El papel de las nuevas tecnologías ante los retos del modelo energético. energético Gonzalo Saenz de Miera Director de Prospectiva Regulatoria La propiedad industrial en la sociedad: salud, deportes y medioambiente Santander, 16 de julio de 2010 ÍNDICE • Los retos del modelo energético global. • Soluciones desde la perspectiva tecnológica. • Prospectiva energética en el ámbito español: soluciones tecnológicas. • Algunas cuestiones finales. 2 El modelo energético actual se caracteriza por un crecimiento constante del consumo energético, éti basado b d en recursos finitos. fi it Evolución del consumo mundial de energía primaria en el escenario de referencia (Mtep) Otras renovables Biomasa Hidráulica Nuclear Gas Petróleo Carbón WEO 2008 Fuente: World Energy Outlook. 2009 Agencia Internacional de la Energía La demanda de energía g primaria p mundial crecerá a un ritmo anual del 1,5% , hasta 2030 Carbón, gas y petróleo representarán el 80% de la energía consumida en 2030. 3 El modelo energético actual está en crisis. Basado en recursos fósiles finitos El Elevada d dependencia d d i energética éti con los l consiguientes i i t riesgos i asociados i d Precios Cantidad Riesgo de interrupción en el suministro. Transferencia de 17.000 millones de Euros desde España a los países productores de petróleo por el incremento de precios de 2008 2008. Impacto sobre el cambio climático Efectos medioambientales Aumento del nivel del mar, pérdida de biodiversidad erosión … biodiversidad, Efectos económicos Pérdida del 5% del PIB anual, especialmente en los países menos desarrollados. 2.000 millones de personas no tienen acceso a servicios energéticos avanzados. El mundo no tiene recursos fósiles suficientes para proveer de servicios energéticos avanzados a todos sus habitantes utilizando el modelo energético actual. 4 El escenario base conduce a un crecimiento insostenible de las emisiones. Un escenario continuista llevará a un incremento de las emisiones globales del 96% en 2050. Para limitar el incremento de la temperatura a 2 ºC C habrá que reducirlas alrededor del 50% (Escenario BLUE). Evolución de las emisiones de CO2 en el escenario base frente al escenario BLUE Importancia de la descarbonización del sector transporte y la generación de electricidad. Fuente: Energy Technology Perspectives. 2010. Agencia Internacional de la Energía El sector de la generación eléctrica y el transporte se constituyen como elementos clave de la transición a un nuevo modelo energético más sostenible. 5 Crecimiento de la importancia de la electricidad en el modelo energético. Evolución de la demanda de energía Evolución de la producción de electricidad 18.000 40.000 Δ 1,5% anual 16.000 35.000 14.000 30.000 Δ 2,5% anual 12 000 12.000 TWh Mtoe 25.000 10.000 8.000 20.000 15.000 6.000 10.000 4.000 2.000 5.000 0 0 2007 2030 Referencia Carbón Petróleo Gas natural Hidráulica Biomasa y residuos Renovables 2030 450ppm Nuclear 2007 2030 Referencia 2030 450ppm Carbón Fuel Gas natural Nuclear Hidráulica Biomasa y residuos Eólica Geotérmica Solar Mareas y olas Fuente: WEO 2009. Agencia Internacional de la Energía. En el horizonte 2030, se produce una electrificación del sector energético en todos los escenarios. Necesidad de desarrollos tecnológicos en este sector para su descarbonización. 6 ÍNDICE • Los retos del modelo energético global. • Soluciones desde la perspectiva tecnológica. • Prospectiva energética en el ámbito español: soluciones tecnológicas. • Algunas cuestiones finales. 7 Para afrontar los retos del modelo energético hay que contar con todas las tecnologías. La eficiencia energética (58%), las energías renovables (17%) y el CCS (19%) se constituyen como las principales opciones tecnológicas de mitigación del cambio climático. Contribución de cada opción tecnológica a la reducción de emisiones bajo el escenario BLUE Eficiencia energética Fuente: Energy Technology Perspectives. 2010. Agencia Internacional de la Energía El cumplimiento del escenario BLUE no será posible sin un importante desarrollo tecnológico, con la introducción tanto de nuevas tecnologías como con la mejora de las actuales. 8 Las tecnologías de eficiencia energética en usos finales y las de generación de electricidad son las l jjugarán á ell papell más á importante. i t t Participación de las diferentes tecnologías en la reducción de emisiones del escenario BLUE en 2050 Vehículos de Vehículo eléctrico Otros tecnologías Eficiencia en el (EV); 7% en electrificación; células de uso final de 1% combustibles combustibles; (FCV); 4% (FCV); 4% 24% Otros cambios en usos finales; 3% f ó Electrificación del transporte 11% 67% de la mitigación con tecnologías en el ámbito del sector Eficiencia en usos eléctrico finales eléctricos; 14% Nuclear; 6% CCS en industria; 9% CCS en generación de electricidad; 10% Renovables; 17% Eficiencia en Eficiencia en generación y cambio de combustible; 5% La electrificación de la economía (ej. transporte) y el potencial tecnológico del sector eléctrico le otorgan un papel predominante en la mitigación. 9 La eficiencia energética es la opción con menor coste en el sector eléctrico y la eólica la tecnología con mayor crecimiento. crecimiento Coste marginal de reducción de CO2 en el sector eléctrico (2010-2020) La eficiencia energética es l medida la did de d mitigación iti ió en el sector eléctrico con menor coste. Fuente: Energy Technology Perspectives. 2010. Agencia Internacional de la Energía Potencia a instalar para alcanzar el escenario BLUE La eólica es la tecnología de generación con un mayor ritmo de crecimiento, seguida d la de l solar l fotovoltaica. f t lt i 10 Los costes a futuro de todas tecnologías de generación eléctrica son elevados. Inversión O&M CO2 Peaje Combustible CCS 258 260 240 220 200 178 €/MWh 180 172 160 151 158 140 140 125 120 107 105 100 120 115 101 88 111 90 76 80 101 93 70 60 40 20 0 EÓLICA TERREST. TERREST (2.100h) SERVICI OS SOLAR FV (1.600h) TERMO SOLAR (2.000h) COSTE VARIAB. VARIAB CICLO COMB. RENOV. SIN EMISIONES, NI FIRMES NI FLEXIBLES HIDRÁUL. REGUL REGUL. (2.000h) BOMBEO (1 200h) (1.200h) CICLO COMB. COMB (1.500h) CAES (1.200h) (1 200h) TURBINA DE GAS DE GAS (1.200h) PUNTA / RESPALDO RENOV. CICLO COMB. COMB (4.000h) NUEVO CARBÓN SÚPER‐ CRÍTICO (4.000h) LLANO / RESP. RENOV. NUEVA NUCLEAR (8.000h) CICLO COMB. COMB (8.000h) NUEVO CARBÓN SÚPER‐ CRÍTICO Y CCS (8.000h) CICLO COMB. COMB Y CCS (8.000h) CCS BASE Los costes de las tecnologías a futuro son elevados y se sitúan en una banda similar, a excepción las tecnologías solares con costes muy superiores 11 Las tecnologías solares presentan importantes perspectivas de reducción de costes. Perspectivas de evolución coste de producción normalizado para la termosolar ($/MWh) 350 2.000 h de irradiación directa 2.600 h de irradiación directa 250 150 50 2010 2020 2030 2040 2050 Fuente: Technology Roadmap: concentrating solar power. Agencia Internacional de la Energía Perspectivas de evolución coste de producción normalizado para la solar fotovoltaica ($/MWh) La reducción de costes de la solar fotovoltaica es más pronunciada que la de la termosolar. 1.500 h 2.000 h Fuente: Technology Roadmap: solar photovoltaic energy. Agencia Internacional de la Energía 12 Las tendencias en I+D vendrán marcadas por la electrificación de la economía, con peso d t destacable bl del d l transporte. t t Necesidad de inversión anual adicional a la actual en I+D+i para alcanzar escenario BLUE ("gap entre inversiones vigentes y las necesarias para el escenario BLUE") M M $ 50.000 45.000 40.000 35.000 30.000 25.000 20.000 15.000 10.000 5.000 0 Fuente: Energy Technology Perspectives. 2010 Agencia 2010. Internacional de la Energía Vehícuo Bioenergía eléctrico y temas asociados CCS Eficiencia energética Fisión Nuclear Smart grids Energía solar Energía eólica La tendencia a la electrificación del transporte se constituye como la mayor necesidad de inversión en I+D+i. 13 Perspectivas en electrificación del transporte: vehículo eléctrico. En el escenario BLUE, el 60% de las ventas de vehículos en 2050 serán eléctricos. Para alcanzar ese objetivo, es necesario avanzar en los diferentes hitos tecnológicos asociados a esta tecnología. 2020 2030 2040 2050 Marco regulatorio Incentivos a compra Coordinación infra. de recarga Viabilidad comercial Ampliación infra. recarga Implantación de recarga de alta velocidad a bajo coste Se electrifican también vehículos de carga, de larga distancia Baterías Optimización de diseños y aumento de la variedad. Vehículos en fase comercial con baterías baratas y duraderas Nueva generación de baterías. Superan p a las de litio. Se cierra el “gap” con las p prestaciones del motor tradicional. Códigos/ estándares Sistemas de carga y medición homogéneos Sistemas para venta de electricidad a la red por el EV Recarga Inversiones en ptos. cargas en hogares y en centros públicos Expansión de la red de recargas Cobertura de toda la OCDE con red de recarga. Mejora de rapidez y eficiencia en los puntos de recarga. Asegurar que las baterías están disponibles. Investigar en modelos avanzados de baterías. Implantación de la siguiente generación de baterías y smart grids. Avances en mejora de batería y prestaciones del EV. I+D+i Códigos y estándares para coordinar innovaciones en baterías y smart grids. Los desarrollos tecnológicos y la investigación se centran en el ámbito de las baterías y las smart grids. 14 Se requiere un importante desarrollo tecnológico y económico en el ámbito del CCS para cumplir li ell escenario i BLUE. BLUE Consiste en la captura, transporte y almacenamiento del CO2 originado en un proceso de combustión combustión. Se encuentra en fase de I+D. Lanzamiento de 12 proyectos piloto con ayudas p y públicas p europeas. Fase de comercialización prevista a partir de 2030. Su S desarrollo d ll permitirá iti á aprovechar h las importantes reservas de carbón. Las necesidades de almacenamiento de CO2 son inferiores al 1% de la capacidad de almacenamiento. Fuente: Energy Technology Perspectives. p 2010. Agencia Internacional de la Energía El CCS se utilizará a lo largo g de sectores energético g (combustión ( carbón,, gas…) g ) pero p también en industria (química, cemento, acero…). Es básica la colaboración sectorial para alcanzar objetivos. 15 Perspectivas renovables: eólica. En 2050, bajo escenario BLUE, podría llegar a representar el 12% de la producción de electricidad. Tecnología en constante renovación Industria nacional desarrollada Libre de emisiones Opción renovable más económica Ni gestionable ni firme Solamente ahorra combustible y derechos de emisión y mejora balanza de pagos (reduce importación) p ) Necesita de energías de respaldo Éstas inevitablemente serán en gran medida emisoras. La eólica es la renovable más económica y con el mayor potencial de desarrollo 16 Perspectivas renovables: Solar Fotovoltaica. En 2050, bajo escenario BLUE, podría llegar a representar el 11% de la producción de electricidad. Adaptable a generación distribuida Costes muy y elevados pero con perspectivas de reducción Tecnología en constante renovación Ni gestionable ni firme Libre de emisiones Cierta correlación con la demanda Fuerte competencia internacional en la industria (China lidera producción de paneles) Muy costosa y todavía en fase de desarrollo 17 Perspectivas renovables: Termosolar En 2050, bajo escenario BLUE, podría llegar a representar el 9,6% de la producción de electricidad. l t i id d Parcialmente gestionable gracias al apoyo del gas natural y al almacenamiento térmico Más gestionable que la eólica Libre de emisiones Reducido peso de la industria española Altos requerimientos de agua Escasez de este recurso en las zonas aptas para su implantación p p No está claro su futuro tecnológico Condicionado al de las tecnologías que permitan apoyo de gas natural o almacenamiento térmico Importantes retos en su desarrollo futuro por razones técnicas té i y económicas ó i 18 Perspectivas nuclear. En 2050,, bajo j escenario BLUE,, podría p llegar g a representar p el 24% de la producción p de electricidad. Firme Disponibilidad >90% No g gestionable Incertidumbre en los costes de inversión Libre de emisiones Costes muy estables Independientes del petróleo y del CO2 Alargamiento de vida útil muy rentable Residuos A Aunque están tá llocalizados li d y son ttratables. t bl Son un problema abordable y controlable Aceptación social negativa Las nucleares son una palanca clave para la reducción de emisiones, pero no un respaldo adecuado para las renovables 19 ÍNDICE • Los retos del modelo energético global. • Soluciones desde la perspectiva tecnológica. • Prospectiva energética en el ámbito español: soluciones tecnológicas. • Algunas cuestiones finales. 20 Principales rasgos característicos del modelo energético español y tendencias futuras. Escasas mejoras en materia de eficiencia energética Crecimiento importante de l energías las í renovables. Coste de energías renovables Impacto sobre la firmeza del sistema Objetivos 2020 2020. Rasgos del modelo energético español Tendencia T d i a lla electrificación de la economía Sector transporte como principal consumidor energético g 21 Uno de los principales retos para el modelo energético español es la necesidad de mejorar la eficiencia energética. El consumo energético ha estado basado en productos petrolíferos y la evolución de la i t intensidad id d energética éti (Consumo (C d de energía í sobre b PIB) ha h sido id peor que la l de d la l UE. UE Consumo de energía final Intensidad energética Electricidad 22% del c. total 120.000 110 100 100.000 80 000 80.000 Electricidad 15% del c. total 90 Indice 1991=100 ktep 80 60.000 40.000 España UE 15 70 60 20.000 50 0 40 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Carbón P. Petrol. Gas Electricidad En este contexto, se aprecia una tendencia a la electrificación de la economía, que se confirma para el futuro según los datos del PANER 2011-2020. 22 El fuerte crecimiento renovable en España ha hecho que estas tecnologías cuenten con un papell relevante l t en la l estructura t t de d generación. ió Las renovables representaron en 2009 más de 25% de la generación en España, ocupando un papel p p predominante p la eólica. Estructura de generación en España en 2009 Evolución de la potencia renovable hasta 2009 25.000 Cogeneración y trat. Residuos 12% Residuos 1% Biomasa 1% Hidráulica RO 8% 20.000 Carbón 12% Solar 2% MW 15.000 Eólica 13% 10.000 Hidráulica RE 2% Ciclos combinados l b d de gas natural 27% Nuclear 18% 5.000 0 Fuel 4% 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 Solar Eólica Hidráulica Biomasa La elevada participación de renovables supone importantes costes para el sistema eléctrico, en términos de apoyos. Esta tendencia se incrementará en el futuro para dar cumplimiento al objetivo de alcanzar un 20% de renovables en 2020. 23 La planificación energética en materia renovable ha supuesto un reto la sostenibilidad económica del sistema eléctrico. eléctrico La actual política de renovables ha fomentado el descontrol de las tecnologías menos maduras tecnológicamente (solares)... Sobrecostes de las principales energías renovables. Comparativa entre el escenario de la Planificación de 2002, la revisión de 2005 y el cierre con datos reales 2009 Escenario PP Potencia MW Energía GWh 2009 Escenario Gobierno Sobrecoste a precios 2009 Potencia MW Energía GWh (MM €) Solar 276 543 175,3 Real 2009 Sobrecoste a precios 2009 Potencia MW Sobrecoste Energía a precios GWh 2009 (MM €) 754 1.595 514,5 (MM €) 3.624 6.060 2.601,5 Fotovoltaica 116 176 75,7 337 513 221,2 3.494 5.996 2.584,1 Termoeléctrica 160 367 99,6 417 1.082 293,3 130 64 17,4 Eólica 11.786 25.930 1.142,5 , 19.477 43.980 1.937,8 , 18.365 36.790 1.621,0 , ... y cuyo resultado es un sobrecoste de 2.600 millones de € (2.425 millones de € más que el estimado en la Planificación 2002). q ) 24 Las perspectivas futuras muestran una continuidad en la tendencia de crecimiento renovable. renovable Tanto el Acuerdo de Consejo de Ministros con horizonte 2013 como el Plan de Acción Nacional de Energías Renovables 2011 2011-2020 2020 (para cumplimiento de objetivo 20% UE) confirman el crecimiento renovable en España, otorgando un elevado peso a tecnologías solares. Previsión para 2013 Año 2020 en PANER Potencia MW Energía GWh Coste a precios 2013 (Mil de (Miles d €) 8.261 14.600 5.416.460 13.446 29.669 F t Fotovoltaica lt i 5.860 9.400 3.625.580 8.367 14.316 Termoeléctrica 2.401 5.200 1.790.880 5.079 15.353 25.255 53.300 4.317.300 38.000 78.254 Solar Eólica Potencia MW Energía GWh El coste de producción de las solares en 2013 llegará casi a los 5.500 millones de euros, superior al de la eólica. En esa fecha, la eólica supondrá casi el 19% de la producción del sistema eléctrico español y la solares apenas alcanzarán el 5%. 25 El crecimiento de la potencia renovable no reduce la necesidad de potencia firme en el sistema. i t T Tecnología l í Fi Firmeza Eólica 7% Nuclear, carbón y ciclos 90% Hidroeléctrico Bombeos Solar: ‐ Termoeléctrica ‐ Fotovoltaica Cogeneración 60% 85% 30% 0% 55% Resto 65% La producción renovable apenas contribuye a reducir la demanda punta que deben atender el resto de centrales disponibles en el sistema 26 Estimación de contribución de la eólica a la cobertura de la demanda (2020) Curvas horarias de demanda y producción eólica MIBEL 2020 GW Marzo 60 50 Perfil de demanda y de generación eólica según el de 2008, pero escalada a valores de 2020 40 30 20 10 0 1 GW 2 3 4 MIBEL 2020 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Curvas horarias de Demanda demanda y producción Eólicaeólica (Perfil 2008) Marzo 60 50 40 Demanda neta, neta a cubrir por centrales gestionables, con valores de 2008 pero escalada a 2020 30 20 10 0 135 50 539 49 134 538 55 128 48 133 638 54 537 132 234 507 53 642 103 46 137 541 131 407 233 52 506 471 535 676 39 641 339 45 102 96 136 238 232 670 51 540 130 406 333 38 470 464 534 675 44 640 237 338 124 743 202 570 101 405 332 528 37 669 469 129 634 439 575 606 533 674 742 43 569 639 236 337 230 123 170 201 272 474 266 468 100 404 527 503 633 438 42 117 574 235 532 673 508 301 372 265 568 99 336 229 122 35 169 271 473 467 127 403 437 41 223 627 709 205 306 502 573 104 92 259 461 531 632 397 28 740 47 371 365 98 637 335 228 34 672 270 472 496 264 567 536 402 329 40 121 666 91 609 466 126 396 27 436 222 708 204 305 501 572 97 460 530 631 33 671 739 370 364 566 636 334 227 733 167 90 198 269 495 263 465 401 395 328 120 524 665 304 500 608 602 560 125 435 221 707 203 571 459 226 529 630 32 738 429 732 322 505 701 166 89 197 298 268 369 262 565 635 440 119 659 607 601 191 559 400 25 327 523 624 664 303 499 95 18 458 231 31 434 731 220 113 706 171 88 267 368 225 629 737 428 517 504 700 165 196 297 190 261 463 564 399 393 24 326 118 422 81 159 658 94 600 291 17 255 558 30 433 522 623 663 87 302 373 498 367 457 331 36 668 427 730 219 112 705 164 195 361 23 224 628 710 736 213 516 80 93 605 296 492 260 462 563 398 29 392 741 325 521 86 366 599 254 386 432 729 218 622 111 704 662 200 497 360 22 456 450 330 526 667 735 426 319 79 698 163 604 194 295 188 562 391 116 723 212 491 253 354 556 385 324 728 520 621 703 85 300 598 21 455 431 734 217 318 110 78 168 162 661 199 193 359 592 485 449 525 626 425 514 697 156 603 294 187 258 561 555 390 443 115 71 722 84 211 312 655 597 490 20 14 252 353 454 384 430 323 727 519 620 77 702 299 181 549 216 317 109 161 660 192 293 691 358 26 591 448 625 70 424 418 83 513 696 155 186 19 257 13 251 554 389 585 114 76 721 311 363 149 654 596 287 489 180 453 383 726 518 619 494 357 394 590 447 548 69 423 215 316 82 108 160 292 690 256 12 388 75 417 209 512 613 695 154 185 250 351 553 648 382 376 321 618 362 148 653 595 286 488 280 452 244 725 214 315 493 356 589 482 446 416 107 552 387 381 74 719 208 511 612 694 153 184 249 350 451 375 320 617 699 189 652 594 285 487 243 344 546 67 421 724 314 158 657 290 16 355 557 588 380 481 445 73 415 718 106 207 510 611 152 183 248 349 551 374 475 60 308 712 693 593 284 486 177 242 343 545 66 515 616 157 651 587 444 72 420 313 717 656 289 687 15 379 480 581 59 414 105 206 307 509 610 151 182 176 247 348 550 645 65 711 692 145 283 241 544 419 615 650 586 479 580 58 413 716 150 288 686 378 282 484 175 246 347 644 64 144 276 478 680 57 240 442 543 210 614 715 352 649 377 579 412 281 685 245 346 63 483 174 123456789111 56 138 239 340 441 542 643 744 143 584 275 477 679 720 310 714 179 684 62 411 345 547 68 689 583 173 142 647 274 476 577 61 309 713 147 178 279 683 410 688 582 172 273 576 677 141 646 409 146 278 682 408 140 342 277 681 139 341 578 678 0 Series3 Peso creciente de la eólica en la cobertura de la demanda. La producción eólica es variable e independiente de la demanda 27 Necesidades tecnológicas ante los retos del modelo energético español. Mayor participación de las renovables en el mix Elevado peso de las tecnologías renovables más caras Integración de las renovables en el sistema de forma segura. Sostenibilidad económica d l i del sistema eléctrico. lé i I+D y desarrollo tecnológico: • Almacenamiento de energía. energía • Redes inteligentes. • Reducción de costes en las tecnologías solares. • I+D en aspectos asociados Insuficientes mejoras j d de la eficiencia energética Electrificación de la economía. (Ej. transporte). Gestión de la demanda. al vehículo eléctrico (b t í (baterías, redes d de d recargas…) • Redes inteligentes. Las necesidades tecnológicas del modelo español se enmarcan en desarrollo tecnológico necesario para alcanzar el escenario BLUE. 28 ÍNDICE • Los retos del modelo energético global. • Soluciones desde la perspectiva tecnológica. • Prospectiva energética en el ámbito español: soluciones tecnológicas. • Algunas cuestiones finales. 29 Algunas cuestiones para el debate 1 El modelo energético español plantea retos en los que el desarrollo 1. tecnológico juega un papel básico: • Creciente peso renovable y sus elementos asociados (coste y firmeza). • Necesidad de mejorar la eficiencia energética. 2. El marco de apoyo a las renovables en España y la planificación del Gobierno ha estado detrás del descontrol en la instalación de tecnologías renovables inmaduras y caras, como las solares. Ante este fenómeno surgen varias cuestiones: • ¿La burbuja solar ha fomentado la I+D+i en estas tecnologías? • ¿Qué influencia ha tenido el marco de apoyo en la madurez tecnológica alcanzada por las renovables en España? • ¿Es aconsejable su despliegue masivo en la actualidad teniendo en cuenta su madurez tecnológica y sus costes? • ¿Cuál es la vía para fomentar el desarrollo tecnológico en este ámbito? 30