1. Educación

Impacto de la
Eficiencia
Energética en el
Cambio Climático
Dr. Hugo Pérez Rebolledo
Instituto de Investigaciones Eléctricas
Generación y Consumo de Energía
Miércoles 22 de octubre del 2014
Contenido
• Introducción
• Generación
• Redes
• Demanda
• Tendencias tecnológicas
• Conclusiones y Recomendaciones
Índice
Introducción
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
Consumo de energía per cápita (GJ por
habitante)
2012 2013
(Sener, Conapo e Inegi)
5
Introducción
Balance Nacional de Energía 2010 (Petajoules)
Introducción
Generación Eléctrica
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Efficiency (%)
Eficiencia en la Generación
de Electricidad
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70
60
50
40
30
20
10
0
KEMA Energy efficiency on power plants-2009
Eficiencia y Emisiones en la
Generación de Electricidad
10
Eficiencia de Centrales
Generadoras de CC
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)
Generación de Electricidad
por Tecnología
15
Generación de Electricidad
por Tecnología
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.
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.
2Agencia
Generación
fotovoltaica
• Proyección de instalaciones de Fotovoltaicos.
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
Fecha del Proyecto: 12 de octubre de 2006
Capacidad del sistema.
Costo del sistema
Vida útil
Producción promedio anual
Producción promedio mensual
Ahorro promedio mensual.
Proyecto primer etapa.
1 kW
$ 81,370
30 años
2040 kWh
170 kWh
$ 120.00
220 casas
20
Generación por
almacenamiento Hidro por
Bombeo
Almacenamiento por hidro-bombeo
• 75-80% en el ciclo de
eficiencia de
almacenamiento.
• 30-350 MW por unidad
Generación con
aire comprimido
• 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 Fuentes
Renovables
Celdas de Combustible
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
25
Redes Inteligentes
Redes Inteligentes y la
Administración de la
Demanda Residencial
Contacto
Inteligente
Medidor
Red Eléctrica
Internet (Administrador de
red, medidor, servicio)
Pantalla con
indicadores en
tiempo real
Portal en Web
Internet (Cliente, servicio)
Controlador de
Administrador
de Energía
Control de AA
Electrodomésticos
Redes
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
28
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.
Visión General
Red Futura 2060
Almacenamiento
Hidráulico
Hidrógeno
Calor y Energía
Energía
Termo-Solar
Fotovoltaico
Parques
Eólicos en el
Mar y
Generación
Mareomotriz
Generación Eólica
Electricidad
Hidroeléctrica y
Geotérmica
Captación y
Almacenamiento del
Carbón
Infraestructura
Hidrógeno
Producción con
IGCC
Vehículos
Hidrógeno
Red Inteligente
Calefacción
Solar
Tren Eléctrico y
Transporte Publico
Vehículos
Eléctricos
Nuclear
Fuente: European Commission for Smart Grids
Biogas
Calor y Energía
30
Redes Inteligentes
EMPRESA DE SERVICIO DE ENERGÍA ELÉCTRICA:
 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
Visión General
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
EMPRESA DE SERVICIO DE ENERGÍA ELÉCTRICA:
 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
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
Tendencias tecnológicas
35
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
Tendencias
Tecnológicas
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
40
Demanda
Consumo de
electricidad en México
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.
Consumo de
Energía Eléctrica
Impacto de la eficiencia
energética en México
desde los 90´s
45
Demanda
En la próxima década, que tecnologías serán
implementadas?
A largo plazo, las nuevas tecnologías cambiarán la
administración de la demanda y consumo de energía.
Estimación de Ahorros y Emisiones
Evitadas por Normas de Eficiencia
Energética de Electrodomésticos
(Refrigeradores, aire acondicionado,
motores y lavadoras)
Estimación de ahorros por la aplicación de cuatro
normas de eficiencia energética en México
Estimación de emisiones por la aplicación de
cuatro normas de eficiencia energética en México.
Fuente: estudio IIE/CONAE/LBNL
Cambio de Horario
de Verano
Potencia en Espera
Acciones tomadas en diferentes países
Referencia: International energy Agency
Ciclo de Vida
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
50
Tecnologías para Edificios;
Sistemas de Administración
de Energía
Administración
integrada del edificio
Sistema
HVAC
Controles
digitales
directos (DDC)
Refrigeración
Control de
alumbrado
Sistema de
generación de
emergencia
Administración
de energía
Administración
de elevadores
Hidráulica
Monitoreo de
alarmas
PLCs
Emisiones Globales de
CO2 por Sector
Referencia: IEA
Conclusiones y
Recomendaciones
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
55
¡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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