Energías renovables (ensayo final)

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  • 1. Benemérita Universidad Autónoma de Puebla Facultad de ingeniería IME Energías Renovables DHTIC JUAN CARLOS CARMONA RENDÓN Miguel Angel Cortes Avendaño
  • 2. Energías RenovablesINTRODUCCIÓN ................................................................................................................................... 3PROBLEMA DE LA ENERGÍA ................................................................................................................. 4 Energía renovable ........................................................................................................................... 4 Los beneficios de las energías renovables ...................................................................................... 5TECNOLOGÍA EN LAS ENERGÍAS RENOVABLES.................................................................................... 8 Tecnologías del aprovechamiento de la energía solar .................................................................. 10Mercado mundial de las energías renovables .................................................................................. 12Estructura energética en el mundo y en México .............................................................................. 13CONCLUSIONES ................................................................................................................................. 14BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................................... 15 2
  • 3. ENERGÍA RENOVABLEINTRODUCCIÓNEn la actualidad los graves problemas ambientales a los que nos enfrentamoscotidianamente causados por el uso masivo de energías fósiles tales como elpetróleo, gas natural carbón etc.Es por este motivo la preocupación de buscar nuevas alternativas de energía,confiables y limpias que no atenten en contra de nuestro bienestar.Afortunadamente la naturaleza nos ofrece una gran variedad de opciones que nopodemos dejar pasar como la energía solar, eólica, biomasa, geotérmica ymuchas otras.Desgraciadamente estos tipos de energías limpias no han sido desarrolladasadecuadamente debido a falta de apoyo gubernamental y al escaso conocimientoque se tienen de ellas.La producción de energía se ha vuelto un problema por los altos costos deproducción y que la población va en aumento cada vez más rápido que en añosanteriores, además de que estamos acabando con los recursos que nos brindan laenergía es por eso que, necesitamos buscar/encontrar nuevas energías másbaratas y que los recursos sean casi inagotables.El motivo de este trabajo es recopilar algunas de las energías renovables quepodrían ser ocupadas en un futuro o ya en la actualidad. 3
  • 4. PROBLEMA DE LA ENERGÍALa energía es una de las problemáticas que definirán el destino de México y elmundo en el siglo que comienza. Lo que hagamos o dejemos de hacer a partir deahora determinará nuestra capacidad para satisfacer los requerimientosenergéticos del país, en el futuro.Como se sabe las fuentes primarias de energía que dominan en el mundo son loshidrocarburos. Los países emergentes (China, India, Brasil, México…) y los paísesmenos desarrollados necesitan para su desarrollo tener acceso pleno a las fuentesde energía modernas, entendidas estas como electricidad y carburantes. De ahíque la demanda energética mundial está en continuo aumento a un ritmo decrecimiento anual del 2%. A medida que crece la población y las economías,millones de personas en todo el mundo disfrutan de los beneficios de un estilo devida que requiere cantidades de energía cada vez mayores. Según la AIE, en suescenario de referencia, la demanda mundial de petróleo evolucionará de 84millones de barriles al día en 2005 a 116 millones de barriles diarios en 2030, esdecir se incrementará un 38% más en ese periodo. Lo cual es un reto colosal entérminos de inversiones, en particular en un contexto de declinación de lasreservas y las plataformas de producción de petróleo.A partir de ese momento la producción disminuirá. Cualquiera que sea la fecha,para los expertos petroleros del mundo es claro que este recurso está declinandorápidamente en relación a la escala temporal humana.Energía renovableLa energía es la fuerza vital de la humanidad; sin ella nuestra vida quedaría sinmovimiento. Gracias a la energía podemos cubrir varias necesidades que comoespecie evolutiva se van acrecentando; tales como transportes, alimentos,combustibles, refrigeración y muchas otras más. Las energías venidas de nuestrapropia naturaleza han demostrado sustentar las distintas economías a través deltiempo, pero existen energías no renovables que se están agotando por el abuso 4
  • 5. que el hombre ejerce sobre ellas, por este motivo desde hace ya algunos años elpropio hombre ha tenido la necesidad de buscar fuentes alternativas de energía.Existen fuentes de energía llamadas renovables o alternativas las cuales secaracterizan por que no ocupan recursos finitos, además de que causan menosimpacto ambiental negativo en nuestro entorno. Entre estas energías podemoscitar:a) Biomasab) Termonuclearc) Eólicad) Geotérmicae) Energías oceánicasLos beneficios de las energías renovablesReducción de los costos y los riesgos económicos de la energíaMuchas tecnologías de energías renovables, tales como los calentadores solaresde agua o los sistemas de electrificación rural para comunidades aisladas, son lasopciones más económicas para sus usuarios. Su uso les reporta, por tanto,importantes ahorros de manera directa.Otras tecnologías de energías renovables, tales como la generación deelectricidad a partir de energía eólica, pueden ser aparentemente más costosasque las tecnologías convencionales cuando se evalúan de manera aislada. Sinembargo, al analizar el sistema energético en su conjunto, y al tomar en cuenta nosólo los costos de la energía sino también los riesgos relacionados con lavariabilidad de dichos costos, se observa que las energías renovables, gracias asus riesgos pequeños o nulos, permiten en realidad, en muchos casos, reducir loscostos del sistema.Mayor acceso a servicios energéticos sustentables en áreas rurales 5
  • 6. La provisión de energía es uno de los principales motores para el desarrollo rural,y las energías renovables son a menudo la mejor opción para proveer de serviciosenergéticos a comunidades rurales. En particular, la electrificación rural porenergías renovables es, en muchos casos, una opción más rentable que lasextensiones de la red eléctrica, para el 2.5% de las viviendas del país que nodisponen de acceso a la energía eléctrica.Mitigación del cambio climáticoEn México el sector energía contribuye con el 61% de las emisiones de gases deefecto invernadero, y el país ocupa el lugar número 13 a nivel mundial en cuanto asus emisiones de estos gases. El aprovechamiento de las energías renovables, aldesplazar el consumo de combustibles fósiles, constituye una de las principalesestrategias de mitigación del cambio climático a nivel mundial.Debido a su alta vulnerabilidad ante el cambio climático, nuestro país tiene uninterés particular para promover mecanismos globales de mitigación, y parapregonar con el ejemplo ante la comunidad internacional. El desarrollo deproyectos de energías renovables representa además para México unaoportunidad importante de captar recursos internacionales de los mercados debonos de carbono.Las energías renovables pueden contribuir a la protección de bosques yselvasEl aprovechamiento de las energías renovables puede, en algunos casos,aumentar el valor económico que proporcionan las selvas y otras zonas ricas enbiodiversidad, y puede por ende aumentar el interés de las poblaciones locales,dueños y poseedores del bosque por su conservación; al incrementar lageneración de empleo local y la renta forestal. Esto sucede en particular para elcaso de dos tecnologías: los sistemas hidroeléctricos y la bioenergía. Existendistintas experiencias positivas en el Mundo de cómo los sistemas energéticospueden contribuir a la conservación de áreas relevantes por su valor ambiental. 6
  • 7. 7
  • 8. TECNOLOGÍA EN LAS ENERGÍAS RENOVABLESEn este apartado se describirá de manera somera las características principalesde las distintas tecnologías para el aprovechamiento de las energías renovables.Biomasa:La bioenergía en sus distintas formas se puede aprovechar en aplicacionestérmicas, para la generación de electricidad o para la producción debiocombustibles líquidos para transporte.La biomasa se utiliza además en varias aplicaciones industriales: la energíacontenida en productos de biomasa o derivados de la biomasa tales como elbagazo de caña, el licor negro, el biogás y distintos residuos agrícolas yagroindustriales son utilizados en industrias por medio de calderas y otrastecnologías para la producción de calor y, en algunos casos, electricidad.Finalmente, la biomasa se utiliza para producir biocombustibles en varios paísesencabezados por Brasil, Estados Unidos y Alemania. Los principalesbiocombustibles son el bioetanol (alcohol etílico) y el biodiesel. Ambos se puedenmezclar en proporciones pequeñas (de menos del 10%) con gasolina y diesel,respectivamente, sin necesidad de hacer adaptaciones en los motores devehículos modernos. El bioetanol se puede producir a partir de cultivos de azúcar(como la caña, la remolacha y el sorgo dulce), cultivos feculentos (como el maíz yla yuca) y materiales celulósicos. El biodiesel, por su parte, se elabora a partir dediferentes especies oleaginosas, tales como palma de aceite, piñón o colza.Energía Termonuclear.Esta energía es la combinación de energía térmica con energía nuclear, en éstafusión se combinan átomos de hidrógeno para formar helio, produciendoabundante energía en una reacción no contaminante. Otro enfoque que estánestudiando algunos científicos actualmente consiste en que puede compararse alquemar carbón en un horno. Estos experimentos podrían llegar a algo parecido aun motor de combustión, en el cual la potencia es generada por una serie de 8
  • 9. explosiones. Este método es posiblemente más sencillo, ya que elimina lanecesidad de confinar hidrógeno gaseoso caliente, pero diseñar una máquina quepueda detonar explosiones termonucleares controladas en rápida sucesión – yaguantarlas indemne- es un reto de ingeniería que no han abordado todavía.Así la energía termonuclear se convierte en una posibilidad de energía limpia quea la vez trae consigo evidencias científicas.Eólica:Las turbinas eólicas transforman la energía cinética del viento en energíamecánica, ya sea para mover directamente una máquina, tal como una bomba deagua o un molino de granos, o bien para impulsar un generador eléctrico. Lastecnologías de turbina más comunes en la industria son las de eje horizontal y lasde eje vertical; las primeras resultan más eficientes para aplicaciones industrialescomo granjas eólicas ubicadas en zonas rurales con grandes disposiciones deterreno; sin embargo, para ambientes urbanos las turbinas de eje vertical estántomando importancia debido a que requieren una menor área de instalación,generan menos ruido y se pueden acoplar a otros usos como alumbrado público yanuncios publicitarios.Geotérmica:La geotermia o calor de la corteza terrestre se aprovecha por medio de laperforación de pozos donde se capta a través de tuberías el vapor sobrecalentadopor las cámaras magmáticas para hacer girar una turbina e impulsar un generadoreléctrico o bien para aplicaciones térmicas como calefacción de interiores,balnearios y procesos industriales o agroindustriales. Existen cinco tipos derecursos geotérmicos, y cada uno está asociado con tecnologías específicas parasu aprovechamiento: (a) hidrotermales, (b) roca seca caliente, (c) geopresurizados, (d) marinos y (e) magmáticos. Los primeros son los que se explotanactualmente en México y en otros países, mientras que los otros cuatro seencuentran en proceso de investigación y desarrollo; en el caso específico de losrecursos de roca seca caliente, ya existen tecnologías comerciales y seencuentran en crecimiento.Los recursos geotérmicos o hidrotermales se dividen a su vez en recursos de altao de baja entalpía. Los primeros se pueden utilizar para la generación deelectricidad por su alto contenido de energía calorífica, mientras que los segundosse utilizan normalmente sólo para aplicaciones térmicas. 9
  • 10. Energías oceánicas:De manera esquemática las energías oceánicas se originan a partir del viento, loscambios de temperatura y densidad de las masas de agua en diferentes regionesde la Tierra y por las fuerzas de atracción gravitacional entre la Tierra, el Sol y laLuna, principalmente; por esta diversidad de formas en que encontramos lasenergías del mar, se han desarrollado tecnologías para aprovechar cada una deellas, mismas que se clasifican de la siguiente manera: energía mareomotriz,undimotriz, de corrientes marinas y maremotérmicas.Tecnologías del aprovechamiento de la energía solarLos recursos energéticos renovables, como ya se comentó son afortunadamentemuy abundantes en el planeta. Solo como un ejemplo de la abundancia de lasfuentes de ER, baste decir que la energía solar recibida cada 10 días sobre laTierra equivale a todas las reservas conocidas de petróleo, carbón y gas.¿Cómo se aprovecha la energía solar? Empecemos diciendo que la energía solares energía electromagnética emitida por nuestra estrella más cercana: el Sol, queal interaccionar con la materia dicha energía es transformada en otras formas deenergía. Existen varios mecanismos naturales que transforman a la energía solaren alguna otra forma de energía útil para el ser humano. Entre esos mecanismosse encuentran los físicos, los químicos y los biológicos. Por razones de espacio, acontinuación se presentarán sólo algunas de las tecnologías que aprovechanestos mecanismos para satisfacer necesidades energéticas humanas y que hoyen día son comerciales.Tecnologías fotovoltaicasDe las tecnologías solares, la fotovoltaica es en la actualidad la que tiene el másrápido crecimiento. Esta tecnología está basada en las celdas solares. Como sesabe, la forma más común de las celdas solares se basa en el efecto fotovoltaico,en el cual la luz que incide sobre un dispositivo semiconductor de dos capasproduce una diferencia del foto-voltaje o del potencial entre las capas. Este voltaje 10
  • 11. es capaz de conducir una corriente a través de un circuito externo de modo deproducir trabajo útil.Tecnologías de Calentadores Solares AguaOtra tecnología solar que está muy desarrollada y cuenta con una industriaampliamente establecida a nivel mundial y que también se encuentra en rápidocrecimiento es la de los captadores solares para el calentamiento de agua parauso doméstico. Existen varios diseños de captadores solar: los planos, los detubos evacuados, los de concentración solar. En todos ellos la energía solar escaptada en una superficie absorbente que transfiere el calor a un fluido,típicamente agua.Potencia Eléctrica Termo solarFinalmente, presentaremos las tecnologías termo solares para la generación deelectricidad. De todas las tecnologías solares, estas tienen un potencial dedesarrollo muy elevado, de hecho en los últimos años han tenido un rápidocrecimiento. Estas tecnologías están basadas en sistemas ópticos deconcentración solar.Las plantas de potencia de concentración solar producen potencia eléctricatransformando la energía solar en energía térmica a alta temperatura. Estaenergía térmica es transferida al bloque de potencia para producir electricidad. 11
  • 12. Mercado mundial de las energías renovables Las tecnologías que aprovechas a las fuentes renovables de energía, en diversos estados de desarrollo, han estado presentes en la historia de los seres humanos desde siempre. Sin embargo, con el advenimiento de la revolución industrial, cuya pieza fundamental fue la máquina de vapor desarrollado por James Watt en 1774 y que requería para su funcionamiento un combustible de alta densidad energética como el carbón, las energías renovables empezaron a ser sustituidas por los hidrocarburos. En las últimas décadas y debido a las crisis petroleras, la investigación y desarrollo de las tecnologías que aprovechan a las Fuentes de Energía Renovables se ha intensificado al punto de generar tecnologías actualmente en estado comercial. Pero más aún, estos mercados han tenido en los últimos años un crecimiento realmente explosivo. Algunos puntos por que se han intensificado el desarrollo de energías renovables: El alza de los precios de los hidrocarburos que llegó a 139 USD en Junio del 2008 y que podrían llegar a los 150 dólares por barril o más en los años venideros. El mercado mundial de emisiones de CO2 que está en 13 USD la tonelada de CO2 y en el futuro podría llegar hacia los 40 ó 60 dólares la tonelada. Las políticas voluntarias de los varios estados (Unión Europea y sus miembros, Estados Unidos, China, India, Brasil) + iniciativas locales que crean incentivos especiales para usar tecnologías de FRE. El progreso acelerado que han tenido las tecnologías de energías renovables. La definición de metas de consumo de ER por 73 países/estados/provincias. 12
  • 13. Estructura energética en el mundo y en MéxicoEl total de consumo de energía que corresponde a los hidrocarburos es del 80.8%,indicando que son estos el motor del mundo industrializado. A las energíasrenovables les corresponde un 12.7%, sin embargo las renovables tradicionales, yaquí se habla principalmente de leña y de la gran hidráulica sumadas dan el12.1%, dejando solo para las nuevas energías renovables el 0.6%. Estas últimasincluyen a la geotermia, al viento, a la solar y la oceánica.Las tecnologías actuales que aprovechan a las Fuentes de Energía Renovablepueden ser utilizadas masivamente. Sin embargo, su penetración en la mayoría delos países y en México en particular, no se ha dado debido a varios factores, entreellos a dos: al precio/costo relativamente elevado de las tecnologías y a laausencia, hasta hace poco, de políticas de estado que las promueva y lasincentive. 13
  • 14. CONCLUSIONESPor ultimo podemos concluir que las energías alternativas sonindispensables para poder subsistir hoy en día y sin duda en un futurono muy lejano, ya que como lo hemos visto los recursos para lasenergías fósiles se están agotando con mayor rapidez de lo que setenía previsto y que la población está aumentando a un ritmo muyveloz y la energía es casi imposible hacerla llegar a todos, además deque con todos las energías conocidas la contaminación ha aumentadodemasiado en los últimos años.Y es por lo cual se deben aplicar estas energías alternativas conurgencia, pero desgraciadamente entra una interrogante ¿Se cuentacon la tecnología y el capital suficiente para adoptar estas energías?Yo pienso que sí se cuenta con todo eso, pero desafortunadamentetodo eso es ocupado en otras cosas de menos interés, entoncescuando todo esto sea tratado a fondo y examinar totalmente estasenergías se podrá hacer un cambio realmente. 14
  • 15. BIBLIOGRAFÍA 1. ESTRADA GASCA, Claudio A. " Las Energías Renovables: la energía solar y sus aplicaciones”. Revista Digital Universitaria [en línea]. 1 de octubre 2010, Vol. 11, No.10 [Consultada: 2 de octubre de 2010]. 2. http://perseo.cs.buap.mx/bellatrix/tesis/TES758.pdf 3. http://www.renovables.gob.mx/ 15