Er (energía Y Medioambiente) 3zp2q

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SITUACIÓN ENERGÉTICA NACIONAL Y MUNDIAL

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¿Qué pasa el recurso energético actual?.

ENERGÍAS NO RENOVABLES

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Energía nuclear de fisión 







Tiene origen en la ruptura por el bombardeo de protones del núcleo de ciertos elementos pesados (uranio, torio, protonio). El uranio es el único elemento en naturaleza que puede ser fisionable (puede utilizarse en un reactor nuclear). Posee 8 isotopos (átomos de un mismo elemento que tienen diferentes neutrones, y por tanto diferente masa), siendo los más abundantes el U234, U-235 y U-238. Si el núcleo de un átomo U-235 es alcanzado por un neutrón, se rompe en dos átomos más ligeros que salen desplazados a gran velocidad. ABE

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Energía nuclear de fisión 





Al formarse dos nuevos átomos, libera dos o más neutrones y una intensa radiación gamma (; radiaciones ionizantes, frecuencias superiores a 1019 Hz.) Los neutrones pueden impactar con los núcleos de otros átomos U-235, liberando una reacción en cadena. Para que la reacción no sea explosiva, se considera un “moderador” que frene la velocidad de los neutrones (Agua). En los reactores se emplean unos absorbedores de neutrones para parar la reacción (varillas de control).

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Central Nuclear

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Energía nuclear de fisión Uranio

Potencial energético

1 Tn U235=10000 Ton petróleo

Forma de aprovechamiento

Producción de calor

Duración prevista

27.8 años

Países con reservas

Kazakhstan, Canadá, Usa, Sudáfrica, Namibia, Brasil

Consumo

Usa, Francia, Japón, Alemania, Rusia, Corea del Sur, Canadá, Ucrania

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Energía nuclear de fusión 

  



Fusión de dos núcleos atómicos para dar lugar a la aparición de otro núcleo más pesado, pero algo menos que la suma de los dos iniciales. La diferencia se transforma en energía según: E=mc2 Se necesita acercar los núcleos lo suficiente venciendo las fuerzas de repulsión culombianas. La alta presión, densidad y temperatura, permite que los electrones se liberen de los núcleos y se alcance un estado de la materia denominado “plasma”. En estas condiciones la cercanía de los núcleos, además de la elevada energía, permite vencer la repulsión culombiana y hacer posible las reacciones de fusión. ABE

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Energía nuclear de fusión 

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El Sol es un enorme reactor de fusión: Los átomos de H2, al unirse forman átomos de Helio He, que tiene una masa menor que el H2, liberando gran cantidad de energía. Para conseguir la fusión en la Tierra, se emplea hidrógeno pesado (deuterio) o superpesado (tritio).

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Planta de Fusión

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Deuterio y Tritio

Energía nuclear de fusión

Potencial energético

1 m3 de agua de mar=1025 átomos de deuterio (21H) =300 Tn de carbón. Tritio (31H) a partir de litio Los dos so teóricamente ilimitados

Forma de aprovechamiento

Producción de calor

Duración prevista

Ilimitados

Países con reservas Consumo

Inexistente, tecnologías en proceso de desarrollo*.

* En teoría sería la solución al problema de la energía, pues el combustible que requiere es el hidrógeno, que es muy abundante. Además es un proceso que, en principio, produce muy escasa contaminación radiactiva. La principal dificultad es que estas reacciones son muy difíciles de controlar porque se necesitan ABE temperaturas de decenas de millones de grados centígrados para inducir la fusión y todavía, a pesar de que se está investigando con mucho interés, no hay reactores de fusión trabajando en ningún sitio.

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Energía del carbón Se originó por las masas vegetales enterradas bajo el subsuelo y sometidas a descomposición anaerobia y presión. La materia vegetal inicial se transforma en turba (perdiendo agua y gases). Al hundirse, aumenta la presión y la temperatura, y pierden más agua y O2 y N2, formándose lignito y carbones pardos. Mayor presión y temperatura, se transforma el carbón pardo en carbón bituminoso (hulla). Y en su fase final de compresión y expulsión da gases, se tiene la antracita de gran poder calorífico (pero arde con dificultad). ABE

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Energía del carbón Carbón

Potencial energético

Madera= 5,491 kWh/kg Turba= 5,18 kWh/kg Lignito= 7,55 kWh/kg Hulla= 8,91 kWh/kg Antracita= 9,04 kWh/kg

Forma de aprovechamiento

Producción de calor (hay otros usos)

Duración prevista

147 años

Países con reservas

Asia-Oceanía, Rusia, China, India, Australia, Sudáfrica, Ucrania.

Consumo

China, USA, India, Rusia, Sudáfrica, Alemania. ABE

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Energía del petróleo y del gas natural En su mayoría formado por el plancton de los océanos que cuando mueren se concentran en el fondo del mar. También por otros animales y vegetales en lagunas o desembocaduras de ríos. Estos restos se concentraron en los fondos marinos, formándose unos lodos de bacterias anaerobias, que se fermentaron convirtiéndose en una masa pastosa compuesta por C2, H2, y carente de O2. Se necesita gran velocidad de acumulación de los sedimentos o baja concentración de oxígeno (la materia orgánica no debe oxidarse antes de que sea enterrada). La presión y temperatura convierten estos sedimentos en hidrocarburos. Si el calor es elevado, parte de estos sedimentos se convierten en gas natural.

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Energía del petróleo Petróleo Potencial energético

1 kg de petróleo = 11 kWh

Forma de aprovechamiento

Producción de calor (a más de compuestos químicos)

Duración prevista

40 años

Países con reservas

Arabia Saudita, Irán, Irak, Kuwait, Emiratos Árabes Unidos, Venezuela, Rusia.

Consumo

USA, China, Japón, Alemania, Rusia, Corea del Sur, Francia, Reino Unido. ABE

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Energía del gas natural Gas Natural Potencial energético

1000m3 de gas natural = 900 kg de petróleo

Forma de aprovechamiento

Producción de calor (calefacción, cocción, electricidad)

Duración prevista

60 años

Países con reservas

Rusia, Irán, Arabia Saudita, Siria, USA, Emiratos Árabes Unidos, Argelia, Venezuela.

Consumo

USA, Rusia, Canadá, Reino Unido, Noruega. ABE

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14/01/2014 ¿PERSPECTIVAS DE LAS ENERGÍAS RENOVABLES… EN EL SECTOR ELÉCTRICO?.

ENERGÍAS RENOVABLES

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POTENCIA ELÉCTRICA INSTALADA (GW) A NIVEL MUNDIAL (2000)

Fuente: IEEE Power & Energy Magazine 2003

Consumo Energético 

El consumo de energía es uno de los grandes medidores del progreso y bienestar de una sociedad. El concepto de "crisis energética" aparece cuando las fuentes de energía de las que se abastece la sociedad se agotan. Un modelo económico como el actual, cuyo funcionamiento depende de un continuo crecimiento, exige también una demanda igualmente creciente de energía.

Consumo energético en el mundo

La Tierra de noche usa el 37% de la energia electrica

Energías renovables ventajas 

Una energía alternativa, o más precisamente 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.

Energía Renovable costos y Tendencias

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Electricidad & Medioambiente 

Consumo de electricidad y vida moderna son sinónimos en el mundo industrializado.



Las comunicaciones, transporte, abastecimiento de alimentos, servicios de los hogares, oficinas y fábricas... dependen de un suministro fiable de energía eléctrica.



A medida que más países se industrializan se consumen cantidades de energía cada vez mayores.



En el 2000 sólo, 2000 millones tienen a la electricidad, se espera que para el 2020 se incremente un 40%. ABE

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Electricidad & Medioambiente El promedio del consumo de electricidad per cápita en el Ecuador es 667 kWh/hab (10 veces menor que en países industrializados).  Consumo mundial de energía se ha multiplicado por 25 desde el siglo pasado. 

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INTRODUCCIÓN 

En el Ecuador se está dando serios pasos para que la matriz de generación de energía eléctrica se diversifique, según el Ministerio de Electricidad y Energía Renovable del Ecuador, hasta 2020, se prevé un escenario del 80% de hidroelectricidad, complementado por un 10% de otro tipo de energías renovables (solar, eólica, etc.).



A más de ello, la creciente posibilidad de financiar proyectos vinculados a las energías renovables, a través de los Mecanismos de Desarrollo Limpio hacen ver un posicionamiento cada vez más interesante de las fuentes no convencionales en el Ecuador.

Perspectivas para uso de la energía Por otro lado, según la Matriz Energética ecuatoriana, se prevé que para el 2020 la electricidad que consume el país sea generada por el 93,53% por plantas hidroeléctricas, 4,8% por térmicas, 0,57% por eólicas, 0,72% por geotérmica y 0,32% por biomasa. fossil fuel 5%

hydropowe r 50%

fossil fuel 50%

geothermal, photovoltaic, and wind power 2%

hydropower 93%

ENERGÍAS RENOVABLES CARACTERÍSTICAS: RECURSO DISTRIBUIDO

“TECNOLOGÍAS ACCESIBLES” QUE ESTÁN SIENDO ACCESIBLES

RECURSO GRATIS

E INAGOTABLE

AUTONOMÍA Y SEGURIDAD ENERGÉTICA APLICABLE EN PAÍSES EN DESARROLLO NO SUJETAS A POLÍTICAS ECONÓMICAS ELIMINA INCERTIDUMBRE EN EL PRECIO DEL RECURSO

ENERGÍAS RENOVABLES CARACTERÍSTICAS: CARÁCTER MODULAR

TECNOLOGÍAS LIMPIAS

DE BAJO IMPACTO AMBIENTAL

GENERACIÓN DE EMPLEO

UTILIZACIÓN DESENTRALIZADA

REDUCCIÓN DE EMISIONES DESARROLLO INTEGRAL

PANORAMA MUNDIAL DE LAS ENERGÍAS RENOVABLES. 7000 1000

Fotovoltaica [6.0 – 8.0] 1500

INVERSIÓN PROMEDIO (US$ /kW) [Rango]

Pequeñas Hidro [0.8 – 1.2]

2000 1400 1600 1200 600

Geotermia [1.2 – 1.8] Biomasa (25 MW combustión) [1.5 – 2.5] Eólico [0.8 – 2.0] Nuclear [1.6 – 2.2]

Carbón [1.0 – 1.3] Ciclo combinado a gas [0.4 – 0.8]

Costo promedio de inversión para diferentes tecnologías (Rango en miles de US$/kW)

Ecopuntos asociados a ocho tecnologías de generación eléctrica.

LAS ENERGÍAS RENOVABLES EN EL ECUADOR Situación a nivel nacional

En el 2012 (sin considerar la hidroelectricidad): la energía representó un 1.13 %. la potencia representó un 2.16 %.

INCENTIVOS PARA PROMOVER LAS ER EN EL ECUADOR

Mecanismos Fiscales

Instrumentos de Mercado

Incentivos Económicos

Objetivos Nacionales de Energías Renovables

impuestos a la energía o a las emisiones de contaminantes atmosféricos o de vertidos, o mediante exenciones fiscales.

como el comercio de derechos de emisión y el comercio de certificados verdes.

que permiten el fomento de las energías renovables, la cogeneración y los equipos de consumo eficiente. Se establece un precio de la energía dependiendo de la tecnología, o del tamaño de la planta.

disponer en un periodo un determinado porcentaje de energía eléctrica proveniente de fuentes renovables. se dispone de un porcentaje mínimo de fuentes de energía renovable entre la potencia de generación instalada.

INCENTIVOS PARA PROMOVER LAS ER EN EL ECUADOR

Incentivos Mecanismos Fiscales

Instrumentos de Mercado

Incentivos Económicos

Objetivos Nacionales de Energías Renovables

Código de la Producción

Protocolo de Kyoto

Precios de la Energía Producida con Recursos Energéticos Renovables no Convencionales

Plan Nacional del Buen Vivir 2010-2013

Decreto Ejecutivo 1815

Determinación de la Metodología para el Cálculo del Plazo y de los Precios Referenciales de los Proyectos de Generación y Autogeneración.

Políticas, Lineamientos y Objetivos del Sector Eléctrico.

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IMPACTOS EN LA ECONOMÍA (ECU)

Desde la regulación CONELEC 004/04, se considera un precio diferente para las energías que se instalasen en la Provincia de Galápagos. Estos precios resultan multiplicando los valores establecidos para proyectos ubicados en el territorio continental por un factor de 1.3 para centrales eólicas y 1.1 para las demás tecnologías

LEGISLACIÓN

Características de la ER (ECU) Regulación No. CONELEC – 004/11 La presente Regulación tiene como objetivo el establecimiento de los requisitos, precios, su período de vigencia, y forma de despacho para la energía eléctrica entregada al Sistema Nacional Interconectado y sistemas aislados, por los generadores que utilizan fuentes renovables no convencionales. Para los efectos de la presente Regulación, las energías renovables no convencionales comprenden las siguientes: eólica, biomasa, biogás, fotovoltaica, geotermia y centrales hidroeléctricas de hasta 50 MW de capacidad instalada. El CENACE despachará, de manera obligatoria y preferente, toda la energía eléctrica que las centrales que usan recursos renovables no convencionales entreguen al sistema, hasta el límite del 6%, de la capacidad instalada y operativa de los generadores del Sistema Nacional Interconectado El punto de entrega y medición de la energía producida por este tipo de plantas, será el punto de conexión con el Sistema de Transmisión o Distribución, adecuado técnicamente para entregar la energía producida. Los parámetros técnicos para la energía eléctrica suministrada por estos generadores, en el punto de entrega al SNI, serán los mismos que los establecidos para los generadores convencionales, señalados en las Regulaciones, que sobre la materia, estén vigentes.

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LEGISLACIÓN

Características de la ER (ECU) Regulación No. CONELEC – 004/11

Precios Preferentes Energía Renovables en (cUSD/kWh) 45 40

USD/kWh

35 30 25 20 15 10 5 0

Territorio Continental Territorio Insular de Galápagos

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EÓLICAS

FOTOVOLT AICAS

BIOMASA Y BIOGÁS< 5 MW

BIOMASA y BIOGÁS > 5 MW

GEOTÉRMI CAS

CENTRALE S HIDROELÉC TRICAS HASTA 10 MW

9,13 10,04

40,03 44,03

11,05 12,16

9,6 10,56

13,21 14,53

7,17 7,17

CENTRALE S HIDROELÉC TRICAS MAYORES A 10 MW HASTA 30 MW 6,88 6,88

CENTRALE S HIDROELÉC TRICAS MAYORES A 30 MW HASTA 50 MW 6,21 6,21

IMPACTOS EN LA ECONOMÍA (ECU) El recurso económico resulta un limitante así el costo de generar un kWh, con renovables es mayor que comparado con las tecnologías tradicionales. Por otro lado, la falta de capital humano que desarrolle propuestas, el escepticismo, la idiosincrasia, y la cultura, pudiesen ser factores determinantes a la hora de consolidar las tecnologías de generación no tradicional.

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IMPACTOS EN LA ELECTRIFICACIÓN RURAL (ECU) A finales de 2008, se estimó que el número de clientes residenciales de electricidad alcanzó los 3.553.593. Contrastando este dato con las estadísticas del INEC (Instituto Ecuatoriano de Estadísticas y Censos), Ecuador tenía, 13.805.095 habitantes. Con estos datos se estimo una cobertura del servicio eléctrico de 90,4 %; 92,79 % para el área urbana y 85,74 % el área rural.

La escalabilidad, y las características de funcionamiento aislado de algunas de las tecnologías renovables, permiten que estas sean instaladas en sectores en donde las redes de distribución no pueden llegar. En el Ecuador, especialmente la solar fotovoltaica se ha preferido para dotar de servicio a sectores aislados geográficamente. Para el periodo 2009-2012, se espera electrificar con sistemas fotovoltaicos 43 923 viviendas rurales (23.88% del total de viviendas a electrificar) (PME, 2009). El Ministerio de Electricidad y Energías Renovables, también promueve proyectos mini hidráulicos con el fin de electrificar en el área rural, pero estos son marginales.

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IMPACTOS EN LA ELECTRIFICACIÓN RURAL (ECU) La experiencia en el uso de tecnologías renovables para electrificación demuestra que para garantizar la sostenibilidad de estos proyectos en el tiempo, se necesita capacitación y el compromiso de la comunidad en donde se los inserte:

SOSTENIBILIDAD DE LA ELECTRIFICACION RURAL BASADA EN ENERGIAS RENOVABLES

· · · · · ·

Involucramiento de la comunidad Capacitación Mantenimiento preventivo Mantenimiento correctivo Cobro de tarifas istración y gestión

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IMPACTOS EN LA DIFERSIFICACIÓN ENERGÉTICA (ECU) El enorme potencial hidroeléctrico no aprovechado, parecería ser un limitante para la entrada de otras fuentes de energía. Son dos las vertientes que definen la ubicación de las centrales hidroeléctricas. Por un lado se tiene la vertiente del Amazonas y por otro lado la del Pacífico, con un potencial de 79% frente al 21%. Esta considerable diferencia evidencia un desequilibrio entre la producción entre las dos vertientes, que pudiendo ser complementarias, aún maximizándose su potencia, existirá un periodo de tres meses (octubre a diciembre), en el cuál la pluviosidad será escasa.

Periodo seco

Periodo seco Periodo lluvioso

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IMPACTOS EN LA DIFERSIFICACIÓN ENERGÉTICA (ECU)  La

entrada de generación renovable al Sistema Nacional Interconectado, evitaría no sólo el uso de tecnología limpia sino permitiría diversificar la matriz energética. Sin duda el aporte de energía sería marginal, pero también es necesario que en el país se gane experiencia en el diseño, construcción, operación y mantenimiento de este tipo de proyectos.

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ENERGÍA SOLAR

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Las tres Rutas de la Energía Solar

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Energía solar térmica de baja temperatura  Una

de las formas más rentables de aprovechar el Sol es convertir su energía en calor, que después se utilizará para producir agua caliente, calefacción, climatización, calentamiento de piscinas, producir frío u otra aplicación en donde se requiera elevar la temperatura de un fluido.

La energía se genera en los lugares próximos a los puntos de consumo, sirviendo de apoyo a las fuentes de energía convencional.

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Energía solar térmica de baja temperatura 

 

Un sistema solar térmico es un conjunto de componentes mecánicos, eléctricos, electrónicos que permiten captar energía solar disponible y transformarla en calor de forma que se pueda utilizar en diferentes necesidades. La principal aplicación suele ser para obtener agua caliente sanitaria ACS, (60º). Si bien es cierto otras aplicaciones también son factibles, pueden llegar a ser problemáticas por la estacionalidad del Sol. ABE

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Energía solar térmica de baja temperatura 

 

Calefacción (90ºC), podría ser implementada en sitios en donde la radiación es adecuada a lo largo del año. En extremas, sin embargo no hay complementaridad (invierno). Así no debe descartarse en el diseño el uso de producción térmica convencional. La figura muestra la radiación solar (España)

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Energía solar térmica de baja temperatura

Controladores energéticos

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Energía solar térmica de baja temperatura

Controladores energéticos

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Tecnologías de las centrales 





Concentración de la radiación solar => Mayores temperaturas (y potencias) Solo se puede concentrar la radiación solar directa, RD, => Requieren “seguimiento solar”. Diversas aplicaciones (Electricidad, Calor Alta Temp., co-generacíon, combustibles solares –H2-) Usualmente distinguidas por la forma del concentrador. Las mas usadas: • Concentradores cilindro-parabólicos • Concentradores con receptor central (en Torre) • Discos parabólicos

Sistemas de concentración solar por reflexión más utilizados 2D Espejo curvado

Tubo Absorbedor Tubo absorbedor y reconcentrador

Espejo curvado Tubería fluido térmico

Cilindro-parabólicos

Fresnel Lineal

Sistemas de concentración solar por reflexión más utilizados 3D Receptor Central Receptor/ Motor Reflect or

Helióstatos

Discos parabólicos

Receptor Central

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ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA INSTALACIONES SOLARES FOTOVOLTAICAS

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Tipos de SSF

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2 ENERGÍA DEL VIENTO

El viento origen

ENERGÍA DEL VIENTO Origen del viento Fuerza de Coriolis, debida al movimiento de rotación de la tierra.  Sólo

actúa sobre los cuerpos no fijos. Siempre deflecta el movimiento hacia la izquierda (derecha) en el hemisferio sur (norte).  La fuerza de Coriolis afecta a las direcciones del viento en el globo.

ENERGÍA DEL VIENTO Origen del viento

Las distintas partes del planeta reciben diferente radiación, lo que da lugar a zonas más calientes y más frías. Para contrarrestar esto se producen movimientos de las masas de aire que están encima de esas zonas, provocando los vientos. a. Sobre una superficie horizontal. b. Irradiancia absorbida por la Tierra y c. Irradiancia radiada por la Tierra al espacio exterior.

Origen del viento  El

viento es toda

Masa de aire en movimiento, que surge como consecuencia del desigual calentamiento de la superficie terrestre que son la fuente de energía eólica, o mejor dicho, la energía mecánica que en forma de energía cinética transporta el aire en movimiento.

 La

Tierra funciona

una gran máquina térmica que transforma parte del calor solar en la energía cinética del viento.

 La

energía eólica

Tiene como ventajas la de ser inagotable, gratuita y no lesiva al medio ambiente, pero es dispersa y aleatoria.

Clases de viento Vientos locales Brisas marinas:

Vientos de valle y montaña: Viento de cañón

Vientos de valle y montaña: Vientos de valle o anabáticos

Vientos de montaña o catabáticos

Ley de Betz. El frenado ideal del viento Cuanto mayor sea la energía cinética que un aerogenerador extraiga del viento, mayor será la ralentización que sufrirá el viento que deja el aerogenerador por su parte izquierda en el dibujo. 1.

2. 3.

Si se extrae toda la energía cinética la velocidad será nula, ya que no saldría el aire, el rotor no recibiría aire y la potencia sería cero. En el caso extremo V1=V2, no se extrae nada por lo cual la potencia también sería cero. Debe haber alguna forma de frenar el viento (extraer cierta energía cinética) y convertirla energía mecánica útil.

Un aerogenerador ideal ralentizaría el viento hasta 2/3 de su velocidad inicial. La ley de Betz indica que sólo se puede convertir menos de 16/27 (el 59 %) de la energía cinética en energía mecánica usando un aerogenerador.

Potencia de la turbina eólica  De

la potencia entrante indicada anteriormente, la turbina eólica es capaz de convertir en electricidad:



es el Coeficiente de Potencia, y representa la fracción de la potencia total del viento que la turbina es capaz de convertir en energía eléctrica. Puede alcanzar valores de hasta 0.45

Potencia de la turbina eólica  Una

turbina eólica es capaz de convertir en electricidad:



es el Coeficiente de Potencia, y representa la fracción de la potencia total del viento que la turbina es capaz de convertir en energía eléctrica. Puede alcanzar valores de hasta 0.45

La Rosa de los Vientos Para situar un aerogenerador se utiliza la rosa de los vientos. Si una gran parte de la energía del viento viene de una dirección particular, lo que deseará, cuando se coloque una turbina eólica en el paisaje, será tener la menor cantidad de obstáculos posibles en esa dirección, así como un terreno lo más liso posible.

Esquema de una torre de medición de vientos

TRATAMIENTO DE LOS DATOS DEL VIENTO 





Es importante conocer el número de horas por mes o por año durante las cuales ocurre una determinada velocidad del viento….LA DISTRIBUCIÓN DE FRECUENCIAS DEL VIENTO. Para conocer las distribuciones se divide el dominio de la velocidad del viento en intervalos, normalmente de una ancho de 1m/s. Y SE CALCULA LA CANTIDAD DE VECES EN QUE LA VELOCIDAD DEL VIENTO SOPLA EN ESE INTERVALO. La representación de las frecuencias relativas constituye el histograma de frecuencias relativas.

Curvas de potencia de aerogeneradores. Fuente: Desarrollado en base de los datos del “Software de Análisis de Proyectos de Energía Limpia RETScreen”. (http://www.retscreen.net, 2010)

Obtención de la energía producida por un aerogenerador P(kW)

CURVA DE POTENCIA (AEREOGENERADOR)

P(kW)

ENERGÍA PRODUCIDA (Kwh/año)

V(m/s) VARRANQUE

VNOMINAL

t(horas)

VDESCONEXIÓN V(m/s)

t(horas) CURVA DE DURACIÓN (EMPLAZAMIENTO)

8760

Máquinas de eje horizontal

Componentes

Componentes

Componentes

Componentes

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ENERGÍA MINIHIDRAULICA INTRODUCCIÓN

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INTRODUCCIÓN La energía del agua es un aprovechamiento indirecto de la energía Solar, ya que tiene su origen en el Sol; esto es, el calor del Sol hace mover el “motor” del ciclo del agua o ciclo hidrológico: la energía solar evapora el agua de los mares para formar nubes que serán transportadas por el viento hasta los continentes y allí se transformarán en precipitaciones de agua líquida (lluvia) y de nieve. El agua que llega de esta forma a la superficie terrestre aprovecha el desnivel existente hasta el mar y vuelve a éste formando corrientes superficiales (ríos) o subterráneas.

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El agua de los ríos tiene una energía cinética que va perdiendo en los obstáculos que se oponen a su libre curso, y, de esta forma transporta materiales, erosiona los márgenes y el fondo.

El objetivo es conseguir un desnivel para transformar la energía cinética –potencial - energía mecánica - energía eléctrica.

Canal de derivación.

Presa o azud.

Se deriva la corriente de agua por un canal lateral con menor rugosidad y menor pendiente que el cauce primitivo. La diferencia de nivel entre las aguas del canal y el cauce del río iría aumentando a medida que fuese mayor la longitud del canal. En un punto apropiado se coloca máquinas hidráulicas que transformarán la energía potencial del agua.

Consiste en construir un “obstáculo” que detenga la corriente, con lo que el nivel del agua subiría hasta la parte superior del mismo. 80

PRINCIPIOS -Convirtiendo la energía cinética (Ec = ½ · m · v2 ) potencial (Ep = m · g · Δh ) de una masa de agua al pasar por un salto en energía eléctrica. -Es decir, la energía hidráulica se basa en aprovechar la caída del agua desde cierta altura. La energía potencial, durante la caída, se convierte en cinética. - El hombre aprovecha la energía cinética del agua instalando máquinas hidráulicas, que son capaces de moverse empujadas por el agua. Energía potencial del agua por encontrarse a cierta altura.

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Energía cinética del agua en la tubería por moverse a cierta velocidad.

Energía cinética de rotación de la turbina producida por el agua.

Energía eléctrica producida por el giro del alternador unido a la turbina.

Utilización en el punto de consumo de la energía eléctrica.

Tipos de centrales hidroeléctricas (I) Centrales: Alta presión:

Alturas de salto hidráulica superiores a los 200 m. Como máquinas motrices se utilizan, generalmente, turbinas Pelton o, para los saltos de menor altura, turbinas Francis lentas.

Media presión:

Alturas de salto hidráulica comprendidas entre 20 y 200 m. Las máquinas motrices empleadas son las turbinas Francis medias y rápidas, correspondiendo estas últimas a los saltos de menor altura, dentro de los límites indicados.

Baja presión:

Alturas de salto hidráulica, inferiores a 20 m. Es la zona de utilización de las turbinas Francis extrarrápidas, de las turbinas de hélice y, sobre todo, de las turbinas Kaplan.

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Clasificación según potencia DENOMINACIÓN

RANGO DE POTENCIA

PICO CENTRAL

<5 KW

MICROCENTRAL

5-50 KW

MINICENTRAL

50-500 KW

PEQUEÑA CENTRAL

500 – 5000KW

MEDIANA CENTRAL

5000-50000 KW

GRAN CENTRAL

>50000KW

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Tipos de centrales hidroeléctricas (II) Centrales: De agua Corriente y de Aguan Embalsada De agua corriente Estas centrales se construyen en los sitios en que la energía hidráulica disponible puede utilizarse directamente para accionar las turbinas, de forma que sino existiera la central esta energía se perdería.

CENTRAL DE EMBALSE

Esquema de Funcionamiento: 1- Embalse 2- Presa 3- Galería de conducción

4- Chimenea de equilibrio 5- Tubería reforzada 6- Central

7- Turbinas y generadores 8- Desagües 9- Líneas de transporte de energía eléctrica 10- Embalse inferior o río 85

Magnitudes Características:

H” = H– (h1 + h2 + h3 + h4 + h5 + h6+ h7) H” = Salto Neto H= Salto Natural h1 = Pérdidas de remanso h2 = Pérdidas en el canal de conducción h3 = Pérdidas en la cámara de descarga h4 = Pérdidas en la tubería de presión h5 = Pérdidas en la cámara de turbinas h6 =Pérdidas en la tubería de aspiración h7 =Pérdidas en el canal de desagüe

Magnitudes Características: Se calcula la potencia instalada de la central (P), a partir del caudal de diseño (Q) y teniendo en cuenta el rendimiento de los equipos hidromecánicos y eléctricos (η0), el salto neto (HN), se calcula a partir de la ecuación de la potencia en kW:

P

 9.8  H N  Q  0

Para la determinación de la eficiencia neta (η0), se considera: - rendimiento de la turbina ηturbina = 0,9 - rendimiento del generador ηgenerador = 0,95 - rendimiento del transformador ηtransformador = 0,99. En forma global, el sistema tendrá un rendimiento del 85% en bornes de generación.

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BIOMASA

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Biomasa  La

biomasa se entiende todo tipo de materia orgánica, ya sea vegetal o animal y sus residuos  La biomasa presenta un ciclo cerrado de dióxido de carbono que comienza con la fotosíntesis de las plantas durante su crecimiento y termina con la emisión de CO2 durante su aprovechamiento como fuente energética. La cantidad de dióxido de carbono liberada n el proceso de combustión corresponde a la cantidad absorbida durante la fotosíntesis. LA UTILIZACIÓN DE LA BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGÍA ES MÁS RESPETUOSA RESPECTO AL EFECTO INVERNADERO QUE LOS COMBUSTILES FÓSILES 89

La bioenergía

• Aplicaciones energéticas de la biomasa: + Energía térmica para: posibilidad

Mayor

- Uso tradicional (hornos y similares). - Calor industrial (vapor, aceite térmico, etc.). - Calor doméstico (ACS y calefacción). + Transporte. + Energía eléctrica. posibilidad

Menor Posibilidad = nº proyectos

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Biomasa Energía

Tiempo de regeneraciòn

Estimación de reservas

Cultivos herbáceos 1 – 2 años y residuos

Renovable

Madera

De 15 a 200 años

Renovable

Carbón

De 250 a 300 millones de años

500 años

Petróleo

De 100 a 450 millones de años

50 años

De la materia orgánica (plantas y animales), se puede obtener diversos combustibles líquidos, gaseosos y sólidos: carburantes para motores (biodiesel y bioetanol), gas y otros combustibles herbáceos y leñosos conocidos también bajo el nombre genérico de 91 biomasa.

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Biomasa

La biomasa generalmente se utiliza directamente como combustible en calderas de calefacción o de producción de energía eléctrica; otra parte se utiliza el la producción de biogás o se transforma para obtener biocombustibles. A nivel doméstico en calderas, estufas especialmente diseñadas para funcionar con biomasa.

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TECNOLOGÍAS DE TRANSFORMACIÒ N DE LA BIOMASA

ELÉCTRICA 93

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Planta de biomasa para generación eléctrica

Planta de biomasa de Sangüesa (Navarra)

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La fuente primaria de energía puede ser cultivos herbáceos, residuos agrícolas, madera o residuos forestales, residuos urbanos o de la industria agroalimentaria. La energía contenida en la biomasa a través de procesos químicos se convierte en energía aprovechable. La biomasa se quema en una caldera y la energía interna se transfiere en forma de calor al agua que circula por un intercambiador de calor. El agua se calienta a tal punto que pasa a vapor a alta presión. El vapor es conducido por unas tuberías a una turbina y su expansión hace girar los álabes, que conectados a un eje van a mover el eje de un generador. Después de accionar las turbinas, el vapor pasa a fase líquida para su reutilización en un condensador.

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A. Suministro de combustible • La planta consume residuos agrícolas (paja de cereal) • Contratos a largo plazo (5-10 años) con particulares y cooperativas • La materia prima debe gestionarse correctamente • En el caso de la paja, el proceso se inicia con su acumulación en depósitos de almacenamiento

B. Recepción, pesaje y análisis del combustible

• Ya en planta, se controla el peso y humedad del combustible, que se almacena de forma automatizada

C. Combustión y generación de vapor

• La paja es conducida hasta la caldera e introducida en ella previamente desmenuzada

• El calor producido en la combustión calienta el agua que circula por las paredes de la caldera, que se transforma en vapor

D. Generación de electricidad • El valor de agua, tras ser precalentado, mueve una turbina conectada a un generador para producir electricidad • Un condensador convierte el vapor de nuevo en agua para reiniciar el proceso • La electricidad producida se eleva para inyectarla a la red

2. Generación de electricidad y reanudación del proceso

1. Producción de vapor

Generador Transformador Turbina vapor 11/45kV

Subestación Vapor

Chimenea Precalentador

CALDERA Economizador

Condensador

Vapor Calderín Vapor Sobrecalentador

Filtro de humos

Agua

Paredes Depósitos de cenizas con agua Contenedor circulante de cenizas de fondo

Torre de refrigeración

Parrilla Trituradora de paja Depósitos de inquemados

Bomba Pozo de captación

Red

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Antonio Barragán Escandón ©

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