Ramón Gavela

Director Departamento Energía

CIEMAT

7 de abril de 2016

La energía como oportunidad de empleo y de creación de empresas

Oportunidades en generación renovable: eólica, solar y biogas

CAMBIO CLIMÁTICO

• Aumento de la frecuencia de olas de calor y grandes precipitaciones • Aumento de la intensidad de los ciclones tropicales • Desertización

COP21

COP21 Neutralidad emisiones en 2050-2100

El cambio climático debido a los gases de efecto invernadero es una amenaza comprobada científicamente y muy grave.

LA ENCRUCIJADA ENERGÍA-MEDIO AMBIENTE

Escenarios del WEO - Current (6ºC) - New Policies (4ºC) - 450 ppm (2ºC)

6 ºC

4 ºC

2 ºC 60%

0

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

60.000

0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4

Mte

p

Indice de carbonización en tCO2/tpe

Escenarios de consumo de energía primaria e índice de carbonización en 2050

Escenario de 450 ppm, 2 ºC

Escenario de Nuevas Políticas, 4 ºC

Escenario de continuidad, 6 ºC

(1) No incluye transportes internacionales marítimos y aéreos, (2) y (3) ETS=Emissions Trading System (4) Suponiendo para España mismo % que media UE (5) % sobre consumo total final

OBJETIVOS DE MITIGACIÓN DEL CC EN UE y ESPAÑA

Enorme esfuerzo de España para reducir emisiones de GEI, de 322 MtCO2 en 2013 a 14-57 MtCO2 en 2050

0 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 8.000 9.000

10.000 11.000 12.000 13.000 14.000 15.000 16.000 17.000

2011 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

Mte

p

Energía primaria global. ETP2014

Otras renovables

Hidraúlica

Biomasa

Nuclear

Gas natural

Carbón

Petróleo

2011 2050 Fósil 81,6% 43,2% Nuclear 5,1% 10,9% Renovable 13,3% 45,9%

100,0% 100,0%

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

1.000 1.100 1.200 1.300 1.400 1.500 1.600 1.700

2011 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 M

tep

Energía primaria en la UE. ETP2014

Otras renovables

Hidraúlica

Biomasa

Nuclear

Gas natural

Carbón

Petróleo

2011 2050 Fósil 76,0% 40,6% Nuclear 13,5% 14,3% Renovable 10,5% 45,1%

100,0% 100,0%

ENERGÍA PRIMARIA EN EL ESCENARIO 2ºC

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

4 000

2011 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

TWh

Consumo eléctrico UE. TEP2014 Oceánica

Solar concentración

Fotovoltaica

Eólica on y off shore

Geotérmica

Hidraúlica

Biomasa+CACO2

Nuclear

Gas natural

Carbón+CACO2

2 011 2 050 Fósil 50,8% 9,4% Nuclear 27,8% 20,8% Renovable 21,4% 69,8%

100,0% 100,0%

0

5 000

10 000

15 000

20 000

25 000

30 000

35 000

40 000

45 000

2011 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

TWh

Consumo eléctrico global. TEP2014

Oceánica

Solar concentración

Fotovoltaica

Eólica on y off shore

Geotérmica

Hidraúlica

Biomasa+CACO2

Nuclear

Gas natural

Carbón+CACO2

Petróleo

2011 2050 Fósil 68,1% 18,1% Nuclear 11,7% 16,9% Renovable 20,3% 65,0%

100,0% 100,0%

ENERGÍA ELÉCTRICA EN EL ESCENARIO DE 2 ºC

2014-2040 Fósil 3,2 T€ Nuclear 1,5 T € Renovables 7,4 T€ Transm.y distrib. 8,7 T€

Total 20,8 T€

Eólica 2,5 T€ Hidraúlica 1,8 T€ Fotovoltaica 1,7 T€ Biomasa 0,7 T€ Otras ER 0,7 T€

INVERSIONES DEL SISTEMA ELÉCTRICO GLOBAL. ETP2014

HERRAMIENTAS PARA RESOLVER EL RETO ENERGÉTICO PARA RESOLVER EL PROBLEMA DEL CAMBIO CLIMÁTICO

• Eficiencia y ahorro de energía (edificación, industria, ciudades inteligentes • Energías renovables • Respaldo para penetración de renovables (bombeo, interconexiones, gestión demanda,

redes inteligentes, almacenamiento) • Cambio de vectores energéticos (VE, Cambio modal del transporte, electrificación y

gasificación) • Captura y almacenamiento de CO2 (facilitar la transición) • Fisión nuclear (Extensión vida, nuevas tecnologías) • Fusion nuclear (muy largo plazo. No disponible para afrontar el urgente problema)

Es necesario un gran desarrollo tecnológico

UN CAMINO ENERGÉTICO PARA REDUCIR EN ESPAÑA LAS EMISIONES DE GEI EN UN 90 % EN 2050. ( Ref. Monitor Deloitte 2016 y modificación propia )

• Cambio de vectores energéticos VE próximo al 100 % en 2050 Cambio del transporte pesado a ferrocarril de 5 % actual a 50 % en 2050 Electrificación y gasificación en sectores residencial, industrial y servicios • Parque de generación eléctrica 90 % renovable 170 GW de eólica, fotovoltaica, solar de concentración, biomasa y otras renovables • Acciones para penetración de renovables Mantener parque fósil de respaldo Bombeo Conexiones internacionales Almacenamiento eléctrico • Medidas de eficiencia energética (reducción anual de intensidad energética en 1,5 a 2 %) Nueva edificación y rehabilitación de edificios Nuevos procesos industriales • Contar con todas las tecnologías en el periodo de transición Alargamiento de vida de las centrales nucleares Mantener el parque fósil necesario

Transición flexible e inteligente que cumpla objetivos de GEI a largo plazo y adaptada a la evolución

tecnológica y costes. En dos fases: una hasta 2030 de transición y otra más intensiva hasta 2050.

El futuro de las tecnologías fósiles dependerá del desarrollo de la captura y almacenamiento de CO2. El de la energía nuclear del desarrollo de nuevas tecnologías que den una mayor garantía en la seguridad y gestión de residuos.

Las inversiones necesarias serían de unos 360.000 M€ en 2016-2050

Hidraúlica

Eólica

Fotovoltaica

Biomasa

Solar de Concentración

Geotérmica

Oceánica

Combustión limpia

Nuclear

Vehículo eléctrico

Hidrógeno y pilas de combustible

Almacenamiento de energía

Redes inteligentes

Captura y almacenamiento de CO2 TECN

OLO

GÍA

S DE

GEN

ERAC

IÓN

TECN

OLO

GÍA

S DE

DEM

ANDA

TE

CNO

LOG

ÍAS

FACI

LITA

DORA

S

Las nuevas tecnologías energéticas para la electrificación del futuro

INICIACIÓN CRECIMIENTO MADUREZ CAIDA

Almac.electr.

Fotovolt.concentrac.

Eólica marina

Eólica de baja potencia

Oceanica

Solar Conc.

Fotovoltaica

Eólica terrestre

Hidraulica

Geotérmica Geotérmica mejorada

Time

Volu

men

de

nego

cio

POSICIÓN DE LAS TECNOLOGÍAS ENERGÉTICAS EN EL CICLO DE VIDA

I+D Plantas piloto

Despliegue comercial I+D

Redes inteligentes

Nuclear GIV

CACO2

Biomasa

H2/Pilas Comb.

ICGCC

Precio €/MWh de la nueva tecnología

Precio €/MWh de la energía convencional

Vehículo electr.

JOINT PROGRAMS Fotovoltaica

Eólica

Geotérmica

Redes inteligentes

Bioenergía (Coordina CIEMAT)

Captura y almac.CO2

Materiales para energía nuclear

Materiales avanzados para energía

Solar de concentración (Coordina CIEMAT)

Almacenamiento de energía

Hidrógeno y pilas de combustible

Oceánica

CO-LOCATION CENTERS

Iberia (Energías renovables)

Benelux (Eficiencia en edificación)

Sweden (Ciudades y redes inteligentes )

Poland (Combustión limpia de carbón)

ermany (Combustibles químicos)

Alps Valley(Convergencia nuclear-Renovables)

Eólica

Solar (ESC y Fotovoltaica)

Captura y almac.CO2

Redes inteligentes

Bioenergía

Nuclear

Hidrógeno y pilas de combustible

SET_PLAN DE LA UE

Instituto Europeo para la Innovación Formación y capacitación, Investigación innovativa, emprendimiento

Para acelerar la I+D sobre energías limpias, a través deProgramas Conjuntos

Industrial Research, demonstration plants, to meet the roadmaps

En lugares de buen recurso es competitiva con la energía convencional.

5.200 GW en 2075

• Aumento potencia • I+D+i • Reducción costes fabric. • Industrialización • Apoyo(FIT, tax credit, ..) • Promoción

1979: 40 cents€/kWh 12 $/W

2014: 4 - 7 cent s€/kWh 1,3 $/W

HISTORIA DE ÉXITO ENERGÍA EÓLICA (61 GtCO2 2010-50)

34 GW en 2013 China, Japón EEUU solo 1,1 GW

Espectacular despliegue en tierra (27% anual en últimos 10 años). Lento despliegue de eólica en el mar, que debe llegar al 32% de la eólica total en 2050; incluso más si fallan las previsiones de captura y almacenamiento de CO2 y nuclear.

0 500

1000 1500 2000 2500

2000

2005

2010

2013

2015

2020

2030

2050

Evolución de la potencia eólica instalada en escenario 450 ppm (GW)

mar tierra

Eólica en tierra marcha bien para el objetivo de 2 ºC

Eólica en mar necesita acelerar para el objetivo de 2 ºC

I+D+i futura: Reducción de costes( nuevos materiales para palas y maquinaria, aumento de potencia, ..), estudio del recurso, eólica en mar, eólica de baja potencia, integración en red(almacenamiento, redes inteligentes)

2.100.000 M€ en 2014-2040

España ha sido un protagonista principal en el desarrollo de la energía eólica, habiendo llegado a ser el 2º país por potencia instalada, ocupando hoy el 4º puesto, tras China, EEUU, Alemania. Hoy tiene empresas líderes mundiales en promoción (Iberdrola) y fabricación de aerogeneradores (Gamesa)y componentes, aunque está perdiendo posiciones por la competencia mundial y la drástica reducción del mercado nacional.

Nuestro país tiene importantes capacidades para el desarrollo de la energía eólica, tanto de alta potencia como de baja potencia.

0 500

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080

GW

año

Evolución de la potencia FV instalada 1.400.000 M€ inversión en 2014-2040

ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA 1976 5MW 65 $/W

2010 41.000MW 1,4 $/W

2013 141.000MW 1,0 $/W

Gran despliegue en China y Japón en 2013

ESPECTACULAR CARRERA PARA REDUCIR PRECIO

España contribuyó de forma relevante al desarrollo de la tecnología fotovoltaica, siendo en 2010 el 2º país por potencia instalada, tras Alemania, y el primero en potencia instalada por habitante en 2009. La brusca caida, debida al cambio regulatorio y a la carencia de una regulación de energía distribuida razonable, nos ha alejado de la posición de liderazgo, a donde han accedido China, EEUU, etc.

A pesar de una gran pérdida de empresas, tenemos todavía compañías que están compitiendo bien en el mercado internacional que cubren todos los productos (células, módulos, inversores, seguidores en que somos líderes,..), y unos centros de I+D con importantes capacidades (IES, ISFOC, CIEMAT, SENER, IKERLAN, etc) . Mayor número de patentes dentro de ER.

Previsión PER 2011-2020: 7.250 MW en 2020

Campo con un gran desarrollo futuro que tendrá importantes avances tecnológicos con nuevos materiales y procesos.

Por desplegar el desarrollo del autoconsumo y balance neto en España

I+D+i: Procesos fabricación, capa fina (TeCd, Si-a, CIS, CIGS), FV de concentración, células orgánicas, integración en edificios, integración en la red (almacenamiento, redes inteligentes)

Marcha bien hacia el objetivo de 2 ºC

ENERGÍA SOLAR DE CONCENTRACIÓN

España es líder mundial en tecnología, despliegue e industria

Hay 4 tecnologías compitiendo: Cilindro-parabólica, de torre, Fresnel y Stirling

Ventajas sobre FV: Almacenamiento térmico, hibridación

I+D+i: Nuevos fluidos caloportadores (generación directa de vapor, gas presurizado, ), materiales y componentes (cubiertas antireflectivas, durabilidad de espejos y tubos), almacenamiento (sales fundidas, metales), otras aplicaciones (desalinización, producción H2, calor industrial)

0

200

400

600

800

1000

1200

2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080

Prospectiva de potencia instalada en GW

En 2013 solo la mitad 2300 MW España, 3300 MW Resto del mundo

No progresa adecuadamente para alcanzar 2 ºC

Source: Emerging Energy Research, Global Concentrated Solar Power Markets & Strategies, 2009-2020

7 9

11 13 15 17 19 21 23 25 27 29

2010 2015 2020 2025 2030

c€/k

Wh

Evolución precio kWh solar termoeléctrico. Ref. PER 2011-2020

Max.cil.parabólica

Min.cil.parabólica

Max.torre

Min.torre

1.- Receptor central 2.- Cilindro-parabólica 3.- Generación directa de vapor 4.- Discos Stirling 5.- Hornos solares 6.- Detoxificación solar de agua 7.- Desalación solar 8.- Laboratorio de eficiencia en edificación 9.- Colectores Fresnel 10.- Tecnologías avanzadas/sales fundidas

1 1

1

2

3

4 5

6 7

8

8

9

10

La Plataforma Solar de Almeria (PSA)

La Plataforma Solar de Almería es la más completa instalación del mundo en tecnologías solares de concentración

Receptor Central: Gemasolar

Potencia: 20 MWe.

Almacenamiento: 15h a plena potencia

En verano, 24h/día

Módulo del receptor de sales fundidas,

desarrollado y verificado en CESA-1 (PSA)

BIOMASA PARA CALOR Y ELECTRICIDAD (20 EJ calor, 95 TW, 450TWh ) 27 EJ tradicionales

Creciendo 8% al año desde el 2000.

Electricidad: combustión en lecho fluidizado, co-combustión con carbón, cogeneración, ciclo combinado, digestión anaerobia

I+D+i: Logística de materia prima, torrefación, gasificación, BIGCC ( Gasificación de biomasa e integración en ciclo combinado), Gasificación para generación energética, Criterios de sostenibilidad, mejora del rendimiento de calderas y de la emisión de partículas.

BIOCARBURANTES (60 Mtep, 34 Mha today)

R+D+i: 2ª generación (RSU, materia celulósica, algas), biorefinería , investigación prenormativa (sostenibilidad)

Debe mejorar mucho para el objetivo de 2 ºC

Progresa bien para los 2 ºC

0%

2%

4%

6%

8%

0

100

200

300

400

2006 2010 2015 2020 2025

Billi

on li

ters

Biodiesel

Ethanol

Biodiesel

Ethanol

Biofuels share in transport energy consumption

Advanced

Conventional

Projections 2DS target

Ref. ETP2014

2014 2030 Calor tradicional (EJ) 27 0 Calor moderno (EJ) 20 67 47 67 Electricidad (GW) 95 270

CH4 (55% - 65%)

H2S, H2, otrs. (<5%)

CO2 (30% - 40%)

1 m3 de Biogás

70% CH4 + 30% CO2

6.000 Kcal

0,60 m3 de gas natural

0,8 Kg de carbón

DIGESTIÓN ANAEROBIA

Vertederos controlados

Digestores Anaerobios

Calor

Electricidad y calor con motores de cogeneración

l

Pilas de combustible

Integración en líneas de gas natural Combustible para vehículos

Versatilidad del Biogás

Dige

stor

es

Básic

os

Gra

ndes

Dig

esto

res y

V

erte

dero

s con

trol

ados

Combustible para vehículos

Cogeneración Red de Gas

Calderas industriales

Cocina de hornillas

Generador eléctrico (600kw) Calentador de agua

Lámpara de Gas Usos domésticos

Usos industriales

Biogás

Residuos urbanos Residuos ganaderos Residuos agroindustriales Lodos de depuradora

Nm3/t % metano Residuos urbanos 400-700 60-65 Lodos EDAR 380-400 65-75 Lodos lácteos 950-1100 75 Purín de cerdo 250-350 65-70 Paja de trigo 200-250 65 Papel prensa 80-100 50

kWe

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

1990

1992

1994

1996

1998

2000

2002

2004

2006

2008

2010

Evolución de la Potencia Instalada en los Vertederos Españoles

INSTALACIONES DE BIOGAS EN EUROPA Y EN ESPAÑA

Gran potencial para distintas corrientes de residuos en España - El 1er país de la Unión Europea en superficie dedicada al cultivo - El 4º en producción ganadera (2º en producción porcina) - El 5º en producción alimentaria a nivel industrial. Todas estas actividades productivas generan ‘millones de toneladas’ de residuos que deben ser gestionados adecuadamente para cumplir con los requisitos europeos de sostenibilidad y respeto al medio ambiente.

Hidrólisis ácida diluida Residuos orgánicos urbanos y agrícolas 4 Tons/día

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

BIOECONOMÍA

Bioproductos Biocombustibles Alimentación Energía

Biorrefinería

Es una economía basada en productos y servicios respetuosos con el medioambiente producidos a partir del uso de la biotecnología y las fuentes de energía renovable.

Biorefineria demostrativa del Proyecto CLAMBER Unidad Up-stream Unidad Mid-stream Unidad Down-stream Unidad de Digestión Anaerobia Unidad de Utilities o de Servicios Auxiliares Unidad de Gestión de Residuos

ENERGÍA GEOTÉRMICA PARA CALOR Y POTENCIA ELÉCTRICA Geotérmica convencional bien consolidada. Producción anual de energía ha aumentado un 3 % en los 10 últimos años , aunque solo en pocos países con buen resurso.

Despliegue importante de geotermica de baja temperatura con bomba de calor.

I+D+i: Estudio del recurso, geotérmica mejorada(reducción del coste de sondeo, plantas de demostración)

La energía geotérmica convencional progresa adecuadamentente para el objetivo de 2 ºC

La geotérmica mejorada necesita mejorar para el objetivo de 2 ºC

2010 2020 2035 2050 2075

Potencia geotérmica WEO, ETP 2012

0

20

40

60

80

100

120

140

160

GW

ENERGÍAS OCEÁNICAS

Hay muchas tecnologías en competencia

I+D+i: Nuevos diseños para reducir costes y aumentar supervivencia, prototipos de demostración, infraestructuras experimentales para ensayo y validación

Ganancia de confianza (próximos 3 or 4 años) Simulación y modelización Prototipos a pequeña escala Desarrollo tecnológico (2018-2025) Demostración a escala real Reducción de costes a 21 a 33 c€ / kWh Consolidación (2025 a 2035)

Despliegue comercial Objetivo de coste: 7 a 15 c€ / kWh

Las tecnologías oceánicas se mueven apropiadamente para el objetivo de 2 ºC

57.000 TWh global resources

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

GW

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

AIE

POTENCIAL ENERGÉTICO MARINO

TECNOLOGÍA TWh GLOBAL TWh ESPAÑA

Undimotriz 44.000 60

Corrientes marinas 800 Importante

no explotable

Maremotriz 300 ___

Gradiente térmico 10.000 ___

Gradiente salino 2.000 ___

______ ______

57.100 TWh 60 TWh

Varias veces actual demanda eléctrica

20.000 TWh

Demanda en España

300 TWh

Energías marinas

Media Invierno

Galicia 40-50 kW/m 75 kW/m

Cantábrico 30 kW/m 50 kW/m

Canarias (norte) 20 kW/m 35 kW/m

Aprox. 20 GW

INSUFICIENTE NECESITA MEJORAR BUEN PROGRESO

EÓLICA EN TIERRA EÓLICA EN MAR

ELECTRICBIOMASS

BIOCOMBUSTIBLES NUCLEAR

OCEÁNICA GEOTÉRMICA CONVENCIONAL

PHOTOVOLTAIC ENERGÍA SOLAR TERMOELÉCTRICA CAPTURA Y ALMAC. CO2

CLEAN COAL COMBUSTION

REDES INTELIGENTES ALMACENAMIENTO

HIDRÓGENO Y PILAS DE COMBUSTIBLE

VEHÍCULO ELÉCTRICO

GEOTÉRMICA MEJORADA

EFICIENCIA ENERGÉTICA

IMPO

RTAN

CIA

THERMALBIOMASS

PROGRESO DE LAS TECNOLOGÍAS ENERGÉTICAS PARA EL OBJETIVO DE 2ºC

BIOGAS

¡¡Muchas Gracias!!