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Informe Especial del IPCC sobre
Fuentes de Energía Renovable y
Mitigación al Cambio Climático
Ing. Gerardo RABINOVICH
Moderador Comunidad de Prácticas de Energía COP – ENE
29 de Noviembre 2011
Fundación e Instituto Torcuato Di Tella
Centro de Estudios en Cambio Climático Global
Informe Especial sobre Fuentes de Energía
Renovable y Mitigación del Cambio Climático
• Se trata de una evaluación de la literatura actualizada en
aspectos
científicos,
tecnológicos,
ambientales,
económicos y sociales sobre seis fuentes de energía
renovables y su contribución a la mitigación del cambio
climático;
• La síntesis ejecutiva destinada a los “policy makers” fue
aprobada formalmente en la 11ª Reunión del WGIII, que
se realizó del 5 al 8 de mayo de 2011 en Abu Dhabi.
• La siguiente presentación esta basada en los resultados
de este trabajo y dada su importancia se ha empleado la
presentación puesta a disposición por el IPCC en
http://srren.ipcc-wg3.de/ para extraer conclusiones
En 2005, el Sector Energía era responsable
del 66,5% de las emisiones de GEI
Informe Anual de la Agencia Internacional de la
Energía (AIE)
• Hace unos pocos días atrás, la AIE volvió a reiterar, en la
presentación del World Energy Outlook 2011 su preocupación por
las tendencias mundiales en materia de producción y consumo de
energía;
• En este Informe se plantean tres escenarios futuros para el sector
energético: a) el ”business as usual”, todo sigue como hasta ahora;
b) el escenario Central de Nuevas Políticas y c) el escenario 450 ppm
que evalúa el objetivo de limitar el calentamiento global a una
temperatura media de 2º C. a fines de este siglo.
• La trayectoria del Escenario Central de Nuevas Políticas es
consistente con un nivel de emisiones que producen un incremento
de las temperaturas promedio de 3,5º C. Sin estas políticas es
altamente probable que el incremento de la temperatura media del
planeta se ubique en los 6º C.
Informe Anual de la Agencia Internacional de la
Energía (AIE)
• Si no se toman medidas restrictivas hacia 2017, la infraestructura
existente en ese momento generará todas las emisiones permitidas
en el Escenario 450 en el año 2035. Toda nueva infraestructura desde
ese momento contribuirá a superar la concentración de GEI;
• Por cada 1 u$s evitado en inversiones en generación eléctrica antes
de 2020, será necesario invertir 4,3 u$s adicionales para compensar
el incremento de las emisiones. ELUDIR EL PROBLEMA DA UNA
SENSACION DE FALSAS ECONOMIAS.
• Aún marchando en la buena dirección, las puertas del escenario de
los 2º C se podrían estar cerrando en forma irreversible.
• Estas advertencias dan un marco explícito al Informe sobre Energías
Renovables que con optimismo muestra progresos tecnológicos y
alternativas que requieren políticas nacionales y consensos
multilaterales.
Informe Especial sobre Fuentes de Energía Renovable y
Mitigación del Cambio Climático
•
1
2
3
4
5
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7
8
9
10
11
Se desarrolla en 11 capítulos:
Energía Renovable y Cambio Climático
Introducción General
Bioenergía
Energía Solar Directa
Energía Geotérmica
Hidroelectricidad
Tecnología
Energía Mareomotriz
Energía Eólica
Integración a los Sistemas Actuales y Futuros
Energías Renovables y Desarrollo Sostenible
Potenciales de Mitigación y Costos
Integración
Políticas, Financiamiento e Implementación
Emisiones
Históricas
Niveles de
Estabilización
Temperatura Promedio Global de Equilibrio
Crecimiento respecto de la Era Pre-Industrial [ºC]
Emisiones Mundiales de CO2 [Gt CO2/año]
La demanda de energía es creciente
Nivel de Estabilización de la Concentración de GEI [ppm CO2 eq]
Fuente: SRREN - IPCC
Las emisiones de GEI producidas por la provisión y consumo de energía
contribuyen significativamente al incremento de las concentraciones de GEI
en la atmósfera.
En la Atmósfera
El potencial de emisión de los recursos fósiles remanentes
es capaz de llevar las concentraciones de GEI bastante por
encima de las 600 ppm.
Gas
Petróleo
Carbón
Emisiones a la atmósfera
Stocks de Carbono [Gt CO2/]
Consumos proyectados 2005-2100
(Media de todos los Escenarios de
Línea de Base)
Consumos históricos acumulados
En Tierra / Recuperable
Recursos No Convencionales
Recuperables/Progreso Tecnológico
Recursos Convencionales (Remanentes a
ser Descubiertos/Estimación Alta
En Tierra
Reservas No Convencionales Identificadas
Fuente: SRREN - IPCC
Reservas Convencionales Identificadas
El actual sistema energético está claramente dominado
por los combustibles fósiles
Energía Solar Directa 0,1%
Energía Mareomotriz
0,002%
Carbón
28,4%
Bioenergía
10,2%
Energía
Nuclear 2,0%
Petróleo
34,6%
Energía Eólica 0,2%
Hidroelectricidad 2,3%
Energía Geotérmica 0,1%
Fuente: SRREN - IPCC
Participación de las distintas fuentes de energía en la Oferta Total de Energía
Primaria Mundial en el año 2008
Esta situación se reproduce en América Latina, aunque
el potencial de recursos renovables de la Región permite
incrementar su participación en la OTEP
Nuclear 1%
Hidroelectricidad 7 %
Gas 19%
RE 33%
Petróleo 43%
Bioenergía
22%
Carbón 4%
Participación de las distintas fuentes de energía en la Oferta Total de Energía
Primaria de América Latina en el año 2008 (OTEP)
Fuente: AIE – Balances Energéticos 2008 . Estimaciones propias , América Latina
incluye México
Biocombustibles 2,1%
Energía Geotérmica 1,8%
Energía Solar Directa 0,06%
Energía Eólica 0,01%
Las Energías Renovables están creciendo
globalmente en los últimos años con rapidez
Sólidos Biomasa
Primaria para Calor
y electricidad
Abastecimiento de Energía Primaria [EJ/año]
Hidroelectricidad
Biocombustibles (inc.
Biogás)
Energía Eólica
Energía Geotérmica
Energía Solar Térmica
En 2008-2009 se
construyeron140 GW de
nueva capacidad de
producción de electricidad
con ER.
Residuos Sólidos
Urbanos (% Renovables)
Energía Solar
Fotovoltaica
Energía
Mareomotriz
Fuente: SRREN - IPCC
Ello equivale al 47% de la
capacidad total de
centrales eléctricas
construidas durante ese
período.
Potencial Técnico Global `[EJ/año, escala log]
The
technical
potential
of renewable
technologies
El
potencial
técnico
de las energías
renovables energy
para abastecer
los distintos
servicios
energéticos
ampliamente
la demanda
to supply
energyexcede
services
exceeds
current actual
demands.
Calor
Electricidad
Energía Primaria
Rango de Estimaciones
Incluidas en Capítulos 2-7
Máximo
Mínimo
Demanda Global de
Calor en 2008: 164 EJ
Abastecimiento Global
de Energía Primaria en
2008: 492 EJ
Demanda Global de Electricidad
en 2008: 61 EJ
Energía
Geotérmica
Hidroelectricidad
Rango de Estimaciones del Potencial Técnico Global
Fuente: SRREN - IPCC
Energía
Mareomotriz
Energía
Eólica
Energía
Geotérmica
Biomasa
Energía Solar
Directa
Los costos de producción de las ER todavía son mayores que los precios de
RE costs are still higher than existing energy prices,
las energías convencionales, pero en varios nichos de mercado las ER
but in various
settings RE is already competitive.
comienzan
a ser competitivas
UScent2005/kWh
Electricidad Biomasa
Electricidad Solar
Costo Nivelado de
Electricidad
Electricidad Geotérmica
Hidroelectricidad
Límite Inferior
No Renovables
Electricidad
Energía Mareomotriz
Valores Medios
Energía Eólica
Límite Superior
Calor
Combustibles
Transporte
Rango de Costos de Electricidad No Renovable
Calor Biomasa
Costo Nivelado
de Calor
Calor Solar Térmico
Calor Geotérmico
Rango de Costos de Calor en base a Petróleo y Gas
Biocombustibles
Costo Nivelado de
Combustibles
Rango de Costos de Gasolina y Diesel
Fuente: SRREN - IPCC
Los costos de producción de las ER todavía son mayores que los precios de
RE costs are still higher than existing energy prices,
las energías convencionales, pero en varios nichos de mercado las ER
but in various
settings RE is already competitive.
comienzan
a ser competitivas
CHP pequeña escala
(turbina vapor)
Electricidad Biomasa
Electricidad Solar
Planta ciclo Binario
Electricidad Geotérmica
Hidroelectricidad
Límite Inferior
Energía Mareomotriz
Valores Medios
Energía Eólica
Límite Superior
Costo Nivelado de
Electricidad
No Renovables
Electricidad
Calor
Combustibles
Transporte
Rango de Costos de Electricidad No Renovable
Sistema doméstico calefacción
(pellets)
Calor Biomasa
Calor Solar Térmico
Costo Nivelado
de Calor
Calor Geotérmico
Rango de Costos de Calor en base a Petróleo y Gas
Biodiesel aceite palma
Biocombustibles
Rango de Costos de Gasolina y Diesel
Fuente: SRREN - IPCC
Costo Nivelado de
Combustibles
Los costos de producción de las ER todavía son mayores que los precios de
RE costs are still higher than existing energy prices,
las energías convencionales, pero en varios nichos de mercado las ER
but in various
settings RE is already competitive.
comienzan
a ser competitivas
Notas: Los valores medios están referidos a las siguientes subcategorías ordenadas como aparecen en sus respectivos rangos (de izquierda a
derecha):
Electricidad
Biomasa:
1. Cogeneración
2. CHP (Electricidad-Calor) (Motor
combustión interna con gasificación)
3. Quemador directo & CHP
4. CHP pequeña escala (TV)
5. CHP pequeña escala (Rankine)
Electricidad Solar:
1. Central Concentración Solar (CSP)
2. Fotovoltaica Distro (1 eje fijo)
3. Fotovoltaica Comercial Techo
4. Fotovoltaica Residencial Techo
Electricidad Geotérmica:
1. Planta de Condensación Flash
2. Planta de Ciclo Binario
Hidroelectricidad
1.
Calor
Combustible para Transporte
Calor Biomasa:
1. Residuos urbanos sólidos base CHP
2. Digestor anaeróbico base CHP
3. Turbina de vapor CHP
4. Sistema de calefacción doméstico con
pellet
Biocombustibles:
1.
2.
3.
4.
5.
Etanol de maíz
Biodiesel soja
Etanol de trigo
Etanol caña de azúcar
Biodiesel de aceite de palma
Solar Térmica:
1. Sistemas de agua caliente doméstica en
China
2. Calefactor de agua y ambientes
Calor Geotérmico:
1. Invernadero
2. Secaderos granos y otros agrícolas
3. Criaderos de aves
4. Piscicultura a cielo abierto
5. Calefacción urbana
6. Bombas de calor
7. Calefacción edificios
Todos los tipos
Energía Mareomotriz
1.
Presa para oleaje
Energía Eólica
1.
2.
Costa adentro
Costa afuera
El rango de mínima de los costos nivelados de energía para cada tecnología RE está basado en la combinación más favorables de los valores de los insumos, mientras que el rango de
máxima está basado en la combinación menos favorable de estos valores. Los rangos de referencia de la figura para las opciones de electricidad no renovable son indicativos de los
costos nivelados de la generación centralizada de electricidad no renovable. Los rangos de referencia para el uso calor son indicativos de los costos actuales de petróleo y gas basados
en las opciones de abastecimiento de calor. Los rangos de referencia de los combustibles para transporte están basados en costos del petróleo crudo en un intervalo de 40 a 130
us$/barril y los correspondientes costos de diesel y gasolinas, excluido impuestos.
Altura del eje (m)
Progreso Tecnológico:
Por ejemplo
el crecimiento
el
Technical
Advancements:
For instance
growth inensize
tamaño
capacidad dewind
las turbinas
eólicas comerciales
of
typicaly commercial
turbines.
Turbinas Eólicas
del Futuro
Turbinas Eólicas Pasadas y
Presentes
Diámetro del
Rotor (m)
Potencia (kW)
Futura
Fuente: SRREN - IPCC
Futura
Los costos de producción de las ER presentan una
RE costs have declined in the past and further declines
declinación continua y se espera que sigan bajando en el
can be expected in the future.
futuro
Precio promedio [USD2005/W]
Paneles Fotovoltaicos
Silicio (Global)
Granjas Eólicas Costa
Adentro (Dinamarca)
Granjas Eólicas Costa
Adentro (EE.UU.)
Capacidad Global Acumulada (MW)
Fuente: SRREN - IPCC
Integration
characteristics
for a la
selection
of RE
Características
integrales para
selección
de
tecnologías
de ER para
la generación de electricidad
electricity
generation
technologies
Variabilidad: Tiempos
Diversificación
Potencia
Rango Tamaño de
de respuesta
Rango Factor de Rango Crédito
Tecnología
Despachabilidad geográfica del Predecibilidad
Activa, Control
Planta
característicos para
Capacidad
Capacidad
potencial
de Frecuencia
operación de sistemas
(MW)
Escala de Tiempo
Ver leyenda
Ver leyenda Ver leyenda
%
%
Ver leyenda
Estacional (depende de
Similar
la disponibilidad de la
térmicas y CHP
Bioenergía
0,1 - 100
biomasa)
+++
+
++
50 - 90
++
Fotovoltaica 0,004 - 100 modular
Minutos a años
+
++
+
12 - 27
< 25 - 75
+
Energía Solar
CSP stock
Directa
50 - 250
Horas a años
++
+(**)
++
35 - 42
90
++
térmico (*)
Energía Geotérmica
2 - 100
Años
+++
NA
++
60 - 90
Similar
++
Hidroelectricidad
Energía
Mareomotriz
Tensión,
Control de
Potencia
Reactiva
Ver leyenda
++
+
++
++
Pelo de agua
0,1 - 1500
Horas a años
++
+
++
20 - 95
0-90
++
++
Embalse
Amplitud
mareas
Corrientes
Olas
1 - 20000
Días a años
+++
+
++
30 - 60
Similar
++
++
0,1 - 300
Horas a días
+
+
++
22,5 - 28,5
< 10
++
++
1 - 200
1 - 200
Horas a días
Minutos a años
+
+
+
++
++
+
10 - 20
16
+
+
++
+
5 - 300
Minutos a años
+
++
+
19 - 60
22 - 31
20 - 40 costa
adentro; 30 - 45
costa afuera
5 - 40
+
++
Energía Eólica
* (*)
Assuming
CSP
withCSP
6 hours
thermal
storage inde
USalmacenamiento
Southwest. térmico en el Sudoeste de los Estados Unidos
Asumiendo
quesystem
el sistema
tiene of
6 horas
de capacidad
**(**)
In En
areas
with
Direct
Normal
Irradiation
2,000kWh/m2/año
kWh/m2/yr (7.200
(7,200MJ/m2/año)
MJ/m2/yr)
áreas
con
Irradiación
Normal
directa (DNI)
(DNI) >> 2.000
Fuente: SRREN - IPCC
El crédito de capacidad es un indicador de la confiabilidad
del tipo de generación eléctrica para estar disponible
durante el pico horario de la demanda.
Tecnología
Bioenergía
Fotovoltaica
Energía Solar
CSP stock
Directa
térmico (*)
Energía Geotérmica
Pelo de agua
Hidroelectricidad
Embalse
Amplitud
Energía
mareas
Mareomotriz
Corrientes
Olas
Energía Eólica
Intervalo de crédito de
capacidad
%
Similar térmicas y CHP
< 25 - 75
90
Similar térmicas
0-90
Similar térmicas
< 10
10 - 20
16
5 - 40
Fuente: SRREN - IPCC
Si un tipo de generación tiene un bajo crédito de capacidad la producción
disponible tenderá a ser baja durante los períodos de alta demanda
Existen pocos, si es que existe alguno, impedimentos
técnicos fundamentales para integrar una mayor
participación de ER en el balance energético, pero se
requieren progresos tecnológicos en áreas como las que
se enumeran a continuación.
•
•
•
•
•
Infraestructura de transmisión y distribución
Flexibilidad en la Generación
Instalaciones de almacenamiento de energía
Gerenciamiento de la demanda (DSM)
Mejoras en los métodos de planeamiento operativo y
pronóstico de las variables aleatorias
Los Ciclos de vida de las emisiones de GEI de tecnologías de ER son, en
general, considerablemente más bajos que los de las opciones de
combustibles fósiles.
Tecnologías de Generación de Electricidad Alimentadas con Recursos Renovables
Tecnologías de Generación de Electricidad
Alimentadas con Recursos No Renovables
75 percentil
Mediana
25 percentil
Mínimo
* Emisiones evitadas, no eliminan GEI de la atmósfera
Fuente: SRREN - IPCC
Carbón
Petróleo
Gas Natural
Energía Nuclear
Energía Eólica
Energía Mareomotriz
Hidroelectricidad
Energía Geotérmica
Central Solar de Concentración
Fotovoltaicas
Estimaciones
unitarias con
CCS
Bioelectricidad
Ciclo de Vida de Emisiones de Gases de Efecto Invernadero [g CO2/kWh]
Máximo
Calefacción Eléctrica Fósil
Gas Natural
Electricidad
Petróleo
Carbón
Biomasa
Gas Fósil
Petróleo
Carbón
Transporte
Biogás
Biomasa
Gas Natural
Biomasa que sustituye Diesel, Carbón y Carbón/Biomasa
Biogás
Diesel Petróleo
CTL (FT Diesel con CCS)
CTL (FT Diesel)(con o sin Electricidad)
BCTL (10% hasta 55% Biomasa con CCS)
Biodiesel (BD), Diesel
Renovable (RD) y Diesel
Fischer Tropsch (FTD)
BCTL (10% Biomasa con o sin Electricidad)
Lignocelulosa FTD
Aceite Vegetal RD
Algas BD
Etanol y Gasolina
Aceite Vegetal BD
Gasolina petróleo
Lignocelulosa
Maíz y Trigo
Remolacha azucarera
Caña de azúcar
Emisiones de GEI Directas, g CO2/MJ [sin cambios en Uso de la Tierra]
Emisiones de GEI provenientes de modernas cadenas bioenergéticas,
comparadas con sistemas de energía en base a combustibles fósiles,
excluidos los efectos causados por cambios en el uso de la tierra
Calor
Biogás y Gas
Natural
Biomasa y Carbón/Líquidos
Ahorros
* CCS – Captura y Almacenamiento de Carbono
75 ª
Mediana
25 ª
Mínimo
Nivel Despliegue 2008
Nivel Concentraciones CO2
Línea de Base
Cat. III + IV (440 – 600 ppm)
Energía Solar
Directa
Hidroelectricidad
Energía
Geotérmica
Energía Eólica
Abastecimiento de Energía Primaria [EJ/año]
Abastecimiento de Energía Primaria [EJ/año]
Máximo
Abastecimiento de Energía Primaria [EJ/año]
Abastecimiento de Energía Primaria [EJ/año]
Bioenergía
Abastecimiento de Energía Primaria [EJ/año]
Incremento del despliegue de RE en escenarios con baja concentración
de Gases de Efecto Invernadero y estabilización de niveles
Cat. I + II (< 440 ppm)
El Abastecimiento de Bioenergía está
contabilizado antes de su Conversión
Fuente: SRREN - IPCC
El Abastecimiento de Energía Primaria está contabilizado en base a la
Producción de Energía Secundaria
24
Nivel Concentraciones CO2
Máximo
Fuente: SRREN SPM, Figura SPM.9
Emisiones de CO2 de Combustibles Fósiles
y Procesos Industriales [Gt CO2/año]
Línea de Base
Emisiones de CO2 de Combustibles Fósiles
y Procesos Industriales [Gt CO2/año]
Categoría III
Mínimo
Categoría IV
25 ª
Línea de Base
Categoría I
Categoría IV (485 – 600 ppm)
Categoría II
Mediana
Categoría IV
Categoría III (440 – 485 ppm)
Categoría III
75 ª
Categoría II
Categoría II (400 – 440 ppm)
Línea de Base
Categoría I (< 400 ppm)
Categoría I
Abastecimiento de Energía Primaria Renovable [EJ/año]
Abastecimiento Global de Energía Primaria ER en base a 164 escenarios
de largo plazo versus emisiones de CO2 fósiles e industriales
25
Abastecimiento Global de Energía Primaria ER en base a 164 escenarios
de largo plazo versus emisiones de CO2 fósiles e industriales
Abastecimiento de Energía Primaria Renovable [EJ/año]
Nivel Concentraciones CO2
Categoría I (< 400 ppm)
Categoría II (400 – 440 ppm)
Categoría III (440 – 485 ppm)
Categoría IV (485 – 600 ppm)
Línea de Base
Máximo
75 ª
Mediana
25 ª
Mínimo
Línea de Base
Categoría vI
Categoría III
Categoría II
Fuente: SRREN SPM, Figura SPM.9
Emisiones de CO2 de Combustibles Fósiles
y Procesos Industriales [Gt CO2/año]
Categoría I
2007
26
Abastecimiento Global de Energía Primaria ER en base a 164 escenarios
de largo plazo versus emisiones de CO2 fósiles e industriales
Abastecimiento de Energía Primaria Renovable [EJ/año]
Nivel Concentraciones CO2
Categoría I (< 400 ppm)
Categoría II (400 – 440 ppm)
Categoría III (440 – 485 ppm)
Categoría IV (485 – 600 ppm)
Línea de Base
Máximo
75 ª
Mediana
25 ª
Mínimo
Línea de Base
Categoría vI
Categoría III
Categoría II
Fuente: SRREN SPM, Figura SPM.9
Emisiones de CO2 de Combustibles Fósiles
y Procesos Industriales [Gt CO2/año]
Categoría I
2007
Políticas específicas de ER y objetivos ER 2011
Países con AL MENOS una Política Nacional ER y UN objetivo ER
Países sin Mecanismos de Política Nacional ni Objetivos ER
Países con AL MENOS UNA Política Nacional ER
Sin Información
Países con AL MENOS UN Objetivo Nacional ER
Fuente: SRREN - IPCC
Conclusiones
• La trayectoria del sector energético lleva a escenarios de
emisiones de CO2 que superan el objetivo de limitar el
calentamiento global a una temperatura promedio de 2ºC o
menos y la AIE nos dice que en un lapso corto de tiempo
esta ventana se cerrará en forma irreversible si no se toman
acciones inmediatas. El Escenario de Nuevas Políticas
plantea como más probable un incremento de la temperatura
media de 3,5ºC.
• El Informe sobre Energías Renovables del WGIII del IPCC
nos dice que desde el punto de vista tecnológico, de la
disponibilidad de los recursos naturales, nuestra civilización
dispone de las herramientas necesarias para evitar
escenarios más desfavorables, y la trayectoria de costos de
las ER en muchos casos ya las hace competitivas con las
energías convencionales.
• Sin embargo, se requieren acuerdos multilaterales
restrictivos, que hoy no se configuran en el horizonte y
consensos sobre tecnologías de transición.
• Pregunta 1: Las tecnologías que permitan esta
transición serán con preferencia y en este orden:
 Eficiencia Energética;
 Energías Renovables;
 Nueva era de oro para el gas natural (ver Informe AIE);
 Hidrógeno
 Energía Nuclear;
 Captura y Almacenamiento de Carbono?
 Transporte Eléctrico?
• Pregunta 2: Es posible prescindir de alguna de ellas?
• Pregunta 3: Para financiar las inversiones necesarias se
recurrirá:
 Solamente a mecanismos de mercado;
 Regulaciones mandatorias con sanciones;
 Un mix de ambas opciones
• Pregunta 4: Como deben evolucionar los marcos
fiscales y tarifarios para disminuir barreras?
En algunos de estos temas hemos abierto foros de
discusión en la COP-ENE, como así también otras
Comunidades de Práctica están debatiendo aspectos
relacionados con los mismos.
En los próximos meses tenemos la intención de
profundizar estas cuestiones a través de diversos Foros y
webinar a los que invitamos a participar activamente.
initiative in collaboration with
and
Muchas Gracias
Ing. Gerardo RABINOVICH
Moderador Comunidad de Prácticas de Energía COP – ENE
29 de Noviembre 2011
Fundación e Instituto Torcuato Di Tella
Centro de Estudios en Cambio Climático Global