Energías renovables

Fuentes de energías. Sistemas energéticos. Ecología y contaminación. Energía geotérmica, hidráulica, biomasa, eólica, solar y maremotriz

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Índice

Energías renovables...........................................................................................................2

Energía geotérmica............................................................................................................4

Energía hidráulica..............................................................................................................8

Energía de la biomasa......................................................................................................10

Energía eólica..................................................................................................................13

Energía solar....................................................................................................................14

Energía mareomotriz.......................................................................................................19

Energías renovables

Uno de los grandes problemas de la humanidad es su dependencia de los combustibles fósiles, ya que provocan un fuerte impacto ambiental además de diversos trastornos económicos. El reto está en conseguir que las energías alternativas y renovables vayan sustituyendo paulatinamente a esos combustibles. La principal ventaja de las energías renovables es la de su menor impacto ambiental ya que reducen el número de contaminantes a la atmósfera pero además su distribución territorial es más dispersa y menos concentrada. 

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El uso continuado de las llamadas energías sucias ha contribuido al cambio climático que provoca inundaciones, fuertes temporales, graves periodos de sequía, etc. con el consiguiente perjuicio económico. Esto por si solo sería suficiente argumento para buscar una alternativa menos destructiva, pero además el simple recuerdo de algunas de las mareas negras que han provocado y su posterior poder devastador nos obliga a que se busque de forma urgente una solución al problema y que se invierta en investigación y desarrollo de energías limpias. 

Ventajas 

  • No emiten CO2 a la atmósfera y evitan así el proceso de calentamiento terrestre como consecuencia del efecto invernadero. 

  • No contribuyen a la formación de lluvia ácida

  • No dan lugar a la formación de NOx 

  • No necesitan sofisticadas medidas de seguridad No producen residuos tóxicos de difícil o imposible tratamiento o eliminación.

Los impactos derivados de estas energías son de menor dimensión y más localizados. Por lo tanto más fácilmente corregibles o controlables. Además sus efectos no son permanentes ya que no se prolongan después de la utilización de la fuente energética.

Las energías renovables dañan 31 veces menos la naturaleza La eólica y la minh hidráulica son las más limpias 

La generación de energía tradicionales como el carbón, petróleo, gas natural o combustibles radiactivos produce un impacto ambiental 31 veces superior a las energías limpias, como el viento, el agua o el sol, según el primer estudio realizado en España sobre los impactos de las diferentes fuentes energéticas. El trabajo cuantifica esos costes con la pretensión de repercutirlos en las tarifas finales que pagan los consumidores. 

El estudio esta realizado por la consultora Auma en colaboración con varias universidades catalanas, los entes autonómicos de energía de Cataluña, Aragón, País Vasco, Navarra, Galicia, el IDAE (Instituto para la Diversificación y el Ahorro de la Energía) y CIEMAT (Centro de Investigaciones Energéticas Medioambientales y Tecnológicas), cuantifica estas ventajas con una unidad de medida denominada ecopunto . Esta unidad es negativa. Mide el impacto ambiental por cada Terajulio de electricidad producido, el equivalente al consumo de 278.000 estufas de 1.000 vatios durante una hora. La inventó el departamento de Medio Ambiente del Gobierno suizo y su utilidad entre los gestores medioambientales ha hecho que se generalice en todo el mundo. El ecopunto no se limita a cuantificar el impacto de la producción energética, sino el devengado a lo largo de todo el ciclo de vida desde la obtención del combustible y su transporte hasta la construcción de la central y el tiempo de explotación de la misma. 

Según esta medida la electricidad producida en España por una central térmica que quema lignito (poco poder calorífico y gran emisión de productos sulfurosos) tiene una carga contaminante de 1.735 ecopuntos, la que usa el petróleo -1.398- y carbón -1.356-, por delante de las otras dos convencionales analizadas: nuclear -672- y gas natural -267-. Mucho mejor paradas salen las renovables, con dos en el liderazgo de impactos mínimos -minihidráulica, 5, y eólica, 65- y una tercera, la solar fotovoltaica -461-, examinada en capítulo aparte, ya que su todavía escasa implantación industrial eleva injustamente su cuota dañina.

De hecho, «ahora seguramente tendría la mitad de esos 461 ecopuntos», según subrayó ayer José Ignacio Casanova, miembro del consejo director del estudio. A falta de desarrollo industrial en serie, y todavía dependiente de una cantidad importante de electricidad -con fuerte componente térmico y nuclear- para la generación de células fotovoltaicas, esa energía solar se ve penalizada ambientalmente, lo que impide compararla en condiciones igualitarias con el resto de tecnologías. 

Otra ausencia desde el ámbito renovable es la biomasa, que se queda fuera del análisis al incluir una amplia gama de combustibles con efectos muy diversos y, por tanto, difícilmente medibles bajo una única denominación. 

9% menos impacto en 2010

La moraleja que saca del estudio su promotora, es doble. Por una parte, la «necesidad de seguir apostando» por ésta como una «opción estratégica» ya recogida en su Plan de Fomento. 

Y, por otro lado, la «necesidad de que se internalicen los costes económicos de ese impacto en el precio final de la electricidad», bien penalizando las fuentes energéticas sucias, bien bonificando a las limpias; de lo contrario, argumentó, habrá un «mercado eléctrico discriminatorio».El decreto de conexión de los paneles solares a la red saldrá en otoño 

Energía geotérmica

 

'Energías renovables'
Las plantas geotérmicas aprovechan el calor generado por la tierra. A varios kilómetros de profundidad en tierras volcánicas los geólogos han encontrado cámaras magmáticas, con roca a varios cientos de grados centígrados. Además en algunos lugares se dan otras condiciones especiales como son capas rocosas porosas y capas rocosas impermeables que atrapan agua y vapor de agua a altas temperaturas y presión y que impiden que éstos salgan a la superficie. Si se combinan

estas condiciones se produce un yacimiento

geotérmico.
Una vez que se dispone de pozos de explotación se extrae el fluido geotérmico que consiste en una combinación de vapor, agua y otros materiales. Éste se conduce hacia la planta geotérmica donde debe ser tratado. Primero pasa por un separador de donde sale el vapor y la salmuera y líquidos de condensación y arrastre, que es una combinación de agua y materiales. Esta última se envía a pozos de reinyección para que no se agote el yacimiento geotérmico. El vapor continúa hacia las turbinas que con su rotación mueve un generador que produce energía eléctrica. Después de la turbina el vapor es condensado y enfriado en torres y lagunas.

La energía geotérmica tiene varias ventajas: el flujo de producción de energía es constante a lo largo del año ya que no depende de variaciones estaciónales como lluvias, caudales de ríos, etc. Es un complemento ideal para las plantas hidroeléctricas.
El vapor producido por líquidos calientes naturales en sistemas geotérmicos es una alternativa al que se obtiene en plantas de energía por quemado de materia fósil, por fisión nuclear o por otros medios. Las perforaciones modernas en los sistemas geotérmicos alcanzan reservas de agua y de vapor, calentados por magma mucho más profundo, que se encuentran hasta los 3.000 metros bajo el nivel del mar. El vapor se purifica en la boca del pozo antes de ser transportado en tubos grandes y aislados hasta las turbinas. La energía térmica puede obtenerse también a partir de géiseres y de grietas.

En algunas zonas de la Tierra, las rocas del subsuelo se encuentran a temperaturas elevadas. La energía almacenada en estas rocas se conoce como energía geotérmica. Para poder extraer esta energía es necesaria la presencia de yacimientos de agua cerca de estas zonas calientes. La explotación de esta fuente de energía se realiza perforando el suelo y extrayendo el agua caliente. Si su temperatura es suficientemente alta, el agua saldrá en forma de vapor y se podrá aprovechar para accionar una turbina.

Podemos encontrar básicamente tres tipos de campos geotérmicos dependiendo de la temperatura a la que sale el agua:

'Energías renovables'
La energía geotérmica de alta temperatura

La energía geotérmica de temperaturas medias

Campo geotérmico de baja temperatura

La energía geotérmica de alta temperatura existe en las zonas activas de la corteza. Su temperatura está comprendida entre 150 y 400ºC, se produce vapor en la superficie que enviando a las turbinas, genera electricidad. Se requieren varios parámetros para que exista un campo geotérmico: un techo compuesto de un cobertura de rocas impermeables; un deposito, o acuífero, de permeabilidad elevada, ente 300 y 2.000 metros de profundidad; rocas fracturadas que permitan una circulación convectiva de fluidos, y por lo tanto la trasferencia de calor de la fuente a la superficie, y una fuente de calor magmático, entre 3 y 10 kilómetros de profundidad a 500-600ºC. 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.
La energía geotérmica de temperaturas medias es aquella en que los fluidos de los acuíferos están a temperaturas menos elevadas, normalmente entre 70 y 150ºC. Por consiguiente, la conversión vapor-electricidad se realiza a un menor rendimiento, y debe utilizarse como intermediario un fluido volátil. Pequeñas centrales eléctricas pueden explotar estos recursos. La energía geotérmica de baja temperatura 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 60 a 80ºC.
La energía geotérmica de muy baja temperatura se considera cuando los fluidos se calientan a temperaturas comprendidas entre 20 y 60ºC. Esta energía se utiliza para necesidades domésticas, urbanas o agrícolas. La frontera entre energía geotérmica de alta temperatura y la energía geotérmica de baja temperatura es un poco arbitraria; es la temperatura por debajo de la cual no es posible ya producir electricidad con un rendimiento aceptable 120 a 180ºC.

La geotermia es una fuente de energía renovable ligada a volcanes, géiseres, aguas termales y zonas tectónicas geológicamente recientes, es decir, con actividad en los últimos diez o veinte mil años en la corteza terrestre. "La actividad volcánica sirve como mecanismo de transporte de masa y energía desde las profundidades terrestres hasta la superficie. Se relaciona con dos tipos de recursos explotables por el ser humano: la energía geotérmica y algunos tipos de yacimientos minerales, que son depósitos de origen magmático e hidrotermal".

Hacen falta inversiones para crear plantas geotérmicas que permitan extraer a través de pozos agua subterránea que se calienta entre 200 y 300 ºC, calor que se aprovecha como energía mientras el agua se regresa al acuífero para no desequilibrar al planeta. La geotermia desprende algunos residuos de azufre y de bióxido de carbono e hidróxido de azufre que se pueden limpiar antes de llegar a la atmósfera.

La geotermia es una alternativa energética que debería incrementarse, aprovechando en diferentes procesos, como en cascada, el agua cada vez menos caliente que se saca del subsuelo. Podría usarse en procesos industriales la energía que desprende el líquido a alta temperatura, agua menos caliente en algunos tratamientos textiles o de la industria de alimentos y tibia para llevarla a balnearios sin necesidad de utilizar combustibles ni electricidad para calentar en calderas.

En el mundo existen varias experiencias notables. En Italia, Nueva Zelanda y Canadá, esta energía apoya el consumo tradicional. En Japón se espera producir este año cerca de mil megavatios. Y en Filipinas, el sistema geotérmico tiene una capacidad de potencia de 2.000 megavatios.

En centrales geotérmicas, el vapor y el calor y el agua caliente de las reservas geotérmicas proporcionan la fuerza que hace girar los generadores de turbina y produce electricidad. El agua geotérmica utilizada es posteriormente devuelta a inyección al pozo hacia la reserva para ser recalentada, para mantener la presión y para sustentar la reserva.

'Energías renovables'

Hay tres tipos de centrales geotérmicas. El tipo que se construya depende de las 

temperaturas y de las presiones de la reserva. Una reserva de vapor "seco" produce vapor pero muy poca agua. El vapor 

es entubado directamente en una central de vapor "seco" que proporciona la fuerza para girar el generador de turbina. El campo de vapor seco más grande del mundo es The Geysers, unas 90 millas al norte de San Francisco.

Una reserva geotérmica que produce mayoritariamente agua caliente es llamada "reserva de agua caliente" y es utilizada en una central "flash". El agua que esté entre 130 y 330ºC es traída a la superficie a través del pozo de producción donde, a través de la presión de la reserva profunda, algo del agua se convierte inmediatamente en vapor en un "separador". El vapor luego mueve las turbinas.

Una reserva con temperaturas entre 110 y 160ºC no tiene suficiente calor para producir rápidamente suficiente vapor pero puede ser utilizada para producir electricidad en una central "binaria". En un sistema binario el agua geotérmica pasa a través de un intercambiador de calor, donde el calor es transferido a una segundo líquido que hierve a temperaturas más bajas que el agua. Cuando es calentado, el líquido binario se convierte en vapor, que como el vapor de agua, se expande a través y mueve las hélices de la turbina. El vapor es luego recondensado y convertido en líquido y utilizado repetidamente. En este ciclo cerrado, no hay emisiones al aire.

Las plantas geotérmicas, como las eólicas o solares, no queman combustibles para producir vapor que gire las turbinas. La generación de electricidad con energía geotérmica ayuda a conservar los combustibles fósiles no renovables, y con el menor uso de estos combustibles, reducimos las emisiones que ensucian nuestra atmósfera. Hay un aire sin humo alrededor de las plantas geotérmicas, de hecho algunas están construidas en medio de granjas de cereales o bosques, y comparten tierra con ganado y vida silvestre local.

El área de terreno requerido por las plantas geotérmicas por megavatio es menor que otro tipo de plantas. Las instalaciones geotérmicas no necesitan intervenir ríos o talar bosques, y no hay instalaciones mineras, túneles, piscinas de desecho ni fugas de combustible.

Las plantas geotérmicas están diseñadas para funcionar las 24 horas del día durante todo el año. La central geotérmica es resistente a las interrupciones de generación de energía debidas al tiempo, desastres naturales o acontecimientos políticos que puedan interrumpir el transporte de combustibles.

Estas centrales pueden tener diseños modulares, con unidades adicionales instaladas en incremento cuando sea necesario debido a un crecimiento en la demanda de la electricidad.

La energía geotérmica es una alternativa ante el agotamiento de los recursos convencionales y un aporte importante para solucionar los problemas de energía, abriendo una posibilidad de un futuro mejor para todos.

Energía hidráulica

Energía hidráulica, energía que se obtiene de la caída del agua desde cierta altura a un nivel inferior lo que provoca el movimiento de ruedas hidráulicas o turbinas. La hidroelectricidad es un recurso natural disponible en las zonas que presentan suficiente cantidad de agua. Su desarrollo requiere construir pantanos, presas, canales de derivación, y la instalación de grandes turbinas y equipamiento para generar electricidad. Todo ello implica la inversión de grandes sumas de dinero, por lo que no resulta competitiva en regiones donde el carbón o el petróleo son baratos, aunque el coste de mantenimiento de una central térmica, debido al combustible, sea más caro que el de una central hidroeléctrica. Sin embargo, el peso de las consideraciones medioambientales centra la atención en estas fuentes de energía renovables.

HISTORIA

Los antiguos romanos y griegos aprovechaban ya la energía del agua; utilizaban ruedas hidráulicas para moler trigo. Sin embargo, la posibilidad de emplear esclavos y animales de carga retrasó su aplicación generalizada hasta el siglo XII. Durante la edad media, las grandes ruedas hidráulicas de madera desarrollaban una potencia máxima de cincuenta caballos. La energía hidroeléctrica debe su mayor desarrollo al ingeniero civil británico John Smeaton, que construyó por vez primera grandes ruedas hidráulicas de hierro colado.

La hidroelectricidad tuvo mucha importancia durante la Revolución Industrial. Impulsó las industrias textil y del cuero y los talleres de construcción de máquinas a principios del siglo XIX. Aunque las máquinas de vapor ya estaban perfeccionadas, el carbón era escaso y la madera poco satisfactoria como combustible. La energía hidráulica ayudó al crecimiento de las nuevas ciudades industriales que se crearon en Europa y América hasta la construcción de canales a mediados del siglo XIX, que proporcionaron carbón a bajo precio.

Las presas y los canales eran necesarios para la instalación de ruedas hidráulicas sucesivas cuando el desnivel era mayor de cinco metros. La construcción de grandes presas de contención todavía no era posible; el bajo caudal de agua durante el verano y el otoño, unido a las heladas en invierno, obligaron a sustituir las ruedas hidráulicas por máquinas de vapor en cuanto se pudo disponer de carbón.

DESARROLLO DE LA ENERGÍA HIDROELÉCTRICA

La primera central hidroeléctrica se construyó en 1880 en Northumberland, Gran Bretaña. El renacimiento de la energía hidráulica se produjo por el desarrollo del generador eléctrico, seguido del perfeccionamiento de la turbina hidráulica y debido al aumento de la demanda de electricidad a principios del siglo XX. En 1920 las centrales hidroeléctricas generaban ya una parte importante de la producción total de electricidad.

La tecnología de las principales instalaciones se ha mantenido igual durante el siglo XX. Las centrales dependen de un gran embalse de agua contenido por una presa. El caudal de agua se controla y se puede mantener casi constante. El agua se transporta por unos conductos o tuberías forzadas, controlados con válvulas y turbinas para adecuar el flujo de agua con respecto a la demanda de electricidad. El agua que entra en la turbina sale por los canales de descarga. Los generadores están situados justo encima de las turbinas y conectados con árboles verticales. El diseño de las turbinas depende del caudal de agua; las turbinas Francis se utilizan para caudales grandes y saltos medios y bajos, y las turbinas Pelton para grandes saltos y pequeños caudales.

Además de las centrales situadas en presas de contención, que dependen del embalse de grandes cantidades de agua, existen algunas centrales que se basan en la caída natural del agua, cuando el caudal es uniforme. Estas instalaciones se llaman de agua fluente.

A principios de la década de los noventa, las primeras potencias productoras de hidroelectricidad eran Canadá y Estados Unidos. Canadá obtiene un 60% de su electricidad de centrales hidráulicas. En todo el mundo, la hidroelectricidad representa aproximadamente la cuarta parte de la producción total de electricidad, y su importancia sigue en aumento. Los países en los que constituye fuente de electricidad más importante son Noruega (99%), República Democrática del Congo (97%) y Brasil (96%). La central de Itaipú, en el río Paraná, está situada entre Brasil y Paraguay; se inauguró en 1982 y tiene la mayor capacidad generadora del mundo. Como referencia, la presa Grand Coulee, en Estados Unidos, genera unos 6.500 MW y es una de las más grandes.

Sección transversal de una presa

En las presas se genera electricidad liberando un flujo controlado de agua a alta presión a través de un conducto forzado. El agua impulsa unas turbinas que mueven los generadores y producen así una corriente eléctrica. A continuación, esta corriente elevada de baja tensión pasa por un elevador de tensión que la transforma en una corriente reducida de alta tensión. La corriente se transporta por cables de alta tensión hasta las subestaciones eléctricas donde se reduce la tensión para ser empleada por los usuarios. El agua sale de la presa por el desagüe.

En algunos países se han instalado centrales pequeñas, con capacidad para generar entre un kilovatio y un megavatio. En muchas regiones de China, por ejemplo, estas pequeñas presas son la principal fuente de electricidad. Otras naciones en vías de desarrollo están utilizando este sistema con buenos resultados.

Energía de la biomasa

'Energías renovables'
La generación de energía mediante la utilización y el aprovechamiento de productos naturales es una de las industrias del futuro. Se conoce como biomasa energética al conjunto de materia orgánica, de origen vegetal o animal, incluyendo los materiales procedentes de su transformación natural o artificial. En el aprovechamiento de la biomasa como fuente energética se emplean principalmente árboles, plantas, animales y deshechos animales y vegetales.


La energía de la biomasa es utilizada principalmente para la producción de biogás, la generación de energía térmica para el secado de productos agrícolas y madera, y la generación de electricidad mediante la combustión de residuos.

Antes de que se utilizara el carbón, la biomasa era la única fuente de energía en el mundo. Hoy en día ya se conocen y se usan otras formas de combustibles procedentes de la biomasa como el biogás o el etanol.

Ésta es la única fuente de energía por completo neutra en CO2, lo que quiere decir que no hace aumentar el bióxido de carbono en la atmósfera, con lo que contribuye a reducir el cambio climático.


Existen muchos tipos de combustibles de biomasa. Los más utilizados son la biomasa leñosa o madera, residuos del procesado de la madera y paja como residuo agrícola; mientras que otros, menos utilizados como combustibles, son la biomasa procedente de residuos ganaderos, residuos forestales, residuos agrícolas, residuos orgánicos de industria y residuos de plantaciones de frutas, parques públicos, y cultivos energéticos.


En algunos países europeos, como Alemania, Francia y Holanda, los residuos animales se están convirtiendo en un problema, pero pueden utilizarse para producir energía a través de un proceso de fermentación. En China han estado utilizando esta tecnología desde hace más de 200 años. Actualmente tienen 10 millones de digestores de biogás que aprovechan los residuos animales.


El aprovechamiento de los recursos de la biomasa vegetal se ha usado tradicionalmente y cada vez adquiere mayor relevancia por su gran potencial económico, ya que existen importantes volúmenes anuales de producción agraria, cuyos subproductos se pueden usar como fuente de energía e incluso ya se están potenciando los llamados cultivos energéticos, específicos para este fin.

Actualmente hay muchas industrias que utilizan estos recursos como las refinerías de aceite, ladrilleras y cementeras. En muchos casos, la biomasa que se usa como combustible es el subproducto de sus propios procesos productivos, como cáscara de avellana, cáscara de almendra. virutas de madera, materias prensadas etc. Los cultivos energéticos se usan para combustibles de automoción. Con un aprovechamiento adecuado de residuos agrícolas, forestales y ganaderos se podría incrementar el uso de estos recursos.

'Energías renovables'
El valor de la biomasa se encuentra en las cadenas moleculares sobre las que está construida. El hombre ha explotado estas propiedades desde sus comienzos, bien quemando la biomasa y usándola como combustible, bien comiendo las plantas y aprovechando el contenido energético en forma de carbón. El aprovechamiento de la biomasa tiene su origen en la energía solar, dado que las plantas, a través de la fotosíntesis, absorben una pequeña cantidad de energía de la radiación visible del espectro solar.

Existen varios tipos de biomasa, dependiendo de su origen y de la idea de generar estos recursos o de recuperarlos de otras fases de nuestra economía:

  • Biomasa Natural que se produce en la naturaleza sin la intervención humana, en bosques, matorrales, etc.

  • Biomasa Residual que se genera en cualquier tipo de actividad humana, principalmente en los procesos productivos de los sectores agrícola, forestal y ganadero.

  • Cultivos Energéticos, cuya finalidad es la producción específica de biomasa con las mejores características posibles para la producción energética.

El ejemplo más conocido de utilización de la biomasa es la madera: la fuente de energía más antigua que conoce la humanidad. La madera está compuesta de celulosa y lignina, así como de almidón, bálsamos, alcohol etílico, alcanfor, colorantes, taninos, perfumes y resinas. Para producir calor durante la combustión de la madera se requiere oxígeno y se libera bióxido de carbono.

Los desechos orgánicos de las grandes urbes pueden utilizarse para la generación de energía eléctrica y en forma directa como combustible en los hogares.

En Europa se están dando grandes pasos para fomentar el uso de la biomasa mediante grandes inversiones e investigaciones que aumentan cada año. Dentro de estos programas tienen un papel relevante el mejor conocimiento de las especies vegetales mas adecuadas para ser utilizadas como combustible, para la producción de electricidad.

Los expertos creen que utilizando nuevas tecnologías la biomasa podría llegar a generar hasta el 80% de la energía total mundial.

Es un área en pleno desarrollo que ya tiene en nuestro país las primeras instalaciones de nueva tecnología.

Energía eólica

Energía eólica, energía producida por el viento. La primera utilización de la capacidad energética del viento la constituye la navegación a vela. En ella, la fuerza del viento se utiliza para impulsar un barco. Barcos con velas aparecían ya en los grabados egipcios más antiguos (3000 a.C.). Los egipcios, los fenicios y más tarde los romanos tenían que utilizar también los remos para contrarrestar una característica esencial de la energía eólica, su discontinuidad. Efectivamente, el viento cambia de intensidad y de dirección de manera impredecible, por lo que había que utilizar los remos en los periodos de calma o cuando no soplaba en la dirección deseada. Hoy, en los parques eólicos, se utilizan los acumuladores para producir electricidad durante un tiempo, cuando el viento no sopla.

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Otra característica de la energía producida por el viento es su infinita disponibilidad en función lineal a la superficie expuesta a su incidencia. En los barcos, a mayor superficie vélica mayor velocidad. En los parques eólicos, cuantos más molinos haya, más potencia en bornes de la central. En los veleros, el aumento de superficie vélica tiene limitaciones mecánicas (se rompe el mástil o vuelca el barco). En los parques eólicos las únicas limitaciones al aumento del número de molinos son las urbanísticas.

Parque eólico

Los generadores de turbina de los parques eólicos aprovechan la fuerza del viento para producir electricidad. Estos generadores dañan menos el medio ambiente que otras fuentes, aunque no siempre son prácticos, porque requieren al menos 21 km/h de velocidad media del viento

Energía solar

Energía solar, energía radiante producida en el Sol como resultado de reacciones nucleares de fusión. Llega a la Tierra a través del espacio en cuantos de energía llamados fotones (véase Radiación electromagnética; Fotón), que interactúan con la atmósfera y la superficie terrestres. La intensidad de la radiación solar en el borde exterior de la atmósfera, si se considera que la Tierra está a su distancia promedio del Sol, se llama constante solar, y su valor medio es 1,37 × 106 erg/s/cm2, o unas 2 cal/min/cm2. Sin embargo, esta cantidad no es constante, ya que parece ser que varía un 0,2% en un periodo de 30 años. La intensidad de energía real disponible en la superficie terrestre es menor que la constante solar debido a la absorción y a la dispersión de la radiación que origina la interacción de los fotones con la atmósfera.

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La intensidad de energía solar disponible en un punto determinado de la Tierra depende, de forma complicada pero predecible, del día del año, de la hora y de la latitud. Además, la cantidad de energía solar que puede recogerse depende de la orientación del dispositivo receptor.

Casa solar

En esta casa solar en Corrales (Nuevo México, Estados Unidos) un colector solar de placa plana (inferior derecha) proporciona energía para calentar agua bombeada por el molino. El agua se almacena en grandes bidones.

TRANSFORMACIÓN NATURAL DE LA ENERGÍA SOLAR

La recogida natural de energía solar se produce en la atmósfera, los océanos y las plantas de la Tierra. Las interacciones de la energía del Sol, los océanos y la atmósfera, por ejemplo, producen vientos, utilizados durante siglos para hacer girar los molinos. Los sistemas modernos de energía eólica utilizan hélices fuertes, ligeras, resistentes a la intemperie y con diseño aerodinámico que, cuando se unen a generadores, producen electricidad para usos locales y especializados o para alimentar la red eléctrica de una región o comunidad.

Casi el 30% de la energía solar que alcanza el borde exterior de la atmósfera se consume en el ciclo del agua, que produce la lluvia y la energía potencial de las corrientes de montaña y de los ríos. La energía que generan estas aguas en movimiento al pasar por las turbinas modernas se llama energía hidroeléctrica.

Gracias al proceso de fotosíntesis, la energía solar contribuye al crecimiento de la vida vegetal (biomasa) que, junto con la madera y los combustibles fósiles que desde el punto de vista geológico derivan de plantas antiguas, puede ser utilizada como combustible. Otros combustibles como el alcohol y el metano también pueden extraerse de la biomasa.

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Energía solar pasiva

Los sistemas de calefacción solar activa incluyen equipos especiales que utilizan la energía del sol para calentar o enfriar estructuras existentes. Los sistemas pasivos implican diseños de estructuras que utilizan la energía solar para enfriar y calentar. Por ejemplo, en esta casa, un espacio solar sirve de colector en invierno cuando las persianas están abiertas y de refrigerador o nevera en verano cuando están cerradas. Muros gruesos de hormigón permiten oscilaciones de temperatura ya que absorben calor en invierno y aíslan en verano. Los depósitos de agua proporcionan una masa térmica para almacenar calor durante el día y liberarlo durante la noche.

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Asimismo, los océanos representan un tipo natural de recogida de energía solar. Como resultado de su absorción por los océanos y por las corrientes oceánicas, se producen gradientes de temperatura. En algunos lugares, estas variaciones verticales alcanzan 20 °C en distancias de algunos cientos de metros. Cuando hay grandes masas a distintas temperaturas, los principios termodinámicos predicen que se puede crear un ciclo generador de energía que extrae energía de la masa con mayor temperatura y transferir una cantidad a la masa con temperatura menor. La diferencia entre estas energías se manifiesta como energía mecánica (para mover una turbina, por ejemplo), que puede conectarse a un generador, para producir electricidad. Estos sistemas, llamados sistemas de conversión de energía térmica oceánica (CETO), requieren enormes intercambiadores de energía y otros aparatos en el océano para producir potencias del orden de megavatios.

RECOGIDA DIRECTA DE ENERGÍA SOLAR

La recogida directa de energía solar requiere dispositivos artificiales llamados colectores solares, diseñados para recoger energía, a veces después de concentrar los rayos del Sol. La energía, una vez recogida, se emplea en procesos térmicos o fotoeléctricos, o fotovoltaicos. En los procesos térmicos, la energía solar se utiliza para calentar un gas o un líquido que luego se almacena o se distribuye. En los procesos fotovoltaicos, la energía solar se convierte en energía eléctrica sin ningún dispositivo mecánico intermedio (véase Efecto fotoeléctrico). Los colectores solares pueden ser de dos tipos principales: los de placa plana y los de concentración.

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Calentamiento solar

Las placas colectoras utilizan la energía del Sol para calentar un fluido portador que, a su vez, proporciona calor utilizable en una casa. El fluido portador, agua en este caso, fluye a través de tuberías de cobre en el colector solar, durante el proceso absorbe algo de la energía solar. Después, se mueve hasta un intercambiador de calor donde calienta el agua que se utilizará en la casa. Por último, una bomba lleva de nuevo el fluido hacia el colector solar para repetir el ciclo.

Colectores de placa plana

En los procesos térmicos los colectores de placa plana interceptan la radiación solar en una placa de absorción por la que pasa el llamado fluido portador. Éste, en estado líquido o gaseoso, se calienta al atravesar los canales por transferencia de calor desde la placa de absorción. La energía transferida por el fluido portador, dividida entre la energía solar que incide sobre el colector y expresada en porcentaje, se llama eficiencia instantánea del colector. Los colectores de placa plana tienen, en general, una o más placas cobertoras transparentes para intentar minimizar las pérdidas de calor de la placa de absorción en un esfuerzo para maximizar la eficiencia. Son capaces de calentar fluidos portadores hasta 82 °C y obtener entre el 40 y el 80% de eficiencia.

Los colectores de placa plana se han usado de forma eficaz para calentar agua y para calefacción. Los sistemas típicos para casa-habitación emplean colectores fijos, montados sobre el tejado. En el hemisferio norte se orientan hacia el Sur y en el hemisferio sur hacia el Norte. El ángulo de inclinación óptimo para montar los colectores depende de la latitud. En general, para sistemas que se usan durante todo el año, como los que producen agua caliente, los colectores se inclinan (respecto al plano horizontal) un ángulo igual a los 15° de latitud y se orientan unos 20° latitud S o 20° de latitud N.

Además de los colectores de placa plana, los sistemas típicos de agua caliente y calefacción están constituidos por bombas de circulación, sensores de temperatura, controladores automáticos para activar el bombeo y un dispositivo de almacenamiento. El fluido puede ser tanto el aire como un líquido (agua o agua mezclada con anticongelante), mientras que un lecho de roca o un tanque aislado sirven como medio de almacenamiento de energía.

Colectores de concentración

Para aplicaciones como el aire acondicionado y la generación central de energía y de calor para cubrir las grandes necesidades industriales, los colectores de placa plana no suministran, en términos generales, fluidos con temperaturas bastante elevadas como para ser eficaces. Se pueden usar en una primera fase, y después el fluido se trata con medios convencionales de calentamiento. Como alternativa, se pueden utilizar colectores de concentración más complejos y costosos. Son dispositivos que reflejan y concentran la energía solar incidente sobre un zona receptora pequeña. Como resultado de esta concentración, la intensidad de la energía solar se incrementa y las temperaturas del receptor (llamado `blanco') pueden acercarse a varios cientos, o incluso miles, de grados Celsius. Los concentradores deben moverse para seguir al Sol si se quiere que actúen con eficacia; los dispositivos utilizados para ello se llaman helióstatos.

Hornos solares

Los hornos solares son una aplicación importante de los concentradores de alta temperatura. El mayor, situado en Odeillo, en la parte francesa de los Pirineos, tiene 9.600 reflectores con una superficie total de unos 1.900 m2 para producir temperaturas de hasta 4.000 °C. Estos hornos son ideales para investigaciones, por ejemplo, en la investigación de materiales, que requieren temperaturas altas en entornos libres de contaminantes.

Receptores centrales

La generación centralizada de electricidad a partir de energía solar está en desarrollo. En el concepto de receptor central, o de torre de potencia, una matriz de reflectores montados sobre helióstatos controlados por computadora reflejan y concentran los rayos del Sol sobre una caldera de agua situada sobre la torre. El vapor generado puede usarse en los ciclos convencionales de las plantas de energía y generar electricidad.

Enfriamiento solar

Se puede producir frío con el uso de energía solar como fuente de calor en un ciclo de enfriamiento por absorción (véase Refrigeración). Uno de los componentes de los sistemas estándar de enfriamiento por absorción, llamado generador, necesita una fuente de calor. Puesto que, en general, se requieren temperaturas superiores a 150 °C para que los dispositivos de absorción trabajen con eficacia, los colectores de concentración son más apropiados que los de placa plana.

ELECTRICIDAD FOTOVOLTAICA

Las células solares hechas con obleas finas de silicio, arseniuro de galio u otro material semiconductor en estado cristalino, convierten la radiación en electricidad de forma directa. Ahora se dispone de células con eficiencias de conversión superiores al 30%. Por medio de la conexión de muchas de estas células en módulos, el coste de la electricidad fotovoltaica se ha reducido mucho. El uso actual de las células solares se limita a dispositivos de baja potencia, remotos y sin mantenimiento, como boyas y equipamiento de naves espaciales.

ENERGÍA SOLAR EN EL ESPACIO

Un proyecto futurista propuesto para producir energía a gran escala propone situar módulos solares en órbita alrededor de la Tierra. En ellos la energía concentrada de la luz solar se convertiría en microondas que se emitirían hacia antenas terrestres para su conversión en energía eléctrica. Para producir tanta potencia como cinco plantas grandes de energía nuclear (de mil millones de vatios cada una), tendrían que ser ensamblados en órbita varios kilómetros cuadrados de colectores, con un peso de más de 4000 t; se necesitaría una antena en tierra de 8 m de diámetro. Se podrían construir sistemas más pequeños para islas remotas, pero la economía de escala supone ventajas para un único sistema de gran capacidad.

DISPOSITIVOS DE ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA SOLAR

Debido a la naturaleza intermitente de la radiación solar como fuente energética durante los periodos de baja demanda debe almacenarse el sobrante de energía solar para cubrir las necesidades cuando la disponibilidad sea insuficiente. Además de los sistemas sencillos de almacenamiento como el agua y la roca, se pueden usar, en particular en las aplicaciones de refrigeración, dispositivos más compactos que se basan en los cambios de fase característicos de las sales eutécticas (sales que se funden a bajas temperaturas). Los acumuladores pueden servir para almacenar el excedente de energía eléctrica producida por dispositivos eólicos o fotovoltaicos. Un concepto más global es la entrega del excedente de energía eléctrica a las redes existentes y el uso de éstas como fuentes suplementarias si la disponibilidad solar es insuficiente. Sin embargo, la economía y la fiabilidad de este proyecto plantea límites a esta alternativa.

Energía mareomotriz

'Energías renovables'
Las mareas de los océanos constituyen una fuente gratuita, limpia e inagotable de energía. Solamente Francia y la ex Unión Soviética tienen experiencia práctica en centrales eléctricas accionadas por mareas.

Es un recurso hidráulico que tiene analogía con la hidroelectricidad. La energía mareomotriz podría aportar unos 635.000 gigavatios/hora, GW/h, anuales, equivalentes a unos 1.045.000.000 barriles de petróleo ó 392.000.000 toneladas de carbón al año.

A partir del año 1973, cuando el mundo tomó conciencia de la finitud de los combustibles convencionales no renovables, se intensificaron los estudios de todos los tipos disponibles de energías renovables no convencionales: solar, eólicas, geotérmica, mareomotriz, etc.

La energía mareomotriz es una de las catorce fuentes nuevas y renovables que estudian los organismos especializados de las Naciones Unidas. Esta energía está disponible en cualesquiera clima y época del año.

Las mareas pueden apreciarse como variación del nivel del mar, con un período de aproximadamente 12 horas y 30 minutos, con una diferencia de nivel variable que, conforme a la topografía costera puede ser, entre bajamar y pleamar, de hasta 15 metros. Esta característica se da en un centenar de lugares en el mundo.


La técnica utilizada consiste en encauzar el agua de la marea en una cuenca, y en su camino accionar las turbinas de una central eléctrica. Cuando las aguas se retiran, también generan electricidad. Se considera que los lugares más viables para aprovechar esta energía son unos 40, que rendirían unos: 350.000 GW/h anuales.

En el verano de 1966 se puso en marcha la primera planta de energía mareomotriz situada en el río Rance, en el noroeste de Francia, que estuvo funcionando casi dos décadas. Consistía en una presa de 720 metros de largo, que creaba una cuenca de 22 kilómetros cuadrados. Tenia una esclusa para la navegación y una central con 24 turbinas de bulbo y seis aliviaderos, y generaba 240.000kW. Desde el punto de vista técnico-económico funcionaba muy satisfactoriamente, y proporcionó muchos datos y experiencias para proyectos del futuro. Sus gastos anuales de explotación en 1975 fueron comparables a los de plantas hidroeléctricas convencionales de la época, no perjudicaban al medio ambiente y proporcionaba grandes beneficios socioeconómicos en la región. Se benefició la navegación del río y se duplicó el número de embarcaciones que pasan por la esclusa, y en el coronamiento de esta estructura se construyó una carretera.

'Energías renovables'
Con un promedio de 4 kilómetros de profundidad, mares y océanos cubren las tres cuartas partes de la superficie de nuestro planeta. Constituyen un enorme depósito de energía siempre en movimiento. En la superficie los vientos provocan las olas que pueden alcanzar hasta 12 metros de altura, 20 metros debajo de la superficie, las diferencias de temperatura, que pueden variar de -2ºC a 25ºC, engendran corrientes. También, tanto en la superficie como en el fondo, hay fuerzas fruto de la conjugación de las atracciones solar y lunar. El mar tiene una energía potencial elevadísima y son muy pocas las aplicaciones practicas para aprovechar estas energías.

En el caso de las aplicaciones de aprovechamiento de la energía de las mareas, el sistema consiste en aprisionar, y embalsar el agua en el momento de la alta marea y liberarla posteriormente, obligándola a pasar por las turbinas durante la bajamar. Cuando la marea sube, el nivel del mar es superior al del agua del interior de la ría. Abriendo las compuertas, el agua pasa de un lado a otro del dique, y sus movimientos hacen que también se muevan las turbinas de unos generadores de corrientes situados junto a los conductos por los que circula el agua. Cuando por el contrario, la marea baja, el nivel de la mar es inferior al de la ría, porque el movimiento del agua es en sentido contrario que el anterior, pero también se aprovecha para producir electricidad.

Todos los elementos de la estación mareomotriz: generadores eléctricos, máquinas auxiliares, las turbinas, los talleres de reparación, salas e instalaciones para el personal, todo está contenido, encerrado entre los muros del poderoso dique que cierra la entrada del estuario. Una ancha pista de cemento que corre a lo largo de todo él.

Hay otras posibilidades de aprovechamiento de la energía marina. La energía gravitatoria terrestre y lunar, la energía X solar y la eólica dan lugar, respectivamente, a tres manifestaciones de la energía del mar: mareas, gradientes térmicos y olas. De ella se podrá extraer energía mediante los dispositivos adecuados. La leve diferencia de temperaturas llega entre la superficie y las profundidades del mar, constituye otra fuente de energía llamada mareomotérmica.

Centrándonos en la energía mareomotriz tenemos ventajas y desventajas. Podríamos destacar las siguientes ventajas:

  • Renovable.

  • No contaminante.

  • Silenciosa.

  • Bajo costo de materia prima.

  • No concentra población.

Como desventajas podríamos considerar:

  • Impacto visual y estructural sobre el paisaje costero.

  • Localización puntual.

  • Depende de la amplitud de las mareas.

  • Afectación negativa sobre la fauna y flora.

  • Potencia limitada.

Hay que fomentar el uso de la energía mareomotriz, dentro del uso de todas las energías limpias o alternativas, como la solar y la eólica.

El aprovechamiento del agua como recurso energético natural, implica tener en cuenta factores como la influencia de los astros que producen alteraciones en el mar, y también la presencia de vientos, tormentas y agresiones marinas, entre ellas la corrosión. La inversión para estas instalaciones es elevada , pero también lo es el nivel de ahorro económico y medioambiental que conllevan.

Opinión Personal

En mi opinión creo que las energías renovables deberían de ser más utilizadas y debería haber ayudas para fomentarlas. Además sabemos que son una fuente de energía inagotable no como las fuentes más utilizadas ahora que tarde o temprano se acabaran y no seremos capaces de vivir sin ellas por lo que pienso que en cuanto antes se sustituyan las fuentes de energía será mejor.

Bibliografía

Encarta 2003

www.ambientum.com

www.panoramaenergetico.com