O porvir energético 2050 no horizonte

(1)

Energia, usos e consumo Crescimento Combustíveis fosséis Transiçom energética

O porvir energético

2050 no horizonte José Ramom Flores das Seixas

(2)

Energia, usos e consumo Crescimento Combustíveis fosséis Transiçom energética Introduçom Consumo energético

Que é a energia?

Energia é a capacidade de produzir a mudança dum sistema.

Pode ser de vários tipos: cinética, eléctrica, elástica, gravitacional, química, nuclear, radiante, térmica ... A energia pode:

transferir-se entre sistemas

transformar-se (ex: química -> térmica -> eléctrica)

(3)

Leis da termodinámica

Lei de conservaçom da energia

Nas mudanças dum sistema a matéria/energia nem se cria nem se destrói, transforma-se

Lei de incremento da entropia

Nas mudanças energéticas aumenta a entropia, i.e. a quantidade de energia inutilizável para produzir trabalho

TRABALHO T1 T2 T 1>>T2 TRABALHO Entropia baixa T2 T1 T 1 T2 Entropia alta

(4)

A civilizaçom industrial utiliza grandes quantidade de energia

Aquecimento e ar condicionado (química, eléctrica) Transporte (mecánica)

Indústria (eléctrica, mecánica, térmica) Agricultura (mecánica)

Telecomunicações (eléctrica) Iluminaçom (eléctrica) etc

(5)

Fontes de energia primária

A humanidade colheita energia, nom a fabrica

Combustíveis fósseis Hidroeléctrica Eólica Solar Biomassa Nuclear etc Petróleo 47,44 % Gas natural 12,22 % Carbom 22,72 % Hidroeléctrica 3,31 % 5,57 % Eólica 8,75 % O. renováveis Consumo energético na Galiza (2012) 82,38 % Combustíveis fósseis Total = 147,27 TWh

(6)

Consumo energético em 2013

Dados do Banco Mundial

Petróleo 49,44 % Gas natural 23,47 % Carbom 7,31% Nuclea r 11,49 % 2,58 % Hidroeléctrica 3,83 % Eólic a O. renováveis 1,88% Reino de Espanha Mundo 90,93 % C. Fósseis 80,22 % C. Fósseis Total = 141,08 PWh Total = 1436 TWh 5,06 % Nuclea r 2,64 % Hidroeléctrica O. Renováveis 1,36 % Petróleo 37,70 % Gas natural 25,93 % Carbom 27,30 %

(7)

Consumo energético espanhol per capita e dia

Anos 1960 a 2013 (Dados do Banco Mundial)

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 0 20 40 60 80 100 120 Ano E n er gia (K W h /dia)

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Consumo energético anual dos EUA

Anos 1640 - 2014 (Dados da EIA)

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000 E ne rgi a ( TWh) Ano Taxa crescimento = 2,9%

(9)

Energia, usos e consumo

Crescimento

Combustíveis fosséis Transiçom energética

Todos queremos mais!

É possível um crescimento constante? Desmaterializaçom da economia?

Um modelo económico que precisa de crescimento

Para reduzir o desemprego precisa-se unha taxa de crescimento > 3%

O crescimento histórico do PIB en Espanha

Período Taxa media (%)

1850-1883 1,84 1883-1920 1,22 1920-1929 3,54 1929-1952 0,60 1952-1974 6,22 1974-2000 3,03 1850-2000 2,45

(10)

Crescimento

Um modelo económico que precisa de crescimento

Para reduzir o desemprego precisa-se unha taxa de crescimento > 3%

O crescimento histórico do PIB en Espanha

Período Taxa media (%)

1850-1883 1,84 1883-1920 1,22 1920-1929 3,54 1929-1952 0,60 1952-1974 6,22 1974-2000 3,03 1850-2000 2,45

Leandro Prados, El progreso económico de España, (1850-2000)

(11)

Crescimento

Que implica umha taxa de crescimento constante?

Ano 3 % 6 % 9 % 0 100 100 100 1 103 106 109 2 106,1 112,4 118,8 5 115,9 133,8 153,9 8 126,7 159,4 199,26 12 142,6 201,2 281,3 16 160,5 254,0 397,0 20 180,6 320,7 560,4 24 203,3 404,9 791,1 PIB (n) = 1 +₁₀₀T n PIB(0) TD = ln2 ln 1 + T 100 ≈ 70 T n = número de anos T = Taxa de crescimento TD = tempo de duplicaçom

(12)

Crescimento

Que implica umha taxa de crescimento constante?

Ano 3 % 6 % 9 % 0 100 100 100 1 103 106 109 2 106,1 112,4 118,8 5 115,9 133,8 153,9 8 126,7 159,4 199,26 12 142,6 201,2 281,3 16 160,5 254,0 397,0 20 180,6 320,7 560,4 24 203,3 404,9 791,1 PIB (n) = 1 +₁₀₀T n PIB(0) TD = ln2 ln 1 + T 100 ≈ 70 T n = número de anos T = Taxa de crescimento TD = tempo de duplicaçom

(13)

Crescimento

Crescimento con taxa de crescimento constante

0 TD 2 TD N 2N 4N 8N 16N 32N 64N 3 TD 4 TD 5 TD 6 TD Tempo Tamaño

(14)

(15)

Crescimento

É possível um crescimento constante?

Desmaterializaçom da economia?

Consumo galáctico

Do the math - Tom Murphy

1014 1018 1022 1026 1030 1034 1038 Oceanos fervendo

solar − Superfície terrestre 20%

solar Terra 100%

Total Sol

Total Galaxia

Expulsom mouriscos

Francesada 1ª predica de Maomé

Partenon

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 Tempo em anos a partir de 2010

(16)

Crescimento

É possível um crescimento constante?

Desmaterializaçom da economia?

Para a sociedade funcionar precisa energia

Dados: PIB do Banco Mundial, consumo dos BP - Statistic Review of World Energy

0 0 10 20 30 40 50 60 70 12

PIB vs consumo energético mundial, de 1965 a 2012.

PIB (10 $ constantes de 2012)

20 40 60 80 100 120 140 160

Consumo de energia (PWh) y = 0,6 x − 14,7

R² = 0,987

(17)

Energia, usos e consumo Crescimento Combustíveis fosséis Transiçom energética Petróleo Energia neta Gas natural e carvom

Limites de emissões de gases de efeito estufa

Descobertas de jazigos de petróleo cru

Fonte: Aspo Ireland Newsletter 100 - April 2009

Burgan (Koweit) Ghawar (Arábia Saudita) Samotlor (Rússia) Cantarell (México) Prudhoe (Alasca) Kashagan Cazaquistám 1930 1950 1970 1990 2010 2030 2050 Mar do Norte Descobertas futuras Petróleo convencional 0 10 20 30 40 50 60

Milheiros de Milhões de barris por ano (Gb/a)

Produçom Descobertas passadas

(18)

Descobertas de hidrocarburos líquidos

Fonte: O. Appert (2013), L’évolution des reserves en hydrocarbures: historique et tendances. La revue des Ingénieurs, InterMines, 11-13.

2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Descobertas de hidrocarburos líquidos

Ano

G

b

p

e

(19)

Extraçom mundial de petróleo

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100 1.325 1.297

Milhares de milhões de barris

(20)

Extraçom mundial de petróleo

2047 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100 1.325 1.297

Ano

(21)

Extraçom mundial de petróleo

2047 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100 1.325 1.297 2053

(22)

Extraçom mundial de petróleo

2047 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100 1.325 1.297 2053 2021

Ano

(23)

Energia, usos e consumo Crescimento Combustíveis fosséis Transiçom energética Petróleo Energia neta

Gas natural e carvom

Energia neta e Taxa de Retorno Energético

Energia útil do petróleo, Eu

Energia investida para a extraçom, Ein

A energia neta: Enet= Eu− Ein

Taxa de Retorno Energético: TRE = Eu

Ein Enet(%) = Eu− Ein Eu ·100 = 1 − 1 TRE ·100 TRE = 100 100 − Enet(%)

(24)

Energia neta e Taxa de Retorno Energético

Energia útil do petróleo, Eu

Energia investida para a extraçom, Ein

A energia neta: Enet= Eu− Ein

Taxa de Retorno Energético: TRE = Eu

Ein Enet(%) = Eu− Ein Eu ·100 = 1 − 1 TRE ·100 TRE = 100 100 − Enet(%)

(25)

Evoluçom da TRE do petróleo

Murphy D.J. (2014). The implications of the declining energy return on investiment of oil production. Phil. Trans. R. Soc. A 372:20130126.

Petróleo TRE média Enet

EUA nos 1930s 100 99% EUA nos 1970s 20 95% Mundo em 2000 30 97% EUA nos 2014 11 91% Mundo em 2014 17 94% Augas ultra-profundas <10 <90% Areas bituminosas 5 80% Petróleo de xistos 1,5 33%

(26)

Exploraçom de petróleo offshore no Brasil

Aumenta a profundidade ⇒ diminui a TRE

(27)

Petróleo: Quanta energia neta fica?

2047 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100 1.325 1.297 2053 2021

(28)

Gas natural e carvom

Dados: BP Statistical Review of World Energy June 2014

Gas Natural Carvom

TREST 18 55

TREe 7 18

Reservas 2013 185,7 Tm³ 891,5 Gt

Consumo

tendencial 39 anos 78 anos

Consumo

constante 2013 51 anos 188 anos

Transporte Gasodutos, GNL Pouco cómodo

Poluente Pouco: CO2 _SOMuito: CO2++,

2, NOX, Hg, ...

Combustível

para transporte Médio Difícil

(29)

Mudanças climáticas

Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas

2°C ←limite do aumento da temperatura global

Aumento sobre a temperatura preindustrial (até agora é 0,8°C) 50% probabilidade se as emissões < 1 100 Gt CO2e

Para manter-se dentro dos limites1

33 % das reservas de petróleo

50 % das reservas de gás natural

80 % das reservas de carvom

deveriam permanecer sem extrair no período 2011 a 2050 1_{McGlade C & Ekins P (2015), The geographical distribution of fossil fuel} unused when limiting global warming to 2°C, Nature 517, 187-190.

(30)

Energia, usos e consumo Crescimento Combustíveis fosséis Transiçom energética Hidroeléctrica Energia eólica Fotovoltaica

Transiçom energética

É possível substituir os combustíveis fósseis?

±Abundantes Nicho Nuclear Hidráulica Eólica Biomassa Solar eléctrica Solar térmica Geotérmica Mareomotriz Ondomotriz

(31)

Cenários energéticos para a Galiza em 2050

É possível umha Galiza sem emitir gases de efeito estufa?

Consumo galego em 2012

Global = 73,6 TWh/ano ⇒ 201 GWh/dia

Per capita = 26,6 MWh/ano ⇒ 72,7 kWh/dia

Consumo global galego em 2050 (GWh/dia)

Populaçom (projeções do IGE) 1 762 000 2 428 000 3 304 000 Consumo = 73 kWh

pessoa dia 129 177 241

Consumo = 186 kWh

(32)

Cenários energéticos para a Galiza em 2050

É possível umha Galiza sem emitir gases de efeito estufa?

Consumo galego em 2012

Global = 73,6 TWh/ano ⇒ 201 GWh/dia

Per capita = 26,6 MWh/ano ⇒ 72,7 kWh/dia

Consumo global galego em 2050 (GWh/dia)

Populaçom (projeções do IGE) 1 762 000 2 428 000 3 304 000

Consumo = 73 kWh

Consumo = 186 kWh

(33)

Potência hidráulica instalada na Galiza

Fonte: INEGA 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2,5 2,7 2,9 3,1 3,3 3,5 3,7 P ot ên ci a in st a la da ( G W )

(34)

Nom se pode produzir muita mais energia hidroeléctrica

Energia média produzida nos últimos anos = 7,25 TWh/a

2,9 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Potência instalada (GW) E ne rg ia p ro d u zi d a (T W h )

(35)

Energia hidroeléctrica/precipitações vs Potência instalada

Nom se aprecia que haja correlaçom

2,9 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 2 3 4 5 6 7 8 9

Potência elétrica instalada (GW)

E ne rg ia /P re ci p ita çõ e s (G W h/ m m )

(36)

Produçom eólica na Galiza

Electricidade de origem eólico

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Potência instalada (GW) Energia produzida (TWh)

(37)

Potencial eólico da Galiza

Evaluación del potencial de las fuentes de energía renovables

(PER 2011-2020) - IDAE

potencial galego = 95-105 TWh/a

O estudo nom tem em conta a lei de conservaçom da energia De Castro C, Mediavilla M, Miguel L.J e Frechoso F. (2011).

Global wind power potencial: Physical and technological limits. Energy Policy 39, 6677-6682.

8 760 TWh/a em todo o mundo

(38)

Potencial eólico da Galiza

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 f(x) = 2,413x - 0,284 R² = 0,983 Potência instalada (GW) E ne rg ia p ro du zi da ( T W h)

Energia eólica global (camada inferior da atmosfera) = 876 PWh/a Correspondem à Galiza = 51 TWh/a aproveitáveis =17 TWh/a

(39)

Potencial eólico da Galiza

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 f(x) = 2,413x - 0,284 R² = 0,983 Potência instalada (GW) E ne rg ia p ro du zi da ( T W h)

Energia eólica global (camada inferior da atmosfera) = 876 PWh/a

(40)

Quanta energia adicional precisamos?

Hidroeléctrica = 7 TWh/a

Eólica = 17 TWh/a Biomassa = 10 TWh/a

Total = 34 TWh/a ⇒ 93 GWh/d

Energia adicional em 2050 (GWh/dia) Populaçom Baixa Tendencial Alta

Consumo constante 36 84 148

Consumo crescente 142 359 521

(41)

Quanta energia adicional precisamos?

Hidroeléctrica = 7 TWh/a

Eólica = 17 TWh/a Biomassa = 10 TWh/a

Total = 34 TWh/a ⇒ 93 GWh/d

Energia adicional em 2050 (GWh/dia)

Populaçom Baixa Tendencial Alta

Consumo constante 36 84 148

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Insolaçom diária na Galiza

A insolaçom média = 3,71 kWh/m² dia = 3,71 GWh/km² dia

JaneiroFevereiroMarço Abril Maio Junho Julho AgostoSetembroOutubroNovembroDezembro 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 Corunha Santiago Vigo K w h /m ² d ia

(43)

Superfície solar

PS= I · ρe· SS ⇒ SS = PS I · ρe 2012 ρe=0,125 · 0,67 · 0,207 = 0,017 2050 ρe=0,20 · 0,80 · 0,50 = 0,080 Superfície solar em 2050 ρe=0,017 ρe=0,08 Pop. Consumo PS(GWh/d) SS(km²) SS(%) SS(km²) SS(%) Baixa Cte 36 571 1,9 121 0,4 Tend. Cte 84 1 332 4,5 283 0,9 Tend. Cresc 359 5 692 19 1 210 4,1 Alta Cresc 521 8 261 28 1 755 5,9

(44)

Pontos por resolver

Escasseza de materiais (Ag, Cu, Nd, ...)

Custos (instalaçom solar)

∼ 45 - 630 % do PIB(2014) ∼ 3 - 14 % do PIB anualmente

Hidráulica, eólica, fotovoltaica –> electricidade

Calor: bombas de calor, solar térmica

Transporte: trens eléctricos, trolebuses, carros eléctricos

Eólica e Solar, fontes intermitentes

Baterias: caras, tempo de armazenamento curto

Encoros: bombeio de agua para cima, tempo de armaz. médio Falta armaz. a longo prazo (Hidrogénio ou Gás natural)

(45)

Pontos por resolver

Escasseza de materiais (Ag, Cu, Nd, ...) Custos (instalaçom solar)

Hidráulica, eólica, fotovoltaica –> electricidade

Calor: bombas de calor, solar térmica

(46)

Pontos por resolver

Hidráulica, eólica, fotovoltaica –> electricidade Calor: bombas de calor, solar térmica

(47)

Pontos por resolver

Hidráulica, eólica, fotovoltaica –> electricidade Calor: bombas de calor, solar térmica

Transporte: trens eléctricos, trolebuses, carros eléctricos Eólica e Solar, fontes intermitentes

(48)

Conclusões

1 O nosso planeta é finito

Num mundo finito nom é possível o crescimento constante Estamos a bater já com os límites biofísicos da Terra Cumpre adaptar-se as novas circunstâncias

2 Cumpre mudar a matriz energética do pais

Usando fontes de energias renováveis O processo nom vai ser fácil

Sem planificaçom vai ser impossível

(49)

Conclusões

1 O nosso planeta é finito

Num mundo finito nom é possível o crescimento constante Estamos a bater já com os límites biofísicos da Terra Cumpre adaptar-se as novas circunstâncias

2 Cumpre mudar a matriz energética do pais

Usando fontes de energias renováveis O processo nom vai ser fácil