La ingeniería necesaria para la generación de energía eléctrica mundial, en los próximos veinticinco años La Dra. Sheinbaum .- me indicó que especificara la fuente de los diagramas TS que pongo en la Tesis, pero los hice yo así que la fuente es propia. Luego en la página 41 propone poner poner modificación al ciclo Rankine la gasificación y el lecho fluido, pero creo que esas son modificaciones al uso del combustible no al ciclo en sí. Este archivo no se ha modificado en cuanto al contenido de las transparencias desde el día anterior al examen profesional, sin embargo el 17 de septiembre de 2002 se le agregaron las notas escritas en las impresiones en papel que se usaron durante el examen. Tesis presentada por Pablo Álvarez Watkins Dirigida por el Ing. Manuel Viejo Zubicaray

Objetivos  Inferir las necesidades energéticas futuras.  Analizar la viabilidad técnica, ambiental y económica, de las actuales corrientes de generación de energía eléctrica.  Proponer esquemas de ingeniería avanzada viables para la generación de energía eléctrica en el futuro.

Problemática del sector eléctrico  Desarrollo desmesurado  Escasez de recursos energéticos  Políticas de planeación no congruentes Desarrollo desmesurado crisis del petróleo, además del problema político había un crecimiento anual del 10 %! (Crecimiento económico) de 1990 a 1995 el creicimiento mundial del 9 %, China creció en ese periodo un 60 % y en 20 años crecerá un 85 %, la india en 20 años un 145 %!, y México de 1995 a 2000 un 12.7% (1.2 5 anual). México tiene un crecimiento poblacional de 1.44 % anual, es el onceavo país entre los más poblados del mundo (esto no esta en la tesis porque salió el 11 de julio de 200, el día mundial de la población y saqué el dato del noticiero TV once) somos 6 mil millones de seres humanos y seguimos reproduciéndonos. Escasez de recursos .- se verá más adelante. Políticas de planeación.- necesidades económicas o tecnológicas no responden a los problemas del sector eléctrico. Incapacidad tecnológica.- algunas tecnologías con grandes perspectivas en el pasado no han conseguido desplazar a los HC, la nuclear en los 60, las renovables en los 80s. Problemas ambientales .- desde los 70s se ha preocupado por el ambiente pero a finales de los 80s surge el DS, el medio ambiente no es inocuo a nuestro “crecimiento”.  Incapacidad tecnológica  Problemas ambientales

Elementos considerados en el análisis  Técnicos  Ambientales  Económicos  Políticos  Sociales Nota: Es un sector tan complejo que el modelo que propongo puede variar enormemente si los elementos considerados se analizan bajo otra perspectiva Nota: Es un sector tan complejo que el modelo que propongo puede variar enormemente si los elementos considerados se analizan bajo otra perspectiva

Deuterio, 3.68 x 1027 J, 458 000 veces ..energía 1996 E. nucleares Hidrógeno 17.5 x 1024 J=4 800 veces energía 1996. 450 años. China 77 años consumo cte. De 30 a 80 años, ONU 40 años. 100 años, México 60 años. Baja producción, constante. Carbón Combustibles Petróleo Gas natural Biomasa Solar 8 x 1024 J /año = 2 000 / energía 1996 50 GW extras, 14 % de la cap. 1999 300 GW extras, lo doble para 1999 3 GW extras,0.84 % de la cap. 1999 Energéticos Eólica E. alternativos Hidráulica Metano = CH4 Biomasa.- quema directa o gasificación Solar = Para aprovecharla cubrir un área equivalente a 8 veces la superficie de Chihuahua. Eólica.- ¿en méxico? No en el mundo. Hidráulica.- ríos, presas, mareomoriz de olas, mareas o gradiente térmico. Geotérmica es un dato mundial. Fusión.- la proporción de D en H2 es de 1/6600 Geotérmica Fisión Uranio, 60 a 300 años, México 50 años Deuterio, 3.68 x 1027 J, 458 000 veces ..energía 1996 E. nucleares Fusión

Ingeniería Ciclo convencional termoeléctrico Alternativas renovables Ciclo Rankine Eficiencia h = 40 % Eficiencia h = 60 % Ciclo convencional termoeléctrico Ciclo Combinado Eficiencia h = 20 % Eficiencia h = 25 % Fotovoltáico Térmico Solar Eficiencia h = 40 % Ingeniería Aerogeneradores Torres Alternativas renovables Eólica Hidráulica Eficiencia h = 80 % Geotérmica Eficiencia h = 40 % Ciclo R.- 26%, 30%, 35%.- dos isobáricos, dos isoentrópicos. = Carnot ¿? CC.- Goribar dice 50% Solar térmico.- generación directa, ciclo binario, sistemas hibridos como el colector parabólico con motor stirling, colectores con TG. Torres solares = laboratorios más que otra cosa. Eficiencias: ntotal= n cladera n comercial = ncaldera naccesorios y turberías ndel ciclo ngen elec Nciclo = Eturbina/Ecaldera Consumo térmico unitario = CTU CTU = 3600/ntotal= (kJcomb/kwh energía) Biomasa gasificada Eficiencia h = 40 % PWR BWR CANDU HTGR LMFBR Alternativas nucleares Eficiencia h = 40 % Fisión No existente en un esquema nucleoeléctrico Fusión

Elementos cualitativos de análisis h % Impacto ambiental Desarrollo tecnológico Expectativa de desarrollo en 25 años Opción Costo Reservas Termoeléctrica convencional 35 Bajo Alto 100 años Elevado Incierta Termoeléctrica quemando gas 35.2 Medio Medio 400 años Elevado Elevada Biomasa (quema) 34 Medio Medio Inciertas Limitado Limitada 35.12 Medio Medio Cientos de años Elevado Elevada Hidroeléctrica Fisión 35.16 Alto Medio 300 años Elevado Incierta Energía Solar Costo.- proyecto, cosnturcción, mantenimiento y costo/kW Impacto ambiental = aire,agua, desechos sólidos, ruido, radiación y otros = Las tablas de impacto de cada cosa estan en la pag. 65, 105, y 139. Reservas = Desarrollo tecnológico .- El actual Expectativas de recursos, tecnológicos, políticos y de aceptación social. 15 Alto Bajo Cientos de años Limitado Limitada Energía Eólica 35.12 Medio Bajo Cientos de años Limitado Limitada 35.12 Bajo Bajo Cientos de años Elevado Incierta Geotérmica Fusión ----- Alto Bajo Cientos de años Limitado Limitada

Elementos cuantitativos de análisis y selección Reservas (15 %) Costo (15 %) Impacto ambiental (30 %) Desarrollo tecnológico (20 %) Expectativa de desarrollo en 25 años (20 %) Opción Totales Termoeléctrica convencional 0.15 1.5 0.3 2 1 4.95 Termoeléctrica quemando gas 0.15 0.75 1.5 2 2 7.75 Biomasa (quema) 0.75 0.75 1.5 0.2 0.2 3.4 1.5 0.75 1.5 2 2 7.75 Hidroeléctrica Fisión 0.75 0.15 1.5 2 1 5.4 Energía Solar Cientos de años, bajo, elevado = 10 400 y 300 años, medio, incierto = 5 100, alto, limitado = 1 La eficiencia la quité porque los valores que tengo son particulares a la CFE y en abriendo el análisis a otras instituciones varía mucho. Además puede considerarse que el apartado de desarrollo tecnológico puede incluir eficiencia. Lugares: Geotermia Gas y hidroeléctica Eólica Fisión Solar y Fusión.- hasta aquí las que obtuvieron un valor superior a 5 Termodinámica convencional Biomasa 1.5 0.15 3 0.2 0.2 5.05 Energía Eólica 1.5 0.75 3 0.2 0.2 5.65 1.5 1.5 3 2 1 9 Geotérmica Fusión 1.5 0.15 3 0.2 0.2 5.05

PROPUESTA ENERGÉTICA  Diversificación energética, nichos energéticos.  Abandonar en la macrogeneración los HC tradicionales.  Impulsar: Gas natural o SinGas. Energía Hidroeléctrica. Energía nuclear de fisión, macrogeneración base. Energías Renovables, principalmente en el entorno rural.  Investigación en fusión nuclear.  Plantas de capacidad media, 400 - 350 MW. Diversificación.- Buena planeación, independencia energética, escasez de recursos. Abandonar HC= varias razones, su dependencia actual es mayor al 60 %, muy comprometido. el medio ambiente quemar pertóleo reduce la capaciada de la industria petróquímica, que es más provechosa. Impulsar: las renovables en el entorno rural, ya que la ONU considera que el 40 % de la población mundial vive en un entorno rural, en méxico al menos el 25 % de la población vive en el campo y dado que el consumo energético es menor, se encuentra un buen nicho para las renovables. Planeación estratificada desendente.- tres etapas, 5 a 10 años, 35 años y 50 años al menos. Ver diapositiva 21. Plantas chicas.- menor dependencia del sistema en ellas, menores costos, mayor capacidad de respuesta al crecimiento del sector según el tiempo de construcción. Investigación de Fusion.- lograr en 25 años una planta piloto. Pruebas virtuales.- ahorra tiempo, costo y previene accidentes. Ahorro, tanto de los usuarios, mejorando sus hábitos y sus equipos y moderar el consumo mejorando la planeación. Financiamiento eficaz = del gobierno o deregulación que sin duda esta impulsada por la globalización y el gran crecimiento del sector. Pero la desregulación en este momento NO es recomendable.  Planeación estratificada descendente.  Pruebas virtuales, asistidas por computadoras. Por parte de los usuarios.  Ahorro de energía Por parte de la planeación.  Financiamiento eficaz.

Propuesta de crecimiento en el consumo mundial Ojo, es conumo energético total no sólo eléctirco. Comprende entre 1996 y 2025. Para 1996 son datos de 1997 considerando 215 países. Los tres países señalados tienen el 43 %, por lo que los otros 212 países tendrían cada quién un 0.34%, pero no, ni siquiera, México tiene un 0.23% del consumo energético mundial. Error en Tesis Digo 207 PWh en el 2025 y debería ser 2.07 PWH y en 1996 dice 1.3x10^12 kwh y creo que debería ser 1.3 x10^12 MWh ¿? 43 % de la producción mundial la tienen : Estados Unidos Federación Rusa China

Propuesta de crecimiento nacional, capacidad instalada Ojo 1999 y 2025 En méxico la eólica aquí esta en ‘otros’ y es básicamente ‘La Venta’ instalada en Oaxaca instalada en 1994 con 7 aerogeneradores de 280 kW, casí capacidad total de 2 MW, pero con generación anual de 8.7 GWh, un 0.004 % de la capacidad instalada en el país. Capacidad instalada para 1999 : 35 666 MW

Propuesta concreta para México  No construir más centrales tradicionales.  Construir más centrales de ciclo combinado con gas. (27)  Construir más centrales nucleares, dos en total.  Crear un cementerio nuclear mexicano. El problema del gas es que todo el gas es asociado, el gas se extrae en el sureste y se consume en el norte, por lo tanto hace falta infraestructura. Centrales nucleares.- 2 plantas de ingeniería avanzada, PWR N4 o LMFBR Superphinix. En el 2025 la unidad 1 de LV tendrá 36 años en operación. Medio rural.- con el 25 5 de la población que consumen menos del 10 talvez el 5 % de la energía del país, por lo que se pueden hacer proyectos de energías renovables de pequeña escala pero funcionales.  Construir más centrales geotérmicas, dos centrales más.  Impulsar las opciones renovables en el entorno rural.

Reflexión final ¿Está justificado este “desarrollo”? La población mundial crece, y con ella la demanda de energía. Nuestra Civilización demanda un consumo mayor de energía. ¿Está justificado este “desarrollo”? El Ser Humano atraviesa un periodo de “adolescencia tecnológica” En el 2000 seremos más de seis mil millones de seres humanos en el planeta. Fin de mi tesis y presentación. Por su capacidad de autodestrucción. Por nuestro uso irracional de los recursos planetarios.

Parece que la actitud de los gobiernos y de la población en general acerca del futuro es más bien apática, por lo que es tarea de los ingenieros encargados del desarrollo, hacerlo con la Ingeniería Avanzada, con un sentido económico, ambiental y social que permita resolver los problemas energéticos cercanos y establecer los cimientos que permitan el desarrollo de las futuras generaciones.

Evolución del consumo energético

Desarrollo Sostenible o Sustentable ... Es aquel que satisface las necesidades de las generaciones presentes sin comprometer las capacidades de las generaciones futuras para cumplir sus propias necesidades. 1972.- Conferencia de Estocolmo, pero no hubo respuesta.- esto no esta incluido textualmente en la Tesis. 1979.- Unesco, convoca la conferencia de Quito. Se usa el término: ‘nuevo desarrollo’ como un fenómeno que es global, integrado y endógeno. 80s.- la ONU crea la ‘comisión Burtland’, una comisión especial e independiente para examinar los problemas del medio ambiente. En honor a Gro Harlem Brundtland, ex primera ministra de Noruega. 1987.- Se acuña el término ‘Desarrollo sustentable’ en un documento llamado ‘nuestro futuro común’. El concepto de desrrollo es amplio, no sólo aplicado a los países del tercer mundo, sino al globo. El concepto de crecimiento referido estrictamente al PIB y ellos lo consideran ya insuficiente. 1992.- Conferencia o Cumbre de Río.- Cumbre de la Tierra.- ‘declaración de Río sobre el medio ambiente y el desarrollo’. Se dice: “El objetivo de establecer una alianza mundial nueva y equitativa mediante la creación de nuevos niveles de cooperación entre los estados los sectores claves de la sociedades y las personas, procurando alcanzar acuerdos internacionales en los que se respeten los intereses de todos y se proteja la integridad ambiental y de desarrollo mundial, a la vez que se reconoce la naturaleza integal de interdependiente de la Tierra, nuestro hogar.” 1998.- Convención de Kyoto. Global: Visión de conjunto de las dimesiones de un todo humano y la diversidad de aspectos que deben considerarse en us relaciones, más allá de los análisis paticulares, el término se aplica a conjuuntos de dimensiones y estructuras diferentes: nación, región de naciones o mundo entero. Integrado: en cuanto a que pueda referirse a la integración pluriregional, o bien a la mayor cohesión de sectores, regions y clases sociales. Endógeno: evoca las fuerzas y los recursos internos de una nación y sus empleo y aprovechamiento coherentes. Comisión Bruntland, ONU, 1987

Desregulación del sector eléctrico - I Causas • Pronósticos de demanda creciente. • Globalización. Problemas • Los objetivos de las reformas no están en relación directa con los problemas del sector. • Características del sector no acordes con el esquema de mercado libre. • La definición del estado en el esquema. • Sistema de “Pool Market” falló. • No se alientan métodos de generación costosos actualmente. Pronósticos: Capacidad instalad 35666 MW en 1999. Capacidad pronosticad en los próximos 8 años: 12000 MW con un presupuesto estimado de 460000 millones de pesos.

Desregulación del sector eléctrico - II Soluciones • No desregular el sector hasta no solucionar los problemas del esquema. • En el nivel distribución, crear empresas de servicios totales. • En el nivel generación, concesiones, concursos, integrar los tres sectores regionalmente o separarlos y crear compañías proveedoras de combustible unidas a la generación. • Considerar en la planeación: recursos energéticos, medio ambiente, tecnología disponible, la economía local y mundial y aspectos político-sociales.

Desregulación del sector eléctrico - III Historia • Chile 1982, Inglaterra 1990, Argentina 1992, Perú 1993, Bolivia y Colombia 1994, Brasil y Venezuela 1996. • Planteamiento mexicano 1999. Características • Separación de los tres sectores. • Competencia en los tres sectores regulada por el gobierno. • Licencias gubernamentales en transmisión y distribución. • Uso abierto de las redes de transmisión. • Distribuidores con derecho y obligación de entrega local. • No licitación de nucleoeléctricas y termoeléctricas restringidas. • Multas por retardos o omisión de entrega de energía. • Sistemas de precios que contemplen expansión marginal en generación y transmisión.

Costos • Costo de construcción de la planta Monterrey III, 735 MW = 4 275 millones de pesos • El gobierno mexicano a través de la Secretaría de Energía contempla gastar 84 mil 737 millones de pesos hasta el 2006 en este sector (20 plantas M III).

Planeación estratificada descendente 1a etapa 50 años al menos. Teniendo en cuenta las reservas del energético mas abundante. 2a etapa 25 años como máximo. Teniendo en cuenta las perspectivas regionales y las tecnologías existentes. 3a etapa 5 o 10 años. Teniendo en cuenta las necesidades de la población, las perspectivas socioeconómicas y los desarrollos tecnológicos.

Conceptos importantes Energía.- Concepto fundamental indefinible a conformidad, junto con longitud y tiempo conforman la estructura básica del Universo. Entropía.- Propiedad termodinámica que para Clausius nos indica la irreversibilidad de un proceso. Exergía.- Disponibilidad. Propiedad termodinámica que relaciona la entalpía y el producto de la temperatura y la entropía de dos estados termodinámicos en un sistema dado.