1 191130 MT-132 Introducción a las Energías Renovables publicable (2)

La presente información contiene aportes significativos del Dr.
Miguel Ángel Figueroa:
• Director de Electricidad y Mercados Eléctricos, Secretaría de
Energía.
• Docente Departamento de Ingeniería Eléctrica, UNAH.
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
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Energía en un sentido
macroscópico
“La formas macroscópicas de energía son las que
posee un sistema como un todo en relación con
cierto marco de referencia exterior, como las
energías cinética y potencial ”
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Energía
cinética
rotacional
Energía térmica
Energía cinética macroscópica
(giro de la rueda y movimiento
de pistón)
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
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Fuentes de Energía
“La crisis del petróleo al inicio de la década de 1970 y la
conciencia de los límites ecológicos de toda la actividad
humana, dieron un fuerte impulso a la investigación de
fuentes renovables de energía e incentivaron la búsqueda
de una mayor eficiencia en el uso de la energía,
colocando el desafío de cuál es la forma de asegurar
niveles de actividad crecientes, sin aumentar el impacto
ambiental y en condiciones de compatibilidad
económica para los países en desarrollo.”
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
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Fuentes de Energía
Fuente de energía es la forma en la que la energía
se encuentra almacenada en la naturaleza. Las
fuentes de energía pueden ser clasificadas como
fuentes primarias y fuentes secundarias.
Generalmente, las fuentes primarias necesitan ser
convertidas en fuentes secundarias o medios
portadores de energía a través de procesos de
conversión (transformación física o química).
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
Fuentes de Energía
Qué es una fuente de
Energía?
• Es todo elemento o
producto, natural o
artificial, del cual
podemos extraer
energía en cualquiera
de sus formas o
manifestaciones
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
Dependiendo del
Ámbito, solamente
interesan
• Poder obtener
calor/frío
• Poder obtener
electricidad
• Poder obtener
movimiento
(transporte)
Fuentes de Energía
Fuentes Primarias
Fuentes Secundarias
• Fuentes de energía
en su estado natural
que no han sufrido
ningún tipo de
transformación
mediante
intervención humana
• Son los productos
energéticos que se
obtienen mediante la
transformación de
energía de fuente
primaria o secundaria
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
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Tipos de fuentes secundarias de energía
Electricidad
Productos
Petroleros
Secundarios
Derivados del
Carbón
Gas Licuado de Petróleo
(LPG)
Gasolinas
Carbón Vegetal
Coque de Carbón
Kerosene y Jet Fuel
Diesel y Gas Oil
Fuel Oil
Derivados de
Biomasa
Biocombustibles
Etanol
Gases
Biodiesel
Biogás
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Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
Fuentes de Energía
Por otra parte, las fuentes de energía pueden ser
clasificadas en fuentes renovables y no renovables
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
Fuentes no renovables
Su utilización afecta su potencial, es decir,
su explotación/aprovechamiento supone uso consuntivo del
recurso.
“La transformación de la fuente de energía supone su
incorporación en un sistema que no repone el recurso a su fuente
original y dicha reposición en el corto plazo no es factible”.
Caso típico el petróleo, su transformación produce medios portadores - como la
gasolina - cuya utilización, como combustible, produce gases de combustión
(CO2, CO, H2O) que no podrán, de ninguna forma en el corto plazo, reponer el
potencial energético de la fuente. En otras palabras, no es posible que los gases
de combustión se transformen, nuevamente en petróleo en su forma original.
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
Fuentes renovables
“ Aquella producción de energía que no supone uso
consuntivo de la fuente primaria del recurso utilizado en la
generación de energía. Por lo tanto, la utilización de la
fuente no afecta su potencial y su reposición en el corto
plazo es factible.”
“También se consideran energías renovables a aquellos
recursos no fósiles, de bajo contenido de carbono
(tecnologías de bajo carbono) y de períodos de formación
relativamente cortos.”
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
Fuentes renovables
“Se denomina energía renovable a la energía que se
obtiene de fuentes naturales virtualmente inagotables, ya
sea por la inmensa cantidad de energía que contienen, o
porque son capaces de regenerarse por medios naturales.
”
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
Cadena energética
Serie de:
Por los que una
fuente energética
debe pasar desde su
origen hasta su
aprovechamiento
como:
• Etapas
• Actividades
• Eventos
•
•
•
•
Producción
Transporte
Transformación
Almacenamiento
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Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
Medios portadores de energía
➢ Las fuentes de energía son procesadas y convertidas en
medios portadores de energía que, posteriormente,
serán almacenados y distribuidos para uso de los
consumidores.
Dado que el concepto es, por el momento, novedoso, no existe una
definición completa y ampliamente aceptada, sin embargo, un
medio portador de energía se puede describir como un fluido
cuyas características físico- químicas le proveen de potencial
energético
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
Organización del sistema de energía
1. El subsistema de producción y conversión de
fuentes de energía en medios portadores de
energía;
2. El subsistema de distribución de medios
portadores de energía y;
3. El subsistema de consumo de medios portadores
de energía.
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
Conversión de energía o centros
de transformación
Se refiere a la energía que entra a ser modificada en
procesadores
especiales
llamados
centros
de
transformación; estos centros producen cambios físicos o
químicos de una fuente energética a otra u otras,
buscando de esta forma un mejor aprovechamiento de la
energía.
Si se trata de energía primaria el flujo se llama
“transformación”, si es secundaria, “reciclo”
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
Conversión de energía o centros de
transformación
Fuente: OLADE-Metodologia de Balances Energeticos
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
Conversión de energía o centros de
transformación
Central termoeléctrica de Ciclo Combinado
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
Eficiencia
energética
“Siguiendo las leyes de la termodinámica, todos los procesos de
transformación implican un consumo/pérdida de energía necesarios
para lograrla. - Una primera aproximación de la eficiencia, entendida
ésta como la habilidad de un sistema para lograr un objetivo.”
“En otras palabras, si el objetivo es transformar una cantidad de
energía, cuanta más habilidad posea un sistema para entregar la
máxima cantidad de energía transformada con la menor pérdida
posible, se dice que el sistema es más eficiente.”
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
Eficiencia
energética
Energía secundaria = Energía primaria - Energía perdida en la
transformación.
“En una manera general, se puede definir eficiencia energética de
un equipo o sistema energético como el cociente entre los flujos
energéticos útiles y deseables producidos y los flujos consumidos”
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
El subsistema de distribución de medios
portadores de energía
“El subsistema de distribución de medios portadores de
energía está compuesto, a su vez, por los subsistemas de
transporte, almacenamiento y distribución de medios
portadores de energía.
Transporte de medios portadores de energía
Se refiere a todas las instalaciones que hacen posible el
flujo de un medio portador de energía entre los centros
de producción y transformación hacia los centros de
consumo.
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
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El subsistema de distribución de medios
portadores de energía
“El subsistema de distribución de medios
portadores de energía está compuesto, a su vez,
por
los
subsistemas
de
transporte,
almacenamiento y distribución de medios
portadores de energía.”
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
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El subsistema de consumo de medios
portadores de energía
“Se llama uso final de la energía al consumo de la fuente
de energía o de los medios portadores de energía, por
medio de la utilización de un sistema tecnológico de
conversión / transformación / aprovechamiento de la
energía, para producir un servicio para el usuario final.”
“Se expresa como energía neta a disposición del usuario
final. Su magnitud corresponde a la cantidad de energía
que queda luego de descontar la energía pérdida en la
última transformación.”
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
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Energía Final y Energía Útil
Energía Final
• Cantidad de Energía que se Consume por
sector Económico y Social
Energía Útil
• Cantidad de Energía consumida para realizar
la tarea productiva
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
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Energía Final y Energía Útil
Energía Final
Energía Útil
Pérdidas
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
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Energía útil
“Es la energía efectivamente utilizada para la obtención de un
servicio o para la producción de un bien por parte del usuario
final.”
Energía útil = Energía neta - Energía perdida - Energía residual o de
rendimiento
En la ecuación, la energía residual o de rendimiento se refiere a
aquella cantidad de energía que toma el sistema para su propio
funcionamiento y que no representa una pérdida, sino más bien, es
inherente a su funcionamiento.
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
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Servicio ofertado al usuario final
“Es el bien, servicio o beneficio obtenido de la transformación de la
energía por medio de la tecnología de uso final”. Se mide en
unidades de energía o, muchas veces, en unidades propias del
servicio obtenido. Lo anterior permite emitir un concepto
fundamental en la eficiencia energética:
“El valor de la energía radica en la cantidad de trabajo que puede
ser obtenido de ella para la prestación de un servicio específico
(calor, frío, iluminación, fuerza motriz); para la producción de un
bien o la satisfacción de una necesidad de los usuarios (Energía útil
para la satisfacción de un uso final)
Barry Commoner. The energy poverty. Plaza & Janes. 1977
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Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
Servicio ofertado al usuario final
Ƞ
eficiencia
=
Energía utilizada
Energía suministrada al aparato
3 kWh
5 kWh
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
Ƞ
eficiencia
Ƞ
eficiencia
=
3 kWh
= 0.6
5 kWh
= 0.6x100% = 60%
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Balance Energético
“El balance energético es una “cuenta” en la que se muestra
el conjunto de relaciones de equilibrio que contabiliza los
flujos físicos por los cuales la energía se produce, se
intercambia con el exterior, se transforma, se consume, etc.;
todo esto calculado en una unidad común, dentro de un país
dado y para un período determinado (generalmente un
año).”
Referencia: GUÍA M-1 METODOLOGÍA PARA LA ELABORACIÓN DE LOS BALANCES
DE ENERGÍA, OLADE, Octubre 2004,
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
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Balance Energético
“Es importante tener presente tanto las ventajas como las limitaciones
del balance. El balance es una herramienta que facilita la planificación
global energética, pero considerado junto con otros elementos del
sistema económico. Es decir, tomado aisladamente el balance da una
imagen de las relaciones físicas del sistema energético en un
determinado período histórico. Visualiza como se produce la energía,
se exporta o importa, se transforma y se consume por sectores
económicos. Permite calcular ciertas relaciones de eficiencia y hacer
un diagnóstico de la situación energética de un país, región o
continente dado.”
Referencia: GUÍA M-1 METODOLOGÍA PARA LA ELABORACIÓN DE LOS BALANCES DE ENERGÍA, OLADE, Octubre 2004,
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
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Balance Energético
Referencia: GUÍA M-1 METODOLOGÍA PARA LA ELABORACIÓN DE LOS BALANCES DE ENERGÍA, OLADE,
Octubre 2004,
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
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Objetivos Fundamentales de un Balance Energético
➢ Evaluar la dinámica del sistema energético en concordancia con la economía de
cada país, determinando las principales relaciones económico-energéticas entre
los diferentes sectores de la economía nacional.
➢ Servir de instrumento para la planificación energética.
➢ Conocer detalladamente la estructura del sector energético nacional.
➢ Determinar para cada fuente de energía los usos competitivos y no competitivos
que permitan impulsar cuando sea posible los procesos de sustitución.
➢ Crear las bases apropiadas que conlleven al mejoramiento y sistematización de
la información energética.
➢ Ser utilizado para permitir la proyección energética y sus perspectivas a corto
mediano y largo plazo.
Referencia: GUÍA M-1 METODOLOGÍA PARA LA ELABORACIÓN DE LOS BALANCES DE ENERGÍA, OLADE,
Octubre 2004,
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
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Del balance energético nacional (Matriz
Energética)
Consumo final de Energía
FUEL OIL COQUE
2.2%
4.1%
CARBÓN
1.3%
LEÑA
43.1%
DIESEL OIL
17.3%
KEROSENE + Av Jet
1.8%
GASOLINAS
11.9%
© Warner Bros
LPG
2.6%
ELECTRICIDAD
10.7%
COMB. VEGETALES
0.1%
Fuente: Balance Energético Nacional Año 2013, Dirección General de Energía / SERNA
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
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Del balance energético nacional
(Matriz Energética)
Sector Energía
Subsector
Eléctrico
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
Subsector
Hidrocarburos
Subsector
Leña
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Contextos del Sector Energético:
• Contexto Técnico
• Contexto Económico
• Contexto Regulatorio
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
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Contexto Regulatorio:
“Establece el marco normativo o legal en el
que todas las actividades anteriores han de
desarrollarse”
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
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Contexto Regulatorio:
El contexto regulatorio establece el marco normativo o
legal en el que todas las actividades del sector
energético han de desarrollarse (contextos tecnológico y
económico).
La regulación se entiende como un “sistema que
permite a un gobierno formalizar e
institucionalizar sus compromisos de proteger a
los consumidores e inversores en un determinado
sector industrial”
Fuente: A. Gómez Expósito et.al., Análisis y Operación de Sistemas de Energía Eléctrica, McGraw-Hill, España, 2002.
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Coste normalizado de generación para diferentes tecnologías renovables.
Fuente: (IDAE) Evolución tecnol´ogica y prospectiva de costes de las energ´ıas renovables. Estudio T´ecnico PER 2011-2020.
https://bit.ly/2nRALmR
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
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COSTOS DE LA ENERGÍA:
Algunas definiciones de interés:
• Costo: Es la cantidad a la que ha de venderse una
unidad de energía (1 kWh) al usuario final para que se
obtenga una rentabilidad aceptable de la inversión.
• Precio: Es la cantidad que en cada instante el mercado
paga por 1 kWh de energía (o la cantidad a la que se
compra el kWh)
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
Costos internos. Variabilidad:
Se componen de tres factores: los costos de capital, los costos
circulantes y otros costos.
En los costos de capital se incluyen:
• Preparación, construcción.
• Gestión del proyecto.
• Inversión de soporte, seguros (de obra)
En los costos circulantes se incluyen:
• Operación (combustible, alquileres, seguros)
• Mantenimiento. (reparaciones, revisiones)
En otros costos se incluyen:
• Costos directivos, administrativos, teléfono, costos de finalización
(desmantelamiento de los sistemas)
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
El costo de la energía (kWh) se calcula así:
1. Se dividen los costos del capital por el número de
años de funcionamiento y se calcula el valor presente
para el año 0 (considerando inflación, intereses, etc.)
2. Se calcula el valor medio de los costos circulantes, y
se actualizan para el año 0.
3. Se suman las dos cantidades anteriores y se dividen
por el número de kWh que la central produce.
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
Los costos globales. Impacto sobre la penetración de la
energía renovable.
La energía renovable como la eólica y la solar, debido a
los bajos precios de la energía del petróleo, carbón y
nuclear, han visto un poco frenado su desarrollo.
Sin embargo, Varios trabajos llevados a cabo indican que
los beneficios sociales de la energía eólica y solar,
medidos en términos monetarios, hacen comparables
los costos de estas a los de la energía convencional.
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.
• En otras palabras, si al precio del costo
convencional (obtenido a partir del petróleo,
carbón o uranio) se le añaden los principales
costos externos, su precio sería mas elevado
que el kWh producido con energía eólica o
solar.
• Otro aspecto que debe ser resaltado es que el
precio bajo de los combustibles no renovables
no incentivan el ahorro de éstos (o su uso más
racional)
Osly Roberto Rodas, Ing. MPM.