Impacto de la Eficiencia Energética en el Cambio Climático · Observa una curva de demanda...
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Dr. Hugo Pérez Rebolledo Instituto de Investigaciones Eléctricas
Generación y Consumo de Energía
Miércoles 22 de octubre del 2014
Impacto de la Eficiencia
Energética en el Cambio Climático
Índice
• Introducción
• Generación
• Redes
• Demanda
• Tendencias tecnológicas
• Conclusiones y Recomendaciones
Contenido
El porcentaje del consumo de energía primaria y las emisiones de dióxido de carbono tiende a incrementar en los próximos años:
• La población mundial sigue aumentando;
• Las economías emergentes continúan desarrollándose;
• El cambio climático conduce a una mayor demanda de enfriamiento en edificios en climas cálidos, y
• La creciente riqueza personal impulsa la demanda
de consumidores con mas electrodomésticos.
Introducción
Consumo de energía per cápita en México: En el año 2011: El consumo de energía per cápita fue 76.9 GJ por habitante, 3.3% mayor que 2010. En dicho año, la población mexicana pasó de 108.4 a 109.2 millones de habitantes, lo que representó un crecimiento de 0.8%. Por su parte, el consumo nacional de energía creció 4.1%. El consumo de electricidad per cápita incrementó 6.1% respecto al año anterior, al ubicarse en 2,077.4 kilowatts-hora (kWh) por habitante. Esto fue resultado del incremento en el consumo total de electricidad (6.9%) y de la población nacional (0.8%). En el 2013 el consumo de energía per cápita se mantuvo cerca de los 76.16 GJ. Actualmente (2014) somos 112´,336,538 habitantes, 57´481,307 mujeres y 54´855,231 hombres.
Introducción
Eficiencia en la Generación de Electricidad
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KEMA Energy efficiency on power plants-2009
Eficiencia de algunos tipos de plantas generadoras
Fuente: KEMA Energy efficiency un power plants-2009
Cogeneración
• Casi 2/3 de los 49,555 Twh consumidos para la producción de electricidad en el mundo son disipados al ambiente.
• Dicha disipación es el nicho que busca aprovechar la Cogeneración, aplicando CHP (Combined Heat and Power) o conceptualizando sistemas de generación descentralizada (o distribuida)
Hugh Rudnick Van De Wyngard)
Generación de electricidad por fuente primaria
Generación eléctrica por fuente primaria para los años 1997 a 2007
Generación bruta en el servicio público por tipo de energético utilizado, 1997 – 2007 (TWh)
Eficiencia en la generación de electricidad con combustibles fósiles
Composición global de combustibles empleados en generación eléctrica y su eficiencia 1990-2009
Eficiencia en la generación de electricidad
Generación eléctrica con combustibles fósiles.
En la actualidad (datos 2006), en el mundo el 80% del consumo energético proviene de combustibles fósiles2. En el caso de la electricidad, el 60% se genera a partir de combustibles fósiles3, con un 16% generados con energía nuclear y el otro tanto con hidroeléctrica. En México el porcentaje de energía eléctrica generada a partir de combustibles fósiles es del 80%4. La AIE prevé que para 2030 el porcentaje de electricidad generada con combustibles fósiles será del 66%, lo que muestra que no solo no disminuye, sino que incluso aumenta ligeramente en este periodo. 1Agencia Internacional de Energía. World Energy Outlook 2008. pp. 78. 2Agencia Internacional de Energía. World Energy Outlook 2008. pp. 143. 3Prospectivas del Sector Eléctrico 2008-2017. SENER. pp. 109. 4Agencia Internacional de Energía. World Energy Outlook 2008. pp. 143.
El ejemplo de Mexicali Baja California
El fraccionamiento Valle de las Misiones: • 220 casas económicas con sistemas
fotovoltaicos interconectados a la red eléctrica
• Aislamiento térmico.
La energía eléctrica requerida en las viviendas: • Energía generada por las celdas fotovoltaicas y • Complementada por la energía de la red
eléctrica de la CFE
Capacidad del sistema. 1 kW
Costo del sistema $ 81,370
Vida útil 30 años
Producción promedio anual 2040 kWh
Producción promedio mensual 170 kWh
Ahorro promedio mensual. $ 120.00
Proyecto primer etapa. 220 casas
Fecha del Proyecto: 12 de octubre de 2006
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Almacenamiento por hidro-bombeo • 75-80% en el ciclo de
eficiencia de almacenamiento.
• 30-350 MW por unidad
Generación por almacenamiento Hidro por Bombeo
• Aire comprimido por proceso adiabático CAES, Compressed Aire Energy Storage:
• Eficiencia de cerca del 70%.
• No requiere de gas ni genera emisiones (CO2)
• El CAES convencional requiere de gas y genera emisiones (CO2)
Generación con aire comprimido
Generación con Fuentes Renovables
• La generación de energía renovable (Hidro, solar, viento, biomasa, geotérmica y mareomotriz) ha crecido cerca del 13% anual en capacidad instalada en los últimos 10 años.
• La fotovoltaica ha mantenido un crecimiento promedio anual del 40% (Alemania, Italia, USA y Japón).
• Un 27% se tiene en aerogeneradores en tierra (los instalados en el mar son de tecnología emergente y requieren de mayor I&D para mejorar los componentes).
Redes Inteligentes y la Administración de la Demanda Residencial
Internet (Cliente, servicio)
Medidor
Electrodomésticos
Red Eléctrica
Internet (Administrador de
red, medidor, servicio)
Controlador de
Administrador
de Energía
Portal en Web
Pantalla con
indicadores en
tiempo real
Control de AA
Contacto
Inteligente
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Transmisión:
• Optimización eléctrica de derechos de vía: incremento de capacidad
• Conversión de líneas de AC a DC
• Monitoreo y determinación dinámica de cargabilidad
• Metodologías de diagnóstico y determinación de vida útil de componentes
• Monitoreo en línea de contaminación del aislamiento
• Alargamiento de vida útil del aislamiento externo con base en nanocompuestos
Cables:
• Diagnóstico y monitoreo de condición
• Determinación dinámica de cargabilidad
Redes
Distribución
• Metodología para la automatización sustentable de la
distribución
• Metodología de reingeniería de alimentadores: reducción
de pérdidas técnicas, reducción de TIU, mejor
aprovechamiento de la capacidad instalada.
Redes
Fuente: European Commission for Smart Grids
Parques
Eólicos en el
Mar y
Generación
Mareomotriz
Nuclear
Energía
Termo-Solar
Biogas
Calor y Energía
Hidrógeno
Calor y Energía
Infraestructura Hidrógeno
Vehículos Hidrógeno
Vehículos Eléctricos
Tren Eléctrico y Transporte Publico
Producción con IGCC
Captación y Almacenamiento del
Carbón
Generación Eólica
Almacenamiento Hidráulico
Electricidad Hidroeléctrica y
Geotérmica
Fotovoltaico
CalefacciónSolar
Red Inteligente
Red Futura 2060
Visión General
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Opera con nuevas tecnologías, como FACTS (controladores a base de electrónica de potencia), superconductividad, almacenamiento de energía
Reducción de pérdidas
Mayor confiabilidad
Mayor flexibilidad en la operación de la red eléctrica
EMPRESA DE SERVICIO DE ENERGÍA ELÉCTRICA:
Redes Inteligentes
EMPRESA DE SERVICIO PÚBLICO DE ENERGÍA ELÉCTRICA:
Observa una curva de demanda suavizada
Difiere inversiones de capital en transmisión y distribución
Aprovecha la infraestructura existente y optimiza su uso Cuenta con sistemas de monitoreo en línea de equipos
Detecta condiciones de pre-falla
Alarga la vida útil de los equipos Utiliza infraestructura avanzada de medición
Informa al usuario precios en tiempo real e incentivos para modificar patrones de consumo
Mejora la atención al usuario
Visión General
Opera una red de distribución automatizada
Detecta y aísla fallas, reconfigura la red para continuar con el servicio
Utiliza infraestructura de medición basada en sincrofasores y sistemas de protección de área amplia
Detecta situaciones previas a la pérdida de estabilidad o colapso de voltaje y aplica acciones preventivas
Mejora la confiabilidad y seguridad del sistema
EMPRESA DE SERVICIO DE ENERGÍA ELÉCTRICA:
Visión General
CONSUMIDOR (INDUSTRIAL, COMERCIAL Y RESIDENCIAL):
Mejor informado y apoyado en sistemas inteligentes de administración de la demanda
Reduce consumo de energía
Reduce el monto de su factura
Integrado a un sistema eléctrico confiable y con mejor atención del proveedor
Menor afectación económica por interrupciones y calidad deficiente
Podría contar con generación propia
Inyecta al sistema la energía excedente y reduce su factura
Visión General
Tendencias en Innovaciones Tecnológicas en Eficiencia Energética
“Cool Earth”, Japan´Innovative Energy Technology Program, METI (Ministry of Economy, Trade and Industry of Japan): 2008
Tendencias Tecnológicas
INDUSTRIA Sistemas de Monitoreo Sistemas de Cogeneración Sistemas de Electrónica de potencia para el control de motores Sistemas de Administración de la energía Norma para la administración de la energía Sistemas de Recuperación de calor Sistemas de Electrónica de potencia para el control de procesos
(motores) Administración de la energía con Redes Inteligentes
RESIDENCIAL Casas y edificios de cero emisiones Materiales aislantes de calor Cogeneración en hogares (gas/electricidad) Iluminación eficiente: OLED, LED, Lámparas fluorescentes compactas Sistemas de calentamiento de agua eficientes Generación en casas: Celdas de combustible, paneles solares, aerogeneradores Sistemas de administración de la energía (Redes inteligentes) Controlador automático de consumo embebido en electrodomésticos Tomacorriente inteligente Prepago de consumo Potencia en espera Normas REDES INTELIGENTES • Todos los niveles
Tendencias Tecnológicas
COMERCIAL Materiales aislantes de calor Sistemas de Aire Acondicionado (bombas de calor) Sistemas de Cogeneración (gas/electricidad) Iluminación eficiente Sistemas de calentamiento de agua eficientes Generación eléctrica: Celdas de combustible, paneles solares Administración de la energía TRANSPORTE Motores híbridos Motores eléctricos Fabricación de biodiesel Recuperación de frenado
Tendencias Tecnológicas
MATERIALES PARA NUEVAS TECNOLOGÍAS
Desarrollo de LEDs y OLEDs Desarrollo de nanocompuestos de celdas solares Catálisis de bajo costo y membranas de alta selectividad para
celdas de combustible estacionarias Termoelectricidad Baterías recargables Películas conductoras Nanocompuestos duros e imanes suaves para sensores
Tendencias Tecnológicas
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Consumo de electricidad por electrodoméstico en México
• En México los electrodomésticos de mayor consumo energético son las lámparas, el refrigerador, televisor, lavadora y secadora.
• Los refrigeradores representan el 29% del consumo eléctrico residencial debido a que son equipos que están permanentemente conectados y tienen un alto nivel de uso en las casa habitación.
En la próxima década, que tecnologías serán implementadas?
A largo plazo, las nuevas tecnologías cambiarán la administración de la demanda y consumo de energía.
Demanda
Estimación de Ahorros y Emisiones Evitadas por Normas de Eficiencia Energética de Electrodomésticos
Estimación de ahorros por la aplicación de cuatro normas de eficiencia energética en México
Fuente: estudio IIE/CONAE/LBNL
Estimación de emisiones por la aplicación de cuatro normas de eficiencia energética en México.
(Refrigeradores, aire acondicionado, motores y lavadoras)
Análisis de reducción del consumo de energía a lo largo de la cadena entera del producto desde la extracción de materia prima hasta la disposición final
Ciclo de Vida
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Tecnologías para Edificios; Sistemas de Administración de Energía
Administración integrada del edificio
Sistema HVAC
Control de alumbrado
Administración de elevadores
Controles digitales
directos (DDC)
Sistema de generación de
emergencia
Hidráulica
Refrigeración Administración de energía
Monitoreo de alarmas
PLCs
Requisitos de flexibilidad en SE
• Integración de Renovables.- Incremento masivo de energías renovables producirá retos para sistemas de energía. La generación y el consumo se tendrán que balancear continuamente.
• Estudios de la Integración de generación renovable en gran escala, p.ej., modelos de pronóstico de la generación intermitente (eólica), estudios de impacto de la futura integración de generación de gran escala en la operación del sistema eléctrico.
• Generación Flexible.- La flexibilidad de plantas generadoras incrementará los costos debido a mas pérdidas por mantenimientos y de eficiencia.
• Expansión de redes.- Retrasos en la expansión de redes, debido a la baja aceptación de la gente y aprobaciones complicadas (medioambientales).
• Tecnologías inteligentes.-Control de cargas inteligentes contribuye a la estabilidad del sistema
• Almacenamiento de energía.- de las mas grandes en escala de almacenamiento de energía, se tienen las de hidro-bombeo, 75-80% eficiencias, 30-350 MW.
Conclusiones y Recomendaciones
• A nivel mundial la demanda de energía no disminuye, como consecuencia tampoco las emisiones de CO2.
• Se hacen esfuerzos para lograr el objetivo global de limitar el incremento de temperatura a 2oC.
• Se requiere de crear sistemas energéticos con tecnologías más limpias.
• Incrementar la infraestructura de Edificios inteligentes y viviendas sustentables.
• La eficiencia energética se reconoce como una estrategia de política energética indispensable.
• Educación y conciencia sobre el aprovechamiento eficiente de los recursos energéticos.
• El reto es construir un futuro energético limpio, seguro y competitivo.
Conclusiones y Recomendaciones
¡Gracias por su atención!
Dr. Hugo Pérez Rebolledo
Instituto de Investigaciones Eléctricas
Calle Reforma 113 Col. Palmira
62490 Cuernavaca, Morelos, México
Teléfonos: (777) 3182424, (55) 52548437
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