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martes, 6 de diciembre de 2011

NUEVAS ENERGÍAS RENOVABLES

INTRODUCCIÓN


Debemos de tener en cuenta que las fuentes de energía actuales como eólica, hidroeléctrica y por medio de combustibles fósiles se están agotando, debemos de encontrar nuevas fuentes de energía, como son la energía geotérmica, por hidrogeno y por mareomotriz, a continuación se explicara cada una de ellas. una visión integrada de los aspectos que deben tenerse en cuenta para una adecuada planeación que se encamine al desarrollo en nuestro país de lo que se denomina las nuevas fuentes renovables de energía (NFRE), las cuales excluyen a la leña y a la gran hidroelectricidad, la primera porque su consumo actual es mayor que su tasa de regeneración natural esto se atribuye mayoritariamente a su consumo industrial y en menor proporción al consumo de la población rural. En el caso de la segunda, porque la explotación de la energía hidráulica en gran escala ha generado un intenso debate debido a sus altos impactos ambientales y sociales.




SITUACIÓN ACTUAL Y NUEVAS TENDENCIAS.

Las transiciones sucesivas de la estructura energética mundial ocurridas a lo largo del siglo XX han creado un panorama muy diferente al que predominaba en 1850, en donde quizás el cambio más dramático ha sido el correspondiente a la participación de las fuentes renovables de energía constituir casi el 90% de la oferta energética mundial en 1850, los energéticos renovables pasaron a conformar únicamente el 14% de esta oferta en el año 2000. [1]


Esta reducción tan acentuada a favor de las fuentes fósiles, que en conjunto representaron el 79% de la oferta mundial de energía primaria en el año 2000 no fue, sin embargo, fruto de la casualidad. El crecimiento de la población mundial se dio junto con importantes cambios en la organización de los procesos productivos debidos a la industrialización, a lo que se aunaron los procesos de urbanización y las crecientes necesidades de transporte de personas, de insumos y de mercancías. Esto determinó el surgimiento de nuevas y mayores necesidades energéticas que las fuentes tradicionales como la leña ya no podían cubrir a un nivel masivo. En esa nueva etapa, el continuar cubriendo la demanda energética únicamente  a  base  de  leña  hubiera  significado  una  gran  devastación  forestal dados los enormes requerimientos y las bajas eficiencias de las tecnologías utilizadas. Así, se hizo cada vez más necesario recurrir a fuentes fácilmente transportables y con mayor densidad enertica (véase glosario de términos), por lo que el carbón y el petróleo cubrieron ese nuevo papel.


Analizando el tema de la hidroelectricidad, la explotación de la energía hidráulica en gran escala ha generado un intenso debate debido a sus altos impactos   ambientales   y   sociales.   Por   esta   razón,   las   grandes   plantas hidroeléctricas no se consideran una fuente renovable de energía.





NUEVA TRANSICIÓN ENERGÉTICA



  La energía solar y la energía eólica tienen un crecimiento de 32.6% y
52.1% anual, respectivamente. Sin embargo, debe tomarse en cuenta que treinta años atrás estas dos fuentes tenían un nivel de desarrollo muy incipiente.



Las dos grandes transiciones energéticas ocurridas en los últimos 150 años han facilitado profundos cambios estructurales en el empleo, la división espacial del trabajo y en el comercio internacional. Estos cambios están asociados con la modernización de las estructuras económicas y sociales tradicionales e incluyen los procesos de industrialización, urbanización, el surgimiento de fuentes comerciales de energía, una mayor calidad de los servicios energéticos y una intensidad energética decreciente.

Sin embargo, de acuerdo con  la mayoría de los países del mundo ha basado su crecimiento económico en los combustibles fósiles como si fueran inagotables o como si las futuras transiciones energéticas fueran tarea de las próximas generaciones, y  no de las presentes. [2]








NUEVAS ENERGÍAS RENOVABLES

Las nuevas fuentes renovables de energía son: bioenergía, solar, geotérmica, micro hidráulica, oceánica e hidrógeno las cuales se adaptan mejor a un sistema sustentable de producción de energía debido a sus ventajas ambientales, desarrollo científico y tecnológico y desarrollo industrial, también podemos mencionar los altos consumos de combustibles y formación de gases que contaminan la atmosfera, a estos gases se les llama gases de efecto invernadero, debido a estos gases se han dado a la tarea de generar energía que no contamine y que sea renovable.



BIOENERGÍA



La biomasa es la materia orgánica contenida en productos de origen vegetal y animal (incluyendo los desechos orgánicos) que puede ser capturada y usada como una fuente de energía química almacenada.

La bioenergía resulta cuando los combustibles de la biomasa de reciente origen biológico son usados para fines energéticos. Los productos secundarios en estado sólido, líquido y gaseoso son a menudo utilizados como portadores de energía y más tarde empleados para proveer biocalor, bioelectricidad o biocombustibles. Los biocombustibles se refieren específicamente a los combustibles obtenidos de la biomasa y que se usan en el sector transporte. Las especies anuales y perennes que son cultivadas específicamente para la producción de materiales energéticos en forma sólida, líquida o gaseosa son denominadas “plantaciones energéticas”. [3]

La bioenergía tiene como ventajas en cuanto a la densidad energética, la cualidad de ser transportable y es completamente despachable ya que pueden utilizarse en el momento en que se le necesite.

Su composición química es similar a la de los combustibles fósiles, los cuales se originaron a partir de la biomasa hace millones de años, lo que además de su uso energético, crea la posibilidad de originar a partir de la biomasa, los que se denomina los biomateriales que pueden virtualmente sustituir a todos los productos que actualmente se derivan de la industria petroquímica. Finalmente, el recurso disponible de la biomasa surge de una amplia variedad de fuentes y puede además constituirse en una fuente renovable de hidrógeno.

El papel que jugará el desarrollo de los cultivos modificados genéticamente en el futuro no puede ser ignorado. Desarrollar una variedad de plantas que tengan la capacidad de fijar el nitrógeno, consumir relativamente poca agua, que sean fáciles de cosechar, que puedan crecer extensivamente para producir proteínas, carbohidratos y fibras, y que puedan ser procesados mediante una “biorefinería” en una amplia variedad de productos industriales, comestibles y energéticos parece ser una realidad cercana. [4]





BIOCOMBUSTIBLES PARA EL TRANSPORTE



Los biocombustibles líquidos, como es el biodiesel y bioetanol, son procesados a partir de los cultivos agrícolas y de otras materias primas renovables de base. El bioetanol puede además ser producido a partir del material lignoceluloso, y el aceite pirolítico puede ser el resultado de un avanzado proceso de conversión de cualquier existencia de material de la biomasa. El etanol representa una importante alternativa como combustible automotriz, ya que reporta un índice de octano superior al de la gasolina y tiene una presión de vapor inferior, lo que da como resultado menores emisiones evaporativas.


Actualmente la mayor parte del biodiesel se obtiene del aceite de colza y de girasol, mientras que el bioetanol es producido principalmente a base de trigo, maíz, remolacha de azúcar, sorgo dulce o caña de azúcar.



ENERGÍA SOLAR



La radiación solar que se recibe en la superficie terrestre puede convertirse en calor, electricidad o energía mecánica mediante muy diversas tecnologías.
La energía solar es un recurso intermitente astronómica y climatológicamente, su intensidad varía en el transcurso del día debido a la
Rotación de la Tierra sobre su eje en 24 horas y también a lo largo del año debido a la traslación de la Tierra alrededor del Sol en 365.4 días. La intermitencia climatológica se debe sobre todo a la nubosidad, lo que impide la captación de la luz solar directa, pero permite la difusa. [5]


La energía solar que se recibe en un día en un cuadrado de 28 km de longitud por lado situado en el desierto de Sonora, y cubierto de celdas solares fotovoltaicas de un 10% de eficiencia, satisfaría la demanda promedio diaria actual de energía eléctrica de todo México (550 GWh/día).


Pero no en todo el planeta llega la radiación solar con la misma intensidad, si dividimos al planeta en seis zonas de insolación, casi todo México se encuentra en la segunda zona de mayor insolación.


La energía solar, puede utilizarse mediante diversas tecnologías para secado de productos agrícolas, refrigeración de productos perecederos, desalinización de agua y calentamiento de fluidos (agua, aceites, aire, etc.).


Colector Solar Plano


Es el dispositivo fototérmico posiblemente más empleado en el mundo para calentamiento de fluidos se le denomina colector solar plano o simplemente colector solar. Se trata de una tecnología madura, en etapa de comercialización masiva, que se utiliza para el aprovechamiento de calor a temperaturas menores a
100 oC.



Un calentador solar doméstico con un colector solar plano de 2 m2, instalado correctamente puede proporcionar en un día patrón3 alrededor de 150
litros de agua a 45 oC.



GEOTERMIA


El interior de la Tierra está constituido por magma y materia incandescente, a una profundidad de aproximadamente 6,370 km, se tiene un promedio de temperaturas cercano a los 4,500 °C (Verma, 2000). Dado que la temperatura de la superficie es mucho menor, este calor tiende a salir hacia la superficie en forma natural. Sin embargo, el calor se sigue produciendo al interior de la Tierra por reacciones nucleares (Verma, 2000). Las erupciones volcánicas, geisers, lagunas calientes, volcanes de lodo o manantiales de aguas termales son pruebas de este flujo de calor. En el interior de grutas o minas se percibe claramente un aumento de temperatura respecto a la temperatura en la superficie.






OTRAS NUEVAS ENERGÍAS RENOVABLES



Además de las tecnologías para utilizar las fuentes de energía renovable ya descritas, existen otras tecnologías en etapa de desarrollo para otras fuentes renovables de energía.


Energía oceánica



La energía del océano se manifiesta al menos de dos maneras: como energía mecánica y energía térmica. La energía mecánica se presenta en forma de mareas y olas, la energía de las olas es función directa de la cantidad de agua desplazada del nivel medio del mar que a su vez depende de la velocidad del viento y el tiempo que está en contacto con él. El potencial total estimado de las olas que rompen en las costas del mundo es del orden de 2000 a 3000 GW.





Las mareas se forman de la atracción gravitacional del Sol y la Luna, y de la rotación de la Tierra. La energía de las mareas se deriva de la energía cinética del agua moviéndose de una localización más alta a una más baja. Al agua de las mareas se le suele embalsar y para convertirla en electricidad se le deja salir a través de turbinas que activan a un generador eléctrico. Actualmente, la planta maremotríz de mayor capacidad se encuentra en La Rance al norte de Francia, la cual tiene 240 MW instalados.


En México existe un potencial maremotríz todavía sin evaluar, se encuentra en el norte del golfo de Baja California, entre la costa y la Isla de San Lorenzo, se forma un canal marítimo con fuerte corriente en una sola dirección llamado “Salsipuedes”, donde tal vez se pudieran instalar turbinas tipo Davis para generar electricidad.


Energía oceánica térmica.

Debido a que los océanos cubren más de un
70% de la superficie terrestre, los hace los colectores solares más grandes del mundo. La conversión de la energía térmica oceánica utiliza la diferencia de temperaturas que existe en los mares tropicales y subtropicales entre el agua tibia de la superficie y el agua fría de las profundidades, a 1,000 metros de profundidad la diferencia de temperaturas es de 20 oC mínimo. La tecnología oceánica térmica se encuentra en un estado de desarrollo incipiente, sin embargo permanece como una opción prometedora en el largo plazo. México posee aguas de las características mencionadas en las costas de Guerrero, Oaxaca y Chiapas.











Energía del Hidrógeno



El hidrógeno es el elemento químico gaseoso más abundante en el Universo, al quemarse sólo produce energía y agua por lo que es el combustible más limpio que existe. Sin embargo, no se le utiliza como tal, por el contrario tiene multiplicidad de usos no energéticos en la industria y se emplea de esta manera en grandes cantidades. El uso no energético de hidrógeno que se consume actualmente es alrededor de la quinta parte del consumo actual de gas natural mundial y se le obtiene a partir de la reformación de hidrocarburos fósiles.


El hidrógeno es un portador de energía ya que puede producirse fácilmente a partir de la disociación del agua en electrolizadores y puede servir para almacenar energía, es fácilmente transportable y si es producido con fuentes renovables de energía tiene el potencial de formar un sistema energético prácticamente sin emisiones contaminantes. La disociación del agua puede llevarse a cabo en electrolizadores alimentados con celdas solares fotovoltaicas, generadores eólicos, pequeñas hidroeléctricas, geotérmicas, etc. El hidrógeno también puede ser producido a partir de la gasificación de la biomasa, donde podría almacenarse el 75% de su contenido energético en forma de hidrógeno. Otra forma novedosa de producción (el de bio-hidrógeno) en plena etapa de
Investigación se presenta a través de algas o bacterias que lo sintetizan al digerir residuos orgánicos, preferentemente agrícolas.


El hidrógeno puede ser utilizado para generar electricidad directamente mediante la tecnología de celdas de combustible, donde paradójicamente el hidrógeno no se quema sino que se reduce químicamente en presencia de oxígeno produciendo una corriente eléctrica y agua. La obtención y perfeccionamiento de tecnologías del hidrogeno ha recibido gran atención en los últimos tiempos y se le están dedicando a nivel mundial gran cantidad de recursos tanto a la investigación como a su desarrollo. Desgraciadamente y es cuestionable que estos esfuerzos no estén mayoritariamente enfocados a la obtención de hidrógeno a partir de nuevas fuentes renovables de energía.



Una de las energías mas utilizadas en mexica es la bioenergía a base de cultivos de caña o actualmente de maíz.

Producción de biocombustibles en México


•Plantas de etanol a partir de maíz en Sinaloa.
•Planta de etanol a partir de caña de azúcar en Veracruz (Ingenio La Gloria):–120,000 litros diarios de alcohol, entre ellos 40,000 de fuel etanol.
•Un ingenio en Morelos producirá etanol, pues es un proyecto con fines sociales.
•Creación del Instituto de Bioenergéticos en Chiapas:–Proyecto de Biodiesel.
•Proyecto de Biodiesel en Michoacán.
•Hay otros proyectos de maíz (Jalisco y Tamaulipas) y de biodiesel (Yucatán y Tamaulipas). [6]


2ª. Generación:
•Se comercializarán en los próximos 3 a 5 años
•Utiliza biomasa de uso no-alimentario:
–Recursos lignocelulósicos
•Nuevos combustibles (desarrollados a partir de almidón y azúcar)
–Butanol
–Alcoholes ramificados
•Nuevos cultivos transgénicos con mayor contenido de celulosa y menor de lignina.
•Proceso anaeróbico con bacterias/levaduras transformadas genéticamente.
































jueves, 1 de diciembre de 2011

Energía Mareomotriz.

La energía mareomotriz es la que se obtiene aprovechando las mareas, es decir, la diferencia de altura media de los mares según la posición relativa de la Tierra y la Luna. Mediante su acoplamiento a un alternador se puede utilizar el sistema para la generación de electricidad, transformando así la energía mareomotriz en energía eléctrica, una forma energética más útil y aprovechable. Es un tipo de energía renovable y limpia.

La energía mareomotriz tiene la cualidad de ser renovable, en tanto que la fuente de energía primaria no se agota por su explotación, y es limpia, ya que en la transformación energética no se producen subproductos contaminantes gaseosos, líquidos o sólidos. Sin embargo, la relación entre la cantidad de energía que se puede obtener con los medios actuales y el coste económico y ambiental de instalar los dispositivos para su proceso han impedido una proliferación notable de este tipo de energía.

Otras formas de extraer energía del mar son: las olas (energía undimotriz), de la diferencia de temperatura entre la superficie y las aguas profundas del océano, el gradiente térmico oceánico; de la salinidad, de las corrientes marinas o la energía eólica marina.

En España, el Gobierno de Cantabria y el Instituto para la Diversificación y Ahorro Energético (IDAE) quieren crear un centro de I+D+i en la costa de Santoña. La planta podría atender al consumo doméstico anual de unos 2.500 hogares.


Métodos de generación

Los métodos de generación mediante energía de marea pueden clasificarse en estas tres:

 Generador de la corriente de marea

Artículo principal: Generador de corrientes de marea
Los generadores de corriente de marea (Tidal Stream Generators o ETG, por sus iniciales inglés) hacen uso de la energía cinética del agua en movimiento a las turbinas de la energía, de manera similar al viento (aire en movimiento) que utilizan las turbinas eólicas. Este método está ganando popularidad debido a costos más bajos y a un menor impacto ecológico en comparación con las presas de marea.

 Presa de marea

Artículo principal: Presa de marea
Las presas de marea hacen uso de la energía potencial que existe en la diferencia de altura (o pérdida de carga) entre las mareas altas y bajas. Las presas son esencialmente los diques en todo el ancho de un estuario, y sufren los altos costes de la infraestructura civil, la escasez mundial de sitios viables y las cuestiones ambientales.

 Energía mareomotriz dinámica

Artículo principal: Energía mareomotriz dinámica
La energía mareomotriz dinámica (Dynamic Tidal Power o DTP) es una tecnología de generación teórica que explota la interacción entre las energías cinética y potencial en las corrientes de marea. Se propone que las presas muy largas (por ejemplo: 30 a 50 km de longitud) se construyan desde las costas hacia afuera en el mar o el océano, sin encerrar un área. Se introducen por la presa diferencias de fase de mareas, lo que lleva a un diferencial de nivel de agua importante (por lo menos 2.3 metros) en aguas marinas ribereñas poco profundas con corrientes de mareas que oscilan paralelas a la costa, como las que encontramos en el Reino Unido, China y Corea. Cada represa genera energía en una escala de 6 a 17 GW.





Energía Geotérmica.

La energía geotérmica es aquella energía que puede obtenerse mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Tierra. El calor del interior de la Tierra se debe a varios factores, entre los que caben destacar el gradiente geotérmico, el calor radiogénico, etc. Geotérmico viene del griego geo (Tierra), y thermos (calor); literalmente "calor de la Tierra".


Tipos de yacimientos geotérmicos según la temperatura del agua

  • Energía geotérmica de alta temperatura. La energía geotérmica de alta temperatura existe en las zonas activas de la corteza. Esta temperatura está comprendida entre 150 y 400 °C, se produce vapor en la superficie y mediante una turbina, genera electricidad. Se requieren varias condiciones para que se dé la posibilidad de existencia de un campo geotérmico: una capa superior compuesta por una cobertura de rocas impermeables; un acuífero, o depósito, de permeabilidad elevada, entre 0,3 y 2 km de profundidad; suelo fracturado que permite una circulación de fluidos por convección, y por lo tanto la trasferencia de calor de la fuente a la superficie, y una fuente de calor magmático, entre 3 y 15 km de profundidad, a 500-600 °C. La explotación de un campo de estas características se hace por medio de perforaciones según técnicas casi idénticas a las de la extracción del petróleo.
  • Energía geotérmica de temperaturas medias. La energía geotérmica de temperaturas medias es aquella en que los fluidos de los acuíferos están a temperaturas menos elevadas, normalmente entre 70 y 150 °C. Por consiguiente, la conversión vapor-electricidad se realiza con un rendimiento menor, y debe explotarse por medio de un fluido volátil. Estas fuentes permiten explotar pequeñas centrales eléctricas, pero el mejor aprovechamiento puede hacerse mediante sistemas urbanos reparto de calor para su uso en calefacción y en refrigeración (mediante máquinas de absorción)
  • Energía geotérmica de baja temperatura. La energía geotérmica de temperaturas bajas es aprovechable en zonas más amplias que las anteriores; por ejemplo, en todas las cuencas sedimentarias. Es debida al gradiente geotérmico. Los fluidos están a temperaturas de 50 a 70 °C.
  • Energía geotérmica de muy baja temperatura. La energía geotérmica de muy baja temperatura se considera cuando los fluidos se calientan a temperaturas comprendidas entre 20 y 50 °C. Esta energía se utiliza para necesidades domésticas, urbanas o agrícolas.
Las fronteras entre los diferentes tipos de energías geotérmicas es arbitraria; si se trata de producir electricidad con un rendimiento aceptable la temperatura mínima está entre 120 y 180 °C, pero las fuentes de temperatura más baja son muy apropiadas para los sistemas de calefacción urbana.

 Tipos de fuentes geotérmicas

Esquema de las fuentes de energía geotérmicas.
En áreas de aguas termales muy calientes a poca profundidad, se aprovecha el calor desprendido por el interior de la tierra. El agua caliente o el vapor pueden fluir naturalmente, por bombeo o por impulsos de flujos de agua y de vapor. El método a elegir depende del que en cada caso sea económicamente rentable. Un ejemplo, en Inglaterra, fue el "Proyecto de Piedras Calientes HDR" (sigla en inglés: HDR, Hot Dry Rocks), abandonado después de comprobar su inviabilidad económica en 1989. Los programas HDR se están desarrollando en Australia, Francia, Suiza, Alemania. Los recursos de magma (rocas fundidas) ofrecen energía geotérmica de altísima temperatura, pero con la tecnología existente no se pueden aprovechar económicamente esas fuentes.
En la mayoría de los casos la explotación debe hacerse con dos pozos (o un número par de pozos), de modo que por uno se obtiene el agua caliente y por otro se vuelve a reinyectar en el acuífero, tras haber enfriado el caudal obtenido. Las ventajas de este sistema son múltiples:
  • Hay menos probabilidades de agotar el yacimiento térmico, puesto que el agua reinyectada contiene todavía una importante cantidad de energía térmica.
  • Tampoco se agota el agua del yacimiento, puesto que la cantidad total se mantiene.
  • Las posibles sales o emisiones de gases disueltos en el agua no se manifiestan al circular en circuito cerrado por las conducciones, lo que evita contaminaciones.

Ventajas e inconvenientes

Planta geotérmica de Nesjavellir en Islandia. Esta central energética da servicio a las necesidades de agua caliente del área metropolitana del Gran Reykjavík.

 Ventajas

  1. Es una fuente que evitaría la dependencia energética del exterior.
  2. Es ecológica.
  3. Los residuos que produce son mínimos y ocasionan menor impacto ambiental que los originados por el petróleo y el carbón.
  4. Sistema de gran ahorro, tanto económico como energético.
  5. Ausencia de ruidos exteriores.
  6. Los recursos geotérmicos son mayores que los recursos de carbón, petróleo, gas natural y uranio combinados.[cita requerida]
  7. No está sujeta a precios internacionales, sino que siempre puede mantenerse a precios nacionales o locales.
  8. El área de terreno requerido por las plantas geotérmicas por megavatio es menor que otro tipo de plantas. No requiere construcción de represas, tala de bosques, ni construcción de tanques de almacenamiento de combustibles.
  9. La emisión de CO2, con aumento de efecto invernadero, es inferior al que se emitiría para obtener la misma energía por combustión.

Inconvenientes

  1. En ciertos casos emisión de ácido sulfhídrico que se detecta por su olor a huevo podrido, pero que en grandes cantidades no se percibe y es letal.
  2. Contaminación de aguas próximas con sustancias como arsénico, amoníaco, etc.
  3. Contaminación térmica.
  4. Deterioro del paisaje.
  5. No se puede transportar (como energía primaria).
  6. No está disponible más que en determinados lugares.

 Usos

  • Generación de electricidad.
  • Aprovechamiento directo del calor.
  • Calefacción y ACS.
  • Refrigeración por absorción.

Generación de electricidad

Se produjo energía eléctrica geotérmica por primera vez en Larderello, Italia, en 1904. Desde ese tiempo, el uso de la energía geotérmica para electricidad ha crecido mundialmente a cerca de 8.000 megawatt de los cuales EE. UU. genera 2.700 MW.

 Desalinización

Douglas Firestone comenzó en la desalinización con el sistema evaporación / condensación con aire caliente en 1998, probando que el agua geotermal se puede usar económicamente para producir agua desalinizada, en 2001.
En 2005 se ajustó el 5º prototipo desalinizador “Delta T” que usa un ciclo de aire forzado caliente, presión atmosférica, ciclo geotermal de evaporación condensación. EL aparato se surte de agua de mar filtrada en el Instituto Scripps de Oceanografía, reduciendo la concentración de sal de 35.000 ppm a 51 ppm a/a.

Inyección de agua

En varios sitios, ha ocurrido que los depósitos de magma se agotaron, cesando de dar energía geotérmica, quizás ayudado por la inyección del agua residual fría, en la recarga del acuífero caliente. O sea que la recarga por reinyección, puede enfriar el recurso, a menos que se haga un cuidadoso manejo. En al menos una localidad, el enfriamiento fue resultado de pequeños pero frecuentes terremotos (ver enlace externo abajo). Esto ha traído una discusión si los dueños de una planta son responsables del daño que un temblor causa.

Extinción del calor

Así como hay yacimientos geotérmicos capaces de proporcionar energía durante muchas décadas, otros pueden agotarse y enfriarse.En un informe, el gobierno de Islandia dice: debe entenderse que la energía geotérmica no es estrictamente renovable en el mismo sentido que la hidráulica.









Energía de la Biomasa.

La energía de la biomasa es un tipo de energía renovable procedente del aprovechamiento de la materia orgánica e inorgánica formada en algún proceso biológico o mecánico, generalmente, de las sustancias que constituyen los seres vivos (plantas, ser humano, animales, entre otros), o sus restos y residuos. El aprovechamiento de la energía de la biomasa se hace directamente (por ejemplo, por combustión), o por transformación en otras sustancias que pueden ser aprovechadas más tarde como combustibles o alimentos.

No se considera como energía de la biomasa, aunque podría incluirse en un sentido amplio, la energía contenida en los alimentos suministrados a animales y personas, la cual es convertida en energía en estos organismos en un porcentaje elevado, en el proceso de la respiración celular.

Origen de la energía de la biomasa

Una parte de la energía que llega a la Tierra procedente del Sol es absorbida por las plantas, a través de la fotosíntesis, y convertida en materia orgánica con un mayor contenido energético que las sustancias minerales. De este modo, cada año se producen 2·1011 toneladas de materia orgánica seca, con un contenido de energía equivalente a 68000 millones de tep (toneladas equivalentes de petróleo), que equivale aproximadamente a cinco veces la demanda energética mundial. A pesar de ello, su enorme dispersión hace que sólo se aproveche una mínima parte de la misma. Entre las formas de biomasa más destacables por su aprovechamiento energético destacan los combustibles energéticos (caña de azúcar, remolacha, etc.) y los residuos (agrícolas, forestales, ganaderos, urbanos, lodos de depuradora, plantas, etc.)

Biomasa y sus tipos

Artículo principal: Biomasa
Se distinguen varios tipos de biomasa, según la procedencia de las sustancias empleadas, como la biomasa vegetal, relacionada con las plantas en general (troncos, ramas, tallos, frutos, restos y residuos vegetales,etc.); y la biomasa animal, obtenida a partir de sustancias de origen animal (grasas, restos, excrementos, etc.).
Otra forma de clasificar los tipos de biomasa se realiza a partir del material empleado como fuente de energía:

 Natural

Caldera de combustión de biomasa en una central térmica de 2 MW en Lübeck, Alemania.
Es aquella que abarca los bosques, árboles, matorrales, plantas de cultivo, etc. Por ejemplo, en las explotaciones forestales se producen una serie de residuos o subproductos, con un alto poder energético, que no sirven para la fabricación de muebles ni papel, como son las hojas y ramas pequeñas, y que se pueden aprovechar como fuente energética.
Los residuos de la madera se pueden aprovechar para producir energía. De la misma manera, se pueden utilizar como combustible los restos de las industrias de transformación de la madera, como los aserraderos, carpinterías o fábricas de mueble y otros materiales más. Los “cultivos energéticos” son otra forma de biomasa consistente en cultivos o plantaciones que se hacen con fines exclusivamente energéticos, es decir, para aprovechar su contenido de energía. Entre este tipo de cultivos tenemos, por ejemplo, árboles como los chopos u otras plantas específicas. A veces, no se suelen incluir en la energía de la biomasa que queda restringida a la que se obtiene de modo secundario a partir de residuos, restos, etc.
Los biocarburantes son combustibles líquidos que proceden de materias agrícolas ricas en azúcares, como los cereales (bioetanol) o de grasas vegetales, como semillas de colza o girasol de calabaza (biodiésel). Este tipo también puede denominarse como “cultivos energéticos”. El bioetanol va dirigido a la sustitución de la gasolina; y el [biodiesel] trata de sustituir al gasóleo. Se puede decir que ambos constituyen una alternativa a los combustibles tradicionales del sector del transporte, que derivan del petróleo.
Briquetas obtenidas a partir de residuos de madera de haya, preparadas para combustión en calderas y chimeneas.

Residual

Es aquella que corresponde a los residuos de paja, serrín, estiércol, residuos de mataderos, basuras urbanas, etc.
El aprovechamiento energético de la biomasa residual, por ejemplo, supone la obtención de energía a partir de los residuos de madera y los residuos agrícolas (paja, cáscaras, huesos...), las basuras urbanas, los residuos ganaderos, como purines o estiércoles, los lodos de depuradora, etc. Los residuos agrícolas también pueden aprovecharse energéticamente y existen plantas de aprovechamiento energético de la paja residual de los campos que no se utiliza para forraje de los animales.
Los residuos ganaderos, por otro lado, también son una fuente de energía. Los purines y estiércoles de las granjas de vacas y cerdos pueden valorizarse energéticamente por ejemplo, aprovechando el gas (o biogás) que se produce a partir de ellos, para producir calor y electricidad. Y de la misma forma puede aprovecharse la energía de las basuras urbanas, porque también producen un gas o biogas combustible, al fermentar los residuos orgánicos, que se puede captar y se puede aprovechar energéticamente produciendo energía eléctrica y calor en los que se puede denominar como plantas de valorización energética de biogas de vertedero.

Biomasa seca y húmeda

Según la proporción de agua en las sustancias que forman la biomasa, también se puede clasificar en:
  • Biomasa seca: madera, leña, residuos forestales, restos de las industria maderera y del mueble, etc.
  • Biomasa húmeda: residuos de la fabricación de aceites, lodos de depuradora, purines, etc.
Esto tiene mucha importancia respecto del tipo de aprovechamiento, y los procesos de transformación a los que se puede ser sometida para obtener la energía pretendida.

Procesos de transformación de la biomasa seca

La energía contenida en la biomasa seca es más fácil de aprovechar, mediante procesos termoquímicos como la combustión, la pirólisis o la gasificación.El rendimiento energético obtenido suele ser alto. En la tabla adjunta se indican los productos que se obtienen en este aprovechamiento, entre los que destaca el calor (para calefacciones, calderas, etc), la electricidad obtenida (haciendo pasar vapor a gran presión por una turbina unida a un generador elécrico), el vapor de agua caliente, o diversos combustibles (metanol, metano).
Combustión Pirólisis Gasificación
Calor, electricidad, vapor de agua Electricidad, metanol Combustibles diversos
Rto: 65-95% Rto: 30-90% Rto: 65-75%

 Procesos de transformación de la biomasa húmeda

En este caso se emplean procesos bioquímicos de transformación, con menor rendimiento energético y tiempos de procesado más largos. Tienen más interés ecológico (muchas son sustancias contaminantes) que el propio aprovechamiento energético.
Fermentación anaerobia Fermentación alcohólica
Metano (biogás) Etanol
Rto: 20-35% Rto: 20-25%

 Instalaciones de aprovechamiento de la energía de la biomasa

Podemos encontrar desde instalaciones de pequeño tamaño para uso doméstico (chimeneas u hogares de leña), de tamaño mediano (digestores de residuos ganaderos en granjas), o de gran tamaño (centrales térmicas que queman residuos agrícolas o forestales para obtener electricidad, o suministrar calefacción a un distrito o ciudad, etc.).








Energía Eólica.

Energía eólica es la energía obtenida del viento, es decir, la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire, y que es transformada en otras formas útiles para las actividades humanas.
El término eólico viene del latín Aeolicus, perteneciente o relativo a Eolo, dios de los vientos en la mitología griega. La energía eólica ha sido aprovechada desde la antigüedad para mover los barcos impulsados por velas o hacer funcionar la maquinaria de molinos al mover sus aspas.
En la actualidad, la energía eólica es utilizada principalmente para producir energía eléctrica mediante aerogeneradores. A finales de 2007, la capacidad mundial de los generadores eólicos fue de 94.1 gigavatios. En 2009 la eólica generó alrededor del 2% del consumo de electricidad mundial, cifra equivalente a la demanda total de electricidad en Italia, la séptima economía mayor mundial. En España la energía eólica produjo un 11% del consumo eléctrico en 2008, y un 13.8% en 2009. En la madrugada del domingo 8 de noviembre de 2009, más del 50% de la electricidad producida en España la generaron los molinos de viento, y se batió el récord total de producción, con 11.546 megavatios eólicos.
La energía eólica es un recurso abundante, renovable, limpio y ayuda a disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero al reemplazar termoeléctricas a base de combustibles fósiles, lo que la convierte en un tipo de energía verde. Sin embargo, el principal inconveniente es su intermitencia.

Cómo se produce y obtiene

La energía del viento está relacionada con el movimiento de las masas de aire que se desplazan de áreas de alta presión atmosférica hacia áreas adyacentes de baja presión, con velocidades proporcionales al gradiente de presión.
Los vientos son generados a causa del calentamiento no uniforme de la superficie terrestre por parte de la radiación solar, entre el 1 y 2% de la energía proveniente del sol se convierte en viento. De día, las masas de aire sobre los océanos, los mares y los lagos se mantienen frías con relación a las áreas vecinas situadas sobre las masas continentales.
Los continentes absorben una menor cantidad de luz solar, por lo tanto el aire que se encuentra sobre la tierra se expande, y se hace por lo tanto más liviana y se eleva. El aire más frío y más pesado que proviene de los mares, océanos y grandes lagos se pone en movimiento para ocupar el lugar dejado por el aire caliente.
Parque eólico.
Para poder aprovechar la energía eólica es importante conocer las variaciones diurnas y nocturnas y estacionales de los vientos, la variación de la velocidad del viento con la altura sobre el suelo, la entidad de las ráfagas en espacios de tiempo breves, y valores máximos ocurridos en series históricas de datos con una duración mínima de 20 años. Es también importante conocer la velocidad máxima del viento. Para poder utilizar la energía del viento, es necesario que este alcance una velocidad mínima que depende del aerogenerador que se vaya a utilizar pero que suele empezar entre los 3 m/s (10 km/h) y los 4 m/s (14,4 km/h), velocidad llamada "cut-in speed", y que no supere los 25 m/s (90 km/h), velocidad llamada "cut-out speed".
La energía del viento es utilizada mediante el uso de máquinas eólicas (o aeromotores) capaces de transformar la energía eólica en energía mecánica de rotación utilizable, ya sea para accionar directamente las máquinas operatrices, como para la producción de energía eléctrica. En este último caso, el sistema de conversión, (que comprende un generador eléctrico con sus sistemas de control y de conexión a la red) es conocido como aerogenerador.
En la actualidad se utiliza, sobre todo, para mover aerogeneradores. En estos la energía eólica mueve una hélice y mediante un sistema mecánico se hace girar el rotor de un generador, normalmente un alternador, que produce energía eléctrica. Para que su instalación resulte rentable, suelen agruparse en concentraciones denominadas parques eólicos.
Un molino es una máquina que transforma el viento en energía aprovechable, que proviene de la acción de la fuerza del viento sobre unas aspas oblicuas unidas a un eje común. El eje giratorio puede conectarse a varios tipos de maquinaria para moler grano, bombear agua o generar electricidad. Cuando el eje se conecta a una carga, como una bomba, recibe el nombre de molino de viento. Si se usa para producir electricidad se le denomina generador de turbina de viento. Los molinos tienen un origen remoto.


Energía solar.

Energía solar.

La energía solar es la energía obtenida mediante la captación de la luz y el calor emitidos por el Sol.

Desde que surgió se le catalogó como la solución perfecta para las necesidades energéticas de todos los países debido a su universalidad y acceso gratuito ya que, como se ha mencionado anteriormente, proviene del sol. Para los usuarios el gasto está en el proceso de instalación del equipo solar (placa, termostato…). Este gasto, con el paso del tiempo, es cada vez menor por lo que no nos resulta raro ver en la mayoría de las casas las placas instaladas. Podemos decir que no contamina y que su captación es directa y de fácil mantenimiento.

La radiación solar que alcanza la Tierra puede aprovecharse por medio del calor que produce a través de la absorción de la radiación, por ejemplo en dispositivos ópticos o de otro tipo. Es una de las llamadas energías renovables, particularmente del grupo no contaminante, conocido como energía limpia o energía verde, si bien, al final de su vida útil, los paneles fotovoltaicos pueden suponer un residuo contaminante difícilmente reciclable al día de hoy.

La potencia de la radiación varía según el momento del día; las condiciones atmosféricas que la amortiguan y la latitud. Se puede asumir que en buenas condiciones de radiación el valor es de aproximadamente 1000 W/m² en la superficie terrestre. A esta potencia se la conoce como irradiancia.

La radiación es aprovechable en sus componentes directa y difusa, o en la suma de ambas. La radiación directa es la que llega directamente del foco solar, sin reflexiones o refracciones intermedias. La difusa es la emitida por la bóveda celeste diurna gracias a los múltiples fenómenos de reflexión y refracción solar en la atmósfera, en las nubes y el resto de elementos atmosféricos y terrestres. La radiación directa puede reflejarse y concentrarse para su utilización, mientras que no es posible concentrar la luz difusa que proviene de todas las direcciones.

La irradiancia directa normal (o perpendicular a los rayos solares) fuera de la atmósfera, recibe el nombre de constante solar y tiene un valor medio de 1354 W/m² (que corresponde a un valor máximo en el perihelio de 1395 W/m² y un valor mínimo en el afelio de 1308 W/m²).

Tubina Helicoidal.

Las turbias helicoidales no son nada nuevo, pero  el  diseño estético y su eficiencia hacen que sea una turbina especial: cuando luce el sol acumula energía y cuando sopla el viento con vientos de hasta 144 Km/h también recogen energía
El problema de la energía solar era la poca eficiencia en días no solares y lo mismo sucedía con la energía eólica si no hacia viento no generaban energía limpia, ahora gracias a la combinación de ambos tipos de generación la turbina es capaz de funcionar en pleno rendimiento en condiciones de poco viento y baja insolación.
 
Además de todo esto las células solares están recubiertas de un fluoropolimetro transparente que permite la captura de la luz solar desde cualquier Angulo mientras gira.