INTRODUCCION A LAS ENERGIAS

RENOVABLES Y SISTEMAS HIBRIDOS

UNIVERSIDAD ANTONIO JOSE CAMACHO

INGENIERIA

REFLEXIONES…

• “vivimos en el seno de una sociedad que se basa en el desarrollo industrial para producir bienes y servicios que permiten su sostenimiento. Este modelo de sociedad, denominada sociedad industrial, y el de otra aun mas avanzada, a la que se le da el nombre de sociedad postindustrial, precisan consumir cantidades ingentes de materias primas y de energía para su funcionamiento. Ambos tipos de consumo se relacionan entre si, ya que sin consumir energía no seria posible elaborar las maquinas y dispositivos que permiten el funcionamiento físico del cuerpo social y, a su vez, el funcionamiento de estas estas maquinas y dispositivos contribuyen al gasto energético.”

• “La cantidad de energía que una sociedad consume y la eficiencia con la que la transforma y la utiliza constituyen hoy en día criterios que permiten diagnosticar su grado de desarrollo. Se han producido correlaciones entre consumo energético y nivel de vida. Así, se puede afirmar que, en general, el incremento en el nivel de desarrollo de una nación esta asociado a un mayor consumo energético y a una mayor capacidad en el uso y transformación de la energía de forma eficiente.”

Jaime González Velasco

Fuentes de origen de las Energías

Renovables.

Sol

Gravedad

Rotación de la tierra y

Calor interno de la tierra

Radiacion Solar

• Calor latente, evaporación, precipitación, energía potencial (centrales hidroeléctricas) • Calor sensible de baja temperatura (calentadores de agua y calefacción) y alta temperatura (concentradores

solares para generar electricidad) • Calentamiento diferencial, vientos, corrientes marinas y oleajes. Energía cinética. (energía eólica, energía

eléctrica a partir del oleaje). • Fotosíntesis (biomasa, bio-combustibles, bio-carburantes) • Energía fotonica (generación fotovoltaica)

Calor de la tierra

• Calor de baja temperatura (calefacción y agua caliente) • Calor de alta temperatura (generación de electricidad en instalaciones geotérmicas)

Gravitación y el movimiento

orbital

• Levantamiento de aguas oceánicas, mareas, energía potencial del agua (generación de electricidad en centrales mareomotrices)

Las Energías Renovables…

TIPOS DE ENERGIAS

RENOVABLES…

1. Biomasa

• DEFINICION: … Es toda masa viviente que existe sobre la Tierra. … Es una estrecha capa superficial de la misma denominada Biosfera. … La biomasa constituye un sistema que la naturaleza utiliza para almacenar energía. Origen ----------- ENERGIA SOLAR • Aunque de los 173.000 TW que llegan del sol a la tierra en forma de radiaciones de distinta longitud de onda solo 40 TW (menos del 0.5%) se convierten en materia orgánica por el proceso de fotosíntesis, ello es equivalente aproximadamente a tres veces el consumo mundial de energía primaria en la actualidad. • La biomasa constituye uno de los sistemas naturales de almacenamiento de energía solar, en este caso en forma de energía química.

Cuando se habla de biomasa se hace referencia a un almacenamiento de energía solar reciente, pues los propios combustibles fósiles son biomasa que ha sido procesada por la naturaleza a lo largo de millones de años, hasta llegar a convertirse en combustibles con una densidad de energía mayor que la de la biomasa de producción reciente. La densidad de energía es la cantidad de energía contenida en la unidad de masa del combustible considerado.

• Los Biocombustibles son cualquiera de los combustibles sólidos, líquidos o gaseosos que se derivan de los materiales orgánicos que forman parte de la biomasa. Pueden provenir directamente del reino vegetal, o indirectamente de desechos industriales, comerciales, domésticos o agrícolas. Pueden obtenerse a partir de una gran variedad de materias primas y ser la consecuencia

de una serie de procesos diferentes.

Ventajas y desventajas de la producción

de energía a partir de la biomasa

Ventajas

• Ayuda al desarrollo de las cooperativas agrícolas locales, que encuentran en la venta de los restos vegetales de su producción un aporte económico más.

• Los biocombustibles no son tan contaminantes como los combustibles fósiles. Teóricamente neutros.

Desventajas e impactos

ambientales

• Las calderas de biomasa son las más caras, aunque poco a poco sus precios se van moderando.

• Se necesita espacio para almacenar el combustible. • Son de menor rendimiento energético que algunas

energías no renovables. • La demanda de cultivos para la fabricación del

combustible podría afectar los precios de los alimentos.

2. Geotérmica

•La tierra se comporta mas como un sistema de almacenamiento de energía térmica que como un productor continuo de la misma. •Muchas áreas del mundo disponen de recursos geotérmicos accesibles, especialmente regiones del denominado Anillo de Fuego, áreas que bordean el Océano Pacífico, zonas de la falla continental y otros puntos calientes.

Ventajas, desventajas e impacto

ambiental de la producción de energía a

partir de la Geotérmica

Ventajas • Fuente renovable • Reduce consumo de combustible fósil

Desventajas e impactos

ambientales

• Uso y contaminación de aguas del entorno (arsénico, amoniaco, estroncio, entre otros).

• Debido a la ubicación en lugares de gran actividad tectónica, los lugares son propensos a gran actividad sísmica. Esta actividad se puede aumentar con la reinyección del agua.

• No se puede transportar la energía.

3. Pequeñas Centrales

Hidroeléctricas (PCH’s)

Pequeñas Centrales Hidroeléctricas

(PCH’s)

• Las pequeñas centrales hidroeléctricas (PCH’s) hacen referencia a la generación de energía hidroeléctrica con plantas inferiores a 20MW, dimensiones reducidas y bajo impacto ambiental.

• Al igual que en las plantas hidroeléctricas a gran escala, las PCH generan energía eléctrica mediante corrientes de agua que accionan turbinas.

Situación en Colombia de las PCH’s

Actualmente existen

aproximadamente 250

PCH’s instaladas en todo

el territorio Colombiano,

con una capacidad

instalada de 280MW

aproximadamente.

Ventajas y desventajas de la producción

de energía a partir de PCH’s

Ventajas

• Larga vida util. • Menor impacto ambiental que las Grandes Centrales

Hidroeléctricas. • Pocas perdidas en la transmisión. • Emisiones reducidas.

Desventajas e impactos

ambientales

• Costo inicial • Variabilidad del caudal. Poca capacidad de

almacenamiento.

4. Energía Eólica

Energía Eólica

• La energía eólica es aquella que permite la transformación de la energía cinética de las masas de viento a energía mecánica y posteriormente a energía eléctrica mediante un generador.

• Generalmente, un aerogenerador necesita una velocidad mínima de 3-5 m/s y alcanza su generación máxima a 12-14 m/s. A velocidades mas altas, el aerogenerador se bloquea por razones de seguridad. El bloqueo se puede realizar mediante frenos que ralentizan el rotor o con métodos basados en el fenómeno de perdida de sustentación, ocultando las palas al viento.

Energía Eólica

Situación de la Energía Eólica en Colombia

Capacidad instalada y adición de Energía Eólica en LAC. Fuente. PDFNCE

Situación de la Energía Eólica en Colombia

Situación de la Energía Eólica en Colombia

Estimación del potencial eólico de Colombia. Álvaro Pinilla.

Situación de la Energía Eólica en Colombia

Proyección de la participación de eólica en la matriz energética de Colombia.

Fuente. COCME

Situación de la Energía Eólica en Colombia

Ventajas y desventajas de la Energía Eólica

• Ventajas

▫ Su impacto al medio ambiente es mínimo

▫ El viento es una fuente de energía inagotable y abundante.

▫ En comparación con otras tecnologías aplicadas para electrificación rural

▫ Tiempos de instalación relativamente cortos. En condiciones especificas, un proyecto de 50 MW podría construirse en un año.

• Desventajas

▫ La variabilidad del viento. Baterías. La variabilidad del viento también afecta la calidad de la energía producida (voltaje y frecuencia).

▫ El alto costo inicial: en comparación con fuentes térmicas de generación, un proyecto eólico tiene un alto costo inicial.

▫ Cantidad de viento: es una opción factible y rentable sólo en sitios con suficiente viento, lo cual significa que no se puede aplicar en cualquier lugar.

▫ El impacto visual.

5. Energía Solar

Energía Solar Fotovoltaica

• La energía solar fotovoltaica es la resultante del proceso de transformación de energía solar a energía eléctrica, producido mediante elementos semiconductores denominados células fotovoltaicas.

Energía Solar

Porcentaje de radiación solar reflejada y absorbida por la Tierra.

Fuente. Soluciones Energéticas Alternativas.

Componentes de la radiación solar. Fuente. ABB

Energía Solar

Atlas solar. Fuente. ABB

Energía Solar Fotovoltaica

Situación de la Energía Solar Fotovoltaica en

Colombia

Situación de la Energía Solar Fotovoltaica en

Colombia

Sistema Solar Fotovoltaico de 2.8 kWp instalado en 1996 en la Venturosa,

Vichada. Proporciona energía eléctrica a una comunidad de 12 familias y un

centro escolar. Fuente. Humberto Rodríguez Murcia.

Situación de la Energía Solar Fotovoltaica en

Colombia

Sistema Solar Fotovoltaico de 3.4 kWp del oleoducto Caño Limon-Coveñas. En

operación desde hace mas de 20 años. Fuente. Humberto Rodríguez Murcia.

Ventajas y desventajas de la energía

solar fotovoltaica

• Ventajas

▫ Facilidad de Instalación

▫ Disponibilidad de recurso

▫ Rango de potencia

▫ Larga vida útil

▫ Escaso mantenimiento

▫ Escalabilidad

▫ Confiabilidad

▫ Bajos costos de operación

▫ Grandes aplicaciones

• Desventajas

• Densidad de potencia • Conexión a red • Costo inicial

Energía Solar Térmica

La energía solar térmica, es el uso de la energía solar para generar calor. La aplicación mas eficiente es el calentamiento de agua para usos sanitarios y también para piscinas.

Energía Solar Térmica

Las soluciones tecnológicas actualmente disponibles se pueden clasificar en tres categorías:

▫ Colectores no protegidos o desnudos

▫ Colectores solares de placa plana.

▫ Colectores solares de tubo evacuado.

De la misma manera, los calentadores solares pueden funcionar bajo dos principios:

▫ Por gravedad

▫ Presurizados

Ventajas y desventajas de la Energía

Solar Térmica

• Ventajas ▫ Alta eficiencia con radiación difusa. Se pueden alcanzar

temperaturas de hasta 40 grados en estas circunstancias.

▫ Cero emisiones.

▫ Permiten ahorros importantes en el consumo de electricidad o gas.

▫ Tiempo de amortización relativamente corto

• Desventajas ▫ Los sistemas presurizados pueden tener una inversión inicial mas

alta.

▫ Los tubos de vacío pueden ser vulnerables a daños por ser hechos usualmente en vidrio.

Bibliografía

• Plan de Desarrollo para las Fuentes No Convencionales de Energía (PDFNCE). UPME, 2010.

• Energías Renovables, Jaime González Velasco.

• Cuaderno de aplicaciones técnicas No. 10. ABB.

• Observatory of Renewable Energy in Latin America and The Caribbean. Final Report.

• REN 21. Global Status Report. http://www.ren21.net/

• http://cocme.org/