J.M. ZAMARRO UNIVERSIDAD DE MURCIA ENERGÍAS RENOVABLES Eólica La tecnología actual está concebida para profundidades de hasta 30 m La potencia típica es.

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1 J.M. ZAMARRO UNIVERSIDAD DE MURCIA ENERGÍAS RENOVABLES Eólica La tecnología actual está concebida para profundidades de hasta 30 m La potencia típica es de 2 MW por molino Se estima en unos 20 000 MW la energía potencial en España de estas características alcanzable hacia el 2030. Eólica marina

2 J.M. ZAMARRO UNIVERSIDAD DE MURCIA ENERGÍAS RENOVABLES Eólica En el transcurso de los últimos 10 años, el coste de la producción de energía eólica ha descendido de manera dramática. En los lugares más ventosos, ha alcanzado un precio de 2,5 a 5 centavos de dólar por kW/h. Las turbinas comerciales más utilizadas tienen palas de 35 metros, situadas sobre torres de 65 a 80 metros de altura. Cada una produce unos 1,5 megavatios. Las palas se hacen sobre todo de fibra de vidrio, aunque algún fabricante europeo emplea madera. En 2005 la energía eólica tendrá capacidad para abastecer el 97% del consumo eléctrico de Navarra, en 2002 produjeron 696 megavatios, y otros 77 adicionales por cogeneración, que permitieron abastecer el 55% del consumo de energía eléctrica en la región. A comienzos de 2003 la potencia eólica instalada en todo el mundo es 32 000 MW

3 J.M. ZAMARRO UNIVERSIDAD DE MURCIA ENERGÍAS RENOVABLESASPECTOS TÉCNICOS, VALORACIÓN

4 J.M. ZAMARRO UNIVERSIDAD DE MURCIA ENERGÍAS RENOVABLES Plantas Hidraulicas Pequeñas La primera central hidroeléctrica se construyó en 1880 en Northumberland, Gran Bretaña. Las Plantas Hidraúlicas Pequeñas se definen como plantas que producen menos de 10 MW de energía eléctrica.

5 J.M. ZAMARRO UNIVERSIDAD DE MURCIA ENERGÍAS RENOVABLES Plantas Hidraulicas Pequeñas Previsiones del Plan Energético Nacional

6 J.M. ZAMARRO UNIVERSIDAD DE MURCIA ENERGÍAS RENOVABLESASPECTOS TÉCNICOS, VALORACIÓN

7 J.M. ZAMARRO UNIVERSIDAD DE MURCIA ENERGÍAS RENOVABLES Biomasa Se puede considerar bajo el término biomasa el conjunto de materiales de naturaleza biológica que, por cualquier causa, inclusive de mercado, no son utilizables para alimentación humana ni de los animales, y que no han sufrido cambios profundos en su composición. La biomasa constituye una forma de energía solar en la que la captación, conversión y almacenamiento de la energía se realizan a través de procesos metabólicos de seres vivos. La oxidación de la materia orgánica, al ser un proceso exotérmico, conlleva una liberación de energía que puede ser utilizada por el hombre.

8 J.M. ZAMARRO UNIVERSIDAD DE MURCIA ENERGÍAS RENOVABLES Biomasa Clasificación de las fuentes de biomasa para la generación de energía

9 J.M. ZAMARRO UNIVERSIDAD DE MURCIA ENERGÍAS RENOVABLES Biomasa Digestión Anaeróbica: Descomposición anaeróbica de desperdicios orgánicos por bacterias en un ambiente desprovisto de oxígeno para producir biogas Tratamientos de la biomasa para la generación de energía eléctrica Pyrolysis Descomposición térmica de la biomasa en ausencia de oxígeno, realizado en cámaras herméticas, produciendo el desprendimiento de la materia volatil de la biomasa. Gasificación: Transformación química total o parcial de un biocombustible en defecto de oxígeno para producir gas. Monóxido de carbono, dióxido de carbono, hidrógeno y metano. Combustión: Combinación química de un combustible (sólido, líquido o gas) con un comburente (normalmente aire en proporción controlada para una oxidación completa ) para producir calor/electricidad.

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11 J.M. ZAMARRO UNIVERSIDAD DE MURCIA ENERGÍAS RENOVABLES Pilas de Combustible La idea original data de 1839, cuando el jurista británico, Sir William Grove, diseñó el primer dispositivo con dos electrodos de platino sumergidos en ácido sulfúrico. Pilas de combustible Componentes y Funcionamiento Una pila o celda de combustible es un dispositivo electroquímico que convierte la energía química de reacción directamente en energía eléctrica mientras se suministre combustible y oxidante a sus electrodos. En principio puede utilizarse cualquier sustancia susceptible de oxidación química, que pueda suministrarse de forma continua. El hidrógeno presenta una alta reactividad en presencia de catalizadores adecuados. Permiten evitar, a temperaturas y presiones relativamente bajas, las pérdidas irreversibles debidas a los múltiples procesos intermedios requeridos en los sistemas de combustión tradicionales. En términos del Segundo Principio de la Termodinámica, las pilas son sistemas de conversión de energía más eficientes que las máquinas de combustión. Las emisiones son insignificantes, no existen partes móviles, la densidad de potencia es elevada.

12 J.M. ZAMARRO UNIVERSIDAD DE MURCIA ENERGÍAS RENOVABLES Pilas de Combustible Los elementos básicos de una célula de combustible son el electrolito, emparedado entre los electrodos (un ánodo y un cátodo porosos), la matríz, que contiene el electrolíto y que no es necesaria si éste es sólido, la placa bipolar, que actúa como colector de corriente y distribuidor de gas. Pilas de combustible Componentes y Funcionamiento

13 J.M. ZAMARRO UNIVERSIDAD DE MURCIA ENERGÍAS RENOVABLES Pilas de Combustible Los electrodos difunden los gases hasta la interfaz con el electrolito. En el ánodo tiene lugar la oxidación del combustible

14 J.M. ZAMARRO UNIVERSIDAD DE MURCIA ENERGÍAS RENOVABLES Pilas de Combustible Cátodo La membrana permite pasar a los protones hacia el cátodo pero no a los electrones. La reacción global que tiene lugar en una célula de combustible 2H 2 + O 2 -> 2HO 2

15 J.M. ZAMARRO UNIVERSIDAD DE MURCIA ENERGÍAS RENOVABLES Pilas de Combustible Hidrógeno Barato El uso actual del platino como catalizador para esta misma tarea es una solución cara. Lo podemos encontrar en el catalizador que utilizan los automóviles y que ayuda a eliminar toxinas de los gases de escape, pero el platino es raro y cuesta más de 17 dólares por gramo. El equipo de Dumesic probó más de 300 catalizadores para encontrar uno que compitiera con el platino y pudiera realizar el proceso APR. Lo encontraron en el Raney-níquel, un catalizador poroso compuesto por un 90 por ciento de níquel (Ni) y un 10 por ciento de aluminio (Al). Para mejorar su rendimiento en la separación del hidrógeno a partir de las moléculas derivadas de la biomasa, se añadió estaño (Sn), lo cual detiene la producción de metano y genera mayor cantidad de hidrógeno. El catalizador Raney-NiSn puede actuar durante largos períodos (al menos 48 horas) y a más bajas temperaturas (sobre los 225 grados Celsius). La disponibilidad de un sustituto del platino será esencial para el éxito de la tecnología del hidrógeno, que promete ser un gran avance en la producción de energía durante los próximos años.

16 J.M. ZAMARRO UNIVERSIDAD DE MURCIA Materiales Para Almacenar Hidrógeno El principal problema radica en cómo almacenar suficiente hidrógeno a bordo de un automóvil para que pueda realizar 500 ó 600 km sin repostar. No podemos instalar un enorme depósito en la parte trasera del vehículo, de modo que deberíamos comprimir el gas en un volumen mucho más pequeño. Esto se puede hacer enfriando el hidrógeno a muy bajas temperaturas o comprimiéndolo a altas presiones, ambas opciones impracticables a bordo de un automóvil convencional. Alejándose de ello, la idea de Yaghi y sus colegas consiste en crear un material con poros que atraen al hidrógeno. Este tipo de material se llama MOF (metal-organic framework) y es relativamente fácil de fabricar. Los MOFs son estructuras que poseen un área máxima. Un solo gramo de MOF tiene, de hecho, tanta área de superficie como un campo de fútbol. En los MOFs, el hidrógeno es absorbido físicamente, no químicamente, de manera que es más fácil para el combustible salir de nuevo sin apenas coste energético. ENERGÍAS RENOVABLES Pilas de Combustible

17 J.M. ZAMARRO UNIVERSIDAD DE MURCIA ENERGÍAS RENOVABLESASPECTOS TÉCNICOS, VALORACIÓN

18 La fusión nuclear se produce cuando dos núcleos de elementos ligeros (como el hidrógeno) se fusionan para dar lugar a elementos pesados, desprendiendo una enorme cantidad de energía. La diferencia entre la suma de las masas individuales de los nucleones y la masa del núcleo es igual a la energía de enlace: (DE=Dm.c 2 ) J.M. ZAMARRO UNIVERSIDAD DE MURCIA ENERGÍAS RENOVABLES Fusión Nuclear

19 4 p 4 He + 2e + + 2 v + 2γ + 26.7 MeV 2 (p + p d + e + + v ) 2 (d + p 3 He + γ) 3 He + 3 He 4 He + 2p Hasta 1929, con la física nuclear ya desarrollada, no se postula que las estrellas obtienen su energía de la fusión de elementos ligeros. Pocos años más tarde Hans Bethe describe en detalle el ciclo del hidrógeno que gobierna las principales reacciones en nuestro Sol. J.M. ZAMARRO UNIVERSIDAD DE MURCIA ENERGÍAS RENOVABLES Fusión Nuclear El ciclo puede sintetizarse como una fusión de hidrógeno en helio La sección eficáz de la reacción, a temperaturas “razonables”, son demasiado pequeñas para ser eficientes energéticamente hablando.

20 La energía cinética de las partículas está relacionada con la temperatura. La temperatura necesaria para que se aproximen los protones es de varios millones de grados. En estas condiciones los electrones se encuentran completamente separados del núcleo formando un gas ionizado o plasma. Se utilizan dos isótopos del H y se obtiene He. J.M. ZAMARRO UNIVERSIDAD DE MURCIA ENERGÍAS RENOVABLES Fusión Nuclear

21 J.M. ZAMARRO UNIVERSIDAD DE MURCIA ENERGÍAS RENOVABLES Fusión Nuclear El plasma, o cuarto estado de la materia, a temperaturas operativas para la fusión, no puede estar en contacto con ningún recipiente sólido.

22 ENERGÍAS RENOVABLES Fusión Nuclear J.M. ZAMARRO UNIVERSIDAD DE MURCIA La producción de temperatura, densidad, tiempo de confinamiento se ha incrementado más de 100 000 veces en los últimos 30 años

23 J.M. ZAMARRO UNIVERSIDAD DE MURCIA ENERGÍAS RENOVABLES Fusión Nuclear El ITER es un proyecto de colaboración internacional para el desarrollo de la fusión nuclear en el que están trabajando científicos e ingenieros de Canadá, Europa, Japón y Rusia. El proyecto ITER tiene como objetivo estudiar la viabilidad tecnológica de la fusión nuclear como fuente energética. Se producíría la fusión por confinamiento magnético: Tokamat El plasma se calienta y se mantiene confinado en una cámara de vacío de forma toroidal. En el ITER unas bobinas magnéticas superconductoras situadas alrededor del recipiente toroidal confinan y controlan una mezcla de partículas cargadas – el plasma – e inducen una corriente eléctrica a través de ella. Las reacciones de fusión tienen lugar cuando el plasma está suficientemente caliente, es suficientemente denso y contiene durante suficiente tiempo los núcleos atómicos en el plasma para que empiecen a fusionar. Para conseguir sus objetivos el ITER será mucho más grande que el mayor tokamak existente y su rendimiento de fusión esperado será varias veces mayor.

24 J.M. ZAMARRO UNIVERSIDAD DE MURCIA ENERGÍAS RENOVABLES Fusión Nuclear Potencia total de fusión: 500 MW Mayor radio del plasma: 6.2 m Menor radio del plasma: 2.0 m Corriente del plasma: 15 MA Campo magnético toroidal: 5.3 T Volumen del plasma: 837 m 3 Superficie del plasma: 678 m 2

25 J.M. ZAMARRO UNIVERSIDAD DE MURCIA ENERGÍAS RENOVABLES Fusión Nuclear Superconducting toroidal field coils (TF). Las bobinas superconductoras del campo toroidal TF confinan y estabilizan el campo magnético toroidal. El número de bobinas TF es 18, cada una pesa aproximadamente 290 t y mide 14 m de alto y 9 m de ancho. Superconducting Central Solenoid (CS). El solenoide central superconductor induce la corriente eléctrica en el plasma del ITER. La bobina del solenoide pesa aproximadamente 840 t y mide 12 m de alto y 4 m de diámetro.

26 J.M. ZAMARRO UNIVERSIDAD DE MURCIA ENERGÍAS RENOVABLES Fusión Nuclear El “equipo central del proyecto” necesitará incorporar tanto un equipo internacional en el emplazamiento del ITER, así como unos equipos participantes en el territorio de cada país. El número de profesionales en el equipo internacional será aproximadamente 80 al principio de la construcción y 200 al final; el número de personas de apoyo será aproximadamente igual. En los equipos participantes se necesitarán 130 profesionales al principio, que se irán reduciendo en los últimos años. El número de personal de apoyo será aproximadamente el doble. Contratar al personal profesional y al de apoyo cuesta $150K y $75K respectivamente, lo que lleva a un coste de personal para la construcción de $477M. También se necesitará realizar I&D, el coste se estima en unos $70M. El total de todos estos costes (la suma de los costes de construcción directa, de personal y de I&D), teniendo en cuenta que la duración de la construcción será de 10 años, es de aproximadamente $360M anuales. Los costes anuales de operación del ITER (que incluyen costes de personal, energía, combustible y mantenimiento y mejora) se estiman del orden de $188M, que serán divididos entre las partes participantes, y que da un total de $3760M en 20 años.

27 J.M. ZAMARRO UNIVERSIDAD DE MURCIA ENERGÍAS RENOVABLES Fusión Nuclear España y Francia han alcanzado un acuerdo para presentar una candidatura conjunta al desarrollo del proyecto ITER. De esta manera, España albergará la entidad jurídica del proyecto, mientras que en Francia estará ubicado físicamente el proyecto. Después del acuerdo, el Consejo de Ministros de la Unión Europea ha aprobado por unanimidad la nueva propuesta. La Agencia Europea de Fusión, que estará radicada en España, será la encargada de controlar todos los contratos para la construcción, la aportación industrial y el desarrollo de la I+D del proyecto, para lo que gestionará más de 2.000 millones de euros. La Agencia estará en Cataluña mientras que la ubicación física del proyecto estará en la ciudad francesa de Cadarache.

28 J.M. ZAMARRO UNIVERSIDAD DE MURCIA PLAN DE FOMENTO DE LAS ENERGÍAS RENOVABLES El Consejo de Ministros, en su reunión del día 30 de diciembre de1999, tomó el Acuerdo por el que se aprueba el Plan de Fomento de las Energías Renovables para el periodo 2000-2010. Las energías y áreas técnicas que considera el Plan son: biomasa o materia fotosintética, de la cual se aprovecha su contenido energético, en una primera transformación (residuos agrícolas,forestales, cultivos energéticos, etc.) o en una segunda etapa (residuos animales transformados a biogás, biocarburante, etc.); eólica, provechamiento de la energía cinética del viento; hidráulica,aprovechamiento de la energía potencial gravitatoria del agua; solar, energía electromagnética en sus diversas transformaciones térmicas (pasiva, directa y termoeléctrica) y fotovoltaica; residuos urbanos su valorización energética (biogás, sólidos, etc.)

29 J.M. ZAMARRO UNIVERSIDAD DE MURCIA PLAN DE FOMENTO DE LAS ENERGÍAS RENOVABLES Objetivos del Plan de Fomento de las Energías Renovables periodo 2000-2010.

30 J.M. ZAMARRO UNIVERSIDAD DE MURCIA PLAN DE FOMENTO DE LAS ENERGÍAS RENOVABLES

31 J.M. ZAMARRO UNIVERSIDAD DE MURCIA PLAN DE FOMENTO DE LAS ENERGÍAS RENOVABLES Contribución de las energías renovables en España año 2010 (16.639 ktep)

32 J.M. ZAMARRO UNIVERSIDAD DE MURCIA E N E R G Í A S R E N O V A B L E S ENLACES RELEVANTES

33 J.M. ZAMARRO UNIVERSIDAD DE MURCIA PLAN DE FOMENTO DE LAS ENERGÍAS RENOVABLES IBERDROLA aumentó un 60% su potencia en energías renovables durante 2003, hasta 2.257 MW La Compañía tiene en la actualidad 1.981,38 MW operativos en parques eólicos y 275,44 MW en centrales minihidráulicas · IBERDROLA ha puesto en marcha 36 nuevas instalaciones eólicas el pasado año en el área de renovables en siete comunidades autónomas · La producción del parque renovable ascendió a 3.923,19 millones de kWh en 2003, un 81% más que en 2002 y un 6% del total de la Empresa tiene actualmente en construcción 478,19 MW de potencia adicional a través de instalaciones eólicas El objetivo de la Empresa es contar con más de 4.000 MW de potencia instalada en renovables en 2006, fundamentalmente mediante parques eólicos

34 J.M. ZAMARRO UNIVERSIDAD DE MURCIA centrales de ciclo combinado Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE) En este tipo de plantas las turbinas de gas (TG) y los ciclos combinados (CC) existe una unión entre dos ciclos termodinámicos:Brayton y Rankine. La meta es usar las altas temperaturas de la turbina de combustión interna (gas)para incrementar la temperatura del fluido de trabajo (aire),mientras se usa la turbina de combustión externa para reducir la tempe ratura del calor de desecho.La turbina de gas puede ser vista como un ciclo Brayton,mientras que la turbina de vapor y el recuperador representan el ciclo Rankine.