jueves, 13 de febrero de 2014

¿Puede la fotovoltaica sustituir a los combustibles fosiles? 1º La boca del Cocodrilo

El  problema al que nos enfrentamos es que la producción de combustibles fósiles (petróleo, gas y carbón) decaerá en un futuro al tiempo que su demanda aumenta, produciéndose una creciente brecha entre lo que podemos consumir y lo que nos gustaría consumir. Por la forma que adoptan las curvas de producción y demanda se las ha denominado "boca de cocodrilo"

Entiendo que la fotovoltaica sera capaz de sustituir a los combustibles fosiles, en la medida que sea capaz de cubrir esta brecha creciente. O dicho de otra forma, la cuestión es si el sol puede llenar la boca del hambriento cocodrilo.

Producción
¿De que cantidad de combustibles fósiles podremos disponer en el futuro?
Esta es una cuestión muy difícil pero afortunadamente los científicos de ASPO llevan muchos años intentando responder a esta cuestión. El problema es que ahora tenemos decenas de respuestas distintas  y es fácil perderse entre tantos modelos y estimaciones diferentes. Como por ejemplo:



No pretendo analizar ni evaluar en detalle todos estos modelos, sino obtener una aproximación de como puede evolucionar la oferta en el futuro.Por eso modelare la oferta de manera muy simple. Supondré que oferta crece de manera constante, hasta alcanzar el cenit, y luego decrece de manera constante. De esta manera solo utilizo 3 parametros: Crecimiento, Fecha cenit, decrecimiento. Como lo aplico a 3 combustibles fosiles(petróleo, carbón y gas) tengo 9 parámetros.

Para ajustarlo a un modelo concreto, he tomado como referencia los datos de Jean Laherrere.


Hay dos motivos por lo que he elegido este autor:
1)  No solo hace estimaciones para el petroleo sino también para el carbón y el gas.
2)  Sus estimaciones se ajustan a mis ideas preconcebidas e infundadas, sobre como va a evolucionar la produccion de combustibles fósiles.


Los parametros que he utilizado para modelar la oferta son.


Y se ajusta relativamente bien a los valores estimados por Laherrere. Para comprobarlo he recurrido al "sofisticado" método de superponer las gráficas.



De esta forma,  tan simple obtengo que una estimación de cual va a ser la cantidad de combustibles fosiles disponible en el futuro. He limitado las estimaciones hasta el 2064.

Estimación de la oferta de combustibles fósiles
 Resulta muy  fácil sustituir estos parámetros para analizar escenarios mas optimistas o mas pesimistas.
 

Demanda
La mandíbula superior del cocodrilo, es decir la curva de la demanda  no constreñida, resulta mas difícil de estimar y ademas tienen un mayor peso.
En un principio podríamos suponer que el crecimiento se mantiene constante. Pero eso no lleva mas tarde o mas temprano a valores irreales. El crecimiento de la demanda puede deberse a dos factores:
1) Crecimiento de la población
2) Crecimiento del consumo per capita

Y no es realista suponer que estos factores vayan a crecer ilimitadamente. La mayor parte de los modelos demográficos estiman que la población mundial tendera a estabilizarse entorno a los 10.000Millones de habitantes. Hans Rosling: Global population growth

El consumo de energia per capita, también parece saturarse al llegar a ciertos valores. En los EEUU, Alemania o el Reino Unido el consumo per capita de energia permanece constante desde los años 70. 



 Jean Laherrere, estima que el consumo per capita de energia subira hasta 2 toe para luego descender hasta 1,7toe.  Lo que es aproximadamente el consumo actual de China.

 
Para modelarlo,  he introducido  un factor que reduce la tasa de crecimiento de la demanda a lo largo del tiempo.  De esta forma utilizo 4 parámetros por combustible fósil para determinar la oferta y la demanda.

Las curvas cocodrilo  así obtenidas son:
"Bocas de cocodrilo" para los diferentes combustibles fósiles. La linea continua es la producción histórica y estimada, y la linea puntuada es la estimación de la demanda sin constreñir.
En la siguiente gráfica se muestra los déficit energético que habría que suplir con la energía fotovoltaica. Es una cantidad enorme, en 50años se deben alcanzar las 8000Mtep. Que es aproximadamente el doble de todo el petróleo que se esta consumiendo en la actualidad, y que llevo mas de un siglo alcanzar la producción.


Para darse cuenta de la enorme cantidad de energía que esto representa,  hay que compararlo con algunos consumos de energía del 2011.


Todo el petróleo consumido en el transporte, son 2267Mtep. Todos los combustibles fosiles quemados en todas las centrales térmicas del mundo, no superan los 4000Mtep. 
 
La boca de cocodrilo es inmensa y llenarla supone un reto impresionante. Tanto que parece completamente imposible que la  fotovoltaica pueda llegar a sustituir a estos combustibles, pero como ya dije en la introducción si lo es.

En el siguiente capitulo analizare la evolución de la generación fotovoltaica.

miércoles, 12 de febrero de 2014

¿Puede la energía solar fotovoltaica sustituir a los combustibles fosiles en tiempo y forma?


Esta interesante pregunta surgió de una conversación con Pedro Prieto en crisis energética:

La respuesta corta es SI
La respuesta larga es demasiado larga y compleja para un comentario  y la traigo aquí por capítulos.
Adelanto un pequeño resumen:

1. La boca del cocodrilo
El  problema al que nos enfrentamos es que la producción de combustibles fósiles (petróleo, gas y carbón) decaerá en un futuro al tiempo que su demanda aumenta, produciéndose una creciente brecha entre lo que podemos consumir y lo que nos gustaría consumir. Por la forma que adoptan las curvas de producción y demanda se las ha denominado "Boca de cocodrilo"

Entiendo que la fotovoltaica sera capaz de sustituir a los combustibles fosiles, en la medida que sea capaz de cubrir esta brecha creciente. O dicho de otra forma, la cuestión es si el sol puede llenar la boca del hambriento cocodrilo.

2.Generación fotovoltaica bruta(tiempo)
 En este apartado estimare la evolución de la generación fotovoltaica. Me basare en los datos históricos y en las previsiones de  diversos organismos como EPIA o Solarbuzz.

3.Generación Fotovoltaica neta(TRE)
A la generación bruta de energía fotovoltaica, hay que descontar la energía consumida por la fotovoltaica para obtener la energía neta. Esta es una tarea sumamente compleja, Pero afortunadamente Pedro Prieto ya ha realizado el trabajo pesado calculando la TRE . Así que me limitare a utilizar su valor de la TRE, con lo que obtener la generación neta se convierte en algo trivial.

4. Equivalente energético:(forma)
 La energía producida por la fotovoltaica(Electricidad) esta en una forma diferente a la energía de los combustibles fosiles(Química).
Para poder comparar estas energías se necesita conocer un equivalente energético. Esto resulta muy complejo ya que depende del uso final que se le vaya a dar a la energía.
Esta es la parte mas difícil y polémica de todo este asunto y seguramente la única original, que el resto lo he ido "robando" a diferentes autores.

5. Comparación y análisis de sensibilidad
 Una vez que tengamos el déficit energético cubrir y la generación fotovoltaica neta en las "mismas unidades", solo queda comparar para ver en que medida se puede cubrir el déficit.
El análisis de sensibilidad es una manera elegante de referirse a jugar a dar valores a los diferentes parámetros para ver como afecta a los resultados.

6. Análisis de limites.
En este apartado  analizare la disponibilidad de los diferentes recursos que pudieran limitar el desarrollo de la fotovoltaica. (Espacio, capital, materiales. etc)

7) Conclusiones
Y por ultimo expondré lo que he aprendido con todo esto.




lunes, 3 de febrero de 2014

El gran éxito de las primas fotovoltaicas



Me duele ver como las primas a la fotovoltaica son criticadas y atacadas sin piedad. Es una vergonzosa injusticia, ya que estas primas han tenido un gran éxito logrando con creces su objetivo. Lejos de ser un error han sido un grandisimo acierto. En contra de la creencia generalizada de que han sido un despilfarro, ha sido el dinero mejor invertido. Nunca se ha conseguido tanto con tan poco dinero.

Es un tema complejo  y para entender la importancia y éxito de las primas conviene comenzar por el principio:
No es ningún secreto que los combustibles fósiles y concretamente el petróleo se están agotando. Esto no es una amenaza genérica, difusa y a largo plazo, sino algo real y concreto cuyos efectos perniciosos estamos sufriendo. Actualmente nos gastamos en petróleo 5 veces mas dinero que en el año 2000.
 Importaciones españolas de petróleo (M$/día)
Cada día gastamos en España 150M$ en importar petróleo... Este es un coste enorme que lastra nuestra economía. De manera global, el mundo se esta gastando 10.000M$ diarios en petróleo.
El petróleo se ha convertido en una fuente de energía sumamente cara y nos urge encontrar fuente de energía mas baratas.

El agotamiento y encarecimiento del petróleo no es algo que nos pillara por sorpresa, sino que era de sobra conocido desde hace décadas. También eran conocidas las potenciales alternativas como la energía fotovoltaica. El problema era que resultaba terriblemente cara. Para que pudiera ser una alternativa viable a los combustibles fósiles, era imprescindible reducir sus costes varios ordenes de magnitud. La cuestión era si esa reducción de costes era posible y como conseguirla.


Curvas de experiencia :

En 1936 se observó que cada vez que la producción de aviones se duplicaba su coste se reducía en un 15%. A esto se le llamo curvas de experiencia. Después se aplico a diferentes industrias y sectores y se descubrió que muchas producciones industriales seguían estas curvas de experiencia, aunque con diferentes porcentajes.
Ejemplos de curvas de experiencia genéricas(Fuente:wikipedia)


En el 2001, se  realizó un proyecto Europeo llamado PHOTEX,  que aplicaba las curvas de experiencia a la energía fotovoltaicas para estimar su posible evolución y determinar que políticas eran mas adecuadas para su desarrollo. Su análisis mostraban que desde 1976 el precio de los paneles había evolucionado ajustándose muy bien a las curvas de experiencia.
Curva de experiencia de la produccion de paneles fotovoltaicos. Fuente: Proyecto PHOTEX


Extrapolando esta curva (recta en escala doble logaritmica), predecían que a medida que fuera aumentando la producción los precios de la fotovoltaica irían descendiendo.
 
El problema es que no se instalaban paneles solares porque eran muy caros... y eran muy caros porque no se instalaban. Era necesario romper este circulo vicioso. Y el método mas efectivo era primar la generación eléctrica. Estas primas resultan mas efectivas que subvencionar las instalaciones porque se potencia a que se intente optimizar la generación.

Las primas permiten que las inversiones en fotovoltaica sean rentables, con lo que se consiguen aumentar la potencia instalada de paneles lo que lleva a una reducción de costes. De esta manera se consigue alcanzar un punto en los los costes son lo suficientemente bajo como para ser competitivos sin primas.  El proyecto Photex se estimo que estaría entorno a 1$/wp, y que esto ocurriría en el 2039 después de haber invertido 634.000M€.

Las conclusiones de este proyecto, sentaron las bases de las políticas de fomento de la energía fotovoltaica mediante primas a la generación. La mayor parte de los países europeos aprobaron primas a la generación fotovoltaica.

Las políticas de primas han funcionado mucho mejor de lo estimado y han conseguido con creces su objetivo:



Curva de experiencia de produccion de paneles fotovoltaicos entre el 1977 y 2013: Elaboracion propia 


 Las primas totales a la fotovoltaica en todo el mundo será de aproximadamente 400.000M$ repartidos a lo largo de 20 años. Es decir, 20.000M$ anuales.... o lo que nos gastamos en petróleo en 2 días.
El coste de las primas es muy pequeño comparado con su enorme beneficio disponer de una fuente de energía mas barata que el petróleo.
Gracias a las primas fotovoltaica, ahora los paneles solares han caído por debajo de los 0,73$/Wp. Con lo que cuesta un barril de petróleo, se pueden comprar 153Wp de paneles fotovoltaicos.
Teniendo en cuenta que con 50Wp fotovoltaicos se puede generar la misma energía que 1 barril de petróleo, la fotovoltaica es tres veces mas barata que el petróleo.




Desde un punto de vista global, las primas fotovoltaicas han sido un gran éxito. Pero si realizamos el análisis por países veremos que la participación española ha sido especialmente exitosa.

Fuente: EPIA

Alemania ha sido con diferencia el país que mas primas a dado. Actualmente están pagando unos7400M€ anuales en primas y en total destinaran unos 150.000M€ en primas.
Su política a sido muy rigurosa, ha ido adaptando la cuantía de las primas a los costes de las instalaciones. Las rentabilidades obtenidas por las plantas fotovoltaicas se han mantenido constantes.

Primas a la generación fotovoltaica en Alemania: Fuente wikipedia

La potencia instalada cada año ha ido creciendo anualmente hasta alcanzar los 7,5GW anuales, y luego se ha mantenido constante.

La situación de España es completamente diferente, en lugar de seguir la ortodoxia de ir creciendo paulatinamente a medida que bajan los precios. Se produjo un gran BOOM fotovoltaica en el 2008. Se instalaron solo en España en el 2008 2,8GW... cuando en el año anterior la potencia instalada en todo el mundo había sido de 2,6GW.  Pero después del boom no ha vuelto a instalar cantidades significativas.

La legislacion que regula las primas fotovoltaicas españolas es un caos y no se pueden reflejar en una simple table. Cada pocos meses se cambian la regulación y la incertidumbre ha sido total. Lo único que se conoce con certeza es cuanto se paga cada año en total en concepto de primas fotovoltaica.

Fuente: CNE

Se han pagado uno promedio de 2500M€ que representa aproximadamente la tercera parte de lo que paga Alemania por las primas. Si se mantuviesen las primas durante los 20años que recogía inicialmente la ley, en total se pagaría 50.000M€. Pero con carácter retroactivo se están recortando estas primas, recibirán mucho menos. Nadie sabe cuento.

Pero la manera caotica y poco ortodoxa de las primas españolas ha resultado ser muchisimo mas efectiva que la manera ortodoxia y el rigor aleman.
El boom fotovoltaico español, provoco un aumento tan rápido de la demanda, que la oferta no pudo cubrirlo lo que provoco que los precio de venta en lugar de bajar, aumentara:
 

 Aunque los precios de venta aumentasen los costes de fabricacion seguían bajando de acuerdo con la curva de experiencia, por lo que los margenes de beneficios de los fabricantes fueron enormes esos años. Esto sumado a las extraordinarias previsiones de aumentos en la demanda desato una locura inversora en la industria fotovoltaica. Sobretodo en China, donde el estado dio todo tipo de facilidades a los inversores.  Entre el 2008 y 2011 se invirtieron 38.000M$ en instalaciones y equipos productores de paneles solares. (En este punto conviene recordar que el mundo esta gastando 10.000M$ diarios en petróleo. Es decir, el coste total de todas las instalaciones que fabrican paneles solares de todo el mundo a lo largo de toda la historia... es igual a lo que nos gastamos en 4 o 5 días en petróleo)


Locura inversora como consecuencia del Boom fotovoltaico español.
Se construyeron plantas con capacidad de varios GW,cuando hasta entonces las capacidades se median en MW. La capacidad de la industria fotovoltaica creció de golpe como consecuencia del boom fotovoltaico español.


Tal fue el crecimiento de la oferta que supero a la demanda... y se produjo una gran sobrecapacidad que hundió los precios en el 2012. Provocado una gran crisis en el sector y arruinando a muchas empresas fotovoltaicas.
Pero las empresas mas eficientes consiguieron sobrevivir a base de aumentar sus producciones y recortar sus costes y en el 2013 siguieron bajando los precios a pesar de que los productores recuperaron sus margenes de beneficios.



Gracias al boom fotovoltaico español, seguido de la locura inversora China. Se consiguió que la evolución de los precios y potencias instaladas fuese mucho mas rápida que cualquier previsión.  De acuerdo a los modelos del proyecto PHOTEX no se esperaba que la fotovoltaica bajase de 1$/Wp hasta dentro de 2039 como muy pronto.


Estimaciones de la evolución del precio de los sistemas fotovoltaicos del Proyecto PHOTEX en el 2004.
Gracias a las primas españolas, el desarrollo de la fotovoltaica se ha adelantado unas 1 o 2 décadas. El beneficio económico de disponer de una alternativa mas barata que el petróleo varias décadas antes es astronomico. O al menos lo seria si en España si no fuéramos tan gilipollas.

Los beneficios de la existosa política de primas, son de tres tipos:

1) Disponer de una fuente de energia mas barata.
Ahora que hemos conseguido que la fotovoltaica sea barata.... no estamos instalando apenas nada.
El caso mas sangrante de este es las islas Canarias, que son famosas por su sol, donde la fotovoltaica solo genera el 3% mientras que mas del 30% de la energía se obtiene a partir de generadores diesel cuyo coste es mas del triple que la fotovoltaica.


¿Por que seguimos pagando energia cara cuando hemos logrado desarrollar una alternativa que cuesta la tercera parte?

2) Disponer de una fuerte industria fotovoltaica.
Ser pioneros en una nueva tecnologia, significa acumular mas experiencia que nadie. Lo que es una ventaja competitiva para nuestro sector fotovoltaico.
Por desgracia,  tampoco hemos aprovechado esta ventaja sino que hemos hundido todo el sector fotovoltaico. El 90% de las empresas fotovoltaicas españolas han quebrado.

3)Motivo de orgullo.
No todo en la vida es economía.
Conseguir desarrollar la energía fotovoltaica  ha sido un reto al menos tan difícil como ir a la Luna. Ha costado 4 veces mas que el programa Apollo  y sus beneficios para la humanidad son mucho mayores.
La participación de España en  este logro ha sido fundamental y es algo de lo que deberíamos sentirnos orgulloso. 
Pero somos tan gilipollas que ni siquiera aprovechamos este beneficio.  Y en lugar de sacar pecho y orgullecernos de las cosas hemos hecho bien y que han tenido éxito... Nos dedicamos a enmierdar nuestros logros, despreciarlos y ningunearlos.

sábado, 1 de febrero de 2014

Fotovoltaica a 36$/barril

¿Cuantos paneles fotovoltaicos podemos comprar con lo que cuesta un barril de petróleo?


Es fácil ver que esta respuesta ha variado mucho a lo largo del tiempo. Hace 35 años podías comprar menos de 1Wp con lo que costaba un barril de petróleo, mientras que actualmente puedes comprar 153Wp.
Potencia en Wp de paneles solares que se pueden comprar con el valor de 1 barril de petróleo

Un barril de petróleo contiene 5,75GJ de energía, que es la misma energía que producirían un panel fotovoltaico de 50W, trabajando 1600Horas anuales durante 20 años.

Así que  podemos considerar que 1barril equivale a 50Wp de paneles fotovoltaicos.

El precio de los paneles solares ha caído desde  200 a 36$/barril en solo 5 años.