Situación de las Tecnologías de
Energía Limpia
Curso de Análisis de Proyectos de Energía Limpia
Granja de Viento
Casa Solar Pasiva
Crédito Fotográfico: Nordex Gmbh
Crédito Fotográfico: McFadden, Pam DOE/NREL
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Objetivo
• Incrementar la conciencia en las tecnologías de energía
renovable y medidas de eficiencia energética

Mercados

Aplicaciones Típicas
Generación de Electricidad con Residuos de Madera
Crédito Fotográfico: Warren Gretz, NREL PIX
Celdas Fotovoltaicas y Calentamiento Solar de Agua
Crédito Fotográfico: Vadim Belotserkovsky
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Definiciones
Eficiencia Energética
Tecnologías de
Energía Limpia

Usando menos recursos energéticos
para satisfacer las mismas necesidades
de energía
Energía Renovable
Energyde
Demand
Energía
Demanda

Vivienda Solar Pasiva Super Aislada
Usando recursos naturales no agotables
para satisfacer las necesidades de
energía
100%
75%
50%
25%
0%
Conventional
Convencional
Efficient
Eficiente
Efficient & y
Eficiente
Renewable
Renovable
Crédito Fotográfico: Jerry Shaw
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Razones para Tecnologías de
Energía Limpia

Cambio climático

Contaminación local
• Económica

Costos de ciclo de vida

Agotamiento de
combustibles fósiles
Energía Eólica: Costos de Generación Eléctrica
40
Costo de la electricidad
(ctvs. US $/kWh)
• Ambiental
30
20
10
0
• Social
1980
1990
2000
Años
Fuente: National Laboratory Directors
for the U.S. Department of Energy (1997)

Generación de empleo

Reducción de drenaje local de $$$

Crecimiento de la demanda de energía (x3 para el 2050)
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Características Comunes de
Tecnologías de Energía Limpia
• Relacionadas a las tecnologías
convencionales:

Típicamente costos iniciales mayores

Generalmente menores costos operativos

Más limpios ambientalmente

Con frecuencia rentable sobre la base de costos
de ciclo de vida
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Costo Total de un Sistema de
Generación o Consumo de Energía
• Costo Total

costo de adquisición
• Costo total
=
costo de adquisición
+ costos de combustible y OyM
+ costos de reparaciones grales.
mayores
+ costos de retiro de servicio
+ costos de financiamiento
+ etc.
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Tecnologías de Generación de
Energía Eléctrica Renovable
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Energía Eólica
Tecnología y Aplicaciones
• Requiere buenos vientos
Aleta del Rotor
Viento
Caja con
Engranajes
Y Generador
Viento
(>4 m/s @ 10 m)
 Áreas costeras, cumbres redondeadas,
planicies abiertas

• Aplicaciones:
Altura
del eje
Torre
Red Interconectada
Warren Gretz, NREL PIX
Red Aislada
Sin Red
Phil Owens, Nunavut Power
Southwest Windpower, NREL PIX
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Mercado de Energía Eólica
Instalaciones Anuales de Turbinas Eólicas en el Mundo
8.000
7.000
(~20,6 millones de casas @ 5.000 kWh/casa/año y 30% factor de capacidad)
7.000
6.000
4.000
Alemania:
14.600 MW
España:
6.400 MW
Estados Unidos: 6.400 MW
Dinamarca:
3.100 MW
3.000
83.000 MW para 2007 (proyectado)
3.000
6.000
5.000
5.000
4.000
2.000
2.000
1.000
1.000
2003
2002
2001
2000
1999
1998
1997
1996
1995
1994
1993
1992
1991
1990
1989
1988
1987
1986
1985
0
1984
0
1983
MW
8.000
Capacidad instalada en el mundo (2003): 39.000 MW
Fuente: Asociación Danesa de Fabricantes de Turbinas Eólicas, BTM Consult, Asociación Mundial de Energía Eólica, Renewable Energy World
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Pequeña Hidro
Tecnología y Aplicaciones
• Tipos de
COMPONENTES DE UN SISTEMA HIDRÁULICO
Represa
Embalse
Línea de
Transmisión
Turbina
Reservorio
De “pasada”
Red
Interconectada
 Red Aislada
 Sin Red

Casa de
Máquinas
Generador


• Aplicaciones:
Aliviadero
Tubería de
Presión
proyectos:
Turbina Francis
Descarga
de Cola
Tubo de Descarga
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Mercado de Pequeñas Hidros
•
19% de la electricidad del mundo producida por grandes
y pequeñas hidros
•
En el Mundo:

•

China:


•

43.000 plantas existentes (tamaño de planta < 25 MW)
19.000 MW desarrollados
más 100.000 MW econ. factibles
Europa:

•
20.000 MW desarrollados (tamaño de planta < 10 MW)
Proyección: 50.000 a 75.000 MW para el 2020

10.000 MW desarrollados
más 4.500 MW econ. factibles
Canadá:


2.000 MW desarrollados
más 1.600 MW econ. factibles
Fuentes: ABB, Renewable Energy World, e International Small Hydro Atlas
Pequeña Planta Hidro
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Fotovoltaico (FV)
Tecnología y Aplicaciones
Arreglo FV
Sistema FV Doméstico
Planta
Centralizada FV
Acondicionador
de Potencia
Contador
Generación
Distribuida
Contador
Crédito Fotográfico: Tsuo, Simon DOE/NREL
Red
Eléctrica
Batería
Luz
Bombeo FV de Agua
FV Integrado a Edificio y Enlazado a la Red
Crédito Fotográfico: Strong, Steven DOE/NREL
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Mercado Fotovoltaico
Instalaciones Anuales Fotovoltaicas
800
700
800
Capacidad Instalada en el Mundo (2003): 2.950 MW f
700
(~1,2 millones de casas @ 5.000 kWh/casa/año)
600
32% de Incremento de embarques en el 2003
500
500
400
400
300
300
200
200
100
100
2003
2002
2001
2000
1999
1998
1997
1996
1995
1994
1993
1992
1991
1990
1989
1988
0
1987
0
1986
MWf
600
Fuente: PV News
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Cogeneración
• Producción simultánea de dos o más tipos de energía útil de una sola
fuente
Gas de Escape
Eficiencia de recuperación de calor (55/70) = 78,6%
5 Unidades
Eficiencia total ((30+55)/100) = 86,0%
Calor
Generador de Vapor
55 Unidades
por Recuperación
Carga
De Calor
de Calor
Calor + Escape
70 Unidades
Combustible
100 Unidades
Electricidad
30 Unidades
Sistema Eléctrico de Potencia
Generador
Carga
Eléctrica
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Cogeneración y Aplicaciones
Eléctricas, Combustibles y Equipos
Aplicaciones Varias
Combustibles Varios
Ciclo de Colección de
Gas de Relleno
Sanitario
Sistema de tuberías de
captación de gas de
relleno sanitario
Biomasa para Cogeneración
Crédito Fotográfico: Warren Gretz, DOE/NREL
Equipos Varios
Producción de vapor
Proceso
Compresor
Filtro
Enfriador/
Secador
Producción de
electricidad
Flama
Crédito Fotográfico: Gaz Metropolitan
Motor Reciprocante para Generación Eléctrica
Crédito Fotográfico: Rolls-Royce plc
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Aplicaciones de Cogeneración
•
•
•
•
Edificios simples
Comercial e industrial
Edificios múltiples
Sistemas de energía distritales
(ej. comunidades)
• Procesos industriales
Cogeneración en Municipio de
la Ciudad de Kitchener
Crédito Fotográfico: Urban Ziegler, NRCan
Cogeneración con gas de relleno sanitario
para sistema de calefacción distrital, Suecia
Micro turbina en invernadero
Crédito Fotográfico: Urban Ziegler, NRCan
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Cogeneración
Tipos de Combustible
• Combustibles renovables






Residuos de madera
Biogas
Gas de Relleno Sanitario
Derivados Agrícolas
Bagazo
Cultivos con Propósito
Específico, etc.
• Combustibles fósiles
Biomasa para Cogeneración
Crédito Fotográfico: Warren Gretz, DOE/NREL
Géyser Geotérmico
Gas natural
 Petróleo Diesel (#2)
 Carbón, etc.

• Energía geotérmica
• Hidrógeno, etc.
Crédito Fotográfico: Joel Renner, DOE/ NREL PIX
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Cogeneración Equipos y
Tecnologías
• Equipamiento de Enfriamiento



Compresor
Enfriador de Absorción
Bomba de calor, etc.
• Equipamiento de Generación de
Electricidad






Turbina a gas
Turbina a vapor
Turbina a gas – ciclo combinado
Motor reciprocante
Celda electroquímica,
etc.
Turbina a Gas
Crédito Fotográfico: Rolls-Royce plc
• Equipamiento de calefacción



Recuperación de calor de desperdicio
Caldero / Horno / Calentador
Bomba de calor, etc.
Equipo de Enfriamiento
Crédito Fotográfico: Urban Ziegler, NRCan
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Mercado de Cogeneración
Región
Capacidad
Canadá
12 GW
Mayormente a la industria de petróleo, y pulpa y papel
USA
67 GW
Creciendo rápidamente, política de apoyo a la cogeneración
China
32 GW
Predominantemente cogeneración basada en carbón
Rusia
65 GW
Cerca del 30% de la electricidad proveniente de cogeneración
Alemania
11 GW
Mercado de cogeneración municipal en alza
Gran
Bretaña
4,9 GW
Fuertes incentivos para energía renovable
Brasil
2,8 GW
Asociado con instalaciones fuera de red
India
4,1 GW
Mayormente cogeneración basada en bagazo para ingenios
azucareros
Sudáfrica
0,5 GW
Reemplazando principalmente electricidad basada en carbón
Mundo
247 GW
Comentarios
Crecimiento esperado en 10 GW por año
Fuente: World Survey of Decentralized Energy 2004, WADE
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Energía Renovable
Tecnologías de Calefacción y
Enfriamiento
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Calentamiento por Biomasa
Tecnología y Aplicaciones
• Combustión controlada de madera,
Picado de Madera
residuos agrícolas, basura
municipal, etc., para proveer calor
Edificios Simples y/o Calefacción Distrital
Crédito Fotográfico: Wiseloger, Art DOE/NREL
Crédito Fotográfico: Oujé-Bougoumou Cree Nation
Planta de Calefacción
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Mercado de Calentamiento por
Biomasa
• Mundo:
La combustión de Biomasa provee 11% del Suministro
Total de Energía Primaria del Mundo (STEP)
 Sobre 20 GWth de sistemas de calefacción de
combustión controlada

• Países en desarrollo:





Cocina, calefacción
No siempre sostenible
África: 50% de STEP
India: 39% de STEP
China: 19% de STEP







Calor, electricidad, estufas de madera
Finlandia: 19% de STEP
Suecia: 16% de STEP
Austria: 9% de STEP
Dinamarca: 8% de STEP
Canadá: 4% de STEP
USA: 68% de todos los renovables
• Países Industrializados:
Source: IEA Estadísticas Información de Renovables 2003,
Renewable Energy World 02/2003
Cámara de Combustion
Fotografía: Ken Sheinkopf/ Solstice CREST
8.000
7.000
6.000
5.000
4.000
3.000
2.000
1.000
0
Nuevas
Instalaciones
New
Installations
of de
Small
Sistemas
de
Calefacción
por
Scale (<100 kW) Biomass
Biomasa en Pequeña Escala
Heating
Systems
in Austria
(<100 kW)
en Austria
8.000
7.000
6.000
5.000
4.000
3.000
2.000
1.000
0
Fuente: Ingwald Obernberger citando la Cámara de Agricultura y Silvicultura, Baja Austria
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Calefacción Solar de Aire
Tecnología y Aplicaciones
• Colector no vidriado para
precalentamiento de aire
• El aire frío es calentado al
pasar a través de pequeños
agujeros en la placa
metálica absorbente
(SolarwallTM)
• Un ventilador circula este
aire calentado a través del
edificio
Difusor de pared
Panel Solar
Perforado
Ventilador
Aire
Fresco
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Mercado de Calefacción
Solar de Aire
• Precalentamiento de aire de
Edificios Industrial
ventilación para edificios con
grandes requerimientos de
aire fresco
• También para secado de
cosechas
Crédito Fotográfico: Conserval Engineering
• Competitivo en costos para
edificios nuevos o
renovaciones mayores
Secado Solar de Cosechas
Crédito Fotográfico: Conserval Engineering
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Calentamiento Solar de Agua
Tecnología y Aplicaciones
• Colectores vidriados y no vidriados
• Almacenamiento de agua (tanque o piscina)
Edificios Comerciales/Institucionales y Piscinas
Acuicultura- Criadero de Salmones
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Mercado Solar de
Calentamiento de Agua
• Más de 30 millones de m2 de
Edificios Residenciales y Piscinas
colectores en el mundo
• Europa:

10 millones de m2 de colectores in
operación

Tasa de crecimiento anual del 12%

Alemania, Grecia, y Austria

Meta para el 2010: 100 millones m2
Edificios Residenciales
• Mercado mundial fuerte para
calentadores solares de piscinas de
natación
• Barbados tiene 35.000 sistemas
Crédito Fotográfico: Chromagen
Fuente: Mundo de Energía Renovable, Oak Ridge National Laboratory
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Calefacción Solar Pasiva
Tecnología y Aplicaciones
• Suministro del 20 al 50% de
calefacción de ambientes
requerido en la temporada de
calefacción
Verano
Invierno
• Ganancia de calor disponible a
través de ventanas de alto
desempeño de cara al ecuador
Calefacción Solar Pasiva de Departamentos
• Almacena calor dentro de la
estructura del edificio
• Utiliza protectores de sol para
reducir las ganancias de calor en
verano
Fotografía: Fraunhofer ISE (from Siemens Research and Innovation Website)
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Mercado de Calefacción
Solar Pasiva
• Uso de ventanas eficientes es
Edificios Comerciales
actualmente la práctica
estándar solar pasiva
• Para nuevas construcciones –
ningún a bajo incremento de
costos
Ventanas de mayor eficiencia
 Orientación de edificios
 Protectores de sol adecuados

DOE/NREL Crédito Fotográfico: Gretz, Warren
Edificios Residenciales
• Competitivo en costos para
nuevos edificios y
rehabilitaciones
Crédito Fotográfico: DOE/NREL
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Bombeo de Calor desde Suelos
Tecnología y Aplicaciones
Lazos Verticales Enterrados
• Calentamiento y enfriamiento
de ambientes/agua
• La electricidad opera sobre
ciclo de compresión de vapor
• Calor retirado del suelo en
invierno y desechado al suelo
en verano
Lazos Horizontales Enterrados
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Mercado de Bombeo de
Calor desde Suelos
Bombeo de Calor desde Suelos - Residencial
• Mundo:
800.000 unidades instaladas
 Capacidad Total de 9.500 MWth
 Tasa de crecimiento anual de 10%

• USA: 50.000 instalaciones anualmente
• Suecia, Alemania, Suiza son los
mayores mercados Europeos
Edificios Industriales,
Institucionales y Comerciales
• Canadá:



30.000+ unidades residenciales
3.000+ unidades industriales y
comerciales
435 MWth instalados
Crédito Fotográfico: Geothermal Heat Pump Consortium (GHPC) DOE/NREL
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Otras Tecnologías de Energía
Limpia Comerciales
•
•
•
•
Combustibles: etanol y bio-diesel
Sistemas de refrigeración eficiente
•
•
Recuperación de calor de ventilación
Motores de velocidad variable
Sistemas de iluminación eficiente y con
luz diurna
Otros
Refrigeración Eficiente en Pista de Hielo
Suministro de Combustible de Desecho Agrícola
Crédito Fotográfico: David and Associates DOE/NREL
Iluminación con Luz Diurna e Iluminación Eficiente
Crédito Fotográfico: Robb Williamson/ NREL Pix
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Tecnologías de Energía Limpia
Emergentes
• Electricidad a partir de energía
térmica Solar
• Electricidad a partir de energía
térmica del mar
• Electricidad a partir de energía de
Mareas
Planta Eléctrica de Parabólicas Solares
Crédito Fotográfico: Gretz, Warren DOE/NREL
• Electricidad a partir de energía de
corrientes marinas
• Electricidad a partir de energía de
de oleaje
• etc.
Planta Eléctrica de Receptor Central Solar
Crédito Fotográfico: Sandia National Laboratories DOE/NREL
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Conclusiones
• Existen oportunidades rentables
Sistema FV Eólico Híbrido Parks Canada (Arctico a 81°N)
en costos
• Muchas experiencias exitosas
• Mercados en crecimiento
Crédito Fotográfico: Michael Ross Renewable Energy Research
• Se tienen oportunidades de
recursos de energía renovables
y eficiencia energética
Instalación de Turbina Eólica de 600 kW
Crédito Fotográfico: Nordex Gmbh
Teléfono FV
Crédito Fotográfico: Price, Chuck
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¿Preguntas?
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Status of Renewable Energy Technologies