2. BALANCE ENERGETICO
OBJETIVO DEL SEMINARIO:
CONCEPTOS GENERALES:
DEFINICION DE ENERGIA
CONCEPTO DE FUENTES Y USOS DE ENERGIA
FUENTES: CLASIFICACION, CARACTERISTICAS
USOS: CLASIFICACION
BALANCE ENERGETICO: CONCEPTO, EJEMPLOS
EFICIENCIA ENERGETICA
3. BALANCE ENERGETICO Vs MATRIZ ENERGETICA
• BALANCE ENERGETICO: Contabilización de la
Oferta y la Demanda de energía y sus
procesos, en un sitio y periodo definidos.
• MATRIZ ENERGETICA: Cuantifica la
interrelación entre Oferta energética, su
inventario, sus procesos de transformación y
la Demanda, detallando su evolución
4. APLICACIONES
Definir Inventarios, tasa de aplicación y usos
Priorizar aplicación de recursos según su naturaleza
Optimizar el uso de energéticos
Optimizar los procesos de Transformación
Optimizar los procesos de uso
Propender a la EFICIENCIA ENERGETICA
5. ANTECEDENTES
• Incremento de la población
• Industrialización y Desarrollo
• Consumo de energéticos no-renovables
• Contaminación Ambiental
6. Clasificación de ENERGIAS
• ENERGIA PRIMARIA
• PROCESOS ENERGETICOS (ENERGIA EN
PROCESO):
• ENERGIA SECUNDARIA
• ENERGIA FINAL
• ENERGIA UTIL
• EFICIENCIA ENERGETICA
7. PLANTEAMIENTO
• DEFINIR LAS FUENTES DE ENERGIA Y SUS
CARACTERISTICAS EN RELACION CON LAS
NECESIDADES DE LA DEMANDA
• IDENTIFICAR LOS PRINCIPIOS FISICOS
APLICABLES A LA GENERACION Y
TRANSFORMACION DE LA ENERGIA
10. Diez problemas principales de la Humanidad
en los próximos 50 años
1. ENERGIA
2. AGUA
3. ALIMENTACION
4. MEDIO AMBIENTE
5. POBREZA
6. TERRORISMO Y GUERRA
7. EPIDEMIAS
8. EDUCACION
9. DEMOCRACIA
10. POBLACION
2003 6.5 Billion People
2050 8-10 Billion People
11. 0,1
1
10
100
0,1 1 10 100 1000
Energy Consumption Per Capita ('000 BTU/person)
GDPPerCapita($000/person)
APLICACION DE LA ENERGIA Y EN PIB:
Correlación Marcada
Poverty
Affluence
Burkina Faso
United Kingdom
Mexico
Bangladesh
China
Poland
South Korea
United
States.
France
Japan
El Salvador Russia
Source: Energy Information Administration, International Energy Annual 2000 Tables E1, B1, B2; Gross Domestic Product per capita is for 2000 in
1995 dollars. Updated May 2002
12. PLANTEAMIENTO
• DEFINIR LAS FUENTES DE ENERGIA Y SUS
CARACTERISTICAS EN RELACION CON LAS
NECESIDADES DE LA DEMANDA
• IDENTIFICAR LOS PRINCIPIOS FISICOS
APLICABLES A LA GENERACION Y
TRANSFORMACION DE LA ENERGIA
13. ENERGIAS CONVENCIONALES
• ENERGIA PRIMARIA
• PROCESOS ENERGETICOS (ENERGIA EN
PROCESO):
• ENERGIA SECUNDARIA
• ENERGIA FINAL
• ENERGIA UTIL
• EFICIENCIA ENERGETICA
14. Diez problemas principales de la Humanidad
en los próximos 50 años
1. ENERGIA
2. AGUA
3. ALIMENTACION
4. MEDIO AMBIENTE
5. POBREZA
6. TERRORISMO Y GUERRA
7. EPIDEMIAS
8. EDUCACION
9. DEMOCRACIA
10. POBLACION
2003 6.5 Billion People
2050 8-10 Billion People
15. 0,1
1
10
100
0,1 1 10 100 1000
Energy Consumption Per Capita ('000 BTU/person)
GDPPerCapita($000/person)
APLICACION DE LA ENERGIA Y EN PIB:
Correlación Marcada
Poverty
Affluence
Burkina Faso
United Kingdom
Mexico
Bangladesh
China
Poland
South Korea
United
States.
France
Japan
El Salvador Russia
Source: Energy Information Administration, International Energy Annual 2000 Tables E1, B1, B2; Gross Domestic Product per capita is for 2000 in
1995 dollars. Updated May 2002
16.
17. Renewable Energy
Solar
1.2 x 105 TW at Earth surface
600 TW practical
Biomass
5-7 TW gross
all cultivatable
land not used
for food
Hydroelectric
Geothermal
Wind
2-4 TW extractable
4.6 TW gross
1.6 TW technically feasible
0.9 TW economically feasible
0.6 TW installed capacity12 TW gross over land
small fraction recoverable
Tide/Ocean
Currents
2 TW gross
energy gap
~ 14 TW by 2050
~ 33 TW by 2100
18.
19. Número 19
PRINCIPALES USUARIOS DE ENERGÉTICOS
• Calderos de vapor
• Calentadores de agua
• Calentadores de fluido térmico
• Alto hornos
• Incineradores
• Hornos
• Calentamiento de fluidos
• Calentadores de ambiente
• Generadores
20. Número 20
USUARIOS MAS IMPORTANTES DE
ELECTRICIDAD
• Iluminación
• Alto hornos/hornos
• Aire acondicionado / calentamiento de áreas
• Compresoras de aire
• Compresoras de refrigeración
• Bombas de proceso /bombas de agua
• Sistema de ventilación / ventiladoras
• Maquinaria de producción: Fuerza motriz,
Calentamiento
• Bombas de vacío.
• Bombas hidráulicas.
• Agitadores
• Fluidos de calentamiento
21.
22.
23.
24. Expositor : Dr.Ing. Johnny Nahui Ortiz
kWh / ton
Consumo
Unidad Producida
Galones / kg
Energía
Primaria
Energía
Secundaria
Energía
Final
Energía
Util
Sistema
Energético
?
Pérdidas Energéticas
m3 / unidad
LA INTENSIDAD ENERGÉTICA
42. Increasing Fuel Economy Helps for Next 2 Decades,
But is Not Enough to Offset Long-Term Growth
DOE is promoting hybrid vehicles in near-term
and hydrogen research for long-term.
0
5
10
15
20
25
1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050
Million barrels per day
ProjectedActual
Domestic
Production
NHTSA
Proposal
20% CAFE
Increase
(=28.8 mpg)
Transportation
Oil Use 40% CAFE
Increase
(=33.6 mpg)
60% CAFE
Increase
(=38.4 mpg)
CAFE increases
include light trucks
Beyond 2020, EIA
data extrapolated
Source: EIA, NREL
44. Foro Económico Mundial
Ranking de Competitividad del países
0
20
40
60
80
100
120
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
Año
Ranking
1
131. pais
EE.UU.
Finlandia
Chile
España
China
Brazil
Peru
Ecuador
45. Evolución comparada del
PIB per. Cápita
Fuente:LosautoresconinformaciontomadadeWorldDevelopmentDatabase
Indicators
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
35.000
40.000
45.000
50.000
1960
1962
1964
1966
1968
1970
1972
1974
1976
1978
1980
1982
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
PIBpercápitaUS$(1995=100)
Chile Colombia Ireland Israel
Japan Korea, Rep. Singapore Spain
Fuente:
Ecsim, 2005
El crecimiento del PIB per cápita de los países Cab ha sido muy modesto
frente al de los países que han promovido una transformación productiva
47. Fossil: Supply and Security
EIA: http://tonto.eia.doe.gov/FTPROOT/
presentations/long_term_supply/index.htm
1900 1950 2000 2050 2100
Bbbl/yr
10
20
30
40
50
World Oil
Production
2016
2037
2% demand growth
ultimate recovery:
3000 Bbbl
When Will Production Peak?
gas: beyond oil
coal: > 200 yrs
production peak
demand exceeds supply
price increases
geo-political restrictions
World Oil Reserves/Consumption
2001
OPEC: Venezuela, Iran, Iraq, Kuwait, Qatar, Saudi Arabia,
United Arab Emirates, Algeria, Libya, Nigeria, and Indonesiahttp://www.eere.energy.gov/vehiclesandfuels/facts/2004/fcvt_fotw336.shtml
unequal supply
insecure access
48. World Energy Demand
EIA Intl Energy Outlook 2004
http://www.eia.doe.gov/oiaf/ieo/index.html
0
10
20
30
40
50
%
World Fuel Mix 2001
oil
gas
coal
nucl renew
85% fossil
2100: 40-50 TW
2050: 25-30 TW
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
1970 1990 2010 2030
TW
World Energy Demand total
industrial
developing
US
ee/fsu
energy gap
~ 14 TW by 2050
~ 33 TW by 2100
Hoffert et al Nature 395, 883,1998
49.
50. The Role of Renewables in the
World Energy Supply
Source: OECD/IEA, 2004
51. Technology-based Solutions:
There is no single nor simple answer
• Energy efficiency
• Renewable energy
• Non-polluting transportation fuels
• Separation and capture of CO2 from fossil fuels
• Next generation of nuclear fission and fusion technology
• Transition to smart, resilient, distributed energy systems coupled with
pollution-free energy carriers, e.g. hydrogen and electricity
52. Preview
Grand energy challenge
- double demand by 2050, triple demand by 2100
Sunlight is a singular energy resource
- capacity, environmental impact, geo-political
security
Breakthrough research directions for mature
solar energy
- solar electric
- solar fuels
- solar thermal
53.
54. Absorción y Dispersión Solar
Día soleado Día nublado
Radiación promedio %TpoSoleado x 68 + %TpoNublado x 28
55. Assumed Advances In
•Fossil Fuels
•Energy intensity
•Nuclear
•Renewables
The “Gap”
Gap Technologies
• Carbon capture &
disposal
Adv. fossil
• H2 and Adv.
Transportation
• Biotechnologies
Soils, Bioenergy, adv.
Biological energy
The Challenge of Reducing Carbon
Emissions
Office of Science
U.S. Department of Energy
56.
57.
58.
59. Means of Producing Ethanol
from Biomass & other Wastes
Thermochemical Hydrolysis
Technology Pros Cons Technology Pros Cons
Gasification – Catalytic Lower capital cost, feedstock
flexibility, high yield per ton of
feed
Tar production, requires gas
cleanup, catalyst poisoning,
catalyst disposal, production
of mixture of low alcohols
(I.e., impure product)
Dilute Acid Hydrolysis Low capital cost, low acid
consumption, public domain
technology
Lower conversion
efficiency, co-factor/toxin
production
Gasification – Bioreactor Lower capital cost,
feedstock flexibility, high yield
per ton of feed
Tar production, requires gas
cleanup - bioreactor
poisoning with real
feedstocks.
Strong Acid Hydrolysis Medium-high capital cost,
low acid consumption
Low conversion efficiency,
co-factor production
Fractionization -
Mechanical
Recovery of pure
components
Moderate capital cost, high
energy cost
Concentrated Acid
Hydrolysis
98% recycling of acid, high
conversion efficiency, near
zero liquid discharge
Moderately-high capital cost
Fractionization –
Solvents
Recovery of pure
components
Moderate capital cost, high
energy cost
Enzymatic Hydrolysis Enzyme cost reduced
recently
NOT Suitable for MSW and
Green wastes
Hybrid – Dilute
Acid/Enzymatic
Hydrolysis
Enzyme cost reduced
recently
Co-factor production
60.
61.
62.
63. Potential Cellulose-to-Ethanol Technologies
Initially Reviewed by ARK Energy, Inc.
– Enzymatic Hydrolysis - uses enzymes to cleave the “carbon-
oxygen-carbon” link in cellulose molecule
– Acid Hydrolysis - uses acidic protons (H+) to cleave the “carbon-
oxygen-carbon” link in cellulose molecule
• Strong, or Weak acid (i.e., concentrated, or dilute)
• Sulfuric, Hydrochloric, Nitric, Hydrofluoric, and so on.
– Combination of acid/enzymatic hydrolysis
Structure of the cellulose molecule
Site of attack by enzymes OR
acid
64. Conclusions
• Concentrated Sulfuric Acid Route MORE CHEMICALLY EFFICIENT and
MORE THERMALLY EFFICIENT than either Dilute or Weak Acid Routes.
• Concentrated Acid Reconcentration Technology is ALREADY IN INDUSTRIAL
USE throughout the world. Safety record is ESTABLISHED.
• Concentrated Acid Hydrolysis produces NO TOXINS OR COFACTORS to
inhibit fermentation.
• Dilute and Weak Acid Hydrolysis Routes DO PRODUCE TOXINS AND
COFACTORS to inhibit fermentation.
• Concentrated Acid Hydrolysis Technology is ECONOMICAL.
• Concentrated Acid Hydrolysis Technology is PROTECTED BY PATENTS.
65.
66.
67.
68. 0%
25%
50%
75%
Scenarios
Gaming
Essays
Citizens Panels
SWOT Analysis
Brainstorming
Stakeholder Mapping
Cross-impact analisis
Multi-criteria Analysis
Backcasting
Other methods
Environmental Scanning
Literature Review
Bibliometrical analysis
Modelling and simulation
Trend Extrapolation
Key Technologies
Expert Panels
Delphi
Technology Roadmapping
Megatrend Analysis
Futures Workshops
Métodos prospectiva gubernamental
Este análisis se ha realizado en base a 124 casos prospectivos patrocinados por
gobiernos de distintas partes del mundo.
CREATIVITY
I
N
T
E
R
A
C
T
I
O
N
E
X
P
E
R
T
I
S
E
EVIDENCER. Popper (2005) Source: EFMN
69. Pays Date de
l'étude
Objectifs de
réduction (%)
Horizon
(base)
Suisse 1997 - 60 % 2030
(1990)
Allemagne 2002 -80% 2030
(1990)
Pays-Bas 2000
2001
-75%
- 80%
2050
(1990)
Royaume-uni 2000 - 60% 2050
(1990)
France 2002 - 75% 2050
(1990)
La reducción de las emisiones de CO2 en
algunos países europeos
70. Las opciones tecnológicas de largo
plazo
producción de hidrógeno y / o de electricidad a partir de los
recursos fósiles (carbón) con captura y almacenamiento de
CO2
producción de combustibles y de carburantes a partir de la
biomasa
producción de electricidad a partir de las energías renovables
(fotovoltaica, solar termodinamica, geotermia profunda)
Las nuevas ramas de actividad nucleares (EPR)
71. Transportes: grandes proyectos de infraestructura y vehículos
limpios : soluciones híbridas
Construcción: certificación de la calidad energética de las
construcciones y reglamentación térmica (referencial)
Análisis del impacto de calefacción eléctrica/climatización
sobre el consumo eléctrico de punta (impactos fuertes en
términos de emisiones de CO2)
Empresas: cuotas de emisión de CO2 y Permiso de emisión:
versus un mercado nacional / internacional (certificados CO2)
El dominio de la energía: un
preámbulo necesario
72. Las restricciones económicas ligadas
al desarrollo de las energías
renovables
Peso de lass inversiones: electrificación rural, producción de
electricidad a partir de las EnR (hidroelectricidad, eólica,
geotermia)
operadores: compañias nacionales de electricidad,
productores independientes, delegación del servicio público
(régimen de la concesión
Herramientas promotoras nacionales o internacionales: tarifa
de compra de la electricidad (negociadas, bajo licitación
pública), financiamientos internacionales (GEF), utilización de
los mecanismos CDM (complicado), fondos de garantía o
fondos de inversión (con derechos CO2)
Cuadro legislativo: estatuto de la producción independiente,
régimen de la concesión, PPA, fiscalización (amortización) …..
74. 2000
2005
2010
2015
2020
2025
Energía
Optical
ComputersTherapeutic
Food
Distance
Learning
Ambiente IT-Hardware
Entertainment
on-demand
FabricaciónIT- SoftwareAlimentos IT- Servicios Medicina TransporteEspacial
Information
Appliances
Alternative
Energy
Efficient
Energy
Fuel Cells
Fusion
Designed
Species
Green
Business
Green
Taxes
Industrial
Ecology
Recycling
Ecosystem
Design
Precision
Farming
Organic
Farming
Artificial food
Aquaculture
Portable
Devices
Parallel CPUs
Wall Monitors
Intelligent
Networks
Biochips
Global
Communications
Neural
ITNetworks
Smart
Computers
Virtual Assistants
Language
Translation
Expert
Systems
Modular
Software
Human-PC
Interface
Virtual
Reality
ContactNanotech
Genetic
Differences
Designed
Babies
Star Travel
Teleworking
E-Commerce
On-Line
Publishing
Electronic
Bank/Cash
Mass
Customizing
Smart
BioRobots
Automated
Factories
Super-
Conductors
Buckyballs
Ceramic
Engines
Recyled Autos
Life Span =100
Composite
Metals
Intelligent
Materials
Computerized
Health Care
Cloned Organs
Manned
Mars
Mission
Artificial Organs
Genetic
Therapy
Hybrid Cars
FuelCellCars
Hypersonic
Planes
Maglev
Trains
Añoestimadoparaalcanzareldesarrolloen...
Moon Base2030
Greenhouse
Gases
Desalinized
Sea Water
Electronic Paper
Micro-Machines
Intelligent
Highways
Automated
Highways
Fuente: GWForecast.gwu.edu
Motivación: Visión prospectiva del desarrollo de
las tecnologías emergentes (Cyberinfrastructure –
NSF)
75. Potencial de los
servicios para el
desarrollo
Tiempo / Crecimientot1 t2 t3 t4
Pony
Express
Correo
Tren
Unir Fronteras
Transporte
Acercamiento
Transoceánico
Telecomunicaciones
Defensa
Internet
Desarrollo
Social
Económico
Conocimiento para el Desarrollo, construido sobre Conocimiento
Motivación…. Comunicaciones para
el desarrollo
76.
77. Electricity Outlook: 2001-2025
Source: International Energy Outlook 2003, Table A9
Central/South
America
782 BKh
1,577 BKh
202%
Middle East/
Africa
1,000 BKh
2,633 BKH
263%
Japan/
Australia
1,221 BKh
1,658 BKh
136%
Developing
Asia
3,103 BKh
6,604 BKh
213%
Western
Europe
2,540 BKh
3,708 BKh
146%
3.3%
1.4%
Eastern Europe
Former Soviet Union
1,768 BKh
2,642 BKh
149%
North
America
4,293 BKh
6,628 BKh
154%1.8%
3.0%
1.6% 2.3%
3.7%
• Total annual average world electricity growth - 2.4% from 2001 to 2025
• Growth rates in transitioning economies higher than developed economies
• Natural gas and coal will be near-term fuels of choice for generation
• Distributed generation and renewable energy will offer attractive options
74% increase
78.
79.
80.
81.
82. 1990: 12 TW 2050: 28 TW
Total Primary Power vs Year
83.
84.
85. 1990: 12 TW 2050: 28 TW
Total Primary Power vs Year