ENERGIAS RENOVABLES

Instructor: M. en I. Edgar R. Santana García

INTRODUCCION:

¿Motivos que obligan a utilizar energías renovables?

Contaminación. Precios altos de los combustibles

fósiles. Recursos naturales agotándose. Economía ambiental. etc.

Energías renovables en el mundo

Capacidad instalada en el mundo (al 2011)

Hasta 2012 se generó 63195MW

En México

Empresas apoyan proyectos renovables en México

Acciona Iberdrola Gamesa Vestas EDF Electricite de France Cannon Power Group, parques eólicos Baja

California, Zacatecas y Quintana Roo Abengoa, termoeléctrica-termosolar Agua Prieta, Potencia Industrial Sanyo, módulos fotovoltaicos Monterrey  Kyocera Vientek, entre otras

Abrir un negocio en México es más rápido y eficiente que en los BRICs, pues se necesitan solo 9 días y 6 trámites

Cámaras y asociaciones

Asociación Mexicana de Proveedores de Energías Renovables (AMPER)

Asociación Mexicana de Energía Eólica (AMDEE)

Asociación Nacional de Energía Solar (ANES)

Asociación Geotérmica Mexicana (AGM) Red Mexicana de Bioenergía (REMBIO)

Los bonos de carbono (Créditos de Carbono)

son un mecanismo internacional de descontaminación para reducir las emisiones contaminantes al medio ambiente.

propuesto en el Protocolo de Kioto para la reducción de emisiones causantes del calentamiento global o efecto invernadero (GEI), los bonos de carbono también ayudan a la agricultura para una mejor producción.

Las reducciones de emisiones de GEI se miden en toneladas de CO2 equivalente, y se traducen en Certificados de Emisiones Reducidas (CER).

Un CER equivale a una tonelada de CO2 que se deja de emitir a la atmósfera, y puede ser vendido en el mercado de carbono a países Anexo I (industrializados, de acuerdo a la nomenclatura del protocolo de Kioto)

ENERGIA EOLICA

Condiciones:

Hacer suficiente viento (5m/s). Impedimentos de tipo ambiental. Extensión de terreno mínima. Conexión a la red para evacuar energía Calidad del viento. Potencia. Altura. Condiciones geográficas.

Tipos de generadores

Partes de un aerogenerador:

Rotor: Transforma la energía cinética del viento en la energía mecánica que se utiliza para impulsar el generador eléctrico. Se compone de aspas o palas (blades), el cubo (hub) en donde se ensamblan las aspas, y la nariz, que es la punta frontal en forma de cono, y que se utiliza para evitar turbulencias en el centro del rotor.

Partes de un aerogenerador:

Sistema de transmisión mecánica: compuesto del eje principal o eje de baja velocidad, caja de engranajes, y eje de alta velocidad. El eje principal es el que transmite el torque aerodinámico del rotor al sistema del generador. La caja de engranajes es la que convierte la velocidad del rotor que es baja, a una velocidad alta para que un generador convencional pueda producir electricidad. El eje de alta velocidad es el que le entrega la potencia mecánica al generador directamente.

Partes de un aerogenerador:

Generador eléctrico: Es el encargado de convertir la energía mecánica en energía eléctrica, se han utilizado tanto generadores asíncronos como síncronos.

Partes de un aerogenerador:

Sistema de orientación: está compuesto generalmente por un servomecanismo que gira la góndola, según la dirección del viento, la cual es sensada por una veleta.

Partes de un aerogenerador:

 Sistema de control: compuesto por sensores, actuadores y un controlador principal que tiene diferentes funciones: regulación de potencia, control de la velocidad, control de voltaje, arranque y paro de la máquina, orientación de la turbina, control de otras variables como son la temperatura y vibración.

Partes de un aerogenerador:

Sistema de seguridad: Se compone de los sistemas de frenado, sistemas de detección de altas temperaturas, presiones y vibraciones.

Partes de un aerogenerador:

Góndola: es la cápsula o encerramiento que protege al generador, a los sistemas de transmisión y orientación y a otros componentes. Se acopla a la torre y al rotor.

Partes de un aerogenerador:

Torre: Es el soporte de la góndola y del rotor, es de diseño robusto para soportar toda la dinámica de la turbina eólica.

Aerogenerador del Veladero

60m de altura. Rotor de 8m de diámetro. Aspas de 40 metros. Ubicado a 4100m de altura snm. Funciona a 4m/seg. Nevadas intensas y vientos de

220km/h. El límite máximo son 25m/seg. Costo 8.5mdd.

La venta I Oaxaca

Prototipo en 1994. Eran 7 aerogeneradores de 220KW c/u. Torre de 30m de altura. Capacidad operativa de 1.5MW.

Parque eólico Piedra Larga (bimbo)

Puesta en marcho octubre de 2012. Potencia instalada 90MW. 45 aerogeneradores de 2MW c/u. Suministra energía a mas de 40

instalaciones. También abastece a los “amigos

bimbo”, museo del papalote, Frialsa frigoríficos y grupo calidra.

Construcción de 220mdd. Evita la emisión de 180,000 toneladas

de CO2. Hace lo que harían 5millones de

arboles o 12,000h de bosque. Dejaría de consumir 65 millones de

litros de diesel.

potencia

La máxima potencia que le podemos “sacar” al viento, ya sea con un molino de viento “quijotesco” o un aerogenerador de última generación, se tiene en cuenta todas las pérdidas (aerodinámicas, mecánicas y eléctricas)

P = 0,15 · D2 · v³

P es la potencia expresada en vatios [W]

D es el diámetro del rotor en metros [m]

v es la velocidad del viento en metros por segundo [m/s].

Ejercicio:

¿Qué potencia máxima podría generar una eólica cuyo rotor tiene un diámetro de 6 metros? Si el viento sopla a 10 m/s.

Ejercicio:

¿Pero si sopla a 20 m/s?

Conclusión: a doble velocidad del viento, la energía eólica desarrollará 8 veces más potencia.

Velocidad de giro:

n = (60 · λ · v) / (π · D)

• n es el número de revoluciones por minuto [rpm]

• λ se llama velocidad especifica. Este factor depende del tipo de eólica (rápida o lenta). Puede tener un valor comprendido entre aprox. 1 y 14. En la eólica que vamos a construir, este factor será de aprox. 4.

• v es la velocidad del viento en [m/s]. • D es el diámetro de la eólica en [m]

Ejercicio:

En un aerogenerador moderno de 20 metros de diámetro, la velocidad específica es de λ = 8.

Calculemos con esta fórmula su velocidad de giro bajo un viento de 10 m/s.

Conclusión.

No parece mucho, ¡pero las puntas de las palas giran a 288 km/h! Esto produce bastante ruido y es un grave peligro para las aves.

Reglas generales:

a mayor diámetro, menor velocidad de giro

un mayor número de palas no aumenta necesariamente la velocidad de giro, pero sí el rendimiento de la eólica.

Anchura, ángulo y flecha de las palas rectangulares curvadas (5%) / grosor mínimo de la chapa

Velocidad óptima de giro y potencia en función de la velocidad del viento

ENERGIA SOLAR

Introducción:

La cantidad de energía que el Sol vierte diariamente sobre la Tierra es diez mil veces mayor que la que se consume al día en todo el Planeta.

Aplicando criterios de arquitectura bioclimática se puede reducir significativamente la necesidad de climatizar los edificios y de iluminarlos.

La energía solar es la energía contenida en la radiación solar que es transformada mediante los correspondientes dispositivos, en forma térmica o eléctrica.

Energía solar térmica:

consiste en el aprovechamiento de la energía procedente del Sol para transferirla a un medio captador y portador de calor, generalmente agua o aire, también puede permite calentar agua con el calor solar hasta producir vapor y posteriormente obtener energía eléctrica.

Aplicaciones de la energía solar térmica

Producción de Agua Caliente Sanitaria. Calefacción de baja temperatura. Calentamiento de agua de piscinas. Aire acondicionado mediante máquinas

de absorción(colectores de vacío o planos de alto rendimiento que produzcan ACS, calefacción en invierno y, mediante máquinas de absorción, produzcan frío en el verano.

¿Qué sistemas forman una instalación solar térmica?

A una instalación solar térmica, la forman varios sistemas:

Sistema de captación.- el captador plano está formado por una placa metálica que se calienta con su exposición al Sol (absorbedor); esta placa es de color negro de forma que no refleja los rayos del Sol.

Sistema de acumulación.- almacenar el agua caliente obtenida mediante el sistema de captación, para su posterior utilización, a partir de éste es conducida hasta donde se va a utilizar.

Sistema de distribución.- control, tuberías y conducciones, vasos de expansión, bombas, purgadores, válvulas, etc.

También puede formar parte de éste sistema, el equipo de apoyo basado en energías convencionales (boilers eléctricos, de gas, leña o gasóleo)

¿Son necesarios sistemas convencionales de apoyo?

Se pueden necesitar sistemas de apoyo convencional, en previsión a la falta de radiación o a un consumo superior al dimensionado. las instalaciones solares usualmente se diseñan para proporcionar a las viviendas entre el 60 y el 80 % del agua caliente demandada, aunque en zonas con gran insolación el porcentaje de aporte suele ser superior.

energía necesaria para el calentamiento de agua

Posición del sol época del año

Componentes radiación solar:

Potencial de la energía solar térmica:

En la atmósfera la potencia del sol son 1367KW/m2 y al llegar al suelo 900W/m2.

La distribución solar no es uniforme, ya que intervienen algunos factores:› Condiciones climatológicas.› Época del año.› Latitud del lugar.› Orientación de la superficie receptora.

Cálculo de las pérdidas por inclinación y orientación:

Ángulo de inclinación, beta (β), definido como el ángulo que forma la superficie de los captadores con el plano horizontal. Su valor es 0 para horizontales y 90 para verticales.

Ángulo de azimut, alfa (α), definido como el ángulo entre la proyección sobre el plano horizontal de la normal a la superficie del captador y el meridiano del lugar. Valores típicos son 0 para captadores orientados al Sur, -90° para captadores orientados al Este y +90° para captadores orientados al Oeste

Un sistema de energía solar se recupera la inversión entre los 5 y los 12 años.

Un m² de captador solar térmico es capaz de evitar cada año la emisión a la atmósfera de una tonelada de CO2.

La vida útil del sistema es superior a los 25 años.

Con 2 m2 de captadores solares se puede suministrar un 60 % de las necesidades de agua caliente sanitaria de la familia

¿Qué es la energía solar fotovoltaica?

Consiste en la transformación directa de la radiación solar en energía eléctrica. Se consigue aprovechando las propiedades de los materiales semiconductores (además de telurio y cadmio entre otros materiales) mediante las células fotovoltaicas.

Tipos de Paneles solares:

baldosa o teja.- Son de pequeño tamaño, y están especialmente pensados para ser combinados en gran número, de forma que cubran grandes superficies. 

 con sistemas de concentración.- Están provistos de una superficie reflejante que dirige y concentra la luz sobre los diferentes paneles fotovoltaicos.

Tipos de Paneles solares (Cont.):

Solares bifaciales.- Son paneles especiales, basados en un tipo de panel capaz de transformar en electricidad la radiación solar que recibe por cualquiera de sus dos caras. 

Panel Solar Híbrido.- es un panel que integra la energía solar fotovoltaica y la térmica en un único dispositivo. 

La biomasa

Es aquella materia orgánica de origen vegetal o animal, incluyendo los residuos y deshechos orgánicos, susceptible de ser aprovechada energéticamente. 

Las plantas transforman la energía radiante del sol en energía química a través de la fotosíntesis, y parte de esta energía queda almacenada en forma de materia orgánica.

La biomasa puede ser clasificada en dos grandes grupos:

Según su origen: biomasa natural y biomasa residual .

Según su estado: biocombustibles sólidos, líquidos o gaseosos .

podemos clasificarla según sus principales fuentes en los siguientes tipos:

Agrícola herbácea (paja, cañote de maíz, etc.) y leñosa (restos de podas, sarmientos)

Forestal: restos de labores de silvicultura (ramas, tocones, etc.)

Industrial de origen agrícola (orujillos, huesos, cáscaras, etc.) o de origen maderero (serrines, astillas, virutas, cortezas, etc.)

Cultivos energéticos: cultivos de especies destinados específicamente a la producción de biomasa para uso energético

Otros tipos de biomasa como la materia orgánica de la basura doméstica (RSU) u otros subproductos de reciclado

características a evaluar la biomasa

Humedad: afecta tanto a la cantidad (precio) y calidad de la materia prima, como al proceso (2,300 kcal/kg para evaporizarse)

Tamaño y forma: la biomasa presenta una gran diversidad de formas y tamaños (desde pulverulentos hasta de varios centímetros)

Densidad real y aparente: que varía considerablemente dependiendo de la tipología y presentación de la biomasa.

Composición química: Hay que efectuar una análisis elemental: C, H, O, N, S, Cl y cenizas. La mayor parte de las biomasas presentan valores más bajos de S, N y cenizas que el carbón, por ejemplo

Poder calorífico: (Kj/Kg base seca): la cantidad de calor liberado en la combustión de 1 kg. de biomasa.

Contenido en cenizas: Interesa para la mayor parte de los usos de combustión que sea inferior al 10%

Temperatura de fusión de cenizas: Interesa que sea elevado

Principales usos:

Se puede utilizar en aplicaciones eléctricas, térmicas y de transporte. Mediante distintas tecnologías y procesos de conversión, y con distintos rendimientos, se alcanzan distintos fines.

La bioenergía

Define los sistemas de generación de energía a partir de biomasa; es decir, la materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado, utilizable como fuente de energía.

La biomasa se puede utilizar para diversas aplicaciones, como es la generación de calor, de frío, de electricidad o para transporte, de manera que para facilitar su uso se transforma en biocombustible sólido (pellets, briquetas o astillas), líquido (biodiesel, bioetanol) o bien: gaseoso (biogas).

es un combustible no fósil, neutro desde el punto de vista del ciclo del carbono, las emisiones de CO2 que se producen, al proceder de un carbono retirado de la atmósfera en el mismo ciclo biológico, no se ve alterado el equilibrio de la concentración de carbono atmosférico, y por lo tanto no incrementándose el efecto invernadero, contribuyendo su uso a reducir las emisiones de CO2 a la atmósfera siempre que sustituya a un combustible fósil.

Generación de energía eléctrica

Se logra mediante la combustión/ gasificación/ pirólisis de biomasa es una de las opciones más conocidas. 

Son plantas térmicas (caldera + turbina + condensador) con sistemas de refrigeración, y evacuación eléctrica.

La biomasa no deja de ser la energía renovable más competitiva tras la eólica.

El precio por Megawatt (MW) instalado de central de biomasa para generar electricidad supera en la actualidad los 3 millones de euros.

Estas plantas alcanzan rendimientos  entorno al 30% de aprovechamiento

del poder calorífico de la biomasa y pueden funcionar hasta 8,200 horas al año (4 veces más que otras renovables), lo que les confiere una alta calidad energética debida a su alta predictibilidad y baja variabilidad, ajustándose a la curva de la demanda.

Es más representativo decir que una planta produce 200,000 MWh al año, que decir que tiene 25 MW de potencia

Generan energía eléctrica garantizada.

Como se encuentra dispersa por el territorio, disminuye las pérdidas de electricidad en su transporte

la biomasa debía suponer el 60% del total de las energías renovables, aparte en economía cada MW supone 9 empleos inducidos.

La máquina de biomasa

Se trata de una nueva máquina recogedora, trituradora e impulsora de biomasa que ha patentado la Sociedad Andaluza de Valorización de la Biomasa, S.A.

Recoge la poda del suelo con una mínima aportación de mano de obra (el propio conductor de la máquina), tritura eficazmente la biomasa obteniendo fragmentos de tamaño adecuado a las necesidades del transporte y la combustión, y compacta la materia triturada obteniendo una densidad que hace económicamente viable su transporte a distancias moderadas. 

Cultivo energético para la obtención de biomasa

El objeto de la invención es conseguir una energía renovable en base al cultivo y procesado de la especie Nicotiana tabacum, y obtener biomasa

utilizable como fuente de energía.

Fuentes:

http://www.promexico.gob.mx/es_us/promexico/Renewable_Energy

http://mim.promexico.gob.mx/wb/mim/energias_perfil_del_sector