La Energía y el Cambio Climático: Problema y Solución

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Seminario sobre el Cambio Climático Curso 2023-2024 Jornada 4. La Energía, problema y solución 1

Introducción

2.1

¿Qué sabemos sobre la Energía ? Nociones de Termodinámica

2.2

¿Qué sabemos sobre la Energía? Energía Primaria y Energía Final

2.3

¿Qué sabemos sobre la Energía ? Vectores energéticos

2.4

¿Qué sabemos sobre la Energía ? Acumulación de energía

3

¿Qué sabemos de la situación energética en e l Mundo?

4

¿Qué planes energéticos tiene España hasta 2 PNIEC 2020 y 2023 030?

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¿En qué y Cuándo nos equivocamos?

Plan Español Hidrógeno Verde: 16.500 MW Aumento rápido (x3 en 2030) Preponderancia del petróleo, carbón y gas

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Seminario sobre el Cambio Climático Curso 2023-2024 Jornada 4. La Energía, problema y solución 5

Energías No Renovables ENR (Combustibles Fósiles)

5.1

ENR Carbón, Petróleo, Gas Natural

5.2

ENR Nuclear (fisión)

Reducción rápida (x-2,3 en 2030)

5.3

ENR Nuclear (fusión)

¿Sigue teniendo sentido continuar con su desarrollo

6

Energías Renovables (ER)

6.1

ER Eólica

Aumento rápido (x2,5 en 2030)

6.2

ER Energía solar. Centrales termoeléctricas y Solar fotovoltaica

Aumento muy rápido (x9,2 en 2030)

6.3

ER Hidráulica

Estabilizada

6.4

ER Mareas y olas

Algo más que curiosidades

6.5

ER Bioenergía y Residuos

Aumento rápido (x3,5 en 2030)

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Seminario sobre el Cambio Climático Curso 2023-2024 Jornada 4. La Energía, problema y solución 6.6

ER Geotérmica

7

Energía para el transporte

7.1

Electricidad

7.2

Biocombustibles

7.3

Hidrógeno

7.4

Transporte aéreo

8

Lo esencial del Seminario

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Introducción Conclusiones de las jornadas anteriores de este seminario sobre el Cambio Climático: Se está produciendo un calentamiento global, originado por el aumento en la atmósfera de los gases de efecto invernadero (GEI), liberados a la atmósfera por las actividades humanas.

Toda actividad humana se realiza con consumo de energía

Realizamos actividades que degradan la capacidad de absorción de los sumideros del CO2 P.1 Pág. 1/5 19-3-2022

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Introducción

Conflicto fundamental - Hay que aumentar enormemente la producción mundial de bienes y servicios  aumentar la producción / consumo de energía.

- Hay que reducir de forma rápida y drástica las emisiones de GEI. P-1 Pág. 2/5 19-2-2022

Está claro que la solución tiene que conciliar objetivos contrapuestos

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Introducción – Datos Globales Emisiones fugitivas Emisiones Cambio de Uso tierra/ bosques No Desechos Relacionadas con Procesos. Industriales la Energía Agricultura Energía

Emisiones Relacionadas con la. Energía

Producir 1000 Kg de cemento genera 927 Kg de CO2

GT de CO2eq P-1 Pág. 3/5 19-11-2023

Producir 1000 Kg de acero genera 1800 Kg de CO2

Fuente: BP -

https://www.bp.com/en/global/corporate/energy-economics/energy-outlook/ global-backdrop.html

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Introducción ¿Qué tiene que tener un Plan de Reducción de Emisiones de GEI? Ahorro de energía (Eficiencia, conservación y género de vida) 50% renovables Negavatios

Eliminación total del petróleo en largo plazo

Captura y eliminación CO2 (Solución Opcional Temporal) Captura y eliminación CO2 (Solución definitiva)

P-1 Pág. 4/5 19-11-2022

Como telón de fondo: Hay que realizar la electrificación en la mayoría de aplicaciones.

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Introducción

En este módulo del Seminario “Cambio Climático” vamos a estudiar objetivos y acciones que hay que realizar sobre una de las causas fundamentales del Cambio Climático: Producción y Consumo de Energía.

P.1 Pág. 5/5 19-3-2022

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Nociones básicas

Energía es la capacidad de producir Calor y/o Trabajo

Mecánico y así hacer funcionar las cosas. Está especificada para un cierto período de tiempo, por ejemplo un segundo, una hora, un año, etc).

Potencia es el ritmo con el cual se genera o consume la energía. Tiene un valor constante a lo largo del tiempo.

Las unidades de medida principales son: ENERGÍA - Joule = Vatio x segundo (Wxs) y sus múltiplos *) - Tonelada de petróleo equivalente = 11.560 KWh - Caloría POTENCIA - Vatio (W) y sus múltiplos

*) Nota importante: Observar que el tiempo (s) está multiplicando.

Es muy común encontrar artículos de prensa, etc. con expresiones en KW/h. Esto es un error.

P.2.1 Pág. 1/6 19-3-2022

Es muy recomendable disponer de un conversor de unidades, como este, pulsar aquí

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Nociones básicas Primer Principio de Termodinámica: La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma

En las páginas 2, 3, 4, 5 y 6, consideramos solo los sistemas de aprovechamiento de la energía mediante ciclos termodinámicos 1 volumen de combustible contiene una determinada cantidad de energía en forma química. (Energía

interna)

P.2.1 Pág. 2/6 19-3-2022

En el motor de un coche esa energía química se transforma en Calor.

El Calor se transforma en Trabajo Mecánico, * “Trabajo Mecánico” = recorrido que realiza el coche*

*) Más las pérdidas por roces con la carretera, desplazamiento del aire, etc.

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Nociones básicas Esquema del ciclo termodinámico que transforma el Calor en Trabajo Mecánico

T1 y T2 en unidades relativas al “cero termodinámico” = “cero absoluto”= -273 C = 0 Kelvin

La transformación del Calor en Trabajo Mecánico se produce en esta parte del motor del coche

La cantidad de energía química del combustible, y el trabajo mecánico que realiza el coche para completar el recorrido* deben ser idénticas (teóricamente).

𝑹𝒆𝒏𝒅𝒊𝒎𝒊𝒆𝒏𝒕𝒐=𝜏=1 −

P.2.1 Pág. 3/6 En la realidad ambas cantidades de energía no son iguales. ¿Qué ocurre con esa “energía perdida”?

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𝑇2 𝑇1

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Nociones básicas

Segundo Principio de Termodinámica:

En todo proceso termodinámico que consista en paso de calor de una fuente caliente a otra más fría, creando además trabajo mecánico, se genera una cierta cantidad de entropía (unidades J/K) Podemos definir la Entropía como la fracción de la Energía Interna que no se transforma en trabajo mecánico. Esto explica que, aparentemente, se “pierda” una cierta cantidad de energía. ¿Dónde va a parar esa energía “perdida”?

La energía se hace “inutilizable”, pero no “desaparece”

El aprovechamiento de las fuentes de energía está limitado por una Ley de la Naturaleza (2º Principio de Termodinámica) P.2.1 Pág. 4/6 19-3-2022

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Nociones básicas Límites de rendimiento de la conversión de energía interna en trabajo Gasolina ideal, ciclo Otto, 8:1………………...…….. 56 % Gasolina típico, ciclo Otto …………………...…20 – 37 % Diesel ideal, 18:1 ………………………………...…...63 % Diesel típico ……………………………………..…30–45 % Turbina vapor ideal a 816 ºC Rankine……...…...… 73 % Turbina de vapor a 565 ºC Rankine ……………..… 42 % Turbina de gas …………………………………..…35-42 % Turbina de gas ciclo combinado ………………..….. 60 % Motores eléctricos y alternadores ……….…....70-99,9 % Fuente: Dr. Alberto Navarro Izquierdo

Despilfarramos la energía de una forma insostenible P.2.1 Pág. 5/6 19-3-2022

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Nociones básicas Una consecuencia importante es que la energía no es una “materia prima” como las demás.

Casi todas las materias primas se pueden reciclar, reutilizar, recuperar, reprocesar, etc.

Pero la energía disipada en un proceso, bien sea de generación o de consumo, no se puede volver a utilizar*). *) Esta afirmación se debe matizar. Ver esquema

P.2.1 Pág. 6/6 19-3-2022

Se pueden encadenar varios ciclos, de forma que la temperatura final de uno sea la temperatura inicial del Volver a Índice siguiente.

Nociones básicas Energía Primaria y Energía Final

P.2.2 Pág. 1/1 19-3-2022

http://www.comillas.edu/Documentos/BP/sankey_energy.html

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Nociones básicas Vectores de Energía

Los Vectores energéticos no son fuentes de energía Fuente: Fundación de Nuevas Tecnologías del (primaria) Son sustancias y dispositivos en los que se ha invertido Hidrógeno de Aragón una cantidad de energía, que se puede recuperar y P.2.3 Pág. 1/5 transformar en otra clase de energía.

19-3-2022 Volver a Índice

Nociones básicas Vectores de Energía El Hidrógeno Verde.

Hidrógeno producido con energía eléctrica procedente de fuentes renovables (eólica, fotovoltaica, etc), El plan español Hidrógeno Verde para 2030: - Potencia instalada 16.500 MW. - Inversión: más de 30.000 millones € Número de proyectos 112.

Fuente: https://www.epe.es/es/activos/20231120/ hidrogeno-verde-energeticas-proyectos-espana94744997 Producción de Hidrógeno por disoP.2.3 Pág. 2/5 ciación electrolítica de 19-3-2022 H2O

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Nociones básicas Vectores de Energía El amoníaco se disocia en N y H en el “cracker”. El H pasa a la célula de combustible, en la que se oxida y genera electricidad

Ventajas del amoníaco sobre el hidrógeno: El hidrógeno tiene que almacenarse a -253 grados Celsius como líquido, o a presiones de unos 700 bares como gas.

El amoníaco líquido puede almacenarse a una temperatura razonable de -33 grados Celsius a presión estándar, y a +20 grados Celsius a 9 bares P.2.3 Pág. 3/5 19-3-2022

Utilización de Amoniaco en pilas de combustible

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Nociones básicas Vectores de Energía

Célula de Combustible

P.2.3 Pág. 4/5 19-3-2022

Fuente: Geek.com a través de ALEASOFT https://aleasoft.com/green-hydrogen-fuel-future/

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Nociones básicas Vectores de Energía La producción de Hidrógeno es un tema de gran importancia, y por ello constituye un campo de investigación muy dinámico.

En este seminario no podemos dedicar tiempo suficiente a un tema tan importante, y por ello os recomendamos que os documentéis.

Conferencia “El sistema energético solar-hidrógeno: actualidad y posibilidades”, del Dr. Carlos Sánchez López, Profesor Emérito del Dpto. de Física de Materiales, UAM.

Enlace a la conferencia, pincha r aquí

Vista del Laboratorio del Dr. Carlos Sánchez López, en la UAM. P.2.3 Pág. 5/5 19-3-2022

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Nociones básicas Acumulación de Energía Las

energía renovables son generalmente intermitentes: esto crea un problema fundamental para su utilización de forma eficiente y económica: “De noche no hay sol” Se trata de almacenar la energía disponible en los momentos en los que no hay demanda, y entregarla al sistema en cuando ésta se produce.

Acumuladores: - Baterías eléctricas - Supercondensadores - Aire comprimido - Bombeo de agua en los embalses - Almacenamiento de calor en sales fundidas

P.2.4 Pág. 1/4 19-3-2022

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Nociones básicas Acumulación de Energía

Parque eólico de ACCIONA en Barasoain (Navarra): 1 generador eólico de 3MW almacena energía en dos baterías: - 1 Batería de energía de 0,7 MW almacena 0,7 MW hora.

Puede entregar 0,7 MW durante 1 hora - 1 Batería de potencia: 1 MW almacena 0,39 MW hora.

Puede entregar 1 MW durante 20 minutos P.2.4 Pág. 2/4 19-3-2022

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Nociones básicas Acumulación de Energía

Fuente: LS Power a través de Insideclimatenews.

Sistema de almacenamiento de energía LS Power-Diablo en P.2.4 Pág. 3/4 California. Tecnología: Baterías de litio-ión.

19-3-2022 Almacena y suministra 50 MW (400 MW hora cada 8 horas.)

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Nociones básicas

Acumulación de Energía

Sistema de Bombeo de Daivões a Gouvães (650m de desnivel). 880 MW

P.2.4 Pág. 4/4 19-3-2022

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Planes Globales de Energía Energía Primaria 628,02

418,68

209,34

31% 23% 10% 10%

Consumo Global de Energía Primaria 1990-2019 Escala en Exajoule 1 Toe = 11630 KW-hora = 3,5.10-8 Exajoule P.3 Pág. 1/5 19-3-2022

Fuente: ENERDATA https://datos.enerdata.net/energiatotal/datos-consumo-internacional.html

26%

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“Negavatios”

Planes Globales de Energía La eficiencia energética jugará un papel clave durante la transición energética hacia una economía totalmente descarbonizada, neutra en emisiones de gases de efecto invernadero.

Esquema General: - Negavatios - Renovables - Electrificación

Intensidad Energética Global (Energía Primaria) 1990-2019

0,20

0,15

0,10

0,05

P.3 Pág. 2/5 19-3-2022

Fuente: ENERDATA https://datos.enerdata.net/energia-total/intensidad-energetica-pib-datos.html

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Planes Globales de Energía

Consumo Global de Energía 1990-2019

No Renovables

Renovables

Producción Global de Energía Primaria por Fuente

Fuente: DNV GL Energy Transition Outlook 2018 - power supply and use P.3 Pág. 3/5 19-3-2022

https://elperiodicodelaenergia.com/wp-content/uploads/2018/09/ETO_Power-Supply-a nd-Use_210818_low-res2-compressed-002.pdf

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Planes Globales de Energía Demanda Global Energía Final por Sector Demanda Global dedeEnergía Final por Sector

Consumo Global de Energía 1990-2019 Fuente: DNV GL Energy Transition Outlook 2018 - power supply and use P.3 Pág. 4/5 19-3-2022

https://elperiodicodelaenergia.com/wp-content/uploads/2018/09/ETO_Power-Supply-a nd-Use_210818_low-res2-compressed-002.pdf

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Planes Globales de Energía Consumo global de Energía Final en 2050 Exajulios

Plan “Net Zero”

Plan “Rapid”

Se estima que la demanda de electricidad va a aumentar debido a la electrificación del transporte (vehículos eléctricos), de las calefacciones, y por la producción de hidrógeno verde/amoníaco como sistemas de almacenamiento de energía y como combustibles.

1 EJ = 2,777x1011 KWhora P.3 Pág. 5/5 19-3-2022

CCUS = Captura y almacenamiento de CO2

Fuente: BP https://www.bp.com/en/global/corporate/energy-economics/en ergy-outlook/net-zero.html

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Planes de reducción de emisiones de GEI

Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2023

Planes Nacionales Integrados de Energía y Clima 2021-2030 Objetivos vinculantes para la UE en 2030 (Informe “Energía limpia para todos los europeos” (COM2016 860 final): • 55% de reducción de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) respecto a 1990.

• 32% de renovables sobre el consumo total de energía final bruta.

• 32,5% de mejora de la eficiencia energética.

• 15% interconexión eléctrica de los Estados miembros.

Objetivos Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2023-2030: • 55% de reducción de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) respecto a 2005 • 48% de renovables sobre el uso final de la energía • 81% de energía renovable en la generación eléctrica.

• 44% de mejora de la eficiencia energética respecto de 2005.

Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2020

Objetivos vinculantes para la UE en 2030 Objetivos Plan Nacional Integrado de (Informe “Energía limpia para todos los Energía y Clima 2021-2030: • 23% de reducción de emisiones de gases europeos” (COM2016 860 final): • 55% de reducción de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) respecto a 1990. de efecto invernadero (GEI) respecto a 1990. • 42% de renovables sobre el uso final de la • 32% de renovables sobre el consumo total energía • 74% de energía renovable en la generación de energía final bruta.

• 32,5% de mejora de la eficiencia eléctrica.

• 39,6% de mejora de la eficiencia energética energética.

• 15% interconexión eléctrica de los Estados respecto de 1990.

P.4 Pág. 1/18 miembros. https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/documents/spain_draftnecp.pdf 19-11-2023 Volver a Índice

Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2023 La eficiencia energética jugará un papel clave durante la transición energética hacia una economía totalmente descarbonizada, neutra en emisiones de gases de efecto invernadero.

Intensidad Energética España (Energía Primaria) 1990-2019

0,10 0,08

0,06 0,04 0,02

Unidades: Kpe/$2015 P.4 Pág. 2/18 19-3-2022

Objetivo: reducción del 2,7 % anual hasta 2030

Fuente: ENERDATA https://datos.enerdata.net/energia-total/datos-consumo-internacional. html

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Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2023

PNIEC 2020

PNIEC 2023

49 % 51 % Planes Nacionales Integrados de Energía y Clima 2020 y 2023 P.4 Pág. 3/18 19-3-2022

Origen de los datos: Ministerio para la Transición Ecológica, 2019 https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/documents/spain_draftnecp.pdf

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Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2023 Mix de energía primaria en España – 2017 y 2030 (Ktpe)

P.4 Pág. 4/18 19-3-2022

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Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2023

P.4.- Pág. 5/17 19-3-2022

Fuente: REE

https://www.energias-renovables.com/panorama/las-renovables-han-genera do-en-espana-en-20210107

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Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2023

P.4 Pág. 6/18 19-3-2022

Fuente: REE

https://www.energias-renovables.com/panorama/las-renovables-han-genera do-en-espana-en-20210107

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Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2023

Objetivos para 2030. En GW, excepto biogás, que son en Twh P.4 Pág. 7/18 19-3-2022

Origen de los datos: https://www.climatica.lamarea.com/borradorpniec-2023-2030-espana/

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Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2023

Datos en GW, excepto biogás, que son en Twh P.4 Pág. 8/18 19-3-2022

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Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2023 Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2023

P-4 Pág. 9/18 19-3-2022

https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/documents/spain_draftnecp.pdf

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Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2023

Total Acumulado 2021-2030 36809 Ktpe

P.4 Pág. 10/18 19-3-2022

Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030

Origen de los datos: Ministerio para la Transición Ecológica, 2019 https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/documents/spain_draftnecp.pdf

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Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2023

Ahorro de energía final acumulada por medidas en España 2021-2030 (ktep)

P.4 Pág. 11/18 19-3-2022

Origen de los datos: Ministerio para la Transición Ecológica, 2019 https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/documents/spain_draftnecp.pdf

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Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2023

P.4 Pág. 12/18 19-3-2022

Origen de los datos: Ministerio para la Transición Ecológica, 2019

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Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2023

P.4 Pág. 13/18 19-3-2022

Origen de los datos: Ministerio para la Transición Ecológica, 2019

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Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2023 Ejemplo de perfil diario de generación de energía eléctrica en España (7 de abril de 2021)

P.4 Pág. 14/18 Fuente: REE 19-3-2022

https://demanda.ree.es/visiona/peninsula/demanda/acumulada/ Volver a Índice

Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2023 Emisiones de CO2 de las centrales eléctricas

Fuente REE, 2019

P.4 Pág. 15/18 19-3-2022

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Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2023

P.4 Pág. 16/18 19-3-2022

Origen de los datos: Ministerio para la Transición Ecológica, 2019 https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/documents/spain_draftnecp.pdf

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Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2023 Impacto en PIB por tipo de medida (M€)

Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030

P.4 Pág. 17/18 19-3-2022

Fuente: Basque Centre for Climate Change, 2019 https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/documents/spain_draftnecp.pdf

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Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2023 Variación en consumo final – hogares vulnerables y no vulnerables (%)

P.4 Pág. 18/18 19-3-2022

Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030 https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/documents/spain_draftnecp.pdf

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Energías No Renovables – Combustibles Fósiles Resumen de procesos y sistemas de captura de CO2

P.5 Pág. 1/3 19-3-2022

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Energías No Renovables – Combustibles fósiles Resumen de procesos y sistemas de captura de CO2 1. Las emisiones de la planta generadora de energía se inyectan en un sistema de absorción junto con un reactivo

2. El reactivo se une al CO2 y el resto de emisiones de la Planta se liberan al exterior

3. Se aplica calor para separar el reactivo del CO2

4. El CO2 se almacena bajo el fondo marino.

Gases liberados exentos de CO2 El reactivo se une al CO2

Planta generadora de energía Reactivo P.5 Pág. 2/3 19-3-2022

CO2 capturado

El reactivo se separa del CO2 por calor

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Energías No Renovables – Combustibles fósiles Captura y Almacenamiento de CO2 (CAC)

Fuente: Instituto Elcano P.5 Pág. 3/3 19-3-2022

http://www.realinstitutoelcano.org/wps/wcm/connect/b9877780430426a8a6b7e75cb2335b4 9/DT20-2010_Alvarez_captura_almacenamiento_CO2_cambio_climatico.pdf?MOD=AJPE RES&CACHEID=b9877780430426a8a6b7e75cb2335b49

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Energías No Renovables – Combustibles Fósiles

Demanda de Combustibles Fósiles relacionados con el consumo de energía (Exajulios)

Reducción de demanda en 2050

Unidades: Exajulios P.5.1 Pág. 1/3 19-3-2022

Fuente: IRENA

https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/A gency/Publication/2018/Apr/IRENA_Report_ GET_2018.pdf)

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Energías No Renovables El petróleo y el gas natural

Esquema Termodinámico

P.5.1 Pág. 3/3 19-3-2022

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Energías No Renovables Energía nuclear (Fisión) En enero de 2018, existen 448 reactores nucleares operativos en todo el mundo y 58 unidades más en construcción

Inestable

Central nuclear francesa

Central nuclear de Ascó

P.5.2 Pág. 1/5 19-3-2022

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Energías No Renovables Energía nuclear (Fisión) Origen de la animación: Wikipedia

Esquema de central nuclear moderada por agua en ebullición El Dr. Vicente Ausín ha realizado unos buenos estudios del sobre las centrales nucleares, a los que se puede acceder en los enlaces siguientes: Los riesgos de la radiactividad y su percepción social. Parte I

Esquema de central nuclear moderada por agua a presión

Los riesgos de la radiactividad y su percepción social. Parte II El control del riesgo radiológico en las centrales nucleares españolas Energía nuclear, emergencia climática y modelo energético P.5.2 Pág. 2/5 19-3-2022

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Energías No Renovables Energía nuclear (Fisión)

Centrales actuales en España

P.5.2 Pág. 3/5 19-3-2022

Fuente: Wikipedia

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Energías No Renovables Energía nuclear (Fisión) Concepto del Reactor TWR (traveling wave reactor) Generación IV Un Reactor TRW es un reactor nuclear de fisión que convierte combustible fértil* en combustible utilizable, mediante transmutación nuclear, en paralelo con la fisión de material fisible La compañía Terra Power está construyedo un reactor TRW que entrará en funcionamiento en los años finales de esta década. Estará refrigerado por Sodio (se denominará “Natrium”)

* Un Combustible se llama fértil cuando no es fisionable, pero puede hacerse fisionable por reacciones nucleares en el interior de un reactor nuclear.

P.5.2 Pág. 4/5 19-3-2022

Fuente: Terra Power y Wikipedia

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Energías No Renovables Energía nuclear (Fisión)

VHTR (Reactor de muy alta temperatura)

P.5.2 Pág. 5/5 19-3-2022

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Energías No Renovables Energía nuclear (Fusión) Desde los años cuarenta del siglo XX se ha investigado la posibilidad de generar energía mediante el proceso que opera en el núcleo de las estrellas: Fusión Nuclear.

Hasta la fecha, se han desarrollado dos líneas de investigación, que se han materializado en experimentos con resultados iniciales alentadores: - Sistemas de confinamiento magnético - Sistemas de confinamiento inercial Los sistemas de confinamiento inercial se han desarrollado fundamentalmente en EEUU, y los sistemas de confinamiento magnético se han desarrollado por consorcios de varias naciones europeas y de otros continentes.

P.5.3 Pág. 1/6 19-3-2022

Comparación de los tamaños de JET y de ITER

El proyecto JET demostró que es posible obtener una reacción nuclear de fusión controlada Se ha pasado a la siguiente etapa: el proyecto ITER, actualmente en construcción en Cadarache (Sur de Francia).

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Energías No Renovables Energía nuclear (Fusión) Los sistemas de confinamiento magnético se basan en los trabajos que Zajarov, Tamm y Kurchatov realizaron en Rusia durante los años cuarenta, y que culminaron con el desarrollo del concepto TOKAMAK. La reacción se realiza en un plasma de los gases deuterio y tritio (ambos son isótopos del hidrógeno), a temperaturas del orden de 100 millones de ºC

Esquema de los 3 sistemas de calentamiento del plasma hasta 100 millones de C P.5.3 Pág. 2/6 19-3-2022

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Energías No Renovables Energía nuclear (Fusión) Parámetro

Unidad

Radio mayor cámara del plasma

6.2

m

Radio menor cámara del plasma

2.0

m

Volumen cámara del plasma

840

m3

Corriente en el plasma

15.0

MA

Campo magnético toroidal en el eje

5.3

T

Potencia de Fusión

500

MW

Tiempo de mantenimiento de temperatura

>400

s

Amplificación de potencia

>10

Parámetros principales de la cámara toroidal

P.5.3 Pág. 3/6 19-3-2022

El proyecto ITER se halla actualmente en construcción en Cadarache (Sur de Francia).

Calendario: 2010.- Comienza la construcción de instalaciones.

2015.- Trasladado de primeros componentes de gran tamaño 2018.- Comienzo primera fase de ensamblaje 2024.- Fase de puesta en marcha 2025.- Se consigue el primer plasma 2035.- Comienza la operación de fusión Volver a Índice

Energías No Renovables Energía nuclear (Fusión)

Tecnología del siglo XIX Tecnología del siglo XXI P.5.3 Pág. 4/6 19-3-2021

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Energías No Renovables Energía nuclear (Fusión) EEUU inició en los años setenta el proyecto NOVA de fusión nuclear, que se basaba en el calentamiento del combustible nuclear (esferas de deuterio y tritio) mediante láseres.

Este proyecto ha pasado por diversas etapas en el Laboratorio L. Livermore, y en la actualidad ha alcanzado una escala de instalación prototipo, con la denominación NIF. La energía total que se inyecta al combustible es del orden de 1,8 Megajoule.

Tras 12 años de trabajo, se finalizó la instalación en 2009, con un coste de 3.100 millones de $US.

Esquema de la disposición de la cavidad “Hohlraum”, con la esfera de combustible, y la trayectoria de los rayos laser.

El sistema dispara 192 rayos laser simultáneamente sobre las paredes de la cavidad, en las cuales se genera un flujo de rayos X. P.5.3 Pág. 5/6 19-3-2021

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Energías No Renovables Energía nuclear (Fusión)

Los rayos X inciden sobre la esfera de combustible, provocando un calentamiento de su superficie, que se mueve a gran velocidad hacia el exterior.

Se alcanza una temperatura de 100 millones de ºC, a la cual se dan las reacciones nucleares que generan una cantidad de energía varias veces mayor que la de entrada al sistema.

Se produce una fuerza de reacción, que genera la implosión del núcleo de la esfera de combustible. Se alcanza una densidad de unos 300 g/cm3 P.5.3 Pág. 6/619-3-2022

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Energías renovables

El cumplimiento de los objetivos del Protocolo de Kyoto es imposible sin la contribución de las energías renovables.

Las fuentes de energía renovables incluyen la hidráulica, solar, eólica, bioenergía, geotérmica, olas y mareas. No se incluyen los biocombustibles tradicionales, que pueden ser fuentes de energía claves en lugares con baja capacidad económica

P.6 Pág. 1/3 19-3-2023

Fuente: Our World in Data https://ourworldindata.org/renewable-energy#breakdown-of-renewables-

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Energías renovables

El cumplimiento de los objetivos del Protocolo de Kyoto es imposible sin la contribución de las energías renovables.

P.6 Pág. 2/3 19-3-2023

Fuente: Our World in Data https://ourworldindata.org/renewable-energy#breakdown-of-renewables-

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Energías renovables Costes de Generación de Electricidad

Coste: Céntimos de Euro2010/Kwh

P.6 Pág. 3/3 19-3-2023

Fuente: IDAE https://www.idae.es/uploads/documentos/documentos_11 227_e2_tecnologia_y_costes_7d24f737.pdf

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Energías renovables Energía Eólica, generación de electricidad

Se incluyen las instalaciones terrestres y las marítimas.

Fuente: Our World in Data https://ourworldindata.org/renewabl e-energy#breakdown-of-renewable s-in-the-energy-mix

P.6.1 Pág. 1/3 19-3-2023

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Energías renovables Energía Eólica Impulso a la Energía Eólica en España.

El Ministerio para la Transición Ecológica (MITECO) publicó en 2021 la Hoja de Ruta para el desarrollo de la Eólica Marina y de las Energías del Mar en España, con 23 líneas de actuación.

Con vistas a 2030, se marca el objetivo de alcanzar entre 1 y 3 GW de eólica marina flotante y hasta 60 MW de energías del mar.

P6.1 Pág. 2/3 19-3-2023

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Energías renovables Energía Eólica Denominac.

Promotor

Potencia (MW)

Inversión (M€)

Localidad

Gecama

Elecnor

329

64

Cuenca

Campillo I, II, III Endesa

259,2

Cuenca

Tico Wind

EGPE

180

181

Aragón

Levante

Greenalia

106,4

77,5

Lugo

El Escudo

Iberdrola

105

115

Cantabria

Bustelo El Puntual II Celada Fusión San Esteban II El Hierro

Greenalia Iberdrola Acciona Acciona Naturgy

49,5 143 48 75,1 43,2

45

Galicia Andalucía Palencia

45

Zamora

Los 10 mayores proyectos de generación de energía eólica en España 2022-2023 Fuente: https://energiaestrategica.es/ P.6.1 Pág. 3/3 19-3-2023

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Energías renovables

Energía Solar

2.1.4. Papel de la ciudadanía en la Transición Energética.

A finales de 2016 el denominado “paquete de invierno” de la Comisión Europea propuso situar a la ciudadanía en el centro de la Transición Energética. En esta línea, la Directiva 2028/2001 relativa al fomento del uso de energía procedente de fuentes renovables especifica que los estados miembros deben garantizar a los consumidores el derecho a producir, consumir, almacenar y vender su propia energía renovable, y evaluar tanto las barreras como el potencial de desarrollo de las comunidades de energía renovable.

El autoconsumo y las comunidades de energía serán dos piezas clave en la democratización de la energía.

P.6.2 Pág. 1/7 19-3-2023

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Energías renovables

Energía Solar

P.6.2 Pág. 2/7 19-3-2023

Energía solar recibida anualmente al nivel del suelo

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Energías renovables

Energía Solar

Sistemas de captación de energía mediante líquidos acumuladores de calor Sin concentración (Baja temperatura) Calor p/viviendas, procesos industriales, etc.

Con bomba de calor, refrigeración y climatización

P.6.2 Pág. 3/7 19-3-2023

Sistemas de captación de energía mediante células fotovoltaicas

Con concentración (Alta temperatura) Producción de vapor y electricidad (turbina/alternador).

Con acumulación en sales fundidas, funcionamiento “contínuo”

Producción directa de electricidad Recomendación:

Conferencia “La Fotovoltaica en el autoconsumo eléctrico es una realidad” de Jesús Laborda

Enlace pinchar aquí

Esquema de sistemas de utilización de la energía solar Volver a Índice

Energías renovables

Energía Solar

Instalación de energía solar sin concentración (a baja temperatura),

Instalación industrial paneles solares fotovoltaicos

Instalación doméstica paneles solares fotovoltaicos

Instalaciones de energía solar con concentración (Alta temperatura). Producción de electricidad P.6.2 Pág. 4/7 19-3-2023

Fuente: IDAE,

https://www.idae.es/sites/default/files/documentos/publicaciones_idae/documentos_r esumen_per_2011-2020_15f3dad6.pdf

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Energías renovables Energía Solar, producción de electricidad

Fuente: Our World in Data https://ourworldindata.org/renewab le-energy#solar-energy-generation

P.6.2 Pág. 5/7 19-3-2023

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Energías renovables

Energía Solar Proporción de energía primaria de origen solar

P.6.2 Pág. 6/7 19-3-2023

Fuente: Our World in Data https://ourworldindata.org/renewable-energy#solar-energy-generation

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Energías renovables Energía Primaria Solar, consumo per cápita - 2019

Consumo de energía medida como equivalentes de energía primaria. Nos referimos a energía bruta, antes de su conversión en electricidad, calor o combustibles para transporte. En este caso se ha medido como “equivalentes de entrada”, es decir, cantidad de energía primaria proporcionada por combustibles fósiles que sería necesaria para generar la misma cantidad de energía solar.

P.6.2 Pág. 7/7 19-3-2023

Fuente: Our World in Data https://ourworldindata.org/renewable-energy#solar-energy-generation

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Energías renovables Energía hidráulica

P.6.3 Pág. 1/2 19-3-2023

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Fuente: Our World in Data - https://ourworldindata.org/renewable-energy#breakdown-of-renewables-in-the-energy-mix

Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030 Energía Hidráulica

P.6.3 Pág. 2/2 19-3-2023

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Energías renovables Energía de olas y mareas

Los desarrollos de sistemas de aprovechamiento de las mareas tienen un precedente en la central de La Rance (costa de Bretaña, Francia), inaugurado en 1966.

P.6.4 Pág. 1/2 19-3-2023

Este sistema, a pesar de ser muy eficiente, no se ha podido instalar en ningún otro lugar, debido a los requisitos de intensidad de la mareas.

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Energías renovables Energía de olas y mareas Central Nereida MOWC, Motrico, 300 Kw y 600.000 Kwh/año.

Columna de agua oscilante y turbina de aire comprimido.

Flujo de Aire Turbina-Generador Válvula de modulación Cámara de la columna de agua oscilante OWC

En España se están desarrollando varios sistemas de aprovechamiento de la energía de las olas Rompeolas

P.6.4 Pág. 2/2 19-3-2023

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Energías renovables Bioenergía “Biomasa” es todo material de origen biológico, excluyendo aquellos que han sido incorporados a formaciones geológicas sufriendo un proceso de mineralización.

La energía que contiene la biomasa es energía solar almacenada a través de la fotosíntesis, proceso por el cual las plantas utilizan la energía solar para convertir los compuestos inorgánicos que asimilan (como el CO2) en compuestos orgánicos.

Reacción Fotosíntesis: 6H2O+6CO2+Energía

C6H12O6+6O2

0,65 t de Agua

P.6.5 Pág. 1/5 19-3-2023

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Energías renovables Bioenergía Evolución y previsiones consumo global de biomasa.

Unidades: KTpe Fuente: Ente Vasco de la Energía (EEE). https://www.eve.eus/Actuaci ones/Actuaciones/Biomasa?l ang=es-es

P.6.5 Pág. 2/5 19-3-2023

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Energías renovables Bioenergía

P.6.5 Pág. 3/5 19-3-2023

Instalaciones energéticas de la biomasa. Ejemplo de Cuéllar(Segovia) Volver a Índice

Energías renovables Residuos El sentido común de la sostenibilidad nos aconseja priorizar: La reducción La reutilización El reciclaje de los residuos Si aplicamos estas reglas, recuperamos mucha más energía que la que conseguimos cuando usamos los residuos como fuente de energía.

Por ejemplo, fabricar papel a partir de papel usado requiere un 65% menos de energía.

Pero, en última instancia, hay que contemplar su valorización*) como una opción válida para evitar que acaben en un vertedero.. *) Se denomina valorización al proceso de usar los residuos para producir energía P.6.5 Pág. 4/5 19-3-2023 Fuente del gráfico: epdata https://www.epdata.es/datos/recogida-re siduos-datos-estadisticas/225 Volver a Índice

Energías renovables Residuos De los dos millones de toneladas de residuos plásticos de origen doméstico que se producen anualmente en España, alrededor del 14% se utiliza para generar energía.

La combustión de una tonelada de botellas de plástico genera tanta energía como quemar 1,4 toneladas de carbón El reciclaje de todo el film de plástico que llega a los vertederos de España cada año podría ahorrar una energía equivalente a la de 185 millones de litros de gasóleo, suficientes para abastecer de calefacción a unos 50.000 hogares.

P.6.5 Pág. 5/5 19-3-2023

Fuente: ECOEMBES https://www.ecoembes.com/es/planeta-recicla/blog/se-puede-gen erar-energia-en-los-vertederos#:~:text=Al%20proceso%20de%20usar%20los,s e%20queman%20para%20producir%20energ%C3%ADa.

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Energías renovables Energía Geotérmica El objetivo de la energía geotérmica es la producción de calor o electricidad aprovechando el recurso térmico que se encuentra bajo el suelo. El recurso geotérmico se caracteriza por: - La temperatura - La profundidad - El gradiente térmico.

Recurso

Profundidad (m)

Temperatura

Aplicación

Somero o de muy baja temperatura

< 250 metros

< 30 ºC

Generación de calor con bomba de calor

Baja temperatura

1.500 - 2.500 30 - 100 ºC

Invernaderos, piscifactorías, procesos industriales y en soluciones “district heating”.

Media temperatura

2.000 - 4.000

Alta temperatura

1.500 - 3.000 > 150 ºC

Generación de electricidad a través de plantas flash, plantas de vapor seco y plantas de ciclo binario.

P.6.6 Pág. 1/6 19-3-2023

100 - 150 ºC

Fuente: IDAE https://www.idae.es/uploads/documentos/documentos_11 227_e2_tecnologia_y_costes_7d24f737.pdf

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Energías renovables Energía Geotérmica

Fuente: Instituto Geológico y Minero (IGME) de España

P.6.6 Pág. 2/6 19-3-2023

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Energías renovables Energía Geotérmica Ejemplos de las aplicaciones típicas de 3.3.7.Energía geotérmica energía geotérmica

P.6.6 Pág. 3/6 19-3-2023

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Energías renovables Energía Geotérmica

Bomba de Calor Vapor a Baja PresiónTemperatura Válvula reversible Intercambiador externo

Vapor a Alta PresiónTemperatura

Intercambiador interno

El Refrigerante absorbe calor del Aire-Suelo y alcanza la evaporación

Aire caliente hacia el interior

Compresor

Recinto de expansión

Líquido a Baja PresiónTemperatura

La Bomba de Calor funciona por el principio del “calor latente de vaporización”.

La energía térmica del aire-terreno externo se transporta al interior del edificio por medio de un líquido que experimenta un cambio de fase.

Líquido a Alta Presión-Temperatura

Se utiliza comunmente El Refrigerante el Tetrafluoroetano porentrega calor al aire y vuelve que aunque tiene un al estado valor relativamente líquido bajo de calor latente de vaporización, tiene un bajo punto de ebullición (-26,3 ºC), es químicamente inerte y no tóxico

P.6.6 Pág. 4/6https://www.sciencelearn.org.nz/resources/241-heat-pumps-and-energy-tr 19-3-2023 ansfer

Fuente: University of Waikato (Nueva Zelanda).

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Energías renovables Energía Geotérmica

Grupo de viviendas en Tres Cantos- Madrid, equipado con una instalación de energía geotérmica de 400 Kw Fuente:

https://media.timtul.com/media/clusterefici encia/201112_GeoEnergia_sessio_02f_Vailla nt_Arroyo_Bodonal_20210406161505.pdf P.6.6 Pág. 5/6 19-3-2023

Todo el captador trabaja centralizado con una única sala técnica compuesta de 8 bombas geotérmicas Vaillant VWS 460/2, con una potencia de 50,5 KW en B5W35 con AT 8ªC. Volver a Índice

Energías renovables Energía Geotérmica 1:Temperatura suelo: 15 C. 2: Evaporador 3: Compresor 4: Vivienda 5: Válvula de retención

Instalación geotérmica típica de profundidad somera P.6.6 Pág. 6/6 19-3-2023

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Energías para el Transporte Emisiones de los vehículos

Electricidad de red

P.7 Pág. 1/5 19-3-2023

Fuente; Revista Investigación y Ciencia, 2006

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Energías para el Transporte

Fuente; Revista Investigación y Ciencia, 2006

P.7 Pág. 2/5 19-3-2023

El proceso desde la extracción del crudo, refino y transporte del combustible para motores de combustión interna (CI) hasta la estación de servicio ofrece un rendimiento mayor que el de la producción de Hidrógeno para las pilas de combustible, excepto Volver a Índice

Energías para el Transporte Transformación de la demanda de energía Petajoule / año Datos Globales

Observar: Fuente: IRENA - Reducción consumo petróleo - Aumento consumo electricidad https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Pu blication/2019/Apr/IRENA_GET_REmap_pathway_2019. pdf (renovable) P.7 Pág. 3/5 19-3-2023

1 Petajulio = 1015 julios = 2,78x108 Kwh

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Energías para el Transporte Ahorro de Energía Final acumulada en España 2021-2030 (Ktep)

El sector del transporte consume aproximadamente un 38 % de la energía final total consumida en España anualmente.

Equivale a unos 39 MT de petróleo equivalente.

P.7 Pág. 4/5 19-3-2023

Prácticamente el 100 % de este consumo energético proviene del petróleo, que es también importado en un 100 %.

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Energías para el Transporte

Se están realizando investigaciones para hallar soluciones a los problemas del transporte que van mucho más allá de las emisiones de GEI Coche guiado por ordenador: - Reducción muy significativa de los accidentes de tráfico - Reducción muy significativa del consumo energético por reducción de los trayectos “muertos” (búsqueda de aparcamiento, búsqueda de direcciones, optimización de trayectos, optimización de esperas en semáforos, etc).

Coche compartido (no en propiedad): - Reducción muy significativa del número de coches en las ciudades. BMW estima una reducción del 30 al 50 % de los actuales P.7 Pág. 5/5 19-3-2023

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Energías para el Transporte Electricidad La evolución de los sistemas de propulsión de vehículos experimentada en los últimos años parece indicar que, sin abandonar de forma completa otros sistemas alternativos, los vehículos de transporte* serán impulsados por electricidad. * Coches, camiones, autobuses, etc.

Por lo tanto, vamos a explicar los principales sistemas de propulsión, aunque no vayan a ser importantes en el futuro, puesto que siempre pueden dar respuesta a necesidades especiales.

P 7.1 Pág. 1/3 19-3-2023

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Energías para el Transporte Ventas mundiales de coches eléctricos (Datos x1.000.000)

BEV: Vehículo eléctrico a baterías PHEV: Vehículo eléctrico enchufable híbrido

P 7.1 Pág. 2/3 Fuente: IEA (2023), Global EV Outlook 2023, IEA, Paris 19-3-2023 https://www.iea.org/reports/global-ev-outlook-2023, Licence: CC

BY 4.0/

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Energías para el Transporte Electricidad

Datos de España 2020:

Total coches vendidos: 851.000 Coches eléctricos vendidos: 18.000 (2% del total) P 7.1 Pág. 3/3 19-3-2023

Fuente: IDAE https://www.idae.es/uploads/documentos/documentos_11227_e 2_tecnologia_y_costes_7d24f737.pdf

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Energías renovables Biocombustibles - Alcoholes: por ejemplo etanol, metanol, etc, obtenidos por fermentación de vegetales ricos en azúcares.

-

Aceites vegetales: obtenidos de plantas oleaginosas, tales como la jatropha curcas, soja, colza, etc, o por tratamiento de aceites desechados.

Campo de maíz

P 7.2 Pág. 1/2 19-3-2023

Jatropha Curcas Volver a Índice

Energías renovables Biocombustibles

La producción de biocombustibles procedentes de materias primas alimenticias pueden influir de forma muy negativa en los precios de esas materias, generando carestía en países pobres.

P 7.2 Pág. 2/2 19-3-2023

Fuente: IDAE https://www.idae.es/uploads/documentos/documentos_11227_e2_ tecnologia_y_costes_7d24f737.pdf

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Energías para el Transporte Hidrógeno Se están desarrollando prototipos de coches, autobuses y camiones impulsados por “células (pilas) de combustible”, que generan directamente una corriente eléctrica mediante la oxidación catalítica del hidrógeno. (ver punto 2.3) Estos sistemas no realizan un ciclo termodinámico.

En consecuencia, no están sujetos a los límites impuestos por el principio de Carnot.

Por ello, su rendimiento es en general superior al 75 % (el rendimiento de un motor normal de gasolina o diesel es el 35 %).

Además, el único producto de la oxidación catalítica del hidrógeno es H2O P 7.3 Pág. 1/4 19-3-2023

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Nociones básicas Vectores de Energía Fuente: Geek.com a través de ALEASOFT https://aleasoft.com/green-hydrogen-fuel-future/

Célula de Combustible

P 7.3 Pág. 2/4 19-3-2022

Fuente: Geek.com a través de ALEASOFT https://aleasoft.com/green-hydrogen-fuel-future/

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Energías para el Transporte Hidrógeno Honda FCX-2005, coche impulsado por células de combustible que utilizan hidrógeno

1

Desarrollar un sistema para producir hidrógeno con un coste competitivo con los combustibles fósiles convencionales, y que no genere más GEI que los sistemas actuales.

2

Desarrollar sistemas de almacenamiento del hidrógeno dentro del propio vehículo, en cantidad necesaria para dotarlo de una autonomía aceptable (por ejemplo, 500 Km sin recargar).

3

Establecer una red de estaciones que suministren el hidrógeno en condiciones de seguridad similares a las actuales estaciones de servicio

P 7.3 Pág. 3/4 19-3-2023

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Energías para el Transporte Hidrógeno Número total acumulado de vehículos impulsados por Hidrógeno (2021, en todo el Mundo) Coches: ……………….25932 Autobuses:……………..5648 Camionetas:…………….3161 Furgonetas:………………..49 Camiones pesados:……...14 Total:…………..…34804 Talgo ha comenzado el 1 de junio de 2022 las pruebas dinámicas de su tren dual de hidrógeno renovable Vittal-One. Estos ensayos buscan asegurar la validación de la tecnología de hidrógeno aplicada al sector ferroviario.

En esta fase Repsol proporcionará la infraestructura de generación de hidrógeno renovable y suministro de la energía para abastecer al tren.

P 7.3 Pág. 4/4 19-3-2023

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Energías para el Transporte Aviación Repsol ha producido en 2018, en Puertollano, 7.000 toneladas de combustible para aviación a partir de biomasa.

Este primer lote evitará la emisión a la atmósfera de 440 toneladas de CO2, el equivalente a 40 vuelos Madrid-Barcelona de aviones normales Repsol va a poner en marcha en 2024 una nueva planta en Bilbao para producir combustibles sintéticos a partir de hidrógeno renovable (“Hidrógeno verde”) y CO2 capturado en la refinería de Petronor.

P 7.4 Pág. 1/1 19-3-2023

AIRBUS Propulsores Turbofán, de turbina de gas modificado que funciona con hidrógeno mediante combustión.

El hidrógeno líquido se almacenará y distribuirá a través de tanques ubicados detrás del mamparo de presión trasero.

Capacidad para 120 y 200 pasajeros Autonomía de más de 2,000 millas náuticas.

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Lo esencial del Seminario 1.- Los planes de los países signatarios del Acuerdo de París contemplan una importante reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) para 2050.

1.- El elemento fundamental para la reducción de las emisiones de GEI es una racionalización y reducción del consumo de energía,

2.- La racionalización y reducción del consumo de energía se va a basar en: - Mejora de la eficiencia energética.

- Aumento de la utilización de fuentes de energía renovables.

- Aumento del uso de la electricidad como energía final

2.- Todavía hay una elevada incertidumbre sobre: - La captura y almacenamiento de CO2 - Los nuevos diseños de reactores nucleares - La viabilidad de los vectores energéticos Hidrógeno, Amoniaco, etc.

3.- Nos hallamos en una Emergencia Climática.

4.- No hay vacuna para la Emergencia Climática P 8 Pág. 1/1 19-3-2022

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