curso de análisis de proyectos de energía limpia situación de las tecnologías de energía limpia...

Curso de Análisis de Proyectos de Energía LimpiaCurso de Análisis de Proyectos de Energía Limpia

Situación de las Tecnologías Situación de las Tecnologías de Energía Limpiade Energía Limpia

© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.

Casa Solar Pasiva

Crédito Fotográfico: McFadden, Pam DOE/NREL

Crédito Fotográfico: Nordex Gmbh

Granja de Viento

Generación de Electricidad con Residuos de Madera

ObjetivoObjetivo

• Incrementar la conciencia en las tecnologías de Incrementar la conciencia en las tecnologías de energía renovable y medidas de eficiencia energía renovable y medidas de eficiencia energéticaenergética Mercados

Aplicaciones Típicas

Celdas Fotovoltaicas y Calentamiento Solar de Agua


Crédito Fotográfico: Warren Gretz, NREL PIX Crédito Fotográfico: Vadim Belotserkovsky

DefinicionesDefiniciones

Eficiencia EnergéticaEficiencia Energética Usando menos recursos energéticos para

satisfacer las mismas necesidades de energía

Energía RenovableEnergía Renovable Usando recursos naturales no agotables

para satisfacer las necesidades de energía

Vivienda Solar Pasiva Super AisladaCrédito Fotográfico: Jerry Shaw


Tecnologías deTecnologías deEnergía LimpiaEnergía Limpia

Convencional Eficiente Eficiente yRenovable

Dem

an

da d

e E

nerg

ía

Razones para Tecnologías de Razones para Tecnologías de Energía LimpiaEnergía Limpia

• AmbientalAmbiental Cambio climático

Contaminación local

• EconómicaEconómica Costos de ciclo de vida

Agotamiento de

combustibles fósiles

• SocialSocial Generación de empleo

Reducción de drenaje local de $$$

Crecimiento de la demanda de energía (x3 para el 2050)

Energía Eólica: Costos de Generación Eléctrica

0

10

20

30

40

1980 1990 2000

Años

Fuente: National Laboratory Directors

for the U.S. Department of Energy (1997)


Costo

de la e

lectr

icid

ad

(ctv

s.

US

$/k

Wh

)

Características Comunes de Características Comunes de Tecnologías de Energía LimpiaTecnologías de Energía Limpia

• Relacionadas a las tecnologías Relacionadas a las tecnologías convencionales:convencionales:

Típicamente costos iniciales mayores

Generalmente menores costos operativos

Más limpios ambientalmente

Con frecuencia rentable sobre la base de costos de ciclo de vida


Costo Total de un Sistema de Costo Total de un Sistema de Generación o Consumo de Generación o Consumo de EnergíaEnergía

• Costo TotalCosto Total

• Costo totalCosto total

+ costos de combustible y OyM+ costos de combustible y OyM

+ costos de reparaciones grales. + costos de reparaciones grales.

mayores mayores

+ costos de retiro de servicio+ costos de retiro de servicio

++ costos de financiamiento costos de financiamiento

++ etc. etc.

costo de adquisicióncosto de adquisición

== costo de adquisicióncosto de adquisición


Tecnologías de Generación de Tecnologías de Generación de Energía Eléctrica RenovableEnergía Eléctrica Renovable


Energía EólicaEnergía EólicaTecnología y AplicacionesTecnología y Aplicaciones

• Requiere buenos vientosRequiere buenos vientos (>4 m/s @ 10 m) Áreas costeras, cumbres redondeadas,

planicies abiertas

• Aplicaciones:Aplicaciones:

Red AisladaRed InterconectadaSouthwest Windpower, NREL PIXPhil Owens, Nunavut PowerWarren Gretz, NREL PIX


Sin Red

Viento

Aleta del Rotor

Viento Torre

Alturadel eje

Caja con Engranajes Y Generador

Mercado de Energía EólicaMercado de Energía Eólica


Instalaciones Anuales de Turbinas Eólicas en el Mundo

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

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19

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MW

0

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5.000

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7.000

8.000Capacidad instalada en el mundo (2003): 39.000 MW(~20,6 millones de casas @ 5.000 kWh/casa/año y 30% factor de capacidad)

Alemania: 14.600 MWEspaña: 6.400 MWEstados Unidos: 6.400 MWDinamarca: 3.100 MW

83.000 MW para 2007 (proyectado)

Fuente: Asociación Danesa de Fabricantes de Turbinas Eólicas, BTM Consult, Asociación Mundial de Energía Eólica, Renewable Energy World

Pequeña HidroPequeña HidroTecnología y AplicacionesTecnología y Aplicaciones

• Tipos de Tipos de proyectos:proyectos:

Reservorio De “pasada”

• Aplicaciones:Aplicaciones: Red

Interconectada

Red Aislada Sin RedTurbina Francis


COMPONENTES DE UN SISTEMA HIDRÁULICO

Casa de Máquinas

Tubería de

Presión

Represa

Línea de Transmisió

nGenerad

orTurbina

AliviaderoEmbalse

Tubo de Descarga

Descarga de Cola

Mercado de Pequeñas HidrosMercado de Pequeñas Hidros

• 19% de la electricidad del mundo producida por grandes y pequeñas hidros19% de la electricidad del mundo producida por grandes y pequeñas hidros

• En el Mundo: En el Mundo: 20.000 MW desarrollados (tamaño de planta < 10 MW) Proyección: 50.000 a 75.000 MW para el 2020

• China:China: 43.000 plantas existentes (tamaño de planta < 25 MW) 19.000 MW desarrollados más 100.000 MW econ. factibles

• Europa:Europa: 10.000 MW desarrollados más 4.500 MW econ. factibles

• Canadá: Canadá: 2.000 MW desarrollados más 1.600 MW econ. factibles

Fuentes: ABB, Renewable Energy World, e International Small Hydro AtlasFuentes: ABB, Renewable Energy World, e International Small Hydro Atlas

Pequeña Planta Hidro


Fotovoltaico (FV) Fotovoltaico (FV) Tecnología y AplicacionesTecnología y Aplicaciones

Crédito Fotográfico: Tsuo, Simon DOE/NREL

Crédito Fotográfico: Strong, Steven DOE/NREL

Sistema FV Doméstico

Bombeo FV de AguaFV Integrado a Edificio y Enlazado a la Red


Arreglo FV

Acondicionador de

Potencia

Batería

Luz

Planta Centralizada

FV

Generación Distribuida

Contador

Contador

RedEléctrica

Mercado FotovoltaicoMercado Fotovoltaico


Instalaciones Anuales Fotovoltaicas

0

100

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300

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MW

f

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800

Capacidad Instalada en el Mundo (2003): 2.950 MW(~1,2 millones de casas @ 5.000 kWh/casa/año)

32% de Incremento de embarques en el 2003

Fuente: PV News

f

CogeneraciónCogeneración

• Producción simultánea de dos o más tipos de energía útil de Producción simultánea de dos o más tipos de energía útil de una sola fuenteuna sola fuente


Eficiencia de recuperación de calor (55/70) = 78,6%

Eficiencia total ((30+55)/100) = 86,0%

Sistema Eléctrico de Potencia GeneradorCarga

Eléctrica

Carga

De Calor

Electricidad

30 Unidades

Calor

55 Unidades

Gas de Escape

5 Unidades

Combustible

100 Unidades

Calor + Escape

70 Unidades

Generador de Vapor

por Recuperación

de Calor

Cogeneración y Aplicaciones Cogeneración y Aplicaciones Eléctricas, Combustibles y Eléctricas, Combustibles y EquiposEquipos

© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.Crédito Fotográfico: Rolls-Royce plc

Motor Reciprocante para Generación Eléctrica

Aplicaciones Varias Combustibles Varios

Equipos Varios

Crédito Fotográfico: Warren Gretz, DOE/NREL

Biomasa para Cogeneración

Ciclo de Colección de Gas de Relleno

Sanitario

Sistema de tuberías de captación de gas de

relleno sanitario

Filtro

CompresorEnfriador/Secador

Producción de vapor

Proceso

Producción de electricidadFlama

Crédito Fotográfico: Gaz Metropolitan

Aplicaciones de CogeneraciónAplicaciones de Cogeneración


• Edificios simplesEdificios simples• Comercial e industrialComercial e industrial• Edificios múltiplesEdificios múltiples• Sistemas de energía Sistemas de energía

distritales (ej. comunidades)distritales (ej. comunidades)• Procesos industrialesProcesos industriales

Crédito Fotográfico: Urban Ziegler, NRCan

Cogeneración en Municipio de la Ciudad de Kitchener

Micro turbina en invernadero

Cogeneración con gas de relleno sanitario para sistema de calefacción distrital, Suecia


CogeneraciónCogeneraciónTipos de CombustibleTipos de Combustible


• Combustibles Combustibles renovablesrenovables Residuos de madera Biogas Gas de Relleno Sanitario Derivados Agrícolas Bagazo Cultivos con Propósito

Específico, etc.

• Combustibles fósilesCombustibles fósiles Gas natural Petróleo Diesel (#2) Carbón, etc.

• Energía geotérmicaEnergía geotérmica• Hidrógeno, etc.Hidrógeno, etc.

Crédito Fotográfico: Warren Gretz, DOE/NREL

Biomasa para Cogeneración

Crédito Fotográfico: Joel Renner, DOE/ NREL PIX

Géyser Geotérmico

Cogeneración Equipos y Cogeneración Equipos y TecnologíasTecnologías


• Equipamiento de EnfriamientoEquipamiento de Enfriamiento Compresor Enfriador de Absorción Bomba de calor, etc.

• Equipamiento de Generación de Equipamiento de Generación de ElectricidadElectricidad Turbina a gas Turbina a vapor Turbina a gas – ciclo combinado Motor reciprocante Celda electroquímica, etc.

• Equipamiento de calefacciónEquipamiento de calefacción Recuperación de calor de

desperdicio Caldero / Horno / Calentador Bomba de calor, etc.

Crédito Fotográfico: Rolls-Royce plc

Turbina a Gas


Equipo de Enfriamiento

Mercado de CogeneraciónMercado de Cogeneración


Crecimiento esperado en 10 GW por añoCrecimiento esperado en 10 GW por año247 GW247 GWMundoMundo

Reemplazando principalmente electricidad basada en carbónReemplazando principalmente electricidad basada en carbón0,5 GW0,5 GWSudáfricaSudáfrica

Mayormente cogeneración basada en bagazo para Mayormente cogeneración basada en bagazo para ingenios azucarerosingenios azucareros

4,1 GW4,1 GWIndiaIndia

Asociado con instalaciones fuera de redAsociado con instalaciones fuera de red2,8 GW2,8 GWBrasilBrasil

Fuertes incentivos para energía renovableFuertes incentivos para energía renovable4,9 GW4,9 GWGran Gran BretañaBretaña

Mercado de cogeneración municipal en alzaMercado de cogeneración municipal en alza11 GW11 GWAlemaniaAlemania

Cerca del 30% de la electricidad proveniente de cogeneraciónCerca del 30% de la electricidad proveniente de cogeneración65 GW65 GWRusiaRusia

Predominantemente cogeneración basada en carbónPredominantemente cogeneración basada en carbón32 GW32 GWChinaChina

Creciendo rápidamente, política de apoyo a la cogeneraciónCreciendo rápidamente, política de apoyo a la cogeneración67 GW67 GWUSAUSA

Mayormente a la industria de petróleo, y pulpa y papelMayormente a la industria de petróleo, y pulpa y papel12 GW12 GWCanadáCanadá

ComentariosComentariosCapacidadCapacidadRegiónRegión

Fuente: World Survey of Decentralized Energy 2004, WADE

Energía RenovableEnergía RenovableTecnologías de Calefacción y Tecnologías de Calefacción y EnfriamientoEnfriamiento


Calentamiento por Biomasa Calentamiento por Biomasa Tecnología y Aplicaciones Tecnología y Aplicaciones

Picado de Madera

Planta de Calefacción

Edificios Simples y/o Calefacción Distrital

Crédito Fotográfico: Wiseloger, Art DOE/NREL

Crédito Fotográfico: Oujé-Bougoumou Cree Nation


• Combustión controlada de Combustión controlada de madera, residuos agrícolas, madera, residuos agrícolas, basura municipal, etc., para basura municipal, etc., para proveer calorproveer calor

• Mundo: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:Países en desarrollo: Cocina, calefacción No siempre sostenible África: 50% de STEP India: 39% de STEP China: 19% de STEP

• Países Industrializados:Países Industrializados: 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

Mercado de Calentamiento por Mercado de Calentamiento por BiomasaBiomasa


Fuente: Ingwald Obernberger citando la Cámara de Agricultura y Silvicultura, Baja Austria

Fotografía: Ken Sheinkopf/ Solstice CREST

Cámara de Combustion

01.0002.0003.0004.0005.0006.0007.0008.000

1988

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2000

2002

01.0002.0003.0004.0005.0006.0007.0008.000

New Installations of Small Scale (<100 kW) Biomass Heating Systems in Austria

Source: IEA Estadísticas Información de Renovables 2003, Renewable Energy World 02/2003

Nuevas Instalaciones de Sistemas de Calefacción por Biomasa en Pequeña Escala (<100 kW) en Austria

Calefacción Solar de Aire Calefacción Solar de Aire Tecnología y AplicacionesTecnología y Aplicaciones

• Colector no vidriado Colector no vidriado para precalentamiento para precalentamiento de airede aire

• El aire frío es calentado El aire frío es calentado al pasar a través de al pasar a través de pequeños agujeros en pequeños agujeros en la placa metálica la placa metálica absorbente (Solarwallabsorbente (SolarwallTMTM) )

• Un ventilador circula Un ventilador circula este aire calentado a este aire calentado a través del edificiotravés del edificio


Panel SolarPerforado

Aire

Fresco

Ventilador

Difusor de pared

• Precalentamiento de aire Precalentamiento de aire de ventilación para de ventilación para edificios con grandes edificios con grandes requerimientos de aire requerimientos de aire frescofresco

• También para secado de También para secado de cosechascosechas

• Competitivo en costos Competitivo en costos para edificios nuevos o para edificios nuevos o renovaciones mayoresrenovaciones mayores

Edificios Industrial

Crédito Fotográfico: Conserval Engineering

Secado Solar de Cosechas

Crédito Fotográfico: Conserval Engineering


Mercado de CalefacciónMercado de CalefacciónSolar de AireSolar de Aire

Calentamiento Solar de AguaCalentamiento Solar de AguaTecnología y AplicacionesTecnología y Aplicaciones

• Colectores vidriados y no vidriadosColectores vidriados y no vidriados

• Almacenamiento de agua (tanque o piscina)Almacenamiento de agua (tanque o piscina)

Edificios Comerciales/Institucionales y Piscinas Acuicultura- Criadero de Salmones


Mercado Solar de Mercado Solar de Calentamiento de AguaCalentamiento de Agua

• Más de 30 millones de mMás de 30 millones de m22 de de colectores en el mundocolectores en el mundo

• Europa: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

• Mercado mundial fuerte para Mercado mundial fuerte para calentadores solares de calentadores solares de piscinas de nataciónpiscinas de natación

• Barbados tiene 35.000 sistemasBarbados tiene 35.000 sistemasCrédito Fotográfico: Chromagen

Edificios Residenciales

Edificios Residenciales y Piscinas

© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.Fuente: Mundo de Energía Renovable, Oak Ridge National Laboratory

Calefacción Solar Pasiva Calefacción Solar Pasiva Tecnología y AplicacionesTecnología y Aplicaciones

• Suministro del 20 al 50% de Suministro del 20 al 50% de calefacción de ambientes calefacción de ambientes requerido en la temporada requerido en la temporada de calefacciónde calefacción

• Ganancia de calor disponible Ganancia de calor disponible a través de ventanas de alto a través de ventanas de alto desempeño de cara al desempeño de cara al ecuadorecuador

• Almacena calor dentro de la Almacena calor dentro de la estructura del edificioestructura del edificio

• Utiliza protectores de sol Utiliza protectores de sol para reducir las ganancias de para reducir las ganancias de calor en veranocalor en verano


Invierno

Verano

Fotografía: Fraunhofer ISE (from Siemens Research and Innovation Website)

Calefacción Solar Pasiva de Departamentos

Mercado de Calefacción Mercado de Calefacción Solar PasivaSolar Pasiva

• Uso de ventanas eficientes Uso de ventanas eficientes es actualmente la práctica es actualmente la práctica estándar solar pasivaestándar solar pasiva

• Para nuevas Para nuevas construcciones – ningún a construcciones – ningún a bajo incremento de costosbajo incremento de costos Ventanas de mayor eficiencia Orientación de edificios Protectores de sol adecuados

• Competitivo en costos Competitivo en costos para nuevos edificios y para nuevos edificios y rehabilitacionesrehabilitaciones

Edificios Comerciales

DOE/NREL Crédito Fotográfico: Gretz, Warren


Edificios Residenciales

Crédito Fotográfico: DOE/NREL

Bombeo de Calor desde Bombeo de Calor desde SuelosSuelosTecnología y AplicacionesTecnología y Aplicaciones

• Calentamiento y Calentamiento y enfriamiento de enfriamiento de ambientes/aguaambientes/agua

• La electricidad opera La electricidad opera sobre ciclo de compresión sobre ciclo de compresión de vaporde vapor

• Calor retirado del suelo Calor retirado del suelo en invierno y desechado en invierno y desechado al suelo en veranoal suelo en verano

Lazos Horizontales Enterrados

Lazos Verticales Enterrados


Mercado de Bombeo de Mercado de Bombeo de Calor desde SuelosCalor desde Suelos

Edificios Industriales, Institucionales y Comerciales

Crédito Fotográfico: Geothermal Heat Pump Consortium (GHPC) DOE/NREL © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.

Bombeo de Calor desde Suelos - Residencial

• Mundo:Mundo: 800.000 unidades instaladas Capacidad Total de 9.500 MWth

Tasa de crecimiento anual de 10%

• USA: 50.000 instalaciones USA: 50.000 instalaciones anualmenteanualmente

• Suecia, Alemania, Suiza son los Suecia, Alemania, Suiza son los mayores mercados Europeosmayores mercados Europeos

• Canadá:Canadá: 30.000+ unidades

residenciales 3.000+ unidades

industriales y comerciales 435 MWth instalados

Otras Tecnologías de Energía Otras Tecnologías de Energía Limpia ComercialesLimpia Comerciales

• Combustibles: etanol y bio-dieselCombustibles: etanol y bio-diesel

• Sistemas de refrigeración eficienteSistemas de refrigeración eficiente

• Motores de velocidad variableMotores de velocidad variable

• Sistemas de iluminación eficiente Sistemas de iluminación eficiente y con luz diurnay con luz diurna

• Recuperación de calor de Recuperación de calor de ventilaciónventilación

• OtrosOtros

Crédito Fotográfico: David and Associates DOE/NREL

Crédito Fotográfico: Robb Williamson/ NREL Pix

Iluminación con Luz Diurna e Iluminación Eficiente

Suministro de Combustible de Desecho Agrícola


Refrigeración Eficiente en Pista de Hielo

Tecnologías de Energía Limpia Tecnologías de Energía Limpia EmergentesEmergentes

• Electricidad a partir de energía Electricidad a partir de energía térmica Solartérmica Solar

• Electricidad a partir de energía Electricidad a partir de energía térmica del martérmica del mar

• Electricidad a partir de energía Electricidad a partir de energía de Mareasde Mareas

• Electricidad a partir de energía Electricidad a partir de energía de corrientes marinasde corrientes marinas

• Electricidad a partir de energía Electricidad a partir de energía de de oleajede de oleaje

• etc.etc.

Crédito Fotográfico: Gretz, Warren DOE/NREL

Crédito Fotográfico: Sandia National Laboratories DOE/NREL

Planta Eléctrica de Parabólicas Solares

Planta Eléctrica de Receptor Central Solar


• Existen oportunidades Existen oportunidades rentables en costosrentables en costos

• Muchas experiencias Muchas experiencias exitosasexitosas

• Mercados en crecimientoMercados en crecimiento

• Se tienen oportunidades de Se tienen oportunidades de recursos de energía recursos de energía renovables y eficiencia renovables y eficiencia energéticaenergética

Crédito Fotográfico: Michael Ross Renewable Energy Research

Crédito Fotográfico: Price, Chuck

Sistema FV Eólico Híbrido Parks Canada (Arctico a 81°N)

Teléfono FVCrédito Fotográfico: Nordex Gmbh

Instalación de Turbina Eólica de 600 kW


ConclusionesConclusiones

¿Preguntas?¿Preguntas?


curso de análisis de proyectos de energía limpia situación de las tecnologías de energía limpia...

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