SOSTENIBILIDAD E INDEPENDENCIA ENERGÉTICA PARA LAS CIUDADES DE ESPAÑA La producción y distribución de las energías renovables en las ciudades Francisco Serrano Casares (fserranoc@uma.es) Instituto Andaluz de Energías Renovables E.T.S. Ingenieros Industriales Universidad de Málaga OMAU, 24 de abril de 2008

Índice Panorama energético Las energías renovables El ahorro y la eficiencia energética Conclusiones

EL FACTOR ENERGÉTICO Energía total usada por la humanidad (IEA, 2005) = 11.435 Mtep (millones de toneladas equivalentes de petróleo) Valor equivalente = 15.18 TW (1 TW equivale al consumo continuo de 1012 W; durante un año completo = 8760 TWh = 1000 plantas de 1000 MW de potencia nominal) Consumo anual medio por habitante (6600 millones de personas) = 1,73 tep = 20.160 kWh 20 veces mayor que el mínimo necesario para la supervivencia CONSUMO TOTAL DE ENERGÍA PRIMARIA EN EL MUNDO (2005) = 11.435 Mtep = 1.32 x 1014 kWh KEY WORLD ENERGY STATISTICS (IEA, 2007)

Reservas totales mundiales probadas EXTRACCIÓN DE PETRÓLEO Y RESERVAS Producción: 80 x 106 barriles/día 30 x 109 barriles/año Reservas totales mundiales probadas 1.200 x 109 barriles

Reservas totales mundiales probadas EXTRACCIÓN DE GAS Y RESERVAS Producción: 7.400 x 106 m3/día 2.700 x 109 m3/año Reservas totales mundiales probadas 185 x 1012 m3

Reservas combustibles fósiles Reservas probadas (Gtep) Reservas-producción (años) Reservas estimadas-producción (años) Reservas estimadas-crecimiento producción 2% (años) Petróleo 143 41 ~200 125 Gas 138 64 ~400 210 Carbón 566 251 ~700 360

RECURSOS TOTALES DE PETRÓLEO Available Oil Resources as a Function of Economic Price (2004) Less than 40 years at current consumption path (20-25 years for practical purposes) Resources to Reserves - Oil and Gas Technologies for the Energy Markets of the Future (IEA, 2005)

Evolución del precio del crudo

El Sistema Energético La estructura fundamental de nuestro sistema energético y base de nuestro moderno desarrollo gira todavía en torno a dos tecnologías generadas en los siglos XVIII y XIX: La máquina de vapor construida por Thomas Newcomen en Inglaterra en 1707. La conexión entre sí de dos dinamos Gramme en 1873 para la generación de electricidad con la primera, y su transmisión para producir trabajo, con la segunda.

El Sistema Energético Característica más significativa: la perfecta simbiosis tecnológica entre los motores térmicos y los generadores eléctricos que permite la inducción a gran escala de la propiedad que llamamos ELECTRICIDAD VECTOR ENERGÉTICO alimenta a las máquinas eléctricas motoras permite generar calor permite producir luz

El Sistema Energético Se edifica en la práctica sobre un solo pilar, la TERMODINÁMICA, concretada en las tecnologías del calor, que sólo sabemos obtener mediante tres métodos diferentes: la combustión química (calor o movimiento) la reacción nuclear (calor) la irradiación solar (calor o electricidad) Paradigma tecnológico-científico: binomio máquina térmica-máquina eléctrica

El Sistema Energético PROBLEMAS Bajo rendimiento de las transformaciones energéticas que tienen lugar en los motores térmicos Elevadas cantidades de gases perniciosos emitidos por los combustibles fósiles usados mayoritariamente en los motores térmicos Posibilidad de agotamiento de los combustibles fósiles

¿FUTURA ENERGÍA PRIMARIA? Energía Total consumida por la humanidad en 2004 = 11.059 Mtoe, equivalente a 14,68 TW Estimación de la IEA  llegar a 25-30 TW para el 2050 y a 40-50 TW para el 2100 Alternativas e inconvenientes: carbón (emisiones de CO2); energía nuclear (residuos, seguridad, combustible para sólo alrededor de 100 años); fusión nuclear (50 años?!) ¿De dónde obtendrá la humanidad la energía primaria en el futuro?, ¿qué papel jugarán las energías renovables?

POTENCIAL ENERGÍAS RENOVABLES DATOS GLOBALES POTENCIA GLOBAL TEÓRICA TÉCNICAMENTE FACTIBLE CAPACIDAD INSTALADA (2003) PORCENTAJE INSTALADO Hidráulica 4.6 TW 0.3 TW 6.5 % Biomasa 7 - 10 TW 5 TW 1.4 TW 28 % Geotérmica 12 TW 0.6 TW 0.054 TW 9 % Eólica 50 TW 4 TW 0.0063 TW 0.16 % Solar 600 TW 60 TW 0.0051 TW 0.0085 % TOTAL 676 TW (Aprox.) 70 TW (Aprox.) 1.76 TW 2.5 % POTENCIAL ESTIMADO ANUAL DE LAS DISTINTAS FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES (1 TW equivale a un consumo sostenido de 1012 W; este valor durante un año = 8760 TWh = 1,000 plantas de potencia de 1,000 MW cada una de ellas)

POTENCIAL ENERGÍAS RENOVABLES vs NUCLEAR Hidráulica 4.6 TW 0.3 TW DATOS GLOBALES POTENCIA GLOBAL TEÓRICA TÉCNICAMENTE FACTIBLE CAPACIDAD INSTALADA (2003) PORCENTAJE INSTALADO Hidráulica 4.6 TW 0.3 TW 6.5 % Biomasa 7 - 10 TW 5 TW 1.4 TW 28 % Geotérmica 12 TW 0.6 TW 0.054 TW 9 % Eólica 50 TW 4 TW 0.0063 TW 0.16 % Solar 600 TW 60 TW 0.0051 TW 0.0085 % TOTAL 676 TW (Aprox.) 70 TW (Aprox.) 1.76 TW 2.5 % Nuclear 17.5 TW 10 TW 0.845 TW 8.45 %

Consumo de energía primaria en España en 2005 (IDAE)

Intensidad energética primaria

Consumo de energía final Por fuentes Por sectores

Dependencia energética Las importaciones netas de energía en 2005 fueron el 82,4% del consumo total. En 1990, esta dependencia estaba en el 67%. Consecuencias: falta de seguridad en el suministro mayor grado de incertidumbre que en los años anteriores situación económica inestable

Nuevo modelo energético sostenible Desarrollo de las energías renovables Políticas de ahorro y eficiencia energética Uso de tecnologías energéticas avanzadas(ciclos combinados, energía del hidrógeno, fusión nuclear, …)

Las energías renovables Tienen su origen en la Naturaleza, se producen de manera continua y son inagotables a escala humana Minihidráulica Geotérmica Del mar Solar (térmica y fotovoltaica) Eólica Biomasa

Mecanismos de ayuda a las energías renovables Subvenciones a las instalaciones Estatales (ICO-IDAE) Autonómicas (Programa de incentivos-PROSOL en Andalucía) Primas a la producción eléctrica Eólica Solar (fotovoltaica y térmica alta-media temperatura) Biomasa Desgravaciones en el impuesto de sociedades

Renovables en Málaga Las energías renovables representan el 91,95% del total de la potencia instalada en la provincia de Málaga

Energía solar térmica y fotovoltaica

Distribución de la producción de energía eléctrica en Málaga

El Sol como recurso renovable En Andalucía: Irradiación media anual: 2MWh/m2 15 Gtep/año (2 veces el consumo mundial de 1991)

Energía solar térmica Aprovechamiento directo de la radiación solar para producir un efecto térmico

Sistema integrado

Aplicaciones Sector hotelero Sector residencial El Código Técnico de la Edificación establece la obligatoriedad de estas instalaciones en todas las nuevas edificaciones desde septiembre de 2006. Sector hotelero Preparación de agua caliente sanitaria cuarta parte del consumo de un hotel medio Climatización de piscinas Sector residencial Vivienda tipo: 2 a 4 m2 y almacenamiento de 150 a 300 litros. El coste de la instalación se sitúa entre los 1.100 € y los 2.400 €

Energía solar térmica de media temperatura Concentradores cilindro-parabólicos

Planta solar de Solucar (Abengoa)

Energía solar fotovoltaica Conversión directa de la energía de la radiación solar en electricidad mediante las células solares

Cabaña en India

Cabañas en Suecia

Integración en edificios: tejado fotovoltaico

Integración en edificios

Integración en edificios

Central fotovoltaica

Energía solar fotovoltaica en Andalucía The electricity production capacity of photovoltaic power plants and the selection of solar energy sites in Andalusia (Spain) J. Arán Carrioón, A. Espín Estrella, F. Aznar Dolsa, A. Ramos Ridaob. University of Granada, 18071 Granada, Spain Renewable Energy 33 (2008) 545–552

Capacidad de producción eléctrica con fotovoltaica en Andalucía 38,693 GWh/año Demanda de energía eléctrica en Andalucía 38,693 GWh/año (año 2003)

Venta de electricidad REAL DECRETO 661/2007, de 25 de mayo, por el que se regula la actividad de producción de energía eléctrica en régimen especial (BOE nº126 de 26 mayo 2007). b.1.1 P≤100 kW primeros 25 años 44,0381 c€/kWh a partir de entonces 35,2305 c€/kWh 100 kW<P≤10 MW 41,7500 c€/kWh 33,4000 c€/kWh 10<P≤50 MW 22,9764 c€/kWh 18,3811 c€/kWh

Obligatoriedad de uso RD 314/2006 Código Técnico de la Edificación establece la instalación mínima de 6,25 kWp, según el uso y la localización

Energía eólica Conversión de la energía del viento en energía útil mediante un aerogenerador

La biomasa como fuente de energía Representa el 55% de la energía producida por las renovables

Aprovechamientos de la energía de la biomasa Doméstico y para fines térmicos Nuevos aprovechamientos Biomasa como combustible para generación de electricidad Producción de biogas a partir del tratamiento de residuos Producción de biocombustibles

Los biocombustibles Puesta en valor de zonas con excedentes agrícolas o sin cultivar y reciclado de aceites vegetales usados Bioetanol Biodiesel Industria de producción de promoción pública Combustible en el transporte público

Ahorro y eficiencia energética Reducción de la demanda Eficiencia Reducción del consumo de recursos

El ahorro en las ciudades Cada hogar español consume anualmente en concepto de iluminación el equivalente a 352 kilos de CO2 emitidos a la atmósfera Sustituir en cada hogar una bombilla convencional por otra de bajo consumo evitaría la emisión de 700.000 toneladas de CO2

El ahorro por los ciudadanos Instalar burletes en puertas y ventanas ahorra entre un 5 y un 10% de energía Instalar dobles ventanas ahorra un 20% de consumo de energía Hacer un uso racional de los aparatos de calor y refrigeración: cada grado de temperatura que aumentemos consume entre un 5 y un 7% más de energía

El ahorro por los ciudadanos Utilizar siempre que se pueda el transporte público Al comprar un coche nuevo consultar la etiqueta energética Considerar que el consumo aumenta en función de la velocidad: aumentar la velocidad un 20% significa un aumento de un 44% en consumo

Arquitectura bioclimática

Arquitectura Bioclimática = Reducción Demanda Climatización Edificios Diseños arquitectónicos y estrategias de operación orientados a reducir las necesidades de acondicionamiento de los edificios: Orientación del edificio Dispositivos de captación/bloqueo solar Diseño y disposición adecuados de elementos constructivos (aislamientos, masas térmicas, etc.) Operación y control adecuados de elementos móviles adaptados al clima.

Conclusiones: análisis DAFO Debilidades Necesidad de formación para los instaladores y fabricantes Falta de entramado industrial Normativa dispersa y no coherente La integración de los equipos de energía solar en los edificios debe contar con los arquitectos La publicidad es escasa No se conocen por el público los beneficios medioambientales de las energías renovables y de las medidas de ahorro y eficiencia energética

Conclusiones: análisis DAFO Amenazas Variabilidad con el tiempo del recurso solar. Dificultad de predecir, a corto plazo, los vientos Necesidad de infraestructuras Competitividad de otras provincias y países con mayor desarrollo tecnológico o menor coste de la mano de obra Mala experiencia con las instalaciones de energía renovable de los primeros años Necesidad de acoplamiento a condiciones de confort más limitadas en algunos casos

Conclusiones: análisis DAFO Fortalezas Tecnologías maduras Rentabilidad en tiempo razonable, con la posibilidad de ayudas Incentivos para la instalación de renovables en las industrias y para la aplicación de medidas de ahorro energético Apoyo financiero Base importante de fabricantes e instaladores de equipos solares, y de ingenierías para los temas de ahorro y eficiencia energética

Conclusiones: análisis DAFO Oportunidades Elevada disponibilidad de recursos renovables Aceptación de los sistemas no contaminantes Subida continua de los precios de la energía Elevada densidad de población y de viviendas en la costa Industria turística muy fuerte Instalaciones en núcleos urbanos de sistemas solares integrados en edificios Zonas con posibilidad de plantaciones de cultivos energéticos

Muchas gracias por su atención Francisco Serrano Casares (fserranoc@uma.es) Instituto Andaluz de Energías Renovables E.T.S. Ingenieros Industriales Universidad de Málaga