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Sostenibilidad energética

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Investigación en uso eficiente de la energía y nuevas fuentes renovables

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Sostenibilidad energética

  1. 1. domingo.guinea@csic.es LERH CAR CSIC-UPM-UIMP SOSTENIBILIDAD ENERGÉTICA: PREGUNTAS Y RESPUESTAS Dr. D.Guinea http://www.car.upm-csic.es/lerh/index.php/es/
  2. 2. domingo.guinea@csic.es ALGUNAS PREGUNTAS SOBRE SOSTENIBILIDAD D.GUINEA 2 • 1. ¿Por qué es necesario buscar una alternativa al modelo energético actual? • 2. ¿Cuáles son las fuentes de energía renovable más abundantes? ¿Son suficientes para satisfacer la demanda actual y la futura? • 3. ¿Cuándo será posible técnica y económicamente un esquema de energía sostenible? ¿En todos los países? • 4. Industria, transporte y edificios son los grandes sectores de consumo. ¿Es posible ofrecer una respuesta sostenible en los tres casos? • 5. Si hay energía suficiente y competitiva ¿por qué no se utiliza? ¿Qué problemas o inconvenientes plantea? • 6. Una casa autosuficiente ¿Es hoy posible? ¿Cuánto costaría sobre una construcción normal? ¿Podrían ser edificios en altura? • 7. Hay posibilidad de un transporte sostenible. ¿Qué prestaciones tendría? ¿Compatible y competitivo con los medios actuales? ¿Solo para la ciudad o también interurbano? http://www.car.upm-csic.es/lerh/index.php/es/
  3. 3. domingo.guinea@csic.es FUENTES DE ENERGÍA
  4. 4. domingo.guinea@csic.esD.GUINEA 4
  5. 5. domingo.guinea@csic.esD.GUINEA 5
  6. 6. domingo.guinea@csic.es DATOS FRENTE A ESTIMACIONES D.GUINEA 6 "Seneca curve" of world crude oil production
  7. 7. domingo.guinea@csic.es2008_03_04 D.Guinea CSIC LA EFICIENCIA COMO RECURSO 16% al usuario 41% pérdidas evitables 43% otras pérdidas Fuente de energía Transporte Transformación Uso Sociedad desarrollada Miller 1993
  8. 8. domingo.guinea@csic.es ENERGÍA PARA: • Aplicaciones estacionarias • Vivienda, sector terciario, escuelas • Industria • Fábricas, agrícola, pesquera • Transporte • Pasajeros, mercancías D.GUINEA 8http://www.car.upm-csic.es/lerh/index.php/es/
  9. 9. domingo.guinea@csic.es ENERGÍA SOSTENIBLE: CUANTO? • Fusión Nuclear • Fuentes renovables • Geotérmica 0,3 TW • Gravitacional 3 TW • Solar 174.000 TW • Agua • Viento • Olas • Termo-FV D.GUINEA 9
  10. 10. domingo.guinea@csic.es ENERGÍA SOLAR EN AFRICA D.GUINEA 10
  11. 11. domingo.guinea@csic.es 11 LA ENERGÍA PERDURABLE Energía solar FV para cubrir las necesidades de • El Mundo • Europa 28 • Alemania
  12. 12. domingo.guinea@csic.es COSTE COMPARATIVO D.GUINEA 12
  13. 13. domingo.guinea@csic.es GENERACIÓN EÓLICA MUNDIAL D.GUINEA 13
  14. 14. domingo.guinea@csic.es PERFIL DE DEMANDA ELÉCTRICA D.GUINEA 14
  15. 15. domingo.guinea@csic.es VIENTO Y POTENCIA ELÉCTRICA Incorporación de un modelo de generador eólico al análisis de flujos dinámicos de potencia D.GUINEA 15
  16. 16. domingo.guinea@csic.es ENSAYOS: EL SOL DISPONIBLE -200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 00:00:03 00:58:03 01:56:03 02:54:03 03:52:03 04:50:03 05:48:03 06:46:03 07:44:03 08:42:03 09:40:03 10:38:03 11:36:03 12:34:03 13:32:03 14:30:03 15:32:03 16:30:03 17:28:03 18:26:03 19:24:03 20:22:03 21:20:03 22:18:03 23:16:03 RadiaciónW/m2 Tiempo Radiación 09/06/2015 D.GUINEA 16
  17. 17. domingo.guinea@csic.es Edificios autosuficientes http://www.car.upm-csic.es/lerh/index.php/es/
  18. 18. domingo.guinea@csic.es La energía del entorno es suficiente para los edificios solo necesitan una gestión adecuada en captura, acumulación y uso Prototipo OIKOS Expo Zaragoza 2008 D.GUINEA 19
  19. 19. domingo.guinea@csic.esdomingo.guinea@csic.es medio ambiente innovación sostenibilidad tecnología seguridad Captura híbrida fotovoltaica y térmica Acumulación térmica Diseño / armonía Gestión y control integral inalámbricos Edificios autosuficientes. Industrialización
  20. 20. Características del edificio • Envolvente con capa termo-fotovoltaica integrada • Envolvente con aislante y cámara de fluido circulante • Transporte de calor y frío por arrastre controlado de fluidos • Acumulación en subsuelo y materiales de cambio de fase • Cimentación con acumulación térmica • Renovación de aire con recuperación • Huecos de apertura automatizada
  21. 21. domingo.guinea@csic.es La vivienda inteligente • Red de área local con potencia similar a la de un teléfono móvil o un PC • Capaz de medir y controlar: • La actividad y comodidad interior • Los recursos disponibles en el exterior • La cantidad y calidad de la energía acumulada • Con interlocutores diferentes: • Los ocupantes del edificio • El equipo de mantenimiento • El equipo de desarrollo • Garantía de que la energía casi cero es posible • Comportamiento flexible con capacidad de adaptarse y aprender de los usuarios y del entorno
  22. 22. domingo.guinea@csic.es La cadena de frío http://www.car.upm-csic.es/lerh/index.php/es/
  23. 23. domingo.guinea@csic.es EL FRIO SOLAR ES APROPIADO SI: • El coste de la electricidad es elevado o • No existe acometida eléctrica o • La red eléctrica es poco fiable • Se requieren garantías de conservación y • La radiación solar es media-alta o existen • Otras fuentes renovables y no controlables • O es grande la diferencia de tarifa valle/pico D.GUINEA 24http://www.car.upm-csic.es/lerh/index.php/es/
  24. 24. domingo.guinea@csic.es PLANTEAMIENTO • Acumulación de frío en material de cambio de fase • A temperatura próxima a la de uso • En masa suficiente para garantizar la refrigeración continua y estable • Utilizando energía eléctrica FV solo durante el periodo solar, u otra fuente disponible. D.GUINEA 25http://www.car.upm-csic.es/lerh/index.php/es/
  25. 25. domingo.guinea@csic.es VENTAJAS • Temperatura estabilizada por la de fusión del material utilizado. • Elevada capacidad de almacenamiento térmico. Densidad de energía 180kWh/kg (5-6 veces superior a las baterías Pb-ácido 30kWh/kg • Coste muy inferior a los acumuladores electro-químicos. Coste 3-4 veces inferior. Ciclabilidad ilimitada. Contaminación nula, libres de Pb. • Utilizable en cámaras de refrigeración móviles • Con fuentes de energía de naturaleza diversa: solar, eólica, red eléctrica, etc. D.GUINEA 26http://www.car.upm-csic.es/lerh/index.php/es/
  26. 26. domingo.guinea@csic.es ESQUEMA BÁSICO Red eléctrica tarifa valle Generador solar Generador eólico Máquina térmica Acumulador en MCF Frío doméstico Frío Industrial Transporte refrigerado D.GUINEA 27
  27. 27. domingo.guinea@csic.es Agua del aire http://www.car.upm-csic.es/lerh/index.php/es/
  28. 28. domingo.guinea@csic.es ISLA DE FOGO. CONDENSACIÓN EN LADERA D.GUINEA 29
  29. 29. domingo.guinea@csic.es 1 DE MAYO EN S. VICENTE Temperatura: 21ºC Humedad relativa: 80% Velocidad del viento: 30km/h D.GUINEA 30
  30. 30. domingo.guinea@csic.esD.GUINEA 31
  31. 31. domingo.guinea@csic.es AGUA ATMOSFÉRICA • Condensación aproximada -> 5g/m3 • Velocidad del viento 30km/h • Caudal de aire por m2 de sección -> 30.000 m3/h m2 • Agua generada -> 150 kg/h m2 -> 3,6Tm / m2 dia • Pantalla de 100 m2 -> 1.314.000 m3/año D.GUINEA 32
  32. 32. domingo.guinea@csic.es Material de Cambio de Fase BARRERAS DE NIEBLA D.GUINEA 33
  33. 33. domingo.guinea@csic.es Micro-termo-concentración http://www.car.upm-csic.es/lerh/index.php/es/
  34. 34. domingo.guinea@csic.es CONCENTRACIÓN SOLAR D.GUINEA 35
  35. 35. domingo.guinea@csic.es MICRO-TERMO-SOLAR Material de cambio de fase 250ºC D.GUINEA 36
  36. 36. domingo.guinea@csic.es Hidrógeno de los residuos http://www.car.upm-csic.es/lerh/index.php/es/
  37. 37. domingo.guinea@csic.es LA ENERGÍA DE LOS RESIDUOS (DATOS EXPERIMENTALES PROPIOS) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1V(V) I(mA) 4.5g KOH 6.0g KOH 15,0g KOH 30,0g KOH 45,0g KOH ηv = εo/V= 1,22/0,75 = 1,627 Caudal de hidrógeno desde la disolución de Urea Rendimiento en la energía química generada desde la aportación eléctrica 38D.GUINEA
  38. 38. domingo.guinea@csic.es Y SOLO HIDRÓGENO N2 O2 H2 D.GUINEA 39
  39. 39. domingo.guinea@csic.es ELECTROLISIS ASISTIDA D.GUINEA 40
  40. 40. domingo.guinea@csic.es TIPOS DE RESIDUOS • Urbanos: • Lodos de depuradora • Industriales: • Subproductos de biodiesel • Agrícolas • Fabricación de azúcar, alpechines, zumos • Ganaderos • Purines de los cerdos, queseras • Forestales • Fábricas de papel • Pesqueros • Conserveras D.GUINEA 41http://www.car.upm-csic.es/lerh/index.php/es/
  41. 41. domingo.guinea@csic.es DEL SOL Y AGUA RESIDUAL Al H2 y agua limpia D.GUINEA 42
  42. 42. domingo.guinea@csic.es HIDRÓGENO DESDE GASIFICACIÓN POR PLASMA DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS D.GUINEA 43
  43. 43. domingo.guinea@csic.es Transporte solar http://www.car.upm-csic.es/lerh/index.php/es/
  44. 44. domingo.guinea@csic.es LA CADENA DE LA ENERGÍA EN EL TRANSPORTE 40% DEL CONSUMO EN ESPAÑA D.GUINEA CSIC
  45. 45. domingo.guinea@csic.es ENERGÍA EN EL TRANSPORTE ACTUAL La garantía de suministro energético y la mitigación del impacto medioambiental son dos de los objetivos más importantes que asoman directamente ante la problemática de la dependencia de los combustibles fósiles. Procedente del petróleo casi por completo
  46. 46. domingo.guinea@csic.es Carbón Petróleo Electricidad Solar/Biomasa Estación de Gas M FC Hidrógeno Conductos Reformado a bordo Híbrido pila de combustible Liquid Fuel Conducto H2 Natural Gas Hidrógeno Hidrógeno Hidrógeno Combustion interna Híbrido Gasolina Híbrido Diesel Hidrogenera CNG、GTL Gasolina Vehículos a gas CNG,GTL Eléctrico Electrolinera Combustible líquido (CHF) Hidrógeno DIVERSIFICACIÓN DE LOS RECURSOS Híbrido FC Fuentes de energía D.GUINEA CSIC
  47. 47. domingo.guinea@csic.es • España en 2003 gastó en transporte unos 40M de TEP (40% consumo total de energía). • La radiación solar directa promedio en la Península es de 1600kWh/m2 año • La red viaria española tiene 1,2 km /km2 • La radiación solar “inútil” sobre la red viaria es una 20 veces superior al consumo de todos los vehículos. ¿Como aprovechar esa energía para mover un vehículo? El balance en España D.GUINEA CSIC
  48. 48. domingo.guinea@csic.es Transporte Solar • Integración de las redes de transporte de pasajeros, mercancías, energía e información. • Eficiencia en la captura, conversión, almacenamiento y uso de la energía. • Conservación de los recursos existentes. • Desarrollo de los medios renovables autóctonos. • La conservación del medio ambiente. http://www.car.upm-csic.es/lerh/index.php/es/
  49. 49. domingo.guinea@csic.esD.GUINEA CSIC
  50. 50. domingo.guinea@csic.es TRANSOL. INFRAESTRUCTURA. VEHÍCULO • Carga 250kg • Alimentación desde la banda de rodadura . • Temperaturas de entre -10 y 50 ºC • Guiado y compensación lateral de esfuerzos. • Ancho máximo del vehículo limitado por la infra- estructura fija: 1.5m
  51. 51. domingo.guinea@csic.es Tanque de hidrógeno Pila de combustible TRANSOL. FLUJOS DE ENERGÍA
  52. 52. domingo.guinea@csic.es TRANSOL 2: SUSPENSIÓN EN CATENARIA http://www.car.upm-csic.es/lerh/index.php/es/
  53. 53. domingo.guinea@csic.es TRANSPORTE DE PASAJEROS
  54. 54. domingo.guinea@csic.es O DE CARGA
  55. 55. domingo.guinea@csic.es CONCLUSIONES PROTOTIPO TRANSOL • Existe tecnología disponible para el transporte de pasajeros o mercancías haciendo uso exclusivo de la energía solar. • La captura, acumulación y uso local de la energía solar, junto al empleo de vehículos ligeros, optimiza la infraestructura y multiplica las posibilidades de transporte. • Los sistemas de gestión de energía sobre la infraestructura estacionaria permiten el uso de vehículos pasivos o semi- pasivos muy livianos. • Existe tecnología disponible para el transporte de pasajeros o mercancías haciendo uso exclusivo de la energía solar http://www.car.upm-csic.es/lerh/index.php/es/
  56. 56. domingo.guinea@csic.es A UN COSTE REDUCIDO fc convencional CERCANÍAS Transp. SOLAR Ligero fc alta velocidad Transp. SOLAR AVE Infraestructura M€/ km 10,0 0,6 15,0 1,2 Superestructura M€/ km 2,0 0,3 3,0 1,0 Señalización y comunicaciones M€/ km 2,0 0,2 2,0 0,3 Mantenimiento infra y superestr. M€/ km 0,1 0,1 0,1 0,1 Coste vehículo M€/ km 6,0 0,1 25,0 0,5 D.GUINEA 57http://www.car.upm-csic.es/lerh/index.php/es/
  57. 57. domingo.guinea@csic.es PROTOTIPO 3 DE TRANSOL EN CURSO D.GUINEA 58http://www.car.upm-csic.es/lerh/index.php/es/
  58. 58. domingo.guinea@csic.es DESARROLLO SOSTENIBLE • Energía específica para cada uso • Integración en la aplicación • Estabilización en demanda • Inversión fraccionada y escalonada • Amortización con el ahorro • Formación de personal técnico • Generación de empleo D.GUINEA 59http://www.car.upm-csic.es/lerh/index.php/es/
  59. 59. domingo.guinea@csic.es POR UNA ENERGÍA PERDURABLE D.GUINEA 60

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