La presente información contiene aportes significativos del Dr. Miguel Ángel Figueroa: • Director de Electricidad y Mercados Eléctricos, Secretaría de Energía. • Docente Departamento de Ingeniería Eléctrica, UNAH. Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. 5 Energía en un sentido macroscópico “La formas macroscópicas de energía son las que posee un sistema como un todo en relación con cierto marco de referencia exterior, como las energías cinética y potencial ” 6 Energía cinética rotacional Energía térmica Energía cinética macroscópica (giro de la rueda y movimiento de pistón) Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. 7 Fuentes de Energía “La crisis del petróleo al inicio de la década de 1970 y la conciencia de los límites ecológicos de toda la actividad humana, dieron un fuerte impulso a la investigación de fuentes renovables de energía e incentivaron la búsqueda de una mayor eficiencia en el uso de la energía, colocando el desafío de cuál es la forma de asegurar niveles de actividad crecientes, sin aumentar el impacto ambiental y en condiciones de compatibilidad económica para los países en desarrollo.” Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. 9 Fuentes de Energía Fuente de energía es la forma en la que la energía se encuentra almacenada en la naturaleza. Las fuentes de energía pueden ser clasificadas como fuentes primarias y fuentes secundarias. Generalmente, las fuentes primarias necesitan ser convertidas en fuentes secundarias o medios portadores de energía a través de procesos de conversión (transformación física o química). Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. Fuentes de Energía Qué es una fuente de Energía? • Es todo elemento o producto, natural o artificial, del cual podemos extraer energía en cualquiera de sus formas o manifestaciones Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. Dependiendo del Ámbito, solamente interesan • Poder obtener calor/frío • Poder obtener electricidad • Poder obtener movimiento (transporte) Fuentes de Energía Fuentes Primarias Fuentes Secundarias • Fuentes de energía en su estado natural que no han sufrido ningún tipo de transformación mediante intervención humana • Son los productos energéticos que se obtienen mediante la transformación de energía de fuente primaria o secundaria Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. 12 Tipos de fuentes secundarias de energía Electricidad Productos Petroleros Secundarios Derivados del Carbón Gas Licuado de Petróleo (LPG) Gasolinas Carbón Vegetal Coque de Carbón Kerosene y Jet Fuel Diesel y Gas Oil Fuel Oil Derivados de Biomasa Biocombustibles Etanol Gases Biodiesel Biogás 13 Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. Fuentes de Energía Por otra parte, las fuentes de energía pueden ser clasificadas en fuentes renovables y no renovables Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. Fuentes no renovables Su utilización afecta su potencial, es decir, su explotación/aprovechamiento supone uso consuntivo del recurso. “La transformación de la fuente de energía supone su incorporación en un sistema que no repone el recurso a su fuente original y dicha reposición en el corto plazo no es factible”. Caso típico el petróleo, su transformación produce medios portadores - como la gasolina - cuya utilización, como combustible, produce gases de combustión (CO2, CO, H2O) que no podrán, de ninguna forma en el corto plazo, reponer el potencial energético de la fuente. En otras palabras, no es posible que los gases de combustión se transformen, nuevamente en petróleo en su forma original. Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. Fuentes renovables “ Aquella producción de energía que no supone uso consuntivo de la fuente primaria del recurso utilizado en la generación de energía. Por lo tanto, la utilización de la fuente no afecta su potencial y su reposición en el corto plazo es factible.” “También se consideran energías renovables a aquellos recursos no fósiles, de bajo contenido de carbono (tecnologías de bajo carbono) y de períodos de formación relativamente cortos.” Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. Fuentes renovables “Se denomina energía renovable a la energía que se obtiene de fuentes naturales virtualmente inagotables, ya sea por la inmensa cantidad de energía que contienen, o porque son capaces de regenerarse por medios naturales. ” Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. Cadena energética Serie de: Por los que una fuente energética debe pasar desde su origen hasta su aprovechamiento como: • Etapas • Actividades • Eventos • • • • Producción Transporte Transformación Almacenamiento 18 Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. Medios portadores de energía ➢ Las fuentes de energía son procesadas y convertidas en medios portadores de energía que, posteriormente, serán almacenados y distribuidos para uso de los consumidores. Dado que el concepto es, por el momento, novedoso, no existe una definición completa y ampliamente aceptada, sin embargo, un medio portador de energía se puede describir como un fluido cuyas características físico- químicas le proveen de potencial energético Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. Organización del sistema de energía 1. El subsistema de producción y conversión de fuentes de energía en medios portadores de energía; 2. El subsistema de distribución de medios portadores de energía y; 3. El subsistema de consumo de medios portadores de energía. Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. Conversión de energía o centros de transformación Se refiere a la energía que entra a ser modificada en procesadores especiales llamados centros de transformación; estos centros producen cambios físicos o químicos de una fuente energética a otra u otras, buscando de esta forma un mejor aprovechamiento de la energía. Si se trata de energía primaria el flujo se llama “transformación”, si es secundaria, “reciclo” Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. Conversión de energía o centros de transformación Fuente: OLADE-Metodologia de Balances Energeticos Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. Conversión de energía o centros de transformación Central termoeléctrica de Ciclo Combinado Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. Eficiencia energética “Siguiendo las leyes de la termodinámica, todos los procesos de transformación implican un consumo/pérdida de energía necesarios para lograrla. - Una primera aproximación de la eficiencia, entendida ésta como la habilidad de un sistema para lograr un objetivo.” “En otras palabras, si el objetivo es transformar una cantidad de energía, cuanta más habilidad posea un sistema para entregar la máxima cantidad de energía transformada con la menor pérdida posible, se dice que el sistema es más eficiente.” Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. Eficiencia energética Energía secundaria = Energía primaria - Energía perdida en la transformación. “En una manera general, se puede definir eficiencia energética de un equipo o sistema energético como el cociente entre los flujos energéticos útiles y deseables producidos y los flujos consumidos” Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. El subsistema de distribución de medios portadores de energía “El subsistema de distribución de medios portadores de energía está compuesto, a su vez, por los subsistemas de transporte, almacenamiento y distribución de medios portadores de energía. Transporte de medios portadores de energía Se refiere a todas las instalaciones que hacen posible el flujo de un medio portador de energía entre los centros de producción y transformación hacia los centros de consumo. Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. 28 El subsistema de distribución de medios portadores de energía “El subsistema de distribución de medios portadores de energía está compuesto, a su vez, por los subsistemas de transporte, almacenamiento y distribución de medios portadores de energía.” Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. 29 El subsistema de consumo de medios portadores de energía “Se llama uso final de la energía al consumo de la fuente de energía o de los medios portadores de energía, por medio de la utilización de un sistema tecnológico de conversión / transformación / aprovechamiento de la energía, para producir un servicio para el usuario final.” “Se expresa como energía neta a disposición del usuario final. Su magnitud corresponde a la cantidad de energía que queda luego de descontar la energía pérdida en la última transformación.” Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. 30 Energía Final y Energía Útil Energía Final • Cantidad de Energía que se Consume por sector Económico y Social Energía Útil • Cantidad de Energía consumida para realizar la tarea productiva Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. 31 Energía Final y Energía Útil Energía Final Energía Útil Pérdidas Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. 32 Energía útil “Es la energía efectivamente utilizada para la obtención de un servicio o para la producción de un bien por parte del usuario final.” Energía útil = Energía neta - Energía perdida - Energía residual o de rendimiento En la ecuación, la energía residual o de rendimiento se refiere a aquella cantidad de energía que toma el sistema para su propio funcionamiento y que no representa una pérdida, sino más bien, es inherente a su funcionamiento. Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. 33 Servicio ofertado al usuario final “Es el bien, servicio o beneficio obtenido de la transformación de la energía por medio de la tecnología de uso final”. Se mide en unidades de energía o, muchas veces, en unidades propias del servicio obtenido. Lo anterior permite emitir un concepto fundamental en la eficiencia energética: “El valor de la energía radica en la cantidad de trabajo que puede ser obtenido de ella para la prestación de un servicio específico (calor, frío, iluminación, fuerza motriz); para la producción de un bien o la satisfacción de una necesidad de los usuarios (Energía útil para la satisfacción de un uso final) Barry Commoner. The energy poverty. Plaza & Janes. 1977 34 Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. Servicio ofertado al usuario final Ƞ eficiencia = Energía utilizada Energía suministrada al aparato 3 kWh 5 kWh Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. Ƞ eficiencia Ƞ eficiencia = 3 kWh = 0.6 5 kWh = 0.6x100% = 60% 35 Balance Energético “El balance energético es una “cuenta” en la que se muestra el conjunto de relaciones de equilibrio que contabiliza los flujos físicos por los cuales la energía se produce, se intercambia con el exterior, se transforma, se consume, etc.; todo esto calculado en una unidad común, dentro de un país dado y para un período determinado (generalmente un año).” Referencia: GUÍA M-1 METODOLOGÍA PARA LA ELABORACIÓN DE LOS BALANCES DE ENERGÍA, OLADE, Octubre 2004, Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. 39 Balance Energético “Es importante tener presente tanto las ventajas como las limitaciones del balance. El balance es una herramienta que facilita la planificación global energética, pero considerado junto con otros elementos del sistema económico. Es decir, tomado aisladamente el balance da una imagen de las relaciones físicas del sistema energético en un determinado período histórico. Visualiza como se produce la energía, se exporta o importa, se transforma y se consume por sectores económicos. Permite calcular ciertas relaciones de eficiencia y hacer un diagnóstico de la situación energética de un país, región o continente dado.” Referencia: GUÍA M-1 METODOLOGÍA PARA LA ELABORACIÓN DE LOS BALANCES DE ENERGÍA, OLADE, Octubre 2004, Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. 40 Balance Energético Referencia: GUÍA M-1 METODOLOGÍA PARA LA ELABORACIÓN DE LOS BALANCES DE ENERGÍA, OLADE, Octubre 2004, Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. 41 Objetivos Fundamentales de un Balance Energético ➢ Evaluar la dinámica del sistema energético en concordancia con la economía de cada país, determinando las principales relaciones económico-energéticas entre los diferentes sectores de la economía nacional. ➢ Servir de instrumento para la planificación energética. ➢ Conocer detalladamente la estructura del sector energético nacional. ➢ Determinar para cada fuente de energía los usos competitivos y no competitivos que permitan impulsar cuando sea posible los procesos de sustitución. ➢ Crear las bases apropiadas que conlleven al mejoramiento y sistematización de la información energética. ➢ Ser utilizado para permitir la proyección energética y sus perspectivas a corto mediano y largo plazo. Referencia: GUÍA M-1 METODOLOGÍA PARA LA ELABORACIÓN DE LOS BALANCES DE ENERGÍA, OLADE, Octubre 2004, Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. 42 Del balance energético nacional (Matriz Energética) Consumo final de Energía FUEL OIL COQUE 2.2% 4.1% CARBÓN 1.3% LEÑA 43.1% DIESEL OIL 17.3% KEROSENE + Av Jet 1.8% GASOLINAS 11.9% © Warner Bros LPG 2.6% ELECTRICIDAD 10.7% COMB. VEGETALES 0.1% Fuente: Balance Energético Nacional Año 2013, Dirección General de Energía / SERNA Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. 43 Del balance energético nacional (Matriz Energética) Sector Energía Subsector Eléctrico Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. Subsector Hidrocarburos Subsector Leña 44 Contextos del Sector Energético: • Contexto Técnico • Contexto Económico • Contexto Regulatorio Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. 45 Contexto Regulatorio: “Establece el marco normativo o legal en el que todas las actividades anteriores han de desarrollarse” Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. 46 Contexto Regulatorio: El contexto regulatorio establece el marco normativo o legal en el que todas las actividades del sector energético han de desarrollarse (contextos tecnológico y económico). La regulación se entiende como un “sistema que permite a un gobierno formalizar e institucionalizar sus compromisos de proteger a los consumidores e inversores en un determinado sector industrial” Fuente: A. Gómez Expósito et.al., Análisis y Operación de Sistemas de Energía Eléctrica, McGraw-Hill, España, 2002. 47 Coste normalizado de generación para diferentes tecnologías renovables. Fuente: (IDAE) Evolución tecnol´ogica y prospectiva de costes de las energ´ıas renovables. Estudio T´ecnico PER 2011-2020. https://bit.ly/2nRALmR Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. 48 COSTOS DE LA ENERGÍA: Algunas definiciones de interés: • Costo: Es la cantidad a la que ha de venderse una unidad de energía (1 kWh) al usuario final para que se obtenga una rentabilidad aceptable de la inversión. • Precio: Es la cantidad que en cada instante el mercado paga por 1 kWh de energía (o la cantidad a la que se compra el kWh) Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. Costos internos. Variabilidad: Se componen de tres factores: los costos de capital, los costos circulantes y otros costos. En los costos de capital se incluyen: • Preparación, construcción. • Gestión del proyecto. • Inversión de soporte, seguros (de obra) En los costos circulantes se incluyen: • Operación (combustible, alquileres, seguros) • Mantenimiento. (reparaciones, revisiones) En otros costos se incluyen: • Costos directivos, administrativos, teléfono, costos de finalización (desmantelamiento de los sistemas) Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. El costo de la energía (kWh) se calcula así: 1. Se dividen los costos del capital por el número de años de funcionamiento y se calcula el valor presente para el año 0 (considerando inflación, intereses, etc.) 2. Se calcula el valor medio de los costos circulantes, y se actualizan para el año 0. 3. Se suman las dos cantidades anteriores y se dividen por el número de kWh que la central produce. Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. Los costos globales. Impacto sobre la penetración de la energía renovable. La energía renovable como la eólica y la solar, debido a los bajos precios de la energía del petróleo, carbón y nuclear, han visto un poco frenado su desarrollo. Sin embargo, Varios trabajos llevados a cabo indican que los beneficios sociales de la energía eólica y solar, medidos en términos monetarios, hacen comparables los costos de estas a los de la energía convencional. Osly Roberto Rodas, Ing. MPM. • En otras palabras, si al precio del costo convencional (obtenido a partir del petróleo, carbón o uranio) se le añaden los principales costos externos, su precio sería mas elevado que el kWh producido con energía eólica o solar. • Otro aspecto que debe ser resaltado es que el precio bajo de los combustibles no renovables no incentivan el ahorro de éstos (o su uso más racional) Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.