energía y desarrollo sustentable
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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