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SEMANA VERDE DEL INSTITUTO DE INGENIERÍA, UNAM. ENERGÍA EN MÉXICO Y EN EL MUNDO 21/06/2011
SEMANA VERDE DEL INSTITUTO DE INGENIERÍA, UNAM.
ENERGÍA EN MÉXICO Y EN EL MUNDO
21/06/2011
CAPACIDAD DE GENERACIÓN MUNDIAL
La capacidad de generación de energía eléctrica mundial esdel orden de 4,625 GW en 2008. Reportando un crecimientopromedio de 3.8% anual del 2004 al 2008.
La energías renovables participan en aproximadamente 22 %de esta capacidad (4.3% sin incluir grandes hidroeléctricas).
Fuentes: US DOE, 2009 Renewable Energy Data Book, Aug 2010
US DOE Energy Information Administration, http://www.eia.gov/
Evolución de la Capacidad de generación eléctrica mundial con fuentes renovables de energía:
Sin HidroHidroeléctricaFotovoltaica
TermosolarGeotémicaEólicaBiomasa
Fotovoltaica
TermosolarGeotémicaEólicaBiomasa
CRECIMIENTO DE CAPACIDAD DE GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA
Fuentes: US DOE, 2009 Renewable Energy Data Book, Aug 2010
US DOE Energy Information Administration, http://www.eia.gov/
IEA Electricity Information 2010.
Fosiles, 67.51%
Hidro, 16.22%
Nuclear,
13.47%
Biomasa/residuos, 1.32%
Solar/Viento, 1.16%
Geo, 0.32%
Otros, 2.80%
Generación electrica mundial en 2008 20,269 TWh
Crecimiento anual de Capacidad:
HidroSolar
FVSolarTérm. Eólica Geo Biomasa Renov. Sin
HidroRenovables
Todas
La Solar fotovoltaica y Eólicas son
las tecnologías que presentan las
mayores tasas de crecimiento.
Acciones en el Sector Eléctrico
ante el cambio climático
Incrementar la eficiencia energética
Incrementar el uso de energía renovable
Emplear combustibles y tecnologías menos contaminantes
Desarrollar mecanismos de comercialización de Certificados de
Emisiones Reducidas
Llevar a cabo acciones adicionales para alcanzar la reducción de
emisiones a través de captura y almacenamiento geológico del
CO2
5
Acciones: Incrementar eficiencia
energética
Generación vs. Emisiones 1999-2017
0
50
100
150
200
250
300
350
400
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017
Millones t CO2 TW-h
Acciones: Incrementar eficiencia energética
Tendencia de Emisiones 1999-2017
0
100
200
300
400
500
600
700
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017
Millones t CO2 tCO2/GW-h
Acciones: Incrementar eficiencia energética
TECNOLOGÍAS DE GENERACIÓN
8
Central Termoeléctrica
Nucleoeléctrica
Ciclo Combinado
Carboeléctrica
Hidroeléctrica
Geotermoeléctrica
Proyectos de Rehabilitación y Modernización
156 RM INFIERNILLO(EFF, DISP, CAP)
INCREMENTOS EN:
- EFICIENCIA (EFF)
- DISPONIBILIDAD (DISP)
y/o
- CAPACIDAD (CAP)
258 RM CT ALTAMIRA(DISP)
111 RM CGT CERRO
PRIETO (U5)(DISP)
112 RM CT CARBÓN II
(U2 y U4)(DISP)
157 RM CT FCO PEREZ
RÍOS (U1 y U2)(EFF, DISP)
181 RM CN LAGUNA
VERDE(EFF, DISP, CAP)
180 RM CCC HUINALÁ(EFF, DISP, CAP)
217 RM CCC EL SAUZ(EFF, DISP, CAP)
216 RM CCC POZA RICA(EFF, DISP, CAP)
FUENTE: POISE 2011 - 2025
Acciones Incrementar eficiencia energética
FOR-025/01
Nombre del Proyecto Tipo deProyecto
Emisiones
Evitadas de CO2
(t) año
Fecha de
entrada en
Operación
Comercial
Estimada
La Venta II Energia Renovables 180, 000 2008
Los Humeros II 7X3 MW Energia Renovables 79,747 2011
Los Humeros II 2X25 MW Energia Renovables 66,083 2012
Cerro Prieto V Energia Renovables 94,937 2013
Terminal de Gas Natural Licuado Manzanillo,
Repotenciación CT ManzanilloSustitución de Combustible y Eficiencia Energética 2,600,000 2011 *
CH Jiliapan. Energia Renovables 418,000 2011
CH La Yesca Energia Renovables 500,000 2012
CCC Huinalá 301,954 2011
Producción de Vapor con Energía Solar para la CT
Puerto LibertadSustitución de Combustible y Eficiencia Energética 112,000 2011 *
CE Oaxaca I Energia Renovables 180,000 2011
CE La Venta III Energia Renovables 180,000 2010
CE Oaxaca II, III, IV. Energia Renovables 540,000 2012
CCC-Cogeneración Salamanca Eficiencia Energética y Cambio de Combustible 475,668 2015
Proyecto en Subestaciones de Transmisión y
Distribución
Reducción de las pérdidas de Hexafluoruro de Azufre
(HF6) distribución y trasmisiónPor definir Por definir
Repotenciación de 10 centrales de generación
hidroelectrica,
Botello, Infiernillo,
Tirio, Cobano,
Jumatan, Villita,
Cupatitzio, Platanal,
Zumpimito, Gral. Manuel M.Dieguez
Energia Renovables 296,056 2011-2012 *
Cartera de Proyectos MDL
Acciones: Certificados de Emisiones Reducidas
Acciones Adicionales para alcanzar la reducción de emisiones a
través de captura y almacenamiento geológico del CO2
Acciones adicionales ante el cambio climático
Sistema Eólico
Parque Eólico La Venta II, Oaxaca
Tecnología eólica
Ambientales: Emplea energía limpia,
mejora calidad del aire, reduce emisiones de
CO2 y no requiere agua para su operación
Seguridad energética: Reduce dependencia de
combustibles importados e incrementa
diversificación energética
Económicos: Precios mas estables de la
electricidad, bajos costos de operación y
mantenimiento, atrae inversión y creación de
empleos, y desarrollo de una nueva industria
Recursos: potencial eólico nacional importante
de aprox. 71,000 MW
Mejoras tecnológicas y establecimiento de
mercado de gran desarrollo
Impulsores Barreras
Mayor costo de inversión y disponibilidad de equipos
Alta variabilidad en generación, dependencia climática
Problemas de integración a los sistemas eléctricos actuales
Mercado muy dinámico en gran expansión que puede
provocar indisponibilidad de equipos
Impacto visual, posible afectación en rutas migratorias de
las aves
Regulación primaria y secundaria en la red
Aceptación social
Disponibilidad de equipo adecuados a las condiciones de
viento de México
Uso de suelo, interferencia electromagnética y afección en
la navegación aérea
La falta de infraestructura de transmisión eléctrica, las
restricciones de acceso y distancias para interconexión de
proyectos a las redes eléctricas
Capacidad instalada
Fuentes: Renewables 2010; Global Status Report; REN21. Global Wind Energy Outlook 2010, GWEC-Greenpeace, October 2010.
A pesar de la crisis económica mundial, la capacidad de energía
eólica instalada en el 2009 alcanzó un récord de 38 GW,
alcanzando un total mundial de 159 GW. China fue el principal
mercado, con 13,8 GW seguido por USA, con 10 GW. La
participación de generación de energía eólica en varios países
alcanzó máximos históricos, incluyendo un 6.5% en Alemania y
14 % en España.
En proyectos eólicos marinos, China instaló el primer gran
proyecto fuera de Europa con una capacidad de 102 MW, Japón
adicionó 1MW, Europa 1MW y tiene aprobado un desarrollo de
2.5 MW para iniciar construcción en el año 2010. USA no inicio
ningún proyecto marino en el 2009 pero continuó con 10
proyectos que habían sido iniciados, el proyecto Cape Wind
(430 MW) en la costa de Massachusetts obtuvo la aprobación
en abril de 2010.
Otra tendencia es el creciente mercado de la energía eólica a
pequeña escala fuera de Red y pocas instalaciones conectadas
a la Red que están siendo muy populares en Europa como en
USA.
Hay una tendencia a incrementar la construcción de turbinas de
tamaño medio y gran interés en mejorar las tecnologías (ej. los
diseños sin engranes). 0
5
10
15
20
25
30
35
40
GW
Países con mayor capacidad eólica instalada (finales, 2009)
Total en el mundo = 159 GW
0
20,000
40,000
60,000
80,000
100,000
120,000
140,000
160,000
1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009
Acumulada
Anual instalada
MW
0
20,000
40,000
60,000
80,000
100,000
120,000
140,000
160,000
1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009
Acumulada
Anual instalada
MW
Evolución de la capacidad de
generación eólica mundial
Sistema Eólico
Fuente: Global Wind Energy, Outlook 2010, October 2010
Escenarios futuros al 2015, 2020 y 2030
De referencia - se basa en proyecciones del World
Energy Outlook 2009 de la IEA, toma en cuenta
políticas y medidas existentes, incluye entre otros, la
reforma del mercado del gas y electricidad, la
liberalización del comercio transfronterizo de energía y
políticas recientes contra la contaminación.
Moderado – toma en cuenta todas las medidas
políticas para apoyar las energías renovables
aprobadas o planeadas en los escenarios mundiales,
supone objetivos establecidos por muchos países, en
energías renovables, reducción de emisiones y/o
implementación exitosa de la energía eólica, así como
la aplicación moderada de nuevas políticas para
reducir la contaminación y emisiones de CO2, e
incrementar la seguridad energética. También
considera politicas en energía y medio ambiente que
fueron parte del paquete económico de muchos
gobiernos.
Avanzado – Es el escenario más ambicioso,
considera el mejor caso de crecimiento de la energía
eólica. Implica un claro compromiso con las energías
renovables y con las recomendaciones de la industria,
junto con la voluntad política necesaria para llevarlas a
cabo. Aunque el desarrollo después de 2014 es más
difícil de predecir, este escenario está diseñado para
mostrar lo que la energía eólica podría lograr si hay un
compromiso político y el estímulo que se merece dads
los retos de seguridad energética y cambio climático
global.
Premisas de los Escenarios
El desarrollo de estos escenarios se llevó a cabo en colaboración entre el
Consejo Mundial de Energía Eólica (GWEC), Greenpeace Internacional y el
Centro Aeroespacial Alemán (DLR).
Sistema Eólico
Principales fabricantes de turbinas en el 2009
Vestas
(Dinamarca), 13%
GE (USA), 12%
Sinovel (China),
9%
Enercon
(Alemania), 9%
Goldwind
(China), 7%Dongfang
(China), 7%
Gamesa
(España), 7%
Suzlon (India), 6%
Siemens (Alemania),
6%
RePower (Alemania),
3%Otros, 21%
Renewables 2010; Global Status Report; REN21.
Los 30 modelos más potentes de turbinas eólicas
Sistema Eólico
Fuentes: Geoportal eólico solar IIE noviembre 2010
Regiones del país con mayor potencial
eólico:
•Istmo de Tehuantepec
•Baja California
•Norte: Tamaulipas, Nuevo León,
Chihuahua, Coahuila
•Costa del Golfo de México
Factor de planta
Áreas con factor de planta > 20%
Primera estimación del
potencial de generación a
nivel nacional = 71,000 MW
Sistema Eólico
Los costos de inversión en esta tecnología son aún elevados, sin embargo lospronósticos señalan decrementos entre el 8 y 18% al 2030 para los escenarios dereferencia y avanzado. Por otra parte, si se mantiene la gran dinámica de instalaciónde estas centrales a nivel mundial, continuará la presión sobre los precios.
Las iniciativas para considerar el concepto de costo de generación total en la selecciónde tecnologías en donde se toman en cuenta las externalidades asociadas a lageneración, los mecanismos de financiamiento y apoyos especiales para apoyar a lasenergías renovables, así como las inquietudes por el medio ambiente y el combate alcambio climático, favorecen un análisis mas detallado para ampliar la participación deesta tecnología en México.
El análisis debe incluir la contribución de esta tecnología a la seguridad energéticanacional, los beneficios sociales, en salud y ambientales, aunque también deberátomarse en cuenta el incremento en el margen de reserva operativo para dar respaldoa la generación eólica así como también los requerimientos adicionales en la red detransmisión y distribución.
18
Sistema Eólico
NORTE
SURESTE
NOROESTE
CENTRALES EN
CONSTRUCCIÓN
Capacidad Total
(MW)
4 LA VENTA III 102.85
5 OAXACA I 102
6 OAXACA II 102
7 OAXACA III 102
8 OAXACA IV 102
CENTRALES EN
OPERACIÓN
Capacidad Total
(MW)
1 LA VENTA II 83.3
2 GUERRERO NEGRO 0.6
3 LA VENTA I 1.6
5 Centrales
Capacidad Efectiva
en Construcción:
510.85 MW
3 Centrales
Capacidad Efectiva
en operación:
85.5 MW
Centrales eoloeléctricas en operación y en construcción
2
4
5
1 3
6
7
8
Acciones Incrementar energía renovable
SURESTE
NOROESTE
NORTE
Centrales eoloeléctricas por licitarCENTRALES
PROGRAMADAS
Capacidad
Total (MW)
1 SURESTE I 300
2 SURESTE II 300
3 SURESTE III 300
4 SURESTE IV 300
5 RUMOROSA I 100
6 RUMOROSA II 100
7 RUMOROSA III 100
7 Centrales
Capacidad Efectiva Programada:
1500 MW
1 2
Acciones: Incrementar energía renovable
34
67
5
21
Sistema hidroeléctrico
Sistema hidroeléctrico
• Existe una capacidad instalada de
980 GW a finales de 2009,
incluyendo 60 GW de
minihidráulicas (<10 MW).
• Esta capacidad se encuentra en
11,000 sitios, con alrededor de
27,000 unidades de generación1
En México
En el mundo
• Existen cerca de 4,800 presas para distintos usos
• 79 centrales hidroeléctricas (219 unidades)
• Potencia total de 11,383 MW (22.02% del total de la capacidad a fines del 2009)
• La energía hidroeléctrica generada para servicio público durante el 2009 fue de
26.44 TWh
1 Renewable Global Status Report, 2010, REN21.
2 WEC Member Committees, Aqua-Media International and published statistics
Resto del mundo23%
EEUU9%
Brasil9%
Canada8%
Rusia6%
India4%
Japon3%
Noruega3%
Suiza2%
Turquia2%
Venezuela2%
España2%
Suecia2%
Italia2%
Francia2%
México1%
China20%
Distribución de la capacidad instalada en el mundo a finales de 20082
Fuente: Hacia una Estrategia Nacional de Acción Climática para el Sector de Energía.
Centro Mario Molina.
La CONUEE (Comisión Nacional
para el Uso Eficiente de la
Energía) estimó en 2005 el
potencial hidroeléctrico nacional en
53,000 MW, de los cuales, el
potencial minihidráulico (<10 MW)
es de 3,250 MW.
Estudio MW
Gran Visión 773
Pre-Factibilidad 2,578
Factibilidad 3,693
Rehabilitación y
modernización 992
Diseño 66
Programados 3,514
Operación 11,383
Total 23,000
Fuente: POISE 2010-2024
Potencial hidroeléctrico por nivel de estudios
al 2009
Sistema hidroeléctrico
Sistema de energía solar fotovoltaico
TecnologíaAplicaciones:
Fuentes: PV Power plants 2010, Industrys Guide, RENI, www.pvresources.com
Potential and technologies of photovoltaic energy conversion, Joachim Luther & Armin Aberle Solar Energy Research Institute of Singapore, RENEWABLE ENERGY 2010, Japan.
Domestico sin red
Publico sin red
Distribuido en red
Centralizado en red
Tipos de celdas: Cristalinas de Silicio
Mono Poli
Capa delgada
Silicio CIS/CIGS a CdTeb
Amorfas Micro-cristalinas
Unión múltipleHibridas HIT
a. Combinaciones de Cobre, Indio, Galio, Azufre, Selenio.
Copper-Indium-Diselenide (CIS)
Copper-Indium-Gallium-Diselenide (CIGS)
b. Telururo de cadmio (CdTe )
82% 18%
2009
Silicio
Amorfas, 15%
Microcristalinas,
4%
CdTe, 77%
CIS/CIGS, 4%
Capa delgada
Estructura en el mercado:
Sistema Solar Fotovoltaico
Altamente modulares
Poco mantenimiento
No contaminan en operación
Respuesta inmediata
Fácil instalación
Operación remota
Sistemas aislados o en red
Ventajas
Alto costo de inversión
Alto costo nivelado de
generación
Generación diurna (requieren
sistemas de almacenamiento
eléctrico)
Manufactura compleja
Desventajas
Sistema Solar Fotovoltaico
Sistema de energía solar fotovoltaico
Fuente: NREL (National Renewable Energy Laboratory)
Eficie
ncia
(%
)
Evolución de las eficiencias
alcanzadas en laboratorio
Celdas de unión múltiple y concentración solar
Triple unión
Doble unión
Celdas de unión simple GaAs
Monocristalina
Cristal simple y concentración
Capa delgada
Celdas de Silicon
Monocristalina
Policristalina
Capa delgada
Celdas de capa delgada otros compuestos
Otras Tec. emergentes
incidenteEnergía
generadaEnergía
Líneas de desarrollo e innovación
Nano-tecnología:
Tandem ó unión múltiple
Fuente: US DOE, Next Generation Photovoltaic Devices and Processes Selections,
http://www1.eere.energy.gov/solar/next_generation_pv.html
Concentración:
Incremento de
eficiencia en
generaciónReducción
de costos
• Automatización
• Grandes volúmenes
de producción
Técnicas de
manufactura
• Nuevos materiales
• Sistemas concentración
• Sitios con buena radiación
Multiple exciton
generation (MEG)
Sistema Solar Fotovoltaico
Capacidad
Fuentes: IEA Trends in FV Applications, Aug-2010, www.iea-pvps.org/
IEA World Energy Outlook WEO 2010
PV Power plants 2010 Industrys Guide, RENI, www.pvresources.com
Alemania, 47%
España, 17%
Japón, 13%
Estados Unidos, 8%
Italia, 6%Corea, 2%
Francia, 2%
China, 2%Australia,
1%
India, 1%Resto, 2%
2009
20,850 MWp
Alemania, 36%
España, 1%
Japón, 36%
Estados Unidos,
12%
China, 2%
Australia, 2%
India, 2%
Paises Bajos, 1%
Resto, 8%
20053,966 MWp
0
5,000
10,000
15,000
20,000
25,000MW
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
19
92
19
93
19
94
19
95
19
96
19
97
19
98
19
99
20
00
20
01
20
02
20
03
20
04
20
05
20
06
20
07
20
08
20
09
CONECTADOS A LA RED
SIN RED
Evolución de la capacidad:
Del 2007 a la fecha, el crecimiento en
instalaciones mayores a 1 MW, ha aumentado
radicalmente, permitiendo que los costos de la
tecnología disminuyan a menos de 5,000 $US/kW.
Sistema Solar Fotovoltaico
Capacidad
Sistema Solar Fotovoltaico
Fuente: www.pvresources.com
Capacidad
(MW)País
Inicio de
operaciónCentral
80.7 Alemania 2009-2010 Solarpark Finsterwalde I,II,III Q-Cells Int.
80 Canadá 2009-2010 Sarnia PV power plant
70 Italia Nov 2010 Rovigo PV power plant
60 España 2008 Parque Fotovoltaico Olmedilla de Alarcón
54 Alemania 2009 Solarpark Straßkirchen, Q-Cells Int.
53 Alemania 2009 Solarpark Lieberose, juwi
50 España 2008 Parque Fotovoltaico Puertollano
46 Portugal 2008 Moura photovoltaic power plant Acciona Energía
45 Alemania 2010 Solarpark Köthen, RGE Energy
40 Alemania 2008 Solarpark Waldpolenz, juwi
Centrales en operación con la mayor potencia en el mundo:
Potencial Solar
kWh/m2/día
Excelente Bueno Aceptable Inadecuado
El potencial en México es de los
más altos del mundo
Irradiación solar
media diaria de
5 kWh/m2
(≈1,800
kWh/m2 año)
Fuente: Aplicaciones de la Energía Solar en México, ANES
(Asociación Nacional de Energía Solar, A.C.)
Capacidad en México
Fuentes: Balances de energía de SENER
IEA Electricity Information 2010.
IEA Trends in FV Applications, Aug-2010, http://www.iea-pvps.org/
FP (Factor de Planta) estimado:
• 25%, tomando de 6 a 5.2 hrs/día ó
• 6%, tomando 24 hrs/día
Domestico / Sin red
72%
Público / Sin red
23%
Distribuida / Red
5%
200925,020 kWp
1,0
91
14
7
62
3
99
2
51
5
1,0
56
90
1
87
2 3,2
70
14
,30
0
14
,44
7
15
,07
0
16
,06
2
16
,57
7
17
,63
3
18
,53
4
19
,40
6
25
,02
0
0
5,000
10,000
15,000
20,000
25,000
30,000
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009*
kW Instalados por año
Acumulados
No hay
Centralizada
en red
* Reportado en: IEA Electricity Information 2010
Evolución: Distribución por aplicación:
Año MWh
2005 9,083
2006 9,639
2007 8,861
2008 9,278
Generación:
Sistema Solar Fotovoltaico
Celdas Solares - proyectos piloto.
La Comisión Federal de electricidad, está desarrollando dos
proyectos demostrativos, con Celdas Solares, con una capacidad
total de 6 MW.
……..
China, 3800
Alemania,
2456
Japón, 1487
Taiwan,
1400
Malasia,
780
USA, 770
Filipinas, 400
Corea, 231Noruega,
180
India, 120
Otros, 2002009
11,824 MW
Compañías impulsoras
Fuente: IEA Trends in FV Applications, Aug-2010, http://www.iea-pvps.org/
SEIA, US Solar Industry Year in Review 2009, Abr 2010.
ANES, consulta Nov 2010, www.anes.org/anes/index.php
SOLARBUZZ, consulta Nov 2010, www.solarbuzz.com/solarindex/CellManufacturers.htm
La compañía SolarBuzz* concentra un
listado de compañías internacionales
entre fabricantes, constructores y
proveedores de sistemas solares
fotovoltaicos.
En México la ANES, concentra un
listado de aproximadamente 100
empresas dedicadas a diferentes
servicios relacionados con la energía
solar.
Producción mundial de celdas solares
por país:
* SolarBuzz es una compañía internacional dedicada a la
investigación y consultoría de los sistemas solares
Sistema Solar Fotovoltaico
Costos actuales y tendencias
Costos actuales:
Fuente: IEA Energy Tech Perspectives 2010
Central Capacidad
kW
Capital
$US/kW
O&M Fijo
$US/kW
Pequeña 7,000 6,050 26.04
Grande 150,000 4,755 16.70
Fuente: US DOE Updated Capital Cost Estimates for Electricity Generation
Plants, Nov 2010
Tendencias:
Central
Capital
$US/kW
O&M Fijo
$US/kW
2010 2050 2010 2050
Pequeña 6,050 1,600 26.04 13.00
Grande 4,755 1,000 16.70 13.00
Fuente: http://www.ncwarn.org/wp-
content/uploads/2010/07/NCW-SolarReport_final1.pdf
Sistema Solar Fotovoltaico
Estimación de Inversión Para Una Planta de 100 kW
Daría servicio a 16 hogares de consumo básico (6 kWh)
La inversión aprox. de $700,000 dólares, más lainversión necesaria para las instalaciones dedistribución.
La superficie requerida es de 700 a 1000 m2.
Un costo aproximado de $200 Dólares/MWh
36
Sistema Solar Fotovoltaico
Agenda
Sistemas de
energía solar
termoeléctrico
TecnologíaCanal Parabólico (CP) Torre Central (TC)
Reflector Lineal Fresnel (LF)Plato Parabólico (PP)
Sistemas Solar Termoeléctrico
Canal parabólico
Integrado a un
ciclo Rankine
Integrado a un
ciclo combinado
Opción en baja presión
Opción en alta presión
Aceites térmicos comunes: Monsanto
Therminol VP-1, Dow Chemical Dowtherm A.
T Aceite térmico < 500°C
... con opción a utilizar un
fluido de trabajo orgánico:
gas butano o pentano.
Tipos:
• Generación directa de vapor
• Sistemas híbridos
Sistemas Solar Termoeléctrico
Canal parabólico Ventajas:
• Uso de combustibles fósiles solode respaldo
• Puede operar en sistemashíbridos o independientes
• Puede incluir almacenamientotérmico
• Un solo eje de rotación en elsistema de seguimiento solar
• Componentes comercialmentedisponibles
• Generación de vapor directa oindirecta (fluidos de trabajo)
Desventajas:• Colectores con alto costo de
inversión
• Alto costo de mantenimiento por: roturas, fallas en partes móviles, lavado de espejos, torsión, etc.
• Operación intensiva día-noche
• Requerimiento de terreno ~1.5 MWe/ha (150 MWe/km2)
Sistemas Solar Termoeléctrico
Torre central Ventajas:
• Uso de combustibles fósiles solo para respaldo
• Uso de espejos planos
• Circuito simple de fluido de trabajo
• Componentes comercialmente disponibles
• Puede integrarse a plantas existentes
Desventajas:• Colectores con alto costo de inversión (con fuerte impacto
en economía de escala)
• Alto costo de mantenimiento por: fallas en partes móviles, lavado de espejos, etc.
• Sistema de seguimiento de dos ejes
• Requiere alta capacidad de almacenamiento térmico
• No son modulares, ni fácilmente escalables
• Presentan problemas con el uso de sales fundidas
Fluidos térmicos comunes: agua, aire
o sales fundidas de nitrato
TFluido térmico ≈ 500-1,000°C
Sistemas Solar Termoeléctrico
Plato parabólico
Ventajas:• Altamente modular (≈25 kWe @10m Ø)
• Operación autónoma
• Tiempos de respuesta cortos
• Uso de espejos planos o parabólicos
• La mejor eficiencia de conversión solar-eléctrica (29 %)
• Aplicaciones remotas o en red
• Posible operación en sistemas híbridoscon combustible fósil
Desventajas:
• Generación diurna
• Sistema de seguimiento de dos ejes
• Algunos componentes en fase de
desarrollo (estructuras, espejos,
sistemas de seguimiento)
Con maquinas:
• Stirling (η≈40%)
• Brayton (η≈30%)
Sistemas Solar Termoeléctrico
En desarrollo
Chimenea solar
Ventajas:
• Aire como fluido de trabajo
• Construcción sencilla
Desventajas:
• Aun no a sido probada
comercialmente
• Propensa a condiciones
climáticas adversas
Generador
Sistemas Solar Termoeléctrico
Líneas de desarrollo e innovación
Sistemas Solar Termoeléctrico
Con la tecnología actual, el
almacenamiento de calor es más
eficiente y económico que el
almacenamiento de electricidad.
Fuentes: Renewable energy focus Magazine, September/October 2010.
Technology Roadmap, Concentrating Solar Power, IEA 2010.
SolarPaces Annual Report, 2009 y 2007.
Un mayor desarrollo comercial depende de:
Mejorar los sistemas de almacenamiento
de energía y
Mejorar los sistemas de captación solar
Andasol España, tanques de
almacenamiento de sal fundida
Captación solar
A Almacenamiento
De
Almacenamiento
De combustible
de respaldo
Carga firme
MW
Hora/día
Fluido
térmico
Almacenamiento
térmico
Actualmente
Vapor Vapor
Sales fundidas Sales fundidas
Aceites
A corto plazo
Sales fundidas
mejoradas
Sales fundidas
mejoradas
Materiales sólidos
Sistemas híbridos:
Tendencias:
Capacidad
USA77%
ESP
23%
2009, 569 MW
En Operación:
Fuente: NREL, consulta Nov 2010, www.nrel.gov/csp/solarpaces/
Operación Construcción Proyecto
Canal Parabólico (CP) 527 1,690 3,680
Torre Central (TC) 36 17 1,550
Linear Fresnel (LF) 6.4 ?
Plato Parabólico (PP) ? 2,311
Total 569 1,707 7,541
Capacidad instalada en el mundo al 2009 (MW):
CP93%
TC6%
LF1%
2009, 569 MW
Al futuro:CP
60%TC
16%
PP24%
9,817 MW
* Italia, Argelia, Marruecos, Egipto,
Arabia y México
USA78%
ESP13%
Otros* 9%
Sistemas Solar Termoeléctrico
Costos actuales y tendencias
Capacidad
kW
Capital
$US/kW
O&M Fijo
$US/kW
Canal parabólico 100,000 4,692 64.00
Fuente: IEA Updated Capital Cost Estimates for Electricity Generation Plants, Nov 2010
Almacena-
miento
Costo
(cUS/kWh)
Actual no 13-16
2015 6 h 8-11
2020 12-17 h < 7
Metas del DOE:
Fuente: Chemical Engineering, March 2009 Vol. 116 No. 3
Costos actuales:
Fuente: IEA Energy Tech Perspectives 2010
Tendencias:
Central
Capital
$US/kW
O&M Fijo
$US/kW
2010 2050 2010 2050
Grande 4,500 – 7,000 2,000 – 3,000 30.00 15.00
Sistemas Solar Termoeléctrico
Compañías impulsorasInvestigación
desarrolloManufactura Desarrolladores Financiadores EPC Operadores Utilities
Espejos
Receptores
Colectores
Turbinas
Intercambiadores
Otros
Ingeniería /
Asesoría
Ingeniería
Construcción
Fuente: Concentrated Solar Thermal Power – Now and in the future, EuPD Research Dec2008
Sistemas Solar Termoeléctrico
Estimación de Inversión Para Una Planta de 100 kW
Daría servicio a 16 hogares de consumo básico (6 kWh)
La inversión aprox. de $500,000 dólares, más lainversión necesaria para las instalaciones dedistribución.
La superficie requerida es de 700 a 1000 m2.
Un costo aproximado de $150 Dólares/MWh
48
Sistema Solar Termoeléctrico
Sistemas geotermoeléctricos
TecnologíaClasificación de sistemas geotérmicos
1. Según la temperatura del vapor, agua o mezcla de fluidos geotérmicos:
2. Por la configuración del sistema:
• Alta (150-400°C)
• Mediana (70-150°C)
• Baja (50-70°C)
• Muy baja (20-50°C)
• Hidrotermales (En operación)
• Roca seca caliente (en I&D)
• Geopresurizados (en I&D)
• Marinos (poco estudiados)
• Magmáticos (en hipotesis)
• Vapor dominante (Alta entalpía)
• Mezcla agua-vapor (Líquido dominante alta entalpía)
• Líquido dominante (Baja entalpía)
Sistema geotermoeléctrico
TecnologíaTipos de procesos para generar electricidad utilizando fluidos geotérmicos hidrotermales:
Turbina
Generador
Condensador
AguaAire Aire
Torre de enfriamiento
Aire y vapor de agua
Agua
Agua
Vapor
Zona Geotérmica
Pozo de inyecciónPozo deproducción
PLANTAS CON VAPOR SECO
Generador
Condensador
Agua Aire Aire
Torre de enfriamiento
Aire y vapor de agua
Agua
MezclaAgua-Vapor
Zona GeotérmicaPozo de inyección
Pozo deproducción
PLANTAS CON VAPOR SEPARADO (FLASH)
Vapor
Salmuera
Vapor
Uso de calor directo o Laguna de evaporaciónSalmuera residual
Turbina
Generador
Zona Geotérmica
Pozo de inyecciónPozo deproducción
PLANTAS DE VAPOR SEPARADO Y CICLO BINARIO
Vapor
Salmuera
Vapor
Salmuera residual
Aire Aire
Torre de enfriamiento
Aire y vapor de agua
Agua
Generador
Intercambiador de calor
Intercambiador de calor
Turbina
Turbina
Isobutano
Generador
Condensador
Aire Aire
Torre de enfriamiento
Aire y vapor de agua
Bomba
Zona Geotérmica
Pozo de inyecciónPozo deproducción
PLANTAS DE CICLO BINARIO
Agua
Intercambiador de calor
Iso
Bu
tan
o
Salmuera caliente
Salmuera fría
Iso-Butano
Turbina
Sistema geotermoeléctrico
Capacidad instaladaLa capacidad de generación eléctrica empleando la geotermia en el mundo llegó a 10,719 MW en abril del
2010 distribuida en 24 países, siendo México el cuarto lugar mundial. En las siguientes figuras se
muestran los países que tienen 100 o mas MW instalados y la generación obtenida durante el 2009 mediante
sus plantas geotérmicas.
Fuentes: International Geothermal Association . Quarterly No. 80, April-June 2010; Informe de operación CFE 2009.
Capacidad instalada a abril del 2010 (MW) Generación en 2009 (GWh/año)
0
500
1,000
1,500
2,000
2,500
3,000
3,500 3,093
1904
1197964.5 843
628 575 536204 167 166
02,0004,0006,0008,000
10,00012,00014,00016,00018,000 16,603
10311 9600
67405520
4055 45973064
1422 1430 1131
Del resto de los países destacan: Nicaragua con 88 MW; Rusia y Turquía con 82 MW cada uno; Nueva
Guinea con 56 MW; Guatemala con 52 MW; Portugal con 29 MW; China con 24 MW y Francia con 16 MW
instalados.
Sistema geotermoeléctrico
123
7
4
6
5
NORTE
OCCIDENTE
SURESTE
CENTRAL
NOROESTE
7 Centrales
38 Unidades
Capacidad Efectiva: 964.500 MW
CENTRALCapacidad
Total (MW)
1 CERRRO PRIETO I 180
2 CERRO PRIETO II 220
3 CERRO PRIETO III 220
4 CERRO PRIETO IV 100
5 TRES VÍRGENES 10
6 LOS AZUFRES 194.5
7 HUMEROS 40
1
Centrales geotermoeléctricas capacidad instalada
Acciones Incrementar energía renovable
3
4
5 2
6
1
7
OCCIDENTE
SURESTE
CENTRAL
NOROESTE
CENTRALES POR LICITARCapacidad
Total (MW)
3 CERRO PRIETO V 53.5
4 AZUFRES III75
5 AZUFRES IV75
6 CERRITOS COLORADO 1a ETAPA 26.6
7 CERRITOS COLORADO 2a ETAPA 26.6
2 Centrales
Capacidad Efectiva en Construcción:
50 MW
Centrales geotermoeléctricas en construcción y por licitar
CENTRALES EN
CONSTRUCCIÓN
Capacidad
Total (MW)
1 HUMEROS II FASE A 25
2 HUMEROS II FASE B 25
7 Centrales
Capacidad Efectiva:
310 MW
Acciones Incrementar energía renovable
Potencial en México
Fuentes: Comunicación personal de la GG del IIE con M. Flores A. de la GPG de CFE en 2009 , y presentada por el IIE a la SENER el 30JL2010.
POISE 2010 y Programa especial para el aprovechamiento de energías renovables SENER , 2010 .
De las zonas geotérmicas con recursos hidrotermales identificadas en México se
ha estimado que representan un potencial total de 10,644 MWe distribuidos
como se indica a continuación
• Reservas probadas
•Aquellas en que los estudios y pruebas de pozos realizadas permiten
recomendar la instalación de plantas para la capacidad indicada a
continuación y vida útil de 30 años: 1,275 MWe (965 MW Instalados y 311
MW Programados).
•Reservas probables
•Son las zonas en que se han hecho suficientes estudios de geofísica y
geoquímica para delimitar la probable extensión y temperatura de la zona
geotérmica: 1,946 MWe.
•Reservas posibles
•Aquellas que por manifestaciones termales en la superficie y por su
geología permiten inferir la posibilidad de un recurso geotérmico: 7,423
MWe.
Sistema geotermoeléctrico
Costos
Los costos de generación en el ámbito internacional con este tipo de plantas de
recursos renovables se encuentran entre 5 y 10 ¢ USD por kWh.
La Dirección de Información Energética (EIA) del Departamento de Energía (DOE) de
USA (NV2010) reporta que los costos de inversión se encuentran entre 2,126 USD/kW
sin incluir los pozos para ciclos de vapor separado y 4,141 USD/kW para ciclos binarios.
Geothermal Energy Association, EIA, August 2010,
Updated Capital Cost Estimates for Electricity Generatio Plants, EIA DOE USA, November 2010,
Costos y Parámetros de Referencia para la Formulación de Proyectos de Inversión en el Sector Eléctrico, COPAR Generación 2010, CFE.
En el mundo:
Los desarrollos en Los Azufres y Cerro Prieto tienen como costo de inversión reportado
2,010 y 2,130 USD/kW, así como costos de generación de 8.84 y 9.24 ¢ USD/kWh
respectivamente.
Los costos de plantas geotérmicas son altamente dependientes de las características
del área geotérmica a explotar.
Se trabaja para lograr reducciones en costo y ampliar las opciones de explotación de
recursos geotérmicos en generación de electricidad, al mejorar aspectos relacionados
con todo el ciclo de implementación de plantas geotérmicas es decir en: las técnicas de
exploración, perforación, materiales, ingeniería de yacimientos, diseño de equipo de
superficie y plantas, así como el desarrollo de nuevos ciclos termodinámicos.
En México:
Fuentes:
Sistema geotermoeléctrico
Es una fuente renovable de energía de alta disponibilidad, independiente de los
cambios estacionales y no se modifica por fenómenos meteorológicos, razones por las
que regularmente operan como plantas de carga base.
Se considera una energía limpia ya que el impacto ambiental de este tipo de plantas es
mínimo.
Ventajas de la energía geotérmica:
Implica, como todo recurso de tipo minero, incertidumbre en el éxito de la exploración y
perforación.
También subsisten los riesgos de que, al explotar intensamente los yacimientos
geotérmicos, el ritmo de explotación sea mayor al de su capacidad de recuperación.
Tienen altos costos de inversión, los cuales se amortizan con los menores costos de
operación.
Desventajas de la energía geotérmica:
Sistema geotermoeléctrico
Concepto Hidro Geo Eólica Solar FV Bio-energía Solar Térmica
Nivel de desarrollo
tecnológico Alto Alto Alto Medio Medio Bajo
Investigación y
Desarrollo
tecnológico
• Mini-hidro
• Evaluación del
potencial
• Evaluación
potencial
• Exploración y
perforación
• Sist. Roca
seca
• Instalaciones
marinas
• Sistemas con
alta capacidad
eólica,
optimización
diseños actuales
• Reducción de
costos:
Eficiencia y
manufactura
• Gasificación
y pirólisis.
• Plantas de
extracción
•Producción de
etanol celulósico.
• Almacena-
miento térmico
• Transferencia
de calor
Capacidad instalada
mundial (MW)980,000 al 2009 10,715 Abr/2010 158,505 al 2009 20,850 al 2009
52 GW finales
2008≈ 569 al 2009
Capacidad instalada
en México (MW)11,383 al 2009 964.5 Abr/2010 519 al 2010 25.020 al 2009
0.09 GW
Prosp. SE y CRE0
Potencial estimado en
México (MW)53,000 10,644 71,000 ≈ 5 kWh/m2 /dia 83,500 -119,000 ≈ 5 kWh/m2 /dia
Vida útil (años) >100 ≈ 30 - 35 ≈ 20 ≈ 25 ≈ 30 ≈ 30
Factor de planta
promedio en México
(%)25 - 30 80 20 - 35
25 @ 5.2-6
hrs/día
80 – 85
EERE 2009-
Costo de inversión
(USD/kW) 3,076 2010 - 2130 2400
4,755 de 150
MW
6,050 de < 7 MW
1550(e) y 230(t)
RETScreen Inter.
2006
4,700 de 100
MW
Costo de generación
(¢ US/ kWh)
13.44 8.8 - 9.25 – 9 (en tierra)
10-14 (en mar)10- 25
5 - 12 (e)
1- 5 (t)
BM 2006
8 – 12
AEO 2009
13 - 16
CONDICIONES ACTUALES DE LAS TECNOLOGÍAS DE GENERACIÓN MEDIANTE FUENTES RENOVABLES DE
ENERGÍA.
Tecnología Undimotriz
59
Capacidad 500 kW
Generación Anual 1038 MWh
Costo de inversión $7000,000 Dólares
TIR 1%
Tasa de descuento 1%
Valor presente Neto $65
Costo nivelado kWh $ 0.50 Dólares
60
Tecnología Undimotriz
Análisis Financiero
CONCLUSIONES.
1. El incremento en el uso de energías renovables junto con el incremento de laeficiencia térmica en las centrales de generación eléctrica, permitirá unadisminución en la tasa de emisión de CO2 por kilowatt-hora del orden de 28%,en el periodo 1999-2018.
2. La Comisión Federal de Electricidad ha logrado incrementar la oferta deenergía eléctrica mediante el uso de tecnologías de alta eficiencia, de unpromedio de 32 % a más de 50% de eficiencia térmica y sustituyendopaulatinamente el uso de combustóleo por gas natural.
3. La CFE está participando intensivamente en los programas de eficienciaenergética:
• Rehabilitación y modernización de las centrales de generación.
• Disminución de pérdidas en los sistemas de transmisión y distribución.
• Eliminación de focos incandescentes, entre otros.
4. La CFE participa activamente en programas comunitarios de reforestación yprogramas de prevención de inundaciones.
62
