Energía Sustentable
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2014 Moisés Torrealba SEFOTEC CHILE 10/07/2014
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2014
Moisés Torrealba
SEFOTEC CHILE
10/07/2014
ÍNDICE
Introducción…………………………................................................... Pág .1
Historia de la Energía Renovable…………………………………………………….……… Pág .2 Energía solar…………………………………………………………………………………………… Pág .3
Componentes de un sistema fotovoltaico………………………………………………. Pág .4 Energía solar en Chile…………………………………………………………………………….. Pág .5
Energía Eólica………………………………………………………………………………………… Pág .6
Componentes de un Sistema Eólico………………………………………………………… Pág .8 Parques Eólicos en Chile…………………………………………………………………………. Pág .9
Energía Mareomotriz……………………………………………………………………………… Pág .12 Energía de la Biomasa…………………………………………………………………………….. Pág .14
Centrales de Energía Eléctrica en Chile…………………………………………………… Pág .17 Conclusión……………………………………………………………………………………………… Pág .20
INTRODUCCIÓN
n la actualidad existen diversas fuentes de energía que nos ayudan a
desarrollar nuestras actividades cotidianas, pero a medida que van pasando
los años estas se van agotando debido a que son recursos que no son
renovables en el tiempo, llevando a la humanidad a escasear de energía, por esta
razón es que en distintas partes del mundo se trabaja en la búsqueda de recursos
que puedan ser utilizados en la generación de energía renovable en el tiempo y que
no produzcan grandes impactos ambientales dañando a la raza humana y las
distintas especies de seres vivos que habitamos en este planeta.
Una energía renovable, es la que puede obtenerse de fuentes naturales capaces de
regenerarse, y por tanto virtualmente inagotables. El uso de estas fuentes
energéticas es la alternativa al modelo energético tradicional, por su
disponibilidad presente y futura garantizada, a diferencia de los combustibles
fósiles que precisan millones de años para su formación.
Es importante distinguir entre las fuentes que además de renovables
son limpias y las que son contaminantes que producen residuos difíciles de
reciclar, como gases o partículas dañinas en diversos grados para la atmósfera, la
tierra o las aguas y en general para los seres vivos.
Actualmente existe en una gran preocupación en los científicos y
gobiernos por los efectos nocivos de la emisión del dióxido de carbono (CO2) que
se produce en las combustiones de los compuestos de carbono de la mayoría de los
combustibles, que ha llevado a un gran acuerdo internacional, plasmado en
el Protocolo de Kioto para reducir las emisiones de dióxido de carbono, por esta
razón se hace importante la promoción y ejecución de proyectos que cumplan con
esta iniciativa, ya que las fuentes contaminantes no sirven para cumplir con los
objetivos del compromiso.
E
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HISTORIA DE ENERGÍA RENOVABLE
Históricamente ha venido
utilizándose la leña como
combustible para los hogares,
además para el movimiento de
distintas máquinas, también se utilizó
en el transporte de naves que
utilizaban como medio de propulsión
el viento que las movía a través de las
velas. Con la invención de los
motores de combustión y eléctricos,
fueron quedando desplazadas ya que
estos resolvían en gran parte el
problema energético sin depender de
la condiciones de la naturaleza,
dando continuidad y rapidez a las
distintas máquinas existentes.
También se utilizaba una
energía teóricamente renovable, el
carbón de madera, en la forja
catalana, con la cual se fundieron las
armas que defendían las costas
del Imperio Español, pero su uso
poco moderado produjo la primera
crisis de la energía que se tenga
noticia: la pérdida de los bosques de
la España peninsular, no siendo la
única ya que hubo otras
deforestaciones semejantes en los
bosques de los Estados Unidos
quemados en locomotoras de vapor
de los ferrocarriles o en las riberas
del río Magdalena, en Colombia, que
eran quemados en las calderas de
los barcos de vapor que surcaban el
río. Casi como una anécdota, puede
añadirse que en los años 1970,
cuando comenzó a hablarse de
las energías alternativas, muchos que
se consideraban ecologistas,
emplearon hogares de leña para
calentarse y, entendidos, preferían la
leña de encina, por lo que muchos
encinares desaparecieron quemados
en sus hogares, ya que por entonces
este árbol no tenía otra utilidad.
Fueron salvados por el renacimiento
del gusto por el jamón ibérico de
bellota, es dudoso que por el largo
tiempo necesario para que crezcan,
se vuelvan a plantar.
2
Energía Solar
El Sol, fuente de vida y origen de las demás formas de energía que el
ser humano ha utilizado desde los albores de la historia, puede satisfacer todas
nuestras necesidades si aprendemos cómo aprovechar de forma racional la luz
que continuamente derrama sobre el planeta. Ha brillado en el cielo desde hace
unos cinco mil millones de años, y se calcula que todavía no ha llegado ni a la
mitad de su existencia. Sería poco racional no intentar aprovechar, por todos los
medios técnicamente posibles, esta fuente energética gratuita, limpia e
inagotable, que puede liberarnos definitivamente de la dependencia del petróleo
o de otras alternativas poco seguras, contaminantes o, simplemente, agotables.
Fuentes de Energía Fotovoltaicas
La energía solar fotovoltaica es una fuente de energía que produce
electricidad de origen renovable obtenida directamente a partir de la radiación
solar mediante un dispositivo semiconductor denominado célula fotovoltaica, o
bien mediante una deposición de metales sobre un sustrato denominada célula
solar de película fina
Este tipo de energía se usa para alimentar innumerables aplicaciones
y aparatos autónomos, para abastecer refugios o viviendas aisladas de la red y
para producir electricidad a gran escala a través de redes de distribución.
Debido a la creciente demanda de energías renovables, la fabricación de células
solares e instalaciones fotovoltaicas ha avanzado considerablemente en los
últimos años
3
Componentes de un sistema fotovoltaico
Acumulador: Es un componente de almacenamiento para la energía
eléctrica captada de los rayos del sol, puede ser una
batería o varias baterías conectadas en distintas
configuraciones dependiendo de la aplicación y la
potencia requerida.
Regulador de carga: Es el componente necesario para mantener una carga de
voltaje estable para proteger las batería.
Inversor: Es el componente que transforma la energía entregada
por la celda fotovoltaica para que esta sea utilizada
según las necesidades. Las celdas fotovoltaicas entregan
un voltaje continuo, que si bien sirve para la carga de
baterías no es posible utilizarla en equipos de corriente
alterna como es el caso de los electrodomésticos en
nuestro país.
Protecciones eléctricas: Son los componentes encargados de proteger las
instalaciones como a las personas, para el caso de las
instalaciones se debe tener disyuntores que protejan los
equipos contra sobrecargas de corriente y cortocircuitos.
También existen los interruptores diferenciales que son
para proteger a las personas.
4
sss
Célula fotovoltaica: Es un dispositivo que permite transformar la energía
lumínica (fotones) en energía eléctrica (flujo de electrones
libres) generando energía fotovoltaica.
Energía Solar en Chile
En la actualidad existen varias plantas de energía solar en Chile, podemos
mencionar Planta Solar Fotovoltaica Calama 3, corresponde a la primera planta
industrial en nuestro país para suministrar energía a minera Chuquicamata de
Codelco la que entró en operación en Junio del año 2012 suministrando 1MW de
potencia.
Otra planta de energía solar importante es la planta Huayca I construida en la
comuna de Pozo al Monte la que entrega una potencia de 1.44 MW de potencia al
Sistema Interconectado del Norte Grande
5
Energía Eólica
La energía eólica es una forma indirecta de la energía solar. El viento se
origina por el desigual calentamiento de la superficie terrestre que por
diferencia de temperaturas y presiones atmosféricas ocasiona el movimiento de
las masas de aire. La energía cinética del viento puede transformarse en
energía útil, tanto mecánica como eléctrica.
La energía eólica, transformada
en energía mecánica,
históricamente ha sido
aprovechada en la molienda y
para el bombeo de agua, sin
embargo su uso para la
generación de electricidad es
más reciente. A mediados de los
80, en respuesta a la crisis del
petróleo de la década del 70 y a
los impactos ambientales
derivados del uso de
combustibles fósiles, se inicia el
desarrollo comercial de la
primera generación de turbinas
eólicas (50-100 kW).
A mediados de los 90, el tamaño
más frecuente de los
aerogeneradores es de 500/600
kW, evolucionando rápidamente
a turbinas de más de 1 MW de
potencia. En la actualidad, los
mayores aerogeneradores en
tierra alcanzan 2-3 MW, con
torres de más de 100m y
diámetros de rotores de 80-
100m.
Los aerogeneradores
comúnmente se instalan en
conjunto, conformando los
denominados parques eólicos.
Tendencia Mundial
En los últimos diez años, la energía eólica se ha convertido en la fuente de
energía más dinámica, incrementando diez veces su capacidad instalada a
nivel mundial y ascendiendo a un total de 90.500 MW a fines del año 2007.
Durante este mismo año se registró un crecimiento correspondiente a 20
GW de nuevas instalaciones. En base a este desarrollo, se pronostica que
160.000 MW serán instalados en el año 2010.
Para mediados del siglo XXI, se estima que la energía eólica podrá cubrir
hasta un 30 por ciento del consumo eléctrico mundial, según diferentes
6
organizaciones del sector. Estos pronósticos se basan sobre todo en las
tendencias en los grandes mercados de China e India que están utilizando
cada vez más la energía eólica.
A principios de 2008, el 80 por ciento de la capacidad instalada en
aerogeneradores se encuentra en Europa y Estados Unidos. Los países que
han realizado las mayores inversiones en esta fuente energética son
Alemania (21,8 GW), España (13,9 GW), Estados Unidos (16,8 GW), India
(7,7 GW), China (5 GW) y Dinamarca (3,1 GW). Con un 20 por ciento,
Dinamarca es el país con la mayor penetración de generación eólica en un
sistema eléctrico nacional.
a energía eólica,
transformada en
energía mecánica,
históricamente ha sido
aprovechada en la molienda y
para el bombeo de agua, sin
embargo su uso para la
generación de electricidad es
más reciente. A mediados de
los 80, en respuesta a la crisis
del petróleo de la década del
70 y a los impactos
ambientales derivados del uso
de combustibles fósiles, se
inicia el desarrollo comercial
de la primera generación de
turbinas eólicas (50-100 kW).
A mediados de los 90, el
tamaño más frecuente de los
aerogeneradores es de
500/600 kW, evolucionando
rápidamente a turbinas de
más de 1 MW de potencia. En
la actualidad, los mayores
aerogeneradores en tierra
alcanzan 2-3 MW, con torres
de más de 100m y diámetros
de rotores de 80-100m.
Los aerogeneradores
comúnmente se instalan en
conjunto, conformando los
denominados parques eólicos.
L
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Componentes de un sistema Eólico
Estos sistemas por lo general están compuestos por un rotor, un generador
o alternador montado en una estructura, una cola (usualmente), una torre,
el cableado, y los componentes del “sistema de balance”: controladores,
inversores y las baterías.
Turbina Eólica: Es el encargado de generar electricidad cuando
el viento pasa por sus aspas. Hay de dos tipos
de eje horizontal que son los más utilizados y de
eje vertical que no necesitan estar siempre
orientándose al viento.
Sistema de Orientación: Este sistema alinea la turbina eólica con el
viento. La mayoría de las pequeñas unidades
usan una simple cola que dirige el rotor hacia el
viento. Existen ciertos mecanismos especiales
para desorientar la turbina en caso de vientos
peligrosamente elevados.
Torre: Debido a que a mayores alturas el viento es más
intenso, la turbina es montada en una torre, por
lo general a mayor altura se produce una mayor
cantidad de energía. La torre también evita las
turbulencias de aire que podrían existir cerca
del suelo, debidas a obstrucciones como colinas,
algunas construcciones y árboles.
Balance del Sistema: Los componentes que se requieren
adicionalmente de la turbina y la torre serán
aquellos para el “balance del sistema”. Por
ejemplo, los componentes requeridos para
bombeo de agua son muy diferentes a los que se
requieren para aplicaciones domésticas. Los
componentes también dependerán si el sistema
estará conectado a la red o será aislado, o si
será un sistema híbrido. Para un sistema
residencial conectado a la red, los componentes
de balance del sistema incluirán un regulador
generación y provee un sistema de protección
general, baterías de almacenamiento, una
unidad rectificadora de señal que convierte
eléctrica continua en corriente alterna
(inversor) y el cableado.
8
Componentes de un Aerogenerador
Parques Eólicos en Chile
Parque Eólico Canela I
Propiedad de Endesa, está ubicado en el kilómetro 298 a unos 30
kilómetros aproximadamente del cruce a Canela, en el sector de La
Angostura.
9
Finalmente, el proyecto Canela I queda conformado de 11 aerogeneradores,
tipo Vestas (V-82), con capacidad de generación de 1.65 MW cada uno y
tiene una capacidad instalada total de 18,15 MW, generando anualmente
47.140 MWH.
Parque Eólico Punta Colorada
La capacidad de generación total es de 20 mega watts (MW) y está ubicado
en la comuna de La Higuera, Región de Coquimbo, 70 kms. al norte de La
Serena y a 3 kms. de la localidad de Punta Colorada, lugar que lleva el
mismo nombre del proyecto. Esta iniciativa contempló una inversión de
US$70 millones, para producir energía que se incorpora al Sistema
Interconectado Central (SIC)- energía suficiente para abastecer a 10.000
hogares. Esto evitará que 30.067 toneladas de dióxido de carbono entren a
la atmósfera cada año. El montaje de las 10 turbinas –que generarán 20
MW- concluyó a fines del año 2011.
10
Parque Eólico Monte Redondo
ntrega energía limpia
a 74 mil hogares del
Sistema
Interconectado Central (SIC),
reduciendo las emisiones de
gases con efecto invernadero
en unas 88 mil toneladas de
CO2 al año
Ovalle (Región de Coquimbo),
8 de febrero de 2011- GDF
SUEZ inauguró hoy la
segunda etapa de su Parque
Eólico Monte Redondo, el
segundo más grande del país
con 48 MW y que entrega
energía limpia a 74 mil
hogares del Sistema
Interconectado Central (SIC).
Monte Redondo fue el parque
con mayor factor de planta de
los parques eólicos de Chile
en 2010, alcanzando el 25%,
con 2.179 horas de producción
promedio anual. Esto significa
que los aerogeneradores
produjeron electricidad 6
horas promedio por día, la que
fue inyectada al SIC.
E
11
Energía Mareomotriz
a energía mareomotriz
es aquella que se
genera con la fuerza de
las corrientes y mareas, Chile
con un potencial mínimo
estimado de 165 GW supera en
unas 10 veces el actual sistema
interconectado central, esto
presenta a nuestro privilegiado
territorio en una de las mayores
potencias energéticas en el
mundo, sin duda esto también
nos da una gran
responsabilidad ante la
humanidad, hoy vivimos
tiempos cruciales ante el fin del
petróleo y calentamiento global
que llevan bajo la manga a
otros graves problemas
alimenticios o de hambruna.
Todas las decisiones que
tomemos ahora, repercutirán a
mediano y largo plazo, solo
nosotros tenemos la
oportunidad para elegir el
camino correcto. Estamos
rodeados y somos beneficiarios
de energía pero ya no podemos
vivir siguiendo modelos
anticuados, consumiendo
recursos fósiles que se acaban
ni tampoco destruyendo la
naturaleza por que la tierra
necesita de todos. Es tiempo de
abrir los ojos y mirar los
hechos que suceden en el
planeta.
Hoy en tiempos Difíciles la
oportuna acción marcara el
punto de inflexión en la
Historia, en el SIGLO XXI
CHILE puede demostrar
Liderazgo Mundial. .
La más conocida central mareomotriz comercial genera 24 MW y se
encuentra en el río Rance, cerca de Saint-Malo, ubicado en la costa
del Océano Atlántico en Francia. Operando desde el año 1966, esta
central consiste en una presa de 750 metros de longitud, con un
embalse de 22 km2 de superficie. A su vez, en 1984 se inauguró en
Anápolis Royal en Canadá, una central mareomotriz de 20 MW, cuya
función es principalmente de investigación y desarrollo.
Otra tecnología usa molinos parecidos a los aerogeneradores, debajo
del agua, aprovechando las corrientes marinas. Entre otros, estos
L 12
molinos han sido instalados como proyectos de investigación,
denominado “Seaflow” en el mar del norte.
Por otro lado, también se ha investigado utilizar el gradiente
térmico de los océanos, aprovechando la diferencia en
temperaturas a diferentes profundidades.
denominada Pelamis, por sus elementos largos y delgados
flotadores. Estas instalaciones de aproximadamente 150 metros de
largo y 3,5 metros de diámetro, aprovechan los movimientos
ascendentes y descendentes del agua de mar para mover un
generador. En el año 2006, tres unidades Pelamis con una
capacidad de 750 Kw cada uno fueron instaladas, como un
proyecto comercial, en el puerto de Peniche, Portugal.
Las proyecciones de la energía del mar, apuntan a instalaciones en
forma de parques, parecidos a los parques eólicos. En el caso de los
Pelamis, se habla de “granjas de olas” que pueden ocupar
aproximadamente un kilómetro cuadrado de océano.
En Chile todavía no se han presentado oficialmente proyectos de
energía mareomotriz ni de aprovechamiento de las olas o
corrientes.
13
Energía de la Biomasa
a bioenergía o energía
de biomasa es un tipo
de energía renovable
procedente del
aprovechamiento de la materia
orgánica e industrial formada
en algún proceso biológico o
mecánico, generalmente es
sacada de los residuos 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.
En su más estricto sentido es
un sinónimo
de biocarburante (combustibles
derivados de fuentes
biológicas). En su sentido más
amplio abarca también
la biomasa, el material
biológico utilizado como
biocombustible, así como la
situación social, económica,
científica y técnica relacionada
con la utilización de fuentes de
energía biológica. Hay una
ligera tendencia a favor de la
bioenergía en Europa, en
comparación con los
biocarburantes en América del
Norte
L
14
El consumo mundial de biomasa se ha incrementado en los últimos
años, hasta aproximadamente unas 950 MTEP(Millones de toneladas
equivalente de petróleo) en 2002. No obstante sigue habiendo un gran
potencial para producir electricidad a partir de la biomasa, pero no
está suficientemente explotado. Debido a la elevada participación de la
biomasa en las energías renovables, regiones que no son miembros de
la OCDE como Asia, Latinoamérica y África aparecen como los
principales usuarios de energías renovables.
En los países desarrollados la biomasa se usa habitualmente para
calefacción y electricidad. En los países en desarrollo, la biomasa
en forma de madera y residuos agrícolas es el combustible más
habitual para cocinar y calentarse. En Norteamérica y Sudamérica, la
producción y el uso del etanol en el transporte es una opción cada vez
mayor.
Plantas de energía de biomasa más grandes del mundo
Planta Ironbridge de 740 MW, en Reino Unido. La planta Ironbridge
con una capacidad de 740 MW localizada en Severn George, Reino
Unido, es la planta de energía de biomasa más grande del mundo. Las
instalaciones, que fueron utilizadas anteriormente como una central
eléctrica de carbón con una capacidad instalada de 1.000 MW, fue
reconvertida junto a las dos unidades de la central para la generación
de energía a partir de biomasa en 2013.
15
La planta Alholmens Kraft de 265 MW ubicada en las instalaciones de
la fábrica de papel UPM-Kymmene en Alholmen, Jakobstad,
Finlandia, es la segunda planta de energía de biomasa más grande del
mundo. En funcionamiento desde enero de 2002, suministra también
100 MW de calor a la fábrica y 60 MW de calefacción urbana para los
habitantes de Jakobstad.
La planta Polaniec de 205 MW situada en el Condado de Staszów, al
sudeste de Polonia, es la tercera planta de energía de biomasa más
grande del mundo. En operación comercial desde noviembre de 2012,
hace uso principalmente de subproductos agrícolas y residuos de
madera para su funcionamiento.
16
Centrales de Energía Eléctrica En chile
En Chile existen varios Sistemas que nos proveen de
energía a todo el país a través de distintas centrales se encuentra
interconectadas entre sí aportando energía a los distintos sistemas
que poseemos.
En el Norte del País tenemos el Sistema Interconectado del
Norte Grande (SICNG) el que está compuesto por 51 centrales
eléctricas las que tienen como recurso entre ellos la energía térmica,
que usa combustibles como el petróleo, el gas y la biomasa. También
existen centrales solares que se han construidos en los últimos años
aprovechando los gran energía que se obtiene del sol en la zona norte
de nuestro país. En el SING también existen centrales hidráulicas que
aprovechan el agua de los ríos.
En la zona Centro Sur y parte del norte tenemos el sistema
interconectado Central (SIC) el que está compuesto mayoritariamente
las centrales termoeléctricas, además de centrales hidráulicas,
centrales solares y centrales eólicas.
En la zona Sur constamos con 3 sistemas energéticos en Los
Lagos, en Aysén y Magallanes, donde también predominan las
centrales térmicas.
En la zona Insular también existe una central térmica que
abastece de energía eléctrica a la Isla de Pascua.
A continuación existen una tabla que nos muestra la
totalidad de las centrales que aportan energía eléctrica a todo el país
distribuidas a través de los diferentes sistemas interconectados y sus
centrales. También existe una tabla general donde se muestra los
tipos de centrales que aportan energía y el porcentaje de incidencia
en nuestros sistemas de energía a través de un gráfico circular.
17
Centrales de Energía Eléctrica en Chile por sistemas
Hidráulica Eólica Solar Térmica Fuera de
Servicio
SIC 91 8 5 122 5
SING 4 0 1 46 0
Los Lagos 1 7 2
Magallanes 0 0 0 39 2
Aysén 12 3 0 38 1
Isla de Pascua 0 0 0 1 0
Distribución general de Centrales por tipo
Hidráulica Eólica Solar F. Servicio Térmica
Centrales 180 11 6 10 253
0
20
40
60
80
100
120
140
Centrales Eléctricas en Chile
Hidroelectrica
Eolica
Solar
Termica
Centrales Termicas Fuera de servicio
39%
3% 1%
55%
2%
Tipo de Centrales Hidraulica
Eólica
Solar
Térmica
F. de Servicio
18
19
Conclusión
A través de este trabajo se puede concluir que las energías sustentables, si bien están
en un proceso de evolución, se puede observar que aún están lejos de ser lideres en
temas energéticos a corto plazo en relación a las fuentes convencionales existente, ya
que si se observa la estadísticas a nivel mundial y nivel nacional se puede observar que
las centrales termoeléctricas son las que aportan mayor cantidad de energía en todos
nuestros sistemas de interconexión eléctrica.
En nuestro país las centrales de energía solar han aumentado en los últimos años, lo
que demuestra la tendencia que tendrá en un futuro próximo esta energía en nuestro
país, por cierto no será a corto plazo.
Las centrales eólicas también van formando parte de nuestros sistemas, aprovechando
las características geográficas de nuestro país siendo un aporte a las convencionales
existentes.
Las centrales hidráulicas que también han aportado una cantidad de energía
importante en nuestro país, en los últimos años se ha visto disminuida, a pesar de no
ser contaminantes y aprovechar la hidrografía de nuestros recursos naturales ha
encontrado opositores debido al impacto ambiental que estas pueden provocar, la
inundación de grandes extensiones de terreno y los cambios que conlleva en los
ecosistemas.
Dentro de las energías estudiadas se puede concluir que en nuestro país tenemos un
extenso territorio marítimo como la mayor fuente energética que podemos utilizar, a
pesar que no son muchos los proyectos de este tipo en el mundo es la gran alternativa
para un futuro donde la necesidad de energía va a ir aumentando en una forma
impresionante.
Debido a la gran cantidad de centrales termoeléctricas es interesante poder dar más
énfasis a aprovechar los recursos de la biomasa para una transformación de las
actuales centrales existentes.
20
