producida por el movimiento rotacional de las palas

Aspectos generales sobre las tecnologías
para explotación de las energías renovables.
Ing. Gonzalo Guerrón MSc
08/29/2014
1. ENERGÍA EÓLICA
Fuente: www.energia.gob.ec
www.iberdrola.com
Fuente: www.renovables-energía.com
1. ENERGÍA EÓLICA
1.1 Aerogeneradores
Son dispositivos que utilizan la energía
cinética del viento para mover un
número
determinado
de
palas,
transformando la energía mecánica
(producida por el movimiento rotacional
de las palas) en energía eléctrica.
Fuente: www.energia.gob.ec
Fuente: Centrales de energías Ren., Carta, Calero-Libro
1. ENERGÍA EÓLICA
1.1 Clasificación de los aerogeneradores
Aerogeneradores
Eje
Vertical
Savonius
Darrieus
Fuente: opex-energy.com
Giromill
Eje Horizontal
Windside
Tripala
Bipala
Monopala
1. ENERGÍA EÓLICA
1.1.1 Eje vertical
Los aerogeneradores de eje vertical se caracterizan por tener el eje principal perpendicular
a la superficie de suelo.
• Savonius
Cilindros desplazados
respecto a su eje.
• Darrieus
Consiste en un eje
vertical asentado sobre
el rotor, con dos o mas
finas palas en curva
unidas al eje por los dos
extremos.
Fuente: opex-energy.com
• Giromill
Consisten en palas verticales
unidas al eje por unos
brazos horizontales que
pueden
salir
por
los
extremos del aspa e incluso
desde su parte central.
• Windside
Consiste en un perfil
alabeado con torsión que
asciende por el eje vertical.
1. ENERGÍA EÓLICA
1.1.2 Eje horizontal
Los aerogeneradores de eje horizontal se caracterizan por tener el eje principal
perpendicular a la superficie de suelo
• Tripala.
• Bipala
Fuente: opex-energy.com
• Monopala
1. ENERGÍA EÓLICA
1.2 Componentes de los aerogeneradores
•
Subsistema de Captación
•
Subsistema de transmisión mecánica
Tren de potencia (DirectDrive y GearBox)
•
Subsistema de generación eléctrica
Generadores
•
Subsistema orientación
Sensor de velocidad y dirección de viento
•
Subsistema de regulación
Controlador que supervisa la condición de
todos los elementos de la turbina
•
Subsistema soporte
Góndola y Torre
Fuente: Centrales de energías Ren., Carta, Calero-Libro
Rotor, palas y buje
1. ENERGÍA EÓLICA
1.2.1 GearBox o Caja Multiplicadora
•
Adapta la baja velocidad de rotación
del eje del rotor a las mayores
velocidades
de
operación
del
generador eléctrico.
•
La relación de transmisión del
multiplicador está determinada por su
tren de engranajes.
Fuente: Centrales de energías Ren., Carta, Calero-Libro
1. ENERGÍA EÓLICA
1.2.2 Direct Drive o Transmisión Directa
Es un mecanismo de accionamiento
directo que transforma la potencia sin
necesidad de una caja multiplicadora.
Ventajas
•
•
•
•
Aumento de la eficiencia
Reducción del ruido
Mayor vida útil
Mayor seguridad
Fuente: www.power-eng.com
Fuente: www.iie.org.mx/proyectoMEM/docpdf/tecnologia_eolica.pdf
1. ENERGÍA EÓLICA
1.3 Clasificación de aerogeneradores según IEC
Clase de la
Turbina
Vref (m/s)
A
Iref
B
Iref
C
Iref
I
50
0,16
0,14
0,12
II
42,5
III
37,5
S
Valores
especificados por
el diseñador
Fuente: Omar Herrera et. al, Modelo de análisis de cargas máximas en aerogeneradores producidas por vientos extremos, 2010
2. ENERGÍA SOLAR
2. ENERGÍA SOLAR
2.1 Conceptos de Energía Solar
Sistemas Fotovoltaicos
Energía
Solar
Sistemas Captación
Finalidad
Convertir
Generación de
electricidad
Energía
térmica
Calefacción
Casas, Edificios
Fuente: INER/EOLICA
www.iner.gob.ec
Generación
Electricidad
2. ENERGÍA SOLAR
2.2.1 Funcionamiento SFV
El efecto fotoeléctrico hace posible que los paneles solares funcionen. Explica el
por qué ciertas superficies metálicas emiten electrones al incidir radiación
electromagnética.
Fuente: FISICA, Serway-Jewett, Vol. 2
2. ENERGÍA SOLAR
2.2.2 Tipos de SFV más comunes
Monocristalinas
Cristalino
Policristalinas
Policristalinas de capa delgada
Otras
Silicio
Amorfo
Células de
capa delgada
Células
Solares
Grupo II-VI (CIS, CdTe)
Compuesto
Grupo III-V (GaAs, lnp)
Otras
Fuente: Centrales de energías Ren., Carta, Calero-Libro
Células de alta
eficiencia
2. ENERGÍA SOLAR
• 2.2.3 Sistemas Fotovoltaicos autónomos
Fuente: Centrales de energías Ren., Carta, Calero-Libro
2. ENERGÍA SOLAR
• 2.2.3 Sistemas Fotovoltaicos Conectados a la
Red Eléctrica
Fuente: Centrales de energías Ren., Carta, Calero-Libro
2. ENERGÍA SOLAR
2.2.4 SFV pequeños, casas
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Fuente: energiaverde.gpodelaconcha.com
Panel solar
Inversor
Caja de breakers
Medidor bidireccional
Red eléctrica
Cargas eléctricas
2. ENERGÍA SOLAR
2.3 Sistemas de Captación Solar
La radiación del sol se subdivide en
radiación directa, difusa y albedo.
La radiación directa se la mide con el
piroheliómetro , y la difusa + directa
con el piranómetro.
Fuente: Centrales de energías Ren., Carta, Calero-Libro
2. ENERGÍA SOLAR
2.4 Conversión Térmica
Clasificación de tecnologías de aprovechamiento de energía solar por conversión
térmica.
Conversión
térmica
Activa
Pasiva
Media temperatura
Baja temperatura
Colectores planos
Alta temperatura
Agua caliente
Fuente: Centrales de energías Ren., Carta, Calero-Libro
Eficiencia
Energética, Edificios,
Casas, etc.
Colectores
Cilindro-parabólicos
Centrales de torre con
helióstatos
Vapor para generación de
electricidad o calefacción
2. ENERGÍA SOLAR
2.4.1 Conversión térmica de baja temperatura
Se encuentra en el rango de temperatura (T<90ºC)
Fuente: Centrales de energías Ren., Carta, Calero-Libro
2. ENERGÍA SOLAR
2.4.2 Conversión térmica de media temperatura
•
•
•
Se encuentra en el rango de temperatura (90ºC<T<400ºC)
Puede generar vapor de agua a 150ºC, para usos industriales.
Generación de electricidad, se calientan fluidos hasta los 400ºC.
Fuente: Centrales de energías Ren., Carta, Calero-Libro
2. ENERGÍA SOLAR
2.4.3 Conversión térmica de alta temperatura
•
•
Se encuentra en el rango de temperatura (T>400ºC)
Generación de electricidad, centrales eléctricas. Pueden abastecer energía
suficiente hasta para 180.000 personas
Fuente: Centrales de energías Ren., Carta, Calero-Libro
2. ENERGÍA SOLAR
2.4.3 SFV grandes, Centrales
Planta termosolar Abengoa – Plataforma Solúcar de la Mayor: 11 MW (600.000 Ton CO2)
Fuente: studiesandsolutions.wordpress.com
4. BIOMASA
4. BIOMASA
BIOMASA
Combustión
Combustión directa
de la biomasa bruta
Combustión después
de procesos físicos
relativamente simples
Procesos termoquímicos
(biomasa seca)
Gasificación
Procesos biológicos
(biomasa húmeda)
Digestión anaeróbica
Pirolisis
Fuente: Centrales de energías Ren., Carta, Calero-Libro
Fermentación
alcohólica
Otros procesos
Esterificación
4. BIOMASA
4.1 Procesos de combustión
4.1.1 Combustión directa
La combustión directa es el
sistema más antiguo de extracción
de energía de la biomasa, el
proceso de combustión la materia
orgánica (combustible) reacciona
químicamente con el oxígeno
(carburante) en una reacción
exotérmica. Obteniéndose dióxido
de carbono, agua y otros
Fuente: Centrales de energías Ren., Carta, Calero-Libro
4. BIOMASA
4.2 Procesos de termoquímicos
4.2.1 Gasificación
El término gasificación recoge al
conjunto de procesos en los que un
combustible sólido es oxidado
parcialmente para producir un
combustible gaseoso, que contiene
entre otros componentes CO
(monóxido de carbono), CO2
(dióxido
de
carbono),
H2
(hidrógeno), CH4 (metano) y vapor
de agua.
Fuente: www.multitekingenieros.com/gasificacion_madera
4. BIOMASA
4.2.2 Pirólisis
Es el método mas simple y antiguo de
procesar un combustible, con el
propósito de obtener otro mejor. La
pirolisis convencional requiere el
calentamiento del material original con
la ausencia total de oxigeno.
Normalmente el proceso inicia a los
260°C y finaliza a los 450°C – 550°C
aproximadamente.
Fuente: www.cocogum.org/UMA/cemap/caldera/Generacion%20Electrica.html
4. BIOMASA
4.3 Procesos de biológicos
4.3.1 Digestión anaerobia
Fuente: http://www.biodisol.com
La digestión anaerobia al igual que la
pirolisis se lleva a cabo en ausencia de
aire, pero en este caso la
descomposición de la biomasa es
debido a la acción de bacterias y no a
altas temperaturas.
Los materiales de la biomasa que
alimentan el proceso suelen ser
residuos
ganaderos,
residuos
obtenidos de aguas residuales (lodos),
y residuos de industrias orgánicas
(azucareras, papeleras, etc.).
4. BIOMASA
4.3.2 Fermentación alcohólica
Los azucares (hidratos de carbono
simples que contienen las plantas
pueden transformarse en alcohol
por la intervención de determinados
microorganismos.
Fuente: Centrales de energías Ren., Carta, Calero-Libro
4. BIOMASA
4.4 Fermentación de aceites vegetales
La
fermentación
de
aceites
vegetales se utiliza para la
fabricación
de
biocombustible
(biodiesel). El biodiesel puede ser
utilizado como sustituto del gasóleo
de automoción.
La biomasa mas utilizada para la
fabricación de este carburante esta
constituida por aceites vegetales
convencionales: girasol, colza y soja
Fuente: mareslyd.blogspot.co.uk/2012/05/los-combustibles-y-el-transporte.html
4. BIOMASA
4.5 Materia prima para el aprovechamiento de la
biomasa.
Fuente: Centrales de energías Ren., Carta, Calero-Libro
5. GEOTERMIA
5.1 Sistema Geotérmico
– Está compuesto por:
• Fuente de calor
• Fluido
• Reservorio
• Cubierta impermeable
• Manifestaciones superficiales
Fuente: www.proyectoazul.com
Geotermia: Conceptos y Aplicaciones
5. GEOTERMIA
5.1.1 Tipos de Sistemas Geotérmicos:
Fuente: homework.uoregon.edu/pub/class/162/geothermal.html
Geotermia: Conceptos y Aplicaciones
•
Alta temperatura
– >180°C
•
Media temperatura
– 100 - 180°C
•
Baja temperatura
– <100°C
5. GEOTERMIA
5.2 Sistemas convectivos hidrotermales
•
•
Vapor Dominante
– Predominancia de vapor seco
– Áreas de intrusión magmática
– Ocurren a una profundidad menor a
los 10 km
Líquido Dominante
– Se los conoce como de vapor
húmedo y son los mas comunes
– Temperaturas entre 180°C - 350°C
(alta entalpía)
– Temperaturas menores a 180°C
(baja entalpía)
Fuente: www.geothermie-zentrum.de
Geotermia: Conceptos y Aplicaciones
5. GEOTERMIA
5.3 Sistemas conductivos hidrotermales
•
Sistemas Geotérmicos Mejorados
– Formaciones de roca con alto contenido
energético
– Carecen de agua
– Se conoce también como Roca Seca
caliente (Hot Dry Rock)
– Se encuentra a una profundidad de 310km
– Temperatura entre 180°C - 300°C
Fuente: srren.ipcc-wg3.de
Geotermia: Conceptos y Aplicaciones
5. GEOTERMIA
5.4 Usos y aplicaciones del recurso geotérmico
•
Generación Eléctrica
Fuente: followgreenliving.com/geothermal-energy
Geotermia: Conceptos y Aplicaciones
•
Uso Directo
5. GEOTERMIA
5.5 Tipos de centrales de generación Eléctrica
•
Central flash o de
evaporación súbita
Fuente: www.deepcorp.ca/turbine-systems
Geotermia: Conceptos y Aplicaciones
•
Central de vapor seco
•
Central de ciclo binario
5. GEOTERMIA
5.5.1 Esquema conceptual de un sistema de expansión
súbita de una etapa: Generación Eléctrica
Fuente: Centrales de energías Ren., Carta, Calero-Libro
Geotermia: Conceptos y Aplicaciones
5. GEOTERMIA
5.5.2 Esquema conceptual de un sistema de ciclo
binario: Generación Eléctrica
Fuente: Centrales de energías Ren., Carta, Calero-Libro
Geotermia: Conceptos y Aplicaciones
5. GEOTERMIA
5.6 Usos y aplicaciones del recurso geotérmico: Uso
Directo
Bombas de calor geotérmicas
– Utilizan la temperatura constate
bajo la tierra (17-21°C) como
sumidero de calor
– Pueden calentar y/o enfriar una
casa usando hasta el 70% menos
de energía.
– Tienen
un
coeficiente
de
rendimiento del 300%
– Su instalación no requiere de un
trabajo complejo
Fuente: local.alternativeconsumer.com
Geotermia: Conceptos y Aplicaciones
5. GEOTERMIA
5.6 Marco Teórico
• Usos y aplicaciones del recurso geotérmico: Uso Directo
•
•
Aplicaciones
Calefacción
Geotermia: Conceptos y Aplicaciones
•
Piso radiante
•
Agua caliente
6. ENERGÍA MAREOMOTRIZ
Fuente: www.geo-termia.com/blog/informacion-general/la-energia-mareomotriz.html
6. ENERGÍA MAREOMOTRIZ
6.1 Definición
•
Se produce gracias al movimiento generado por las mareas, esta energía es
aprovechada con turbinas generando energía eléctrica.
Fuente: science.nasa.gov
Fuente: www.textoscientificos.com/energia/mareomotriz
6. ENERGÍA MAREOMOTRIZ
6.2 Tecnologías utilizadas
– Turbina de barrera de mareas:
• Tipo Bulbo: la turbina esta completamente inmersa bajo el agua, su
mantenimiento es muy complicado.
Fuente: www.textoscientificos.com/energia/mareomotriz
6. ENERGÍA MAREOMOTRIZ
Turbina de borde: el generador se encuentra montado en la barrera, en los
ángulos rectos de las hélices de la turbina. El rendimiento de este tipo de
turbinas es difícil de regular y no son aptas para el uso de bombeo.
Fuente: www.textoscientificos.com/energia/mareomotriz
6. ENERGÍA MAREOMOTRIZ
Turbina tubular: las hélices están conectadas a un largo eje y orientadas en un
ángulo tal que permite que el generador se ubique sobre la barrera y por lo
tanto fácilmente accesible para los controles de mantenimiento.
Fuente: www.textoscientificos.com/energia/mareomotriz
7. ENERGÍA DE LAS OLAS - UNDIMOTRIZ
Fuente: ocel.com
7. ENERGÍA DE LAS OLAS - UNDIMOTRIZ
7.1 Definición
Esta energía se puede utilizar para
producir
electricidad
mediante
el
aprovechamiento de la energía cinética y
potencial del oleaje del mar.
Fuente: www.dforcesolar.com
Fuente: www.felopdesignled.com
7. ENERGÍA DE LAS OLAS - UNDIMOTRIZ
7.3 Clasificación
CENTRALES UNDIMOTRICES
Ubicación
En la costa
Posición
Fuera de la
costa
Totalizadores
Atenuadores
Columnas oscilantes
Alerones oscilantes
Canales ahusados
Fuente: Centrales de energías Ren., Carta, Calero-Libro
Wave Dragon
Pelamis
Archimedes
........
7. ENERGÍA DE LAS OLAS - UNDIMOTRIZ
7.4 Ubicados en la costa - Fijos
Columnas oscilantes


Columna de agua y de aire
comprimido.
Turbina tipo Well.
Alerones oscilantes

Puerta articulada unida a un
cilindro hidraúlico.
Fuente: Centrales de energías Ren., Carta, Calero-Libro
7. ENERGÍA DE LAS OLAS - UNDIMOTRIZ
7.5 Fuera de la Costa - Flotante
Onda de dragón


Aprovecha la altura de las olas
mediante grandes reflectores.
Turbinas hidraúlicas
convencionales.
Pelamis


Serie de segmentos cilíndricos
articulados.
Émbolos en las uniones bombean
aceite a un motor hidraúlico.
Fuente: Centrales de Energías Renovables – José González
Fuente: ecomedioambiente.com