
en la red 1.3 MW • Un total de 25.020 MW, con el dominio de las aplicaciones
autónomas
Energía Solar: Tecnologías Fotovoltaicas en México
Cen
tro
de In
vest
igac
ión
en E
nerg
ía, U
NA
M
Fotovoltaica: Desarrollo de la tecnología
Una combinación de eficiencia y costo de producción
T. Surek, “Crystal Growth and Materials Research in Photovoltaics,” J. Crystal Growth 275, 292 (2005).
75 GW
Se espera tener el costo del Wp a 1 USD
Energía Solar: Tecnologías Fotovoltaicas
Cen
tro
de In
vest
igac
ión
en E
nerg
ía, U
NA
M
Tecnología
Calentamiento Solar de Agua
Universidad Nacional Autónoma de México Centro de Investigación en Energía
15
Calentamiento Solar de Agua
Capacidad instalada anual de captadores solares planos y de tubos evacuados del 2000 al 2010.
Fuente: IEA-SHC, 2009. Solar Heat Worldwide. Markets and Contribution to the Energy Supply 2007
Universidad Nacional Autónoma de México Centro de Investigación en Energía
16
Calentamiento Solar de Agua
Capacidad total en operación (GWe), (GWth) y energía producida (TWe), (TWth), 2010.
Fuente: IEA-SHC, 2010. Solar Heat Worldwide. Markets and Contribution to the Energy Supply 2010
Cen
tro
de In
vest
igac
ión
en E
nerg
ía, U
NA
M
Calentamiento Solar de Agua
Balance de Energías Renovables en México: 2001 – 2009
Gpromedio = 18.8 MJ/m2-día Fuente: ANES 2010
0
100
200
300
400
500
600
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009
MW
th
Año
Calentadores Solares de Agua
ANUAL
ACUMULADA
Cen
tro
de In
vest
igac
ión
en E
nerg
ía, U
NA
M
Calentamiento Solar de Agua
324 608
17 25 3 205
3,889
7,290
99 131 15
1,227
0
800
1600
2400
3200
4000
4800
5600
6400
7200
8000
Solar térmica Fotovoltaíca Aerogeneradores
Capacidad instalada [MWe], [MWth] Energía producida [MWhe], [MWhth]
Balance de Energías Renovables en México: 2005, 2009 Solo solar térmica, fotovoltaica y eólica
Gpromedio = 18.8 MJ/m2-día
2005 2009 2005 2009 2005 2009
Calor Potencia
Fuente: ANES 2010
Cen
tro
de In
vest
igac
ión
en E
nerg
ía, U
NA
M
Sector Industrial Proceso Nivel de Temperaturas, 0C
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
Calentamiento Solar para Procesos Industriales
Cen
tro
de In
vest
igac
ión
en E
nerg
ía, U
NA
M Solel, Israel
SIJ, Germany Parasol, Austria
Calentamiento Solar para Procesos Industriales
Desarrollo de colectores solares de mediana temperatura
CIE-UNAM, México
IIE, México
Cen
tro
de In
vest
igac
ión
en E
nerg
ía, U
NA
M
www.cie.unam.mx
Energía Solar: Tecnología termosolar de potencia
Capacidad Mundial instalada o en proceso: más de 10,000 MWe
Cen
tro
de In
vest
igac
ión
en E
nerg
ía, U
NA
M
Sistemas que generan electricidad a partir de la radiación solar directa CONCENTRADA • Son importantes porque:
• Permiten generación distribuida y centralizada de electricidad de modo “gestionable”, complementando (no compitiendo) con otras renovables como la eólica y la hidroeléctrica (escasas en verano o anticiclón)
• Compite por ser la “electricidad solar” mas barata • El despliegue comercial ya es significativo (~240 proyectos=~10 GWe ) • Ya existe el conocimiento y la experiencia necesarias • Generan empleo, tanto temporal como permanente • Son sistemas que reducen de forma apreciable las emisiones de CO2 :
Ciclo de vida (retorno de la energía para la fabricación/construcción/desmantelamiento) ~12 meses
Cada kWh de electricidad producida con energía solar evita la emisión la atmósfera de ~0.5 kg de CO2
-
Termosolar de Potencia Eléctrica o Solar Termoeléctrica (STE)
Cen
tro
de In
vest
igac
ión
en E
nerg
ía, U
NA
M
Fluidos de trabajo -Temperatura -Rendimiento -Almacenamiento
Diseño sistemas - Ciclos - Refrigeración - Hibridación - Terreno - Costes
Discos Parabólicos con motor Stirling
Canales Parabólicos
Reflectores lineales Frenel
Helióstatos con receptor en torre
Diferentes tecnologías: diferentes prestaciones y potencial
Potencia de una PTS / área: 1 MWe / 2 hectareas
Cen
tro
de In
vest
igac
ión
en E
nerg
ía, U
NA
M
227 Proyectos (> 11 GWe) >1.3 GWe ya en operación, ~ 4 GWe en construcción
Mexico: Agua Prieta (Sonora), en construcción
Despliegue Actual de las Tecnologías Solares Termoeléctricas
SEGS Plants (Total 354 MW) Kramer Junction / Harper Lake, California
Nevada Solar One 64 MW Boulder City, Nevada
Kimberlina 5 MW Bakersfield, California
Sierra Sun Tower 5 MW Lancaster, California
Red Rock 1 MW Arizona
Plantas en Operación en EUA
En Operación (12) En Construcción avanzada (15)
Malaga
Badajoz
Seville Almeria
Alicante
Ciudad Real
Granada
Información actualizada: www.protermosolar.com
Cen
tro
de In
vest
igac
ión
en E
nerg
ía, U
NA
M
Extresol 1 y 2 (ACS/Cobra)
PS10 and PS20 (Abengoa Solar)
Puertollano 50 MW (Iberdrola Renovables)
Gemasolar (Torresol)
Energía Solar: Tecnología termosolar de potencia
ANDASOL 1 and ANDASOL 2, Guadix, España
Universidad Nacional Autónoma de México Centro de Investigación en Energía
28
Energía Solar: Tecnología termosolar de potencia. Iniciativas emergentes
Cen
tro
de In
vest
igac
ión
en E
nerg
ía, U
NA
M
Proyecto Laboratorio Nacional de Sistemas de Concentración Solar y Química Solar. LACYQS. México
Proyecto a 3 años, inicio sep del 2007 – termina Diciembre 2010. ≈ 43 M$
Cen
tro
de In
vest
igac
ión
en E
nerg
ía, U
NA
M
Subproyecto: Horno Solar de Alto Flujo Radiativo. Temixco, Morelos
Acero al carbón Tf = 1808 K; 1535 C
Tugnsteno Tf = 3704 K; 3406 C
Cen
tro
de In
vest
igac
ión
en E
nerg
ía, U
NA
M
Sub-proyecto Campo de Pruebas de Helióstatos CPH. Hermosillo, Sonora
• Torre de 33 m de alto • Blanco lambertiano de 36 m2 • 15 helióstatos en operación de 36 m2 • 82 helióstatos de 36 m2: 2MWt
Cen
tro
de In
vest
igac
ión
en E
nerg
ía, U
NA
M
• La inversión en nuevas instalaciones de ER en 2011 fue de 211,000 M USD.
• El mercado mundial de las tecnologías solares se están desarrollando a tasas muy grandes: En 2010, PV, 72%; CET, 77% , CSA, 16%.
• A nivel mundial se tiene instalados más de 20,000 MWe. En México solo tenemos 25 MWe.
• Se espera que el Wp PV alcance el 1 USD. Actualmente esta en 1.5 WP.
• Se espera un avance científico y tecnológico de las PV significativo en los próximos años.
• El calentamiento solar de agua es una industria mundial en expansión, el mercado lo dominan los Chinos. La industria nacional requiere apoyo.
• El calor solar para procesos industriales tiene un gran potencial de desarrollo en México.
Algunas conclusiones
Cen
tro
de In
vest
igac
ión
en E
nerg
ía, U
NA
M
• Las STE están realizando dos tareas simultáneamente, aun se están desarrollando pero ya contribuyen al mercado eléctrico.
• Se espera que para el año 2020 las STE serán competitivas con plantas térmicas convencionales gracias a: • Mejoras tecnológicas incrementales (hasta 54%) • La Producción en masa
• Los centros tecnológicos han de jugar un doble papel: • Apoyando a las empresas para que la tecnología se implemente de manera óptima • Generando nuevo conocimiento que permita el completo desarrollo de las opciones
tecnológicas actuales y futura • Las STE del mañana podrían estar basadas en conceptos muy diferentes a los
actuales • El reto es producir electricidad limpia, segura y gestionable a un precio
competitivo.
• ¿México se montará a este esfuerzo tecnológico mundial o solo veremos ver pasar el tren?
Algunas conclusiones
Cen
tro
de In
vest
igac
ión
en E
nerg
ía, U
NA
M
Universidad Nacional Autónoma de México Centro de Investigación en Energía
• Horno Solar de Alto flujo Radiativo en Temixco
Morelos
Gracias por su atención
[email protected] www.cie.unam.mx
