La política de energías renovables en España: objetivos y regulación

Hacia la competitividad de las energías renovables. Estado del desarrollo tecnológico

Ramón Gavela

Director del Departamento de Energía del CIEMAT

26 de noviembre de 2012

desarrollo tecnológico

ENERGÍA PRIMARIA MUNDIAL (WEO 2012)

203518.676 Mtoe

80,1 % fósil

Escenario de continuidad

81,1 % fósil

EL SISTEMA ENERGËTICO ACTUAL ES INSOSTENIBLE

ESCENARIOS DEL ETP 2012 (AIE)

• 6DS. Incremento temperatura media de 6ºC a laro mplazo. Consumo doble de energía primaria en 2050, respecto a 2009. Las emisiones de CO2 por encima del doble en este periodo. Efectos catastróficos irreversibles. “Current scenario” del WEO”

• 4DS. Incremento de 4ºC, con nuevas e importantes medidas • 4DS. Incremento de 4ºC, con nuevas e importantes medidas políticas. Gravísimos efectos irreversibles. “New Policies scenario” del WEO.

• 2DS. Congruente con aumento de 2ºC con 80% de confianza. Las emisiones de GEI se reducen en más de la mitad en 2050, respecto a 2009. Único admisible según el IPCC. “450 scenario” del WEO.

HERRAMIENTAS PARA RESOLVER EL PROBLEMA ENERGÉTICO EN LAS PRÓXIMAS DÉCADAS

• Ahorro y eficiencia energética (muy alto retorno)• Energías renovables• Captura y almacenamiento de CO2• Energía nuclear de fisión• Gas natural• Fusión (muy largo plazo)• Fusión (muy largo plazo)

PROGRAMAS CONJUNTOS

Eólica

Solar (Térmica de concentración y Fotovoltaica)

Captura y almacenamiento de CO2

Redes eléctricas

Bioenergía

Energía nuclear

Hidrógeno y pilas de combustible

EL SET-PLAN DE LA UE

European Institute of Innovation

Para acelerar el desarrollo de nuevas tecnologías energéticas con JPs I+D

Investigación industrial, plantas mostración, para cumplir hojas de ruta

Fotovoltaica

Eólica

Geotérmica

Redes inteligentes

Bioenergía

Captura y almacenamiento de CO2

Materiales para energía nuclear

Materiales avanzados para energía

Energía solar de concentración

Almacenamiento de energía

Hidrógeno y pilas de combustible

Marina

Ciudades inteligentes

CO-LOCATION CENTERS

Iberia (energías renovables)

Benelux (Eficiencia edificios)

Sweden (Redes inteligentes y almacenamiento

Poland (Combustión limpia carbón)

Germany (Combustibles químicos)

Alps Valley(Convergencia nuclear-renovables)

European Institute of Innovation

Formación, investigación, negocio

INICIACIÓN CRECIMIENTO MADUREZ DECLIVE

Vol

umen

de

nego

cio

POSICIONAMIENTO EN EL CICLO DE VIDA DE LAS TECNOLOG ÍAS ENERGÉTICAS

I+DPlantaspiloto

Tecnológico ComercialI+D

Almacenamiento

FV Concentración

Microcogeneración

Eólica off-shore

Eólica baja potencia

Marina

CSP

Fotovoltaica

Eólica on-shore

Hidrúlica convencional

Geotérmica

Geotérmica mejorada

Nuclear

Carbón

Ciclo combinado gas

Cogeneración gran tamaño

Petróleo

Tiempo

Redes inteligentes

Hidraúlica

Eólica

Fotovoltaica

Biomasa

Biocarburantes

Solar concentración

Geotérmica

Marina

TE

CN

OLO

GÏA

S G

EN

ER

AC

IÓN

19,4 7.010 2.100 3.000 130

61,0 6.120 2.200 5.900 424

27,7 2.800 1.980 3.900 542

20,4 3.750 40 510 500 112

34,0 780 Mtep 16.000 …..

22,5 3.100 833 2.600 104

7,1 520 140 1.300 101

1,0 150 40 150 110

GtCO2

2010-50

TWh

2050

EJ

2050

GW

2050

b€

2010-50

PROSPECTIVA TECNOLOGÍAS LIMPIAS (ETP2012, 2DS)

M€ I+D P

2010

Mitad de 1981

Combustión limpia carbón

Nuclear

Eficiencia

Vehículo eléctrico

H2 y pilas combustible

Ciudades inteligentes

Almacenamiento

Redes inteligentes

Captura y almacenamiento CO2

TE

CN

OLO

GÏA

S G

EN

ER

AC

IÓN

TE

CN

OLO

GÍA

S U

SO

TE

CN

OLO

GÍA

S

FA

CIL

ITA

DO

RA

S

59,6 7.400 990 4.000

27,9 16 9.200

33,3 110Mveh. 13.100

5,3

36,4 5.500

45,0 780 sin t,a.

2010 2020 2035 2050Coal 8.670 9.648 4.797 4.550Oil 986 644 360 0Gas 4.745 5.540 5.608 4.600Nuclear 2.736 3.740 6.376 7.400Hydro 3.516 4.547 6.052 7.010Biomass&waste 300 700 2.040 3.750Wind 360 1.486 4.320 6.120Geothermal 70 148 407 520PV 45 279 1.332 2.800

PROSPECTIVA DE PRODUCCIÓN ELÉCTRICA en TWh ( varios IEA)

Scenario 450 ppm, 2ºC (WEO2012, ETP2012)

PV 45 279 1.332 2.800CSP 2 100 850 3.100Marine 1 3 82 150

21.431 26.835 32.224 40.000

Fossil 67,2 % 59,0 % 33,4 % 22,9 %

Nuclear 12,8 % 13,9 % 19,8 % 18,5 %

Renewables 20,0 % 27,1 % 46,8 % 58,6 %

ENERGÍA EÓLICA (61 GtCO2 2010-50)

En lugares de buen recurso alcanza la paridad con me rcado eléctrico.

Espectacular despliegue en tierra, que continuará e n los próximos años

I+D+i: Reducción costes( nuevos materiales de palas y de maquinaria, aumento tamaño..), estudio del recurso, off-shore, baja potencia, integración en la red (almacenamiento, redes inteli gentes)

La eólica on-shore camina bien al cumplimiento de s u objetivo medioambiental, 2ºC

La tecnología off-shore tendría que acelerar para c umplirlo

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

700000

800000

900000

1000000

1100000

1200000

1300000

1400000

1500000

MW

1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022 2024 2026 2028 2030 2032 2034

year

Installed wind power in the world

WEO 2011

1979: 40 cents€/kWh

2010: 4 - 7 cent s€/kWh

• Aumento continuo del tamaño de las turbinas.

• Progresos de I + D + i

• Reducción de costes de fabricación.

• Producción en serie

• Apoyo en tarifa

• Gran experiencia en promoción, operación y mantenimiento.

ENERGÍA FOTOVOLTAICA (27,7 GtCO2 2010-50)

Desarrollo espectacular en los últimos años, con re ducción coste del 75% en 5 años

En 2011 se instalaron 27 GW en el mundo (Alemania, Italia,…). España tuvo el liderazgo de potencia instalada en 2008, con un significativo tejido empresarial, acompañado de relevantes grupos de I+D, aunque con escaso éxito t ecnológico al producirse una cierta burbuja alimentada por un negocio mal planteado; si n embargo esta posición se ha ido perdiendo, a pesar de que se ha producido un increm ento notable de las exportaciones.

Alcanzando paridad con la red en el punto de consum o. Grandes perspectivas con el consumo neto.

I+D+i: Reducción de costes (Procesos de silicio cri stalino, mejora rendimiento de capa delgada [silicio amorfo, TeCd, CIS,CIGS], FV de con centración, células delgada [silicio amorfo, TeCd, CIS,CIGS], FV de con centración, células orgánicas), integración arquitectónica, integración en la red (almacenamiento, redes inteligentes)

Camina con firmeza hacia sus objetivos medioambienta les, 2 ºC

PV Total World installed capacityFuente IRENA

0200400600800

10001200140016001800200022002400260028003000

2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

GW

IEA

BIOMASA PARA CALOR Y ELECTRICIDAD (40 EJ, 300 TWh a ctualmente, 20,4 GtCO2 2010-50)

Creciendo 8% anual desde el 2000

I+D+d: Logística de materia prima, torrefacción, ga sificación, BIGCC, criterios sostenibilidad, mejora rendimiento calder as.

Buen ritmo para cumplir objetivo de 2 ºC

BIOCARBURANTES (60 Mtep, 34 Mha actualmente, 34 GT CO2 2010-50)

I+D+i: Nueva generación (RSU, celulosa, algas), biorefinería, prenormativa (certificados de sosteni bilidad)

No lleva el ritmo previsto para limitar a 2ºC,

particularmente la segunda generación

Planta piloto en L’Alcudia (Valencia)Planta piloto en L’Alcudia (Valencia)Acuerdo con IMECAL, Ambiensys y Ford para demostrar la tecnología CIEMATAcuerdo con IMECAL, Ambiensys y Ford para demostrar la tecnología CIEMAT

Hidrólisis ácida diluidaHidrólisis ácida diluidaResiduos orgánicos urbanos y agrícolasResiduos orgánicos urbanos y agrícolas

4 Tons/día4 Tons/día

ENERGÍA GEOTÉRMICA PARA CALOR Y ELECTRICIDAD

Tecnología convencional consolidada

Despliegue importante de baja temperatura con bomba de calor

I+D+i: Estudio del recurso, geotérmica mejorada (ab aratamiento de sondeos, plantas de demostración)

La geotérmica convencional tiene un buen ritmo para el cumplimiento de sus objetivos medioambientales, 2ºC

La geotérmica mejorada no se está desarrollando al ritmo previsto.

ENERGÍAS MARINAS (1 GtCO2 2010-50)

Muchas tecnologías undimotrices compitiendo

Confirmación de confianza (2010-2015)Simulación y modelizaciónPrototiposEl coste no es todavía el principal objetivo

Desarrollo tecnológico (2016-2020)Demostración a escala realObjetivo de 21 a 33 c€ / kWh

Consolidación tecnológica (2021-2030)Despliegue comercialCoste hacia 7 a 15 c € / kWh

57.000 TWh

Perspectivas de capacidad marina instalada. Escenar io optimista/realista. Fuente: CE-NEEDS project

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

GW

AIE

I+D+i: Nuevos diseños para reducir coste y mejorar supervivencia, programa de demostración de prototipos, soporte infraestructuras experimentales de ensayo y validac ión

Coste hacia 7 a 15 c € / kWh

Las energías marinas avanzan a un ritmo adecuado con su objetivo

0

2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

ENERGÍA SOLAR DE CONCENTRACIÓN (2.000 MW actualment e)

España lider industrial y tecnológico.

Conviven 4 tecnologías básicas (cilindro-parabólica , torre, Fresnel, Disco-Stirling)

Deben aprovecharse las ventajas frente a FV (almace namiento e hibridación)

I+D+i: Nuevos fluidos térmicos (GDV, gas a presión, aire y Bryton en centrales de torre), Materiales y componentes (recubrimientos antireflec tores, caracterización y durabilidad de espejos ,..), Almacenamiento térmico (sales fundidas, metales..), Aplicaciones (desalinización, producción H2, detoxi ficación de aguas contaminadas,..)

No lleva el ritmo previsto para limitar a 2ºC, No lleva el ritmo previsto para limitar a 2ºC,

1

1

9

INSTALACIONES DE LA PSA

4

1.1.-- Receptor central (CESAReceptor central (CESA--1, SSPS)1, SSPS)

2.2.-- CilindroparabólicaCilindroparabólica 1

2

8

75

10

32.2.-- CilindroparabólicaCilindroparabólica

3.3.-- Generación directa de vapor (DISS)Generación directa de vapor (DISS)

4.4.-- Circuito de gas con sales fundidas Circuito de gas con sales fundidas

5.5.-- Horno solarHorno solar

6.6.-- Detoxification de aguaDetoxification de agua

7.7.-- Desalinización de aguaDesalinización de agua

8.8.-- Laboratorio de arquitectura bioclimáticaLaboratorio de arquitectura bioclimática

9.9.-- Fresnel con generación directa de vaporFresnel con generación directa de vapor

10.10.-- Discos StirlingDiscos Stirling

6

Receptor de GEMASOLARReceptor de GEMASOLAR

Receptor de sales fundidas Receptor de sales fundidas instalado en la planta Gemasolar de instalado en la planta Gemasolar de

SENER y ensayado en la PSA SENER y ensayado en la PSA (CESA(CESA--1)1)

� Primera planta experimental GDV en el mundo

para estudiar el acoplamiento solar

� Potencia térmica máxima: 2.6 MW t

� Caudal de vapor máximo: 1 kg/s

Vista de la fila de captadores solares

PLANTA DISSCaracterísticas principales:

INSTALACIONES DE LA PSA

� Máxima temperatura y presión del vapor: 400 ºC y 100 bar

� 13 captadores PTC conectados en serie, orientados norte-sur con una apertura total de 3822 m 2

Vista general de la planta DISS

Sistema de potencia

Fila de captadores

Características principales:

�Fluido de trabajo: gases presurizados (CO2, N2, etc. )

� Máxima temperatura/presión de trabajo: 525 ºC/100 b ar

�Única en el mundo para estudiar la viabilidad de lo s gases en captadores cilindro-parabólicos

Lazo de ensayo de fluidos caloportadores innovativos

INSTALACIONES DE LA PSA

� Conectado a instalación de almacenamiento de sales fundidas.

NUEVAS INFRAESTRUCTURAS DE LA PSA

Instalación de ensayo de sales fundidasCaracterísticas principales:• Circuito con dos tanques de sales fundidas con una capacidad de 3,4 MWht

dedicados principalmente a:- Ensayo de válvulas, bombas, materiales, etc. para sistemas de sales fundidas- Ensayo de instrumentación de control de sistemas de sales fundidas- Ensayo de sistemas calefasctores auxiliares.- Ensayo de procedimientos de operación y control- Ensayo de procedimientos de operación y control

ACUREX plant

APLICACIONES MEDIOAMBIENTALES DE LA ENERGÍA SOLAR D E CONCENTRACIÓN

Planta potabilizadora de múltiple efecto

Planta de destilación de membrana

Ciclo Rankine Orgánico

NUEVAS TECNOLOGÍASENERGÉTICAS Reducción emisiones Potencia instalada (G we)

COMBUSTIÓN DE CARBÓN 20%Combustión limpia 500 INSUFICIENTECaptura y almacenamiento de CO2 INSUFICIENTE

ENERGÍAS RENOVABLES 24% 4.805Eólica en tierra 1.300 PROGRESA ADECUADAMENTEEólica en mar 150 INSUFICIENTEFotovoltaica 900 PROGRESA ADECUADAMENTESolar de concentración 300 NECESITA MEJORARBiomasa y residuos NECESITA MEJORAR Generación eléctrica 330 PROGRESA ADECUADAMENTE Biocarburantes NECESITA MEJORARHidraúlica 1.800 PROGRESA ADECUADAMENTEGeotérmica 50 NECESITA MEJORAR

PREVISIÓN 2035Estado de implementación

PROGRESO DE LAS TECNOLOGÍAS LIMPIAS (ETP 2012, IEA)

Geotérmica 50 NECESITA MEJORARMarina 25 PROGRESA ADECUADAMENTE

ENERGÍA NUCLEAR 8% 870 INSUFICIENTE

USO EFICIENTE 48%Edificios e industria NECESITA MEJORARVehículo eléctrico NECESITA MEJORARHidrógeno y pilas de combustible INSUFICIENTE

TECNOLOGIAS FACILITADORASRedes inteligentes NECESITA MEJORARAlmacenamiento NECESITA MEJORAR

100% 6.175

840240

2.230TOTAL MUNDIAL 9.485

Gas natural

Carbón convencionalPetróleo

CONCLUSIONES• Es urgente el cambio hacia un nuevo sistema energético de mucho

menor carbono• Para ello, es necesario desarrollar un gran número de tecnologías

energéticas (de generación, de uso y facilitadoras), entre las que destacan las energías renovables.

• Las tecnologías renovables están en diferente estado de desarrollo, necesitando un gran esfuerzo de I+D+i para cumplir el objetivo de necesitando un gran esfuerzo de I+D+i para cumplir el objetivo de 2ºC de aumento de temperatura del planeta. Los presupuestos de investigación deben duplicarse.

• Aunque todavía es posible conseguir el objetivo anterior, es necesario activar el desarrollo de algunas tecnologías renovables más rezagadas (eólica off-shore, biocarburantes de 2ª generación, geotérmica mejorada, solar de concentración), junto a otras como la captura y almacenamiento de CO2, almacenamiento, redes inteligentes,etc.

Muchas gracias Muchas gracias Muchas gracias Muchas gracias