ENERGÍAS ENERGÍAS ALTERNATIVASALTERNATIVAS

Introducción Introducción Una fuente de energía alternativa es aquella que puede suplir a las energías o fuentes energéticas actuales, ya sea por su menor efecto contaminante, o fundamentalmente por su posibilidad de renovación.

El abuso de las energías convencionales actuales hoy día tales como el petróleo la combustión de carbón entre otras acarrean consigo problemas de agravación progresiva como la contaminación, el aumento de los gases invernadero y la perforación de la capa de ozono. Por eso las energías alternativas nos ofrecen una solución

Se denomina energía renovable a la energía que se obtiene de fuentes

naturales virtualmente inagotables, unas por la inmensa cantidad de energía que contienen, y otras porque son capaces de regenerarse por medios naturales.

Un modelo económico como el actual que exige una demanda creciente de

energía debe basar su futura generación energética en el desarrollo

de estas energías “alternativas”.

¿ Que es Energía ¿ Que es Energía Renovable? Renovable?

Tipos de Energía Tipos de Energía

Energía solarEnergía eólicaEnergía geotérmicaEnergía de la biomasaResiduos sólidos urbanosEnergía del mar

No renovables Combustibles fósiles

Gas natural Carbón Petróleo Nucleares

Renovables Hidráulica Alternativas

SolarEólicaGeotérmicaDe la biomasaResiduos sólidos urbanosDel mar

Tipos de EnergíaTipos de Energía

Energías renovablesEnergías renovablesSon aquellas energías inagotables; bien

porque posean una enorme cantidad de energía o porque puedan generarse por medios naturales.

Al utilizarlas provocan un leve impacto medioambiental.

Son originadas por el Sol.

En la actualidadEn la actualidadPaíses desarrollados: 3% del total del

abastecimiento energético.Industria: fase de experimentación →

inopia tecnológica → no rentable.En el mundo:

◦ Mayor uso → producción eléctrica → 20%.En España:

◦ Producción eléctrica → 20%, superando a la nuclear en el año 2007.

Energía solarEnergía solarNúcleo solar → reacciones de fusión →

energía◦ Potencia: 4·1026 W.◦ Ondas electromagnéticas.

Esta energía llega a la Tierra → radiación◦ visible (luz), infrarroja y ultravioleta.

Total de energía solar que llega a la Tierra: 5,5·1024 J/año.

Incidencia en la Tierra:◦ Capas altas atmósfera: 1,38·103 W/m2.

◦ Restantes zonas depende de:

Hora del día.

Grado de contaminación atmosférica.

Inclinación de la Tierra respecto al Sol, (varía durante el año).

Condiciones meteorológicas.

A nivel terrestre: 1,2·103 W/m2 , aproximadamente.

Formas de aprovechamientoAprovechamos la energía solar respecto

a las dos formas fundamentales en que se manifiesta:◦ Calor → conversión térmica.

CT. Baja Ta. CT. Media Ta. CT. Alta Ta. → hornos y centrales solares. Aprovechamiento pasivo.

◦ Luz → conversión fotovoltaica.

Planos

Concentración

Reflectores

Refractores

Fijos

Móviles

Conversión térmicaSe emplean captadores o colectores para

obtener energía a partir del calor.Funcionamiento:

◦ Radiaciones solares inciden sobre el cuerpo → absorción de calor → elevación de Ta.

◦ Calor → es transmitido → fluido caloportador (agua).

Dependiendo de su color, el cuerpo absorbe las radiaciones (varía Ta) o las refleja (no varía Ta).

Conversión térmica de baja o media temperatura

Temperaturas poco elevadas.Se emplean en la obtención de sal y la

desalinización y potabilización del agua del mar.

Hay dos tipos (planos y de concentración): ◦ Planos: alcanzan Ta entre 60 y 80 oC. Uso:

calefacción de viviendas e invernaderos, climatización de piscinas y calentamiento de agua. Consiste en:

Caja metálica cubierta de un vidrio que impide el paso a la radiación infrarroja.

En su interior hay una lámina metálica negra que absorbe las radiaciones y aumenta la Ta.

Sobre ésta se apoya un sistema de tubos, por los que circula el fluido caloportador, que al calentarse emite rad. Infrarroja.

Éstas radiaciones, al no traspasar el vidrio elevan la Ta (efecto invernadero).

◦ De concentración: consiguen Ta entre 80 y 300 oC. Se emplea captadores de concentración → gran

superficie → envían mayor radiación al captador en sí.

Se clasifican en: Reflectores: mediante espejos reflejan las radiaciones. Refractores: por medio de lentes refractan las

radiaciones y las hacen coincidir en un mismo punto (lupa).

o bien, en: Móviles: se orientan para captar más radiación solar. Fijos: no se orientan ni se inclinan.

Conversión térmica de alta temperatura

Se obtienen Ta mayores de 300 oC.Según finalidad se clasifican en hornos y

centrales:◦ Hornos solares:

Fines experimentales: materiales refractarios, fusión de metales, etc.

Alcanzan temperaturas de hasta 6.000 oC. Formados por espejos heliostáticos colocados en

forma de parábola y que reflejan en un foco las radiaciones solares.

El horno solar más grande del mundo constituido por 63 espejos heliostáticos → Odeillo, construido en 1970 en Francia →1 MW de potencia.

◦ Centrales solares: Su fin es generar electricidad. Consiguen altas temperaturas. Mediante helióstatos reflejan la radiación solar y la

mandan a los receptores. Pueden ser: Distributed Collector System (DCS): varios helióstatos

actúan como concentradores y mandan la energía a receptores distribuidores.

Central Receiver System (CRS) o centrales solares de torre central: numerosos helióstatos disponen la energía a un único receptor instalado en una torre alta. La mayor de mundo fue construida en 1982 en Barstow,

California → 1818 helióstatos de 39,3 m2 → 10 MW de potencia.

Aprovechamiento pasivo del calorConsiste en elevar la temperatura de un

recinto:◦ Aislándolo del exterior mediante vidrio que

permita el paso a la radiación solar.◦ Instalando acumuladores → recolectan el

calor durante las horas de máxima irradiación → permitan su uso posteriormente (por la noche).

◦La orientación y el diseño del recinto son fundamentales.

Conversión fotovoltaicaTransformación luz solar → energía

eléctrica mediante → células solares o fotovoltaicas → efecto fotovoltaico.

Éste consiste en:◦ Luz del sol incide sobre las células de

material semiconductor (silicio), donde se produce la corriente eléctrica.

◦ Rendimiento es bajo: 25% e. luminosa es transformado e. eléctrica; también decrece al elevar la Ta.

Paneles o módulos fotovoltaicos◦ Se conectan varias células en serie para aumentar el

rendimiento → tensión: 6, 12 0 24 V; potencia: 3 y 45 W.◦ Estas células están protegidas por una cubierta interior

(silicona) y por una exterior (cristal).◦ Para acoplar el panel a otros y al suelo, se recubre con

un marco soporte. Además, se ensamblan eléctricamente unos paneles con otros y a un receptor.

Instalaciones fotovoltaicas◦ Consiste en la agrupación de numerosas paneles

fotovoltaicos.◦ Están provistas de:

Acumuladores: almacenan la e.eléct. no utilizada en forma de e. química ( baterías de plomo o níquel-cadmio).

Sistemas eléctricos de control y medida (sistemas de alarma).

Empleo de las células Empleo de las células fotovoltaicasfotovoltaicas

Centrales solares fotovoltaicas → fase de experimentación → no es rentable.

Pequeñas instalaciones → sistemas aislados de las redes de distribución.◦ Se usan fotocélulas que se activan cuando la luz

solar es mínima. ◦ Ejemplos: faros, alumbrado público en pueblos

pequeños o teléfonos de carretera.Viviendas → autoabastecimiento de casas

en lugares con gran irradiación solar.Satélites → suministro de energía.

VentajasVentajasNo contamina.Barata. Inagotable.

InconvenientesInconvenientes Irradiación solar irregular → lucro sólo por parte

algunas zonas.Centrales solares fot.→ fase de experimentación

→no rentable.Habilitación de grandes superficies → daños en

el medioambiente y en los ecosistemas.Alto coste de las instalaciones.Bajo rendimiento.Producción y conservación de paneles

fotovoltaico contamina.

En EspañaEn EspañaZona con numerosas horas de irradiación solar →

grandes posibilidades de aprovechamiento.Escaso desarrollo. Instalaciones de células solares → pequeñas y de

uso particular (mayoritariamente).La Plataforma Solar de Almería (Tabernas)

◦ constituida por tres centrales, ocupando 100 ha→ fase de experimentación → mejor situación orográfica.

◦ planta desalinizadora.Central fot. De San Agustín de Guadalix (Madrid,

1985) → potencia 0,1 MW →superficie colectora: 955m2.

C.f. de Puebla de Montalbán (Toledo, 1994) →potencia: 1MW → s.c.: 8.000 m2 .

Energía EólicaEnergía EólicaLa energía eólica es la energía cinética

del viento.Proviene del Sol. Al calentarse masas de

aire de la atmósfera, se producen diferencias de presión que originan el movimiento del aire desde las zonas de altas presiones a las de bajas.

Maquinas EólicasMaquinas EólicasLas maquinas eólicas o

aerogeneradores:◦ Son dispositivos destinados al

aprovechamiento de la energía eólica, la cuál transforman en energía eléctrica y mecánica.

◦ Están provistas de hélices.◦ Se sitúan a gran altura y en

terrenos despejados.

Energía eólica

Tipos de Máquinas EólicasTipos de Máquinas EólicasEje horizontal: son las más desarrolladas.

El eje es paralelo al viento, el cual incide en las palas y las hace girar.

◦ Molinos de viento clásicos: Siglo XII, estructura sobre un poste. La orientación del viento se realizaba manualmente. Siglo XV, surgió el molino de torre, en donde las aspas estaban fijas en el techo.

o Máquinas eólicas de eje horizontal lentas: potencia entre 0,5 a 50 kW. Tienen hélices desde 12 a 24 aspas y un diámetro de 6 m.

o Máquinas eólicas de eje horizontal rápidas: potencia superior a 100 kW. Tienen hélices de 2 o 3 palas.

Eje vertical: se adaptan a cualquier dirección del viento. Reciben también el nombre de panémonas. Producen potencias bajas.

Centrales EólicasCentrales EólicasSon instalaciones que transforman la

energía eólica en energía eléctrica. Actualmente, utilizan aerogeneradores

de eje horizontal de dos o tres palas. Se encuentran en lo alto de una torre.

Funcionamiento el viento incide sobre la hélice del aerogenerador ésta gira y el movimiento de rotación se transmite al generador que produce la corriente eléctrica.

Se elimina la elect. estática producida por el rozamiento entre el viento y las aspas, conectando el generador a tierra.

Esta corriente se transporta por medio de cables conductores hasta un centro de control.

Es aquí donde se almacena en acumuladores o se distribuye a lugares de consumo.

Se utiliza una fuente auxiliar para que se suministre energía eléctrica en todo momento.

Se usa un volante de inercia para regular la velocidad de las aspas de la hélice.

Ventajas e inconvenientesVentajas e inconvenientesVentajas es una energía limpia,

gratuita e inagotable.Inconvenientes:

◦ La fabricación de las maquinas es muy cara.

◦ La producción de la energía es discontinua, ya que depende del viento que haga.

◦ Existen grandes dificultades para el almacenamiento y transporte.

◦ El viento transporta partículas abrasivas que pueden dañar las aspas.

En EspañaEn EspañaMayor aprovechamiento de la

energía eólica: Canarias, Cádiz, Galicia y el valle del Ebro. En estos lugares el viento sopla de forma continua y con bastante intensidad.

Los 500 parques eólicos españoles funcionan sólo al 50% ya que el viento no les permite alcanzar su máxima potencia.

España ocupa el segundo lugar de producción junto con Estados Unidos.

MéxicoMéxicoLa república mexicana cuenta con

varias regiones que gozan de vientos fuertes y constantes.

En México, la central eólica de la Ventosa en Oaxaca es la mas importante y operada por CFE, con una capacidad instalada de 1.5 MW y una capacidad adicional en aerogeneradores y aerobombas.

En el 2007 se inauguro La Ventosa IIProyecto de La Ventosa III

Energía GeotérmicaEnergía GeotérmicaCalor almacenado en el interior de la

Tierra.Su origen se debe al vulcanismo y a la

radiactividad de las rocas.

Métodos de explotaciónMétodos de explotación

La explotación con fines prácticos se puede llevar a cabo mediante el aprovechamiento del:◦ Agua líquida o gaseosa: que fluye de forma

natural a la superficie.◦ Aumento de temperatura: que se observa al

profundizar en el interior de la Tierra.

Tipos de energía Tipos de energía geotérmicageotérmica

Geotermia de alta temperatura: ◦ Zona: magma (150-500 ºC) y de 1500 a 10.000

m de profundidad. ◦ El agua estancada llega al exterior a través de

poros y grietas. Si dicha agua se encuentra almacenada entre rocas impermeables, se recurre a perforaciones; y si no la hubiese, se inyecta agua fría y se recogería a elevada temperatura por medio de un pozo de extracción.

◦ El agua caliente en forma de vapor se conduce a un grupo turbina-alternador energía eléctrica.

Geotermia de baja temperatura (<150 ºC):el agua es utilizado para calefacción de viviendas e industrias.

VentajasVentajaso Es una energía limpia.o Su suministro es regular, lo que permite efectuar

todo tipo de previsiones de abastecimiento.o Es una energía inagotable.

InconvenientesInconvenienteso Zonas de aprovechamiento con gran

actividad geológica (sísmica, volcanes) Alto coste de las instalaciones.

o Producen un gran impacto en el paisaje y alteran el ecosistema de la zona.

En EspañaEn EspañaEl aprovechamiento de la energía geotérmica

es prácticamente irrelevante, un 0’1%.La energía de baja temperatura es usada en

balnearios, invernaderos, bombas de calor en algunas industrias, etc.

Las zonas españoles donde el aprovechamiento de la energía geotérmica es mayor se encuentra en Cataluña, Madrid, Burgos, Andalucía y Canarias

En la Isla de Lanzarote se registran temperaturas de 500ºC a tan solo 3m. de profundidad.

Energía de la BiomasaEnergía de la BiomasaBiomasa es toda la materia orgánica de origen

vegetal o animal y la obtenida a partir de ésta mediante transformaciones naturales o artificiales.

Plantas: mediante la fotosíntesis, en presencia de luz sola. Absorben agua y sales minerales del suelo y CO2 , formando hidratos de carbono y oxígeno, que vuelve a la atmósfera. Este proceso absorbe energía, que queda en las plantas.

Animales: aprovechan la biomasa de las plantas, quedándose con la energía, y transformándose la biomasa vegetal en animal.

Fuentes de biomasaFuentes de biomasaResiduos agrarios.Residuos forestales. Residuos industriales. Cultivos vegetales energéticos.

Conversión energéticas de la Conversión energéticas de la biomasabiomasa

La cantidad total de energía solar almacenada en la biosfera en forma de biomasa es del orden de 1’5.10 22 J.

El aprovechamiento puede ser:◦ Métodos termoquímicos:

Combustión directa: al quemar la biomasa en presencia de oxígeno, desprende calor que puede ser usado directamente en lugares de consumo.

Pirólisis: descomposición de la biomasa a elevada temperatura y en ausencia de oxígeno, en gasógenos.

Conversión energéticas de la Conversión energéticas de la biomasabiomasa

o Métodos bioquímicos: procesos en presencia de microorganismos.• Fermentación alcohólica: transformación de

los hidratos de carbono en etanol, en presencia de oxígeno.

• Digestión anaerobia: proceso por el cual la acción de determinadas bacterias, en ausencia de oxígeno y temperaturas de 30ºC, transforman la biomasa en biogás.

• Foto producción de combustibles: la acción de ciertos microorganismos, a partir del agua y de compuestos orgánicos se obtiene hidrógeno.

VentajasVentajaso No hay contaminación artificial.o Disminuyo el riesgo de incendios en los

bosques.o Reduce la utilización de energías no renovables.

InconvenientesInconvenienteso Riesgo de agotamiento de la masa vegetal.o Difícil aprovechamiento de la biomasa

acuática.o El aprovechamiento de la biomasa requiere

la utilización de otro tipo de energía.o Genera dióxido de carbono.

Energía de los residuos Energía de los residuos sólidos urbanossólidos urbanos

Sistema de tratamiento y eliminación de sustancias inservibles producidas por la actividad humana.◦ Materia orgánica, papel, carbón, vidrio, plástico,

textiles, etc.◦ Son sometidas a cuatro tratamientos:

Vertido: acumulación de residuos que son recubiertos para evitar que contaminen. Si se realiza en áreas preparadas → v. controlado (58%).; si no → v. incontrolado (15%).

Compostaje: fermentación de los residuos par utilizarlos como abono o combustible (biogás). (17%).

Incineración: producción de e. calorífica quemando los residuos combustibles → aprovechar para calefacción o otros tipos de energía. (6%).

Reciclado: reutilizar los residuos como materia prima.

Energía marítimaEnergía marítima

Una gigantesca cantidad de radiación solar incide por día en el agua del mar. (Equivale a 2,5·1010 barriles de petróleo).

Atracción gravitatoria de la Luna y la Tierra → mareas → diferencia de e. potencial gravitatoria del agua.

Corrientes marinas y viento → olas.

Energía mareomotrizEnergía mareomotrizLas centrales mareomotrices se instalan

en estuarios o cerca de la plataforma continental.

Condicionantes y requisitos:◦ La amplitud de las mareas ha de ser mayor

de 10 m.◦ Instalación de un dique con compuertas que

separe la costa del mar. En pleamar → se cierra el dique y se

retiene el agua. En bajamar → se abran las compuertas →

agua acciona la turbina unida al generador → origina e. eléctrica.

La mayor central mareomotriz se encuentra en el estuario del Rance (Francia)

En este mismo lugar la EDF instaló una central eléctrica mareomotriz. Funcionó durante varias décadas, produciendo electricidad para cubrir las necesidades de una ciudad como Rennes (el 3% de las necesidades de Bretaña). El coste del kwh resultó similar o más barato que el de una central eléctrica convencional, sin el coste de emisiones de gases de efecto invernadero a la atmósfera ni consumo de combustibles fósiles ni los riesgos de las centrales nucleares.Sin embargo, los problemas medioambientales fueron bastante graves, como aterramiento del rio, cambios de salinidad en el estuario y sus proximidades y cambio del ecosistema antes y después de las instalaciones.

Otros proyectos similares, como el de una central mucho mayor prevista en Francia en la zona del Mont Saint Michel, o el de la Bahía de Fundy en Canadá, donde se dan hasta 10 metros de diferencia de marea.

Introducción

Fase de experimentación.El aprovechamiento de la e. cinética del

oleaje es difícil, costoso y de bajo rendimiento.

Consistiría en el uso de máquinas que produjeran energía gracias al movimiento de las olas.

Energía de las olasEnergía de las olas

Energía Solar MéxicoEnergía Solar México El primero de julio de este año se dio a conocer que un sistema

solar fotovoltaico autónomo entró en funcionamiento en el edificio del instituto de Ciencia y Tecnología. El sistema fue desarrollado por entre el Instituto Politécnico Nacional, la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) y la empresa Tollani.

El sistema consta de un panel solar de 4.1 W configurado por 20 módulos sobre estructura de aluminio. Para almacenar la energía cuenta con banco de 16 baterías de 48 voltios, de 700 Amps/hora. Esta instalación presenta una interesante novedad ya que cuenta con un sistema que monitorea en todo momento el consumo eléctrico del edificio y que calcula al mismo tiempo el ahorro de Co2 que se está obteniendo.

La instalación tuvo un costo de 1.300.000 pesos y tardo casi 5 meses en ejecutarse. Se estima que, acoplado a equipos de alto rendimiento, el sistema permitirá ahorrar 19.3 toneladas de gasóleo al año como promedio y evitará la emisión de 56 toneladas de Co2 a la atmósfera en el mismo periodo.

Introducción