Energía renovable
Definición
La energía renovable es energía que se obtiene de recursos renovables, que se reabastecen naturalmente en una escala de tiempo humana, como la luz del sol, el viento, la lluvia, las mareas, las olas y el calor geotérmico. La energía renovable a menudo proporciona energía en cuatro áreas importantes: generación de electricidad, calefacción / refrigeración de aire y agua, transporte y servicios de energía rurales (fuera de la red).
Según el informe 2017 de REN21, las energías renovables contribuyeron en un 19,3% al consumo mundial de energía de los seres humanos y en un 24,5% a su generación de electricidad en 2015 y 2016, respectivamente. Este consumo de energía se divide de 8,9% procedente de la biomasa tradicional, 4,2% en forma de calor (biomasa moderna, geotérmica y solar térmica), 3,9% hidro electricidad y el 2,2% es electricidad a partir de energía eólica, solar, geotérmica y biomasa. Las inversiones mundiales en tecnologías renovables sumaron más de US $ 286 mil millones en 2015, y países como China y Estados Unidos invirtieron fuertemente en energía eólica, hidroeléctrica, solar y biocombustibles. A nivel mundial, hay un estimado de 7.7 millones de empleos asociados con las industrias de energía renovable, con la energía solar fotovoltaica siendo el mayor empleador renovable. A partir de 2015 en todo el mundo,
Los recursos de energía renovable existen en amplias áreas geográficas, en contraste con otras fuentes de energía, que se concentran en un número limitado de países. El rápido despliegue de energía renovable y la eficiencia energética está resultando en una importante seguridad energética, mitigación del cambio climático y beneficios económicos. Los resultados de una reciente revisión de la literatura llegaron a la conclusión de que como gas de efecto invernadero (GEI) emisores empiezan a ser responsable de los daños resultantes de las emisiones de gases de efecto invernadero resultantes en el cambio climático, un valor alto para la mitigación de la responsabilidad proporcionaría incentivos poderosos para el despliegue de tecnologías de energía renovable . En las encuestas internacionales de opinión pública existe un fuerte apoyo para promover fuentes renovables como la energía solar y la energía eólica. A nivel nacional, al menos 30 naciones de todo el mundo ya tienen energía renovable que contribuye con más del 20 por ciento del suministro de energía. Se prevé que los mercados nacionales de energía renovable continúen creciendo con fuerza en la próxima década y más allá. Algunos lugares y al menos dos países, Islandia y Noruega generan toda su electricidad utilizando energía renovable, y muchos otros países tienen el objetivo de alcanzar el 100% de energía renovable en el futuro. Por ejemplo, en Dinamarca, el gobierno decidió cambiar el suministro total de energía (electricidad, movilidad y calefacción / refrigeración) al 100% de energía renovable para 2050. Islandia y Noruega ya generan toda su electricidad utilizando energía renovable, y muchos otros países tienen el objetivo de alcanzar el 100% de energía renovable en el futuro. Por ejemplo, en Dinamarca, el gobierno decidió cambiar el suministro total de energía (electricidad, movilidad y calefacción / refrigeración) al 100% de energía renovable para 2050. Islandia y Noruega ya generan toda su electricidad utilizando energía renovable, y muchos otros países tienen el objetivo de alcanzar el 100% de energía renovable en el futuro. Por ejemplo, en Dinamarca, el gobierno decidió cambiar el suministro total de energía (electricidad, movilidad y calefacción / refrigeración) al 100% de energía renovable para 2050.
Si bien muchos proyectos de energía renovable son a gran escala, las tecnologías renovables también se adaptan a las zonas rurales y remotas y los países en desarrollo, donde la energía suele ser crucial para el desarrollo humano. El ex secretario general de las Naciones Unidas, Ban Ki-moon, ha dicho que la energía renovable tiene la capacidad de llevar a las naciones más pobres a nuevos niveles de prosperidad. Como la mayoría de las energías renovables proporcionan electricidad, el despliegue de energía renovable a menudo se aplica junto con una mayor electrificación, que tiene varios beneficios: la electricidad puede convertirse en calor (donde sea necesario generar temperaturas más altas que los combustibles fósiles), puede convertirse en energía mecánica con alta eficiencia y está limpio en el punto de consumo.
Los sistemas de energía renovable son cada vez más eficientes y más baratos. Su participación en el consumo total de energía está aumentando. El crecimiento en el consumo de carbón y petróleo podría finalizar en 2020 debido a la mayor absorción de energías renovables y gas natural.
Visión de conjunto
Los flujos de energía renovable involucran fenómenos naturales como la luz solar, el viento, las mareas, el crecimiento de las plantas y el calor geotérmico, como explica la Agencia Internacional de la Energía:
Los recursos de energía renovable y las oportunidades significativas para la eficiencia energética existen en amplias áreas geográficas, en contraste con otras fuentes de energía, que se concentran en un número limitado de países. El rápido despliegue de la energía renovable y la eficiencia energética, y la diversificación tecnológica de las fuentes de energía, daría como resultado una importante seguridad energética y beneficios económicos. También reduciría la contaminación ambiental como la contaminación del aire causada por la quema de combustibles fósiles y mejoraría la salud pública, reduciría la mortalidad prematura debido a la contaminación y ahorraría los costos de salud asociados que ascienden a varios cientos de miles de millones de dólares anuales solo en los Estados Unidos. Fuentes de energía renovables, que derivan su energía del sol, ya sea directa o indirectamente, como la hidráulica y la eólica,
Las preocupaciones sobre el cambio climático y el calentamiento global, junto con los altos precios del petróleo, el apogeo del petróleo y el aumento del apoyo gubernamental, están impulsando el aumento de la legislación, los incentivos y la comercialización de energía renovable. El nuevo gasto gubernamental, la regulación y las políticas ayudaron a la industria a enfrentar la crisis financiera mundial mejor que muchos otros sectores. Según una proyección de 2011 de la Agencia Internacional de la Energía, los generadores de energía solar pueden producir la mayor parte de la electricidad del mundo en 50 años, reduciendo las emisiones de gases de efecto invernadero que dañan el medio ambiente.
A partir de 2011, los pequeños sistemas fotovoltaicos solares proporcionan electricidad a unos pocos millones de hogares, y la microhidráulica configurada en minirredes sirve a muchas más. Más de 44 millones de hogares usan biogás en digestores a escala doméstica para iluminación y / o cocina, y más de 166 millones de hogares dependen de una nueva generación de estufas de biomasa más eficientes. El secretario general de las Naciones Unidas, Ban Ki-moon, dijo que la energía renovable tiene la capacidad de llevar a las naciones más pobres a nuevos niveles de prosperidad. A nivel nacional, al menos 30 naciones de todo el mundo ya cuentan con energía renovable que aporta más del 20% del suministro de energía. Se prevé que los mercados nacionales de energía renovable continúen creciendo con fuerza en la próxima década y más allá, y unos 120 países tienen varios objetivos políticos para las acciones de energía renovable a más largo plazo, incluyendo un objetivo del 20% de toda la electricidad generada para la Unión Europea para 2020. Algunos países tienen objetivos de política a largo plazo mucho más altos de hasta el 100% de energías renovables. Fuera de Europa, un grupo diverso de 20 o más países se enfoca en las acciones de energía renovable en el período 2020-2030 que van del 10% al 50%.
La energía renovable a menudo desplaza a los combustibles convencionales en cuatro áreas: generación de electricidad, agua caliente / calefacción, transporte y servicios de energía rurales (fuera de la red):
- Generación de energía
- Para 2040, se estima que la energía renovable igualará la generación de electricidad a partir del carbón y el gas natural. Varias jurisdicciones, incluyendo Dinamarca, Alemania, el estado de Australia del Sur y algunos estados de los Estados Unidos han logrado una alta integración de energías renovables variables. Por ejemplo, en 2015, la energía eólica alcanzó el 42% de la demanda de electricidad en Dinamarca, el 23,2% en Portugal y el 15,5% en Uruguay. Los interconectores permiten a los países equilibrar los sistemas eléctricos al permitir la importación y exportación de energía renovable. Han surgido sistemas híbridos innovadores entre países y regiones.
- Calefacción
- El calentamiento solar de agua hace una contribución importante al calor renovable en muchos países, sobre todo en China, que ahora tiene el 70% del total mundial (180 GWth). La mayoría de estos sistemas están instalados en edificios de apartamentos multifamiliares y cubren una parte de las necesidades de agua caliente de aproximadamente 50-60 millones de hogares en China. En todo el mundo, los sistemas solares de calefacción de agua instalados satisfacen una parte de las necesidades de calefacción de agua de más de 70 millones de hogares. El uso de biomasa para calefacción también continúa creciendo. En Suecia, el uso nacional de energía de biomasa ha superado el del petróleo. La geotermia directa para calefacción también está creciendo rápidamente. La última adición a la calefacción es de bombas de calor geotérmicas que proporcionan calefacción y refrigeración,
- Transporte
- El bioetanol es un alcohol hecho por fermentación, principalmente de carbohidratos producidos en cultivos de azúcar o almidón como maíz, caña de azúcar o sorgo dulce. La biomasa celulósica, derivada de fuentes no alimentarias, como árboles y pastos, también se está desarrollando como materia prima para la producción de etanol. El etanol se puede usar como combustible para vehículos en su forma pura, pero generalmente se usa como un aditivo de gasolina para aumentar el octanaje y mejorar las emisiones de los vehículos. El bioetanol se usa ampliamente en los Estados Unidos y en Brasil. El biodiesel se puede usar como combustible para vehículos en su forma pura, pero generalmente se usa como un aditivo para diesel para reducir los niveles de partículas, monóxido de carbono e hidrocarburos de los vehículos que funcionan con diesel. El biodiesel se produce a partir de aceites o grasas mediante transesterificación y es el biocombustible más común en Europa.
- Un vehículo solar es un vehículo eléctrico alimentado completamente o significativamente por energía solar directa. Por lo general, las células fotovoltaicas (PV) contenidas en los paneles solares convierten la energía del sol directamente en energía eléctrica. El término "vehículo solar" generalmente implica que la energía solar se utiliza para impulsar toda o parte de la propulsión de un vehículo. La energía solar también puede usarse para proporcionar energía para comunicaciones o controles u otras funciones auxiliares. En la actualidad, los vehículos solares no se venden como dispositivos prácticos de transporte diario, sino que son principalmente vehículos de demostración y ejercicios de ingeniería, a menudo patrocinados por agencias gubernamentales. Sin embargo, los vehículos indirectamente cargados con energía solar están muy extendidos y los barcos solares están disponibles comercialmente.
Historia
En las décadas de 1860 y 1970 ya existían temores de que la civilización se quedara sin combustibles fósiles y se sintiera la necesidad de una mejor fuente. En 1873, el profesor Augustin Mouchot escribió:
En 1885, Werner von Siemens, al comentar el descubrimiento del efecto fotovoltaico en estado sólido, escribió:
Max Weber mencionó el final del combustible fósil en los párrafos finales de su Die protestantische Ethik und der Geist des Kapitalismus, publicado en 1905.
El desarrollo de motores solares continuó hasta el estallido de la Primera Guerra Mundial. La importancia de la energía solar fue reconocida en un artículo de 1911 Scientific American : "en el futuro lejano, los combustibles naturales que se han agotado [la energía solar] seguirán siendo el único medio de existencia de la raza humana ".
La teoría del pico del petróleo fue publicada en 1956. En la década de 1970, los ambientalistas promovieron el desarrollo de la energía renovable como un reemplazo del eventual agotamiento del petróleo, así como para escapar de la dependencia del petróleo, y aparecieron las primeras turbinas eólicas generadoras de electricidad. . Solar había sido utilizado durante mucho tiempo para la calefacción y la refrigeración, pero los paneles solares eran demasiado costosos para construir granjas solares hasta 1980.
La IEA 2014 World Energy Outlook proyecta un crecimiento del suministro de energía renovable de 1.700 gigawatts en 2014 a 4.550 gigavatios en 2040. Los combustibles fósiles recibieron alrededor de $ 550 mil millones en subsidios en 2013, en comparación con $ 120 mil millones para todas las energías renovables.
Tecnologías convencionales
Energía eólica
Los flujos de aire se pueden usar para operar turbinas eólicas. Las turbinas eólicas modernas a escala de servicios públicos oscilan entre 600 kW y 5 MW de potencia nominal, aunque las turbinas con una potencia nominal de 1,5-3 MW se han convertido en las más comunes para uso comercial. La mayor capacidad de generador de una sola turbina eólica terrestre instalada alcanzó 7.5 MW en 2015. La potencia disponible del viento depende del cubo de la velocidad del viento, de modo que a medida que aumenta la velocidad del viento, la potencia aumenta hasta la salida máxima para el turbina particular. Las áreas donde los vientos son más fuertes y más constantes, como los sitios mar adentro y de altura, son lugares preferidos para los parques eólicos. Típicamente, las horas de carga completa de las turbinas eólicas varían entre 16 y 57 por ciento anualmente, pero pueden ser más altas en sitios especialmente favorables en alta mar.
La electricidad generada por el viento cubrió casi el 4% de la demanda mundial de electricidad en 2015, con casi 63 GW de nueva capacidad de energía eólica instalada. La energía eólica fue la principal fuente de nueva capacidad en Europa, Estados Unidos y Canadá, y la segunda más grande en China. En Dinamarca, la energía eólica cubrió más del 40% de su demanda de electricidad, mientras que Irlanda, Portugal y España alcanzaron casi el 20%.
Globalmente, se cree que el potencial técnico a largo plazo de la energía eólica es cinco veces la producción de energía global actual total, o 40 veces la demanda actual de electricidad, asumiendo que se superaron todas las barreras prácticas necesarias. Esto requeriría que las turbinas eólicas se instalen en áreas extensas, particularmente en áreas con mayores recursos eólicos, como en alta mar. Dado que las velocidades del viento en alta mar promedian ~ 90% más que las de la tierra, los recursos mar adentro pueden contribuir sustancialmente más energía que las turbinas estacionadas en tierra. En 2014, la generación eólica mundial fue de 706 teravatios-hora o el 3% de la electricidad total del mundo.
Energía hidroeléctrica
En 2015, la energía hidroeléctrica generó el 16.6% de la electricidad total del mundo y el 70% de toda la electricidad renovable. Dado que el agua es 800 veces más densa que el aire, incluso una corriente de agua que fluye lentamente o un oleaje moderado del mar puede producir cantidades considerables de energía. Hay muchas formas de energía de agua:
- Históricamente, la energía hidroeléctrica provenía de la construcción de grandes represas hidroeléctricas y embalses, que aún son populares en los países del tercer mundo. El más grande de ellos es la presa de las Tres Gargantas (2003) en China y la presa de Itaipu (1984) construida por Brasil y Paraguay.
- Los sistemas hidroeléctricos pequeños son instalaciones de energía hidroeléctrica que normalmente producen hasta 50 MW de potencia. A menudo se usan en ríos pequeños o como un desarrollo de bajo impacto en ríos más grandes. China es el mayor productor de energía hidroeléctrica en el mundo y tiene más de 45,000 pequeñas instalaciones hidroeléctricas.
- Las plantas hidroeléctricas de pasada derivan energía cinética de los ríos sin la creación de un gran embalse. Este estilo de generación todavía puede producir una gran cantidad de electricidad, como la presa Chief Joseph en el río Columbia en los Estados Unidos.
La energía hidroeléctrica se produce en 150 países, y la región de Asia y el Pacífico genera el 32 por ciento de la energía hidroeléctrica mundial en 2010. Para los países que tienen el mayor porcentaje de electricidad de fuentes renovables, los 50 principales son principalmente hidroeléctricos. China es el mayor productor de energía hidroeléctrica, con 721 teravatios-hora de producción en 2010, lo que representa alrededor del 17 por ciento del uso doméstico de electricidad. En la actualidad hay tres estaciones hidroeléctricas de más de 10 GW: la presa de las Tres Gargantas en China, la presa de Itaipú a través de la frontera Brasil / Paraguay y la presa de Guri en Venezuela.
El poder de las olas, que captura la energía de las ondas superficiales oceánicas, y la energía de las mareas, que convierte la energía de las mareas, son dos formas de energía hidroeléctrica con potencial futuro; sin embargo, todavía no se emplean ampliamente comercialmente. Un proyecto de demostración operado por Ocean Renewable Power Company en la costa de Maine, y conectado a la red, aprovecha la energía de las mareas de la Bahía de Fundy, la ubicación del flujo de marea más alto del mundo. La conversión de la energía térmica oceánica, que utiliza la diferencia de temperatura entre las aguas superficiales más frías y las más cálidas, no tiene actualmente una viabilidad económica.
Energía solar
La energía solar, la luz radiante y el calor del sol se aprovechan utilizando una gama de tecnologías en constante evolución como el calentamiento solar, la energía fotovoltaica, la energía solar concentrada (CSP), la fotovoltaica concentradora (CPV), la arquitectura solar y la fotosíntesis artificial. Las tecnologías solares se caracterizan ampliamente como energía solar pasiva o solar activa según la forma en que capturen, conviertan y distribuyan la energía solar. Las técnicas solares pasivas incluyen la orientación de un edificio hacia el Sol, la selección de materiales con una masa térmica favorable o propiedades de dispersión de la luz y el diseño de espacios que circulen el aire de forma natural. Las tecnologías solares activas abarcan la energía solar térmica, el uso de colectores solares para la calefacción y la energía solar, convirtiendo la luz solar en electricidad, ya sea directamente con energía fotovoltaica (PV) o indirectamente con energía solar concentrada (CSP).
Un sistema fotovoltaico convierte la luz en corriente eléctrica directa (DC) aprovechando el efecto fotoeléctrico. Solar PV se ha convertido en una industria multimillonaria y de rápido crecimiento, continúa mejorando su rentabilidad y tiene el mayor potencial de tecnologías renovables junto con CSP. Los sistemas de energía solar concentrada (CSP) usan lentes o espejos y sistemas de seguimiento para enfocar una gran área de luz solar en una pequeña viga. Las plantas de energía solar concentrada comercial se desarrollaron por primera vez en la década de 1980. CSP-Stirling tiene la mayor eficiencia entre todas las tecnologías de energía solar.
En 2011, la Agencia Internacional de Energía dijo que "el desarrollo de tecnologías de energía solar asequibles, inagotables y limpias tendrá grandes beneficios a largo plazo. Aumentará la seguridad energética de los países al depender de un recurso autóctono, inagotable y en su mayoría independiente de las importaciones, mejorar la sostenibilidad, reducir la contaminación, reducir los costos de mitigación del cambio climático y mantener bajos los precios de los combustibles fósiles. Estas ventajas son globales. Por lo tanto, los costos adicionales de los incentivos para un despliegue temprano deben considerarse inversiones de aprendizaje; necesitan ser ampliamente compartidos ". Italia tiene la mayor proporción de electricidad solar en el mundo, en 2015 la energía solar suplió el 7.8% de la demanda de electricidad en Italia. En 2016, luego de otro año de rápido crecimiento, se generó energía solar 1.
Energía geotérmica
La energía geotérmica a alta temperatura proviene de la energía térmica generada y almacenada en la Tierra. La energía térmica es la energía que determina la temperatura de la materia. La energía geotérmica de la Tierra se origina en la formación original del planeta y en la desintegración radiactiva de los minerales (en proporciones actualmente inciertas pero posiblemente aproximadamente iguales). El gradiente geotérmico, que es la diferencia de temperatura entre el núcleo del planeta y su superficie, impulsa una conducción continua de energía térmica en forma de calor desde el núcleo a la superficie. El adjetivo geotérmico proviene de las raíces griegas geo , que significa tierra y termo , que significa calor.
El calor que se usa para la energía geotérmica puede ser desde las profundidades de la Tierra, hasta el núcleo de la Tierra: 4,000 millas (6,400 km) hacia abajo. En el núcleo, las temperaturas pueden alcanzar más de 9,000 ° F (5,000 ° C). El calor conduce desde el núcleo a la roca circundante. La temperatura y la presión extremadamente altas provocan la fusión de algunas rocas, lo que se conoce comúnmente como magma. Magma se mueve hacia arriba ya que es más ligero que la roca sólida. Este magma luego calienta rocas y agua en la corteza, a veces hasta 700 ° F (371 ° C).
Desde las aguas termales, la energía geotérmica se ha utilizado para bañarse desde el Paleolítico y para calentar espacios desde la época romana, pero ahora es más conocida por la generación de electricidad.
Baja temperatura La geotermia se refiere al uso de la corteza exterior de la tierra como batería térmica para facilitar la energía térmica renovable para calentar y refrigerar edificios y otros usos de refrigeración e industriales. En esta forma de geotermia, una bomba de calor geotérmica y un intercambiador de calor acoplado a tierra se usan juntos para mover energía térmica a la tierra (para enfriamiento) y fuera de la tierra (para calefacción) en una base estacional variable. Baja temperatura La geotermia (generalmente conocida como "GHP") es una tecnología renovable cada vez más importante porque reduce las cargas energéticas anuales asociadas con la calefacción y la refrigeración, y también aplana la curva de demanda eléctrica eliminando los requisitos extremos de suministro eléctrico de verano e invierno . Por lo tanto, la baja temperatura geotérmica / GHP se está convirtiendo en una prioridad nacional cada vez mayor con múltiples apoyos y enfoques de crédito tributario como parte del movimiento continuo hacia Net Zero Energy. La ciudad de Nueva York acaba de aprobar una ley que exige que GHP sea económica en cualquier momento con 20 años de financiación, incluido el costo socializado del carbono.
Bio energía
La biomasa es material biológico derivado de organismos vivos o recientemente vivos. A menudo se refiere a plantas o materiales derivados de plantas que se denominan específicamente biomasa lignocelulósica. Como fuente de energía, la biomasa puede usarse directamente a través de la combustión para producir calor, o indirectamente después de convertirla en diversas formas de biocombustible. La conversión de biomasa en biocombustible se puede lograr mediante diferentes métodos que se clasifican ampliamente en: térmicos, químicos y bioquímicos métodos. La madera sigue siendo la mayor fuente de energía de biomasa en la actualidad; los ejemplos incluyen residuos forestales, como árboles, ramas y tocones de árboles muertos, recortes de jardín, astillas de madera e incluso desechos sólidos municipales. En el segundo sentido, la biomasa incluye materia vegetal o animal que puede convertirse en fibras u otros productos químicos industriales, incluidos los biocombustibles. La biomasa industrial puede cultivarse a partir de numerosos tipos de plantas, incluyendo miscanthus, switchgrass, cáñamo, maíz, álamo, sauce, sorgo, caña de azúcar, bambú y una variedad de especies arbóreas, que van desde el eucalipto hasta la palma aceitera (aceite de palma).
La energía de la planta es producida por cultivos específicamente cultivados para su uso como combustible que ofrecen una alta producción de biomasa por hectárea con poca energía de entrada. Algunos ejemplos de estas plantas son el trigo, que normalmente produce entre 7,5 y 8 toneladas de granos por hectárea, y la paja, que normalmente rinde entre 3,5 y 5 toneladas por hectárea en el Reino Unido. El grano se puede usar para combustibles líquidos de transporte, mientras que la paja se puede quemar para producir calor o electricidad. La biomasa de la planta también puede degradarse de celulosa a glucosa a través de una serie de tratamientos químicos, y el azúcar resultante puede usarse como biocombustible de primera generación.
La biomasa se puede convertir a otras formas utilizables de energía como el gas metano o combustibles de transporte como el etanol y el biodiesel. La basura podrida y los desechos agrícolas y humanos liberan gas metano, también llamado gas de vertedero o biogás. Los cultivos, como el maíz y la caña de azúcar, pueden fermentarse para producir el combustible de transporte, etanol. El biodiesel, otro combustible para el transporte, puede producirse a partir de productos alimenticios sobrantes, como aceites vegetales y grasas animales. Además, la biomasa a líquidos (BTL) y el etanol celulósico aún están bajo investigación. Existe una gran cantidad de investigación que involucra combustible de algas o biomasa derivada de algas debido a que es un recurso no alimentario y puede producirse a tasas de 5 a 10 veces mayores a las de otros tipos de agricultura basada en tierra, como el maíz y el maíz. soja. Una vez cosechada, puede fermentarse para producir biocombustibles como el etanol, butanol y metano, así como biodiesel e hidrógeno. La biomasa utilizada para la generación de electricidad varía según la región. Los subproductos forestales, como los residuos de madera, son comunes en los Estados Unidos. Los desechos agrícolas son comunes en Mauricio (residuos de caña de azúcar) y en el sudeste de Asia (cáscaras de arroz). Los residuos de la cría de animales, como la arena para aves de corral, son comunes en el Reino Unido.
Los biocombustibles incluyen una amplia gama de combustibles derivados de la biomasa. El término abarca combustibles sólidos, líquidos y gaseosos. Los biocombustibles líquidos incluyen bioalcoholes, como el bioetanol y aceites, como el biodiesel. Los biocombustibles gaseosos incluyen biogás, gas de vertedero y gas sintético. El bioetanol es un alcohol hecho por la fermentación de los componentes de azúcar de los materiales vegetales y está hecho principalmente de cultivos de azúcar y almidón. Estos incluyen maíz, caña de azúcar y, más recientemente, sorgo dulce. Este último cultivo es particularmente adecuado para el cultivo en condiciones de tierras secas, y está siendo investigado por el International Crops Research Institute para los Trópicos Semiáridos por su potencial para proporcionar combustible, junto con alimento y alimento para animales, en las partes áridas de Asia y África.
Con el desarrollo de tecnología avanzada, la biomasa celulósica, como los árboles y las hierbas, también se utilizan como materia prima para la producción de etanol. El etanol se puede usar como combustible para vehículos en su forma pura, pero generalmente se usa como un aditivo de gasolina para aumentar el octanaje y mejorar las emisiones de los vehículos. El bioetanol se usa ampliamente en los Estados Unidos y en Brasil. Los costos de energía para producir bioetanol son casi iguales a los rendimientos de energía del bioetanol. Sin embargo, según la Agencia Europea del Medio Ambiente, los biocombustibles no abordan las preocupaciones sobre el calentamiento global. El biodiesel está hecho de aceites vegetales, grasas animales o grasas recicladas. Se puede usar como combustible para vehículos en su forma pura, o más comúnmente como un aditivo para diesel para reducir los niveles de partículas, monóxido de carbono e hidrocarburos de los vehículos a diesel. El biodiesel se produce a partir de aceites o grasas mediante transesterificación y es el biocombustible más común en Europa. Los biocombustibles proporcionaron el 2,7% del combustible de transporte mundial en 2010.
La biomasa, el biogás y los biocombustibles se queman para producir calor / energía y, al hacerlo, dañan el medio ambiente. Contaminantes tales como óxidos de azufre (SO x ), óxidos de nitrógeno (NO x ), y materia en partículas (PM) se producen a partir de la combustión de la biomasa; la Organización Mundial de la Salud estima que 7 millones de muertes prematuras son causadas cada año por la contaminación del aire. La combustión de biomasa es un contribuyente importante.
Almacen de energia
El almacenamiento de energía es una colección de métodos utilizados para almacenar energía eléctrica en una red de energía eléctrica, o fuera de ella. La energía eléctrica se almacena en momentos en que la producción (especialmente de centrales eléctricas intermitentes como fuentes de energía renovables como la eólica, la energía mareomotriz y la energía solar) excede el consumo y regresa a la red cuando la producción cae por debajo del consumo. La hidroelectricidad de almacenamiento por bombeo se usa para más del 90% de todo el almacenamiento de energía de la red. Los costos de las baterías de iones de litio están disminuyendo rápidamente, y cada vez se utilizan más como fuentes de poder de red de acción rápida (es decir, reserva operativa) y para el almacenamiento doméstico.
Tendencias del mercado y la industria
La energía renovable ha sido más efectiva en la creación de empleos que el carbón o el petróleo en los Estados Unidos.
Crecimiento de las energías renovables
Desde finales de 2004, la capacidad mundial de energía renovable creció a tasas del 10-60% anual para muchas tecnologías. En 2015, la inversión global en energías renovables aumentó un 5% a $ 285,9 mil millones, rompiendo el récord anterior de $ 278,5 mil millones en 2011. 2015 fue también el primer año en que las energías renovables, excluyendo grandes centrales hidroeléctricas, representan la mayor parte de toda la nueva capacidad de potencia (134 GW, componiendo el 53.6% del total). Del total de las energías renovables, el viento representó 72 GW y la energía solar fotovoltaica 56 GW; ambos números récord y muy por encima de las cifras de 2014 (49 GW y 45 GW, respectivamente). En términos financieros, el solar representó el 56% de la inversión total nueva y el viento representó el 38%.
Las proyecciones varían. La EIA ha pronosticado que casi dos tercios de las adiciones netas a la capacidad energética provendrán de las energías renovables para 2020 debido a los beneficios combinados de la contaminación local, la descarbonización y la diversificación energética. Algunos estudios han establecido hojas de ruta para alimentar el 100% de la energía mundial con energía eólica, hidroeléctrica y solar para el año 2030.
Según una proyección de 2011 de la Agencia Internacional de la Energía, los generadores de energía solar pueden producir la mayor parte de la electricidad del mundo en 50 años, reduciendo las emisiones de gases de efecto invernadero que dañan el medio ambiente. Cedric Philibert, analista senior de la división de energía renovable de IEA, dijo: "Las plantas fotovoltaicas y termosolares pueden satisfacer la mayor parte de la demanda mundial de electricidad para 2060, y la mitad de todas las necesidades energéticas, con plantas eólicas, hidroeléctricas y de biomasa que suministran mucha de la generación restante ". "La energía solar fotovoltaica y concentrada en conjunto puede convertirse en la principal fuente de electricidad", dijo Philibert.
En 2014, la capacidad global de energía eólica aumentó 16% a 369,553 MW. La producción anual de energía eólica también está creciendo rápidamente y ha alcanzado alrededor del 4% del uso mundial de electricidad, el 11,4% en la UE, y es ampliamente utilizada en Asia y en los Estados Unidos. En 2015, la capacidad instalada de energía fotovoltaica en todo el mundo aumentó a 227 gigavatios (GW), suficiente para abastecer el 1 por ciento de la demanda mundial de electricidad. Las estaciones de energía solar térmica operan en los Estados Unidos y España, y a partir de 2016, el mayor de ellos es el Sistema de Generación Eléctrica Solar Ivanpah de 392 MW en California. La instalación de energía geotérmica más grande del mundo es The Geysers en California, con una capacidad nominal de 750 MW. Brasil tiene uno de los programas de energía renovable más grandes del mundo, que involucra la producción de combustible de etanol a partir de la caña de azúcar, y el etanol ahora proporciona el 18% del país ". s combustible automotriz. El combustible de etanol también está ampliamente disponible en los Estados Unidos.
| Indicadores globales de energía renovable seleccionados | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 | 2013 | 2014 | 2015 | 2016 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Inversión en nueva capacidad renovable (anual) (10 USD) | 182 | 178 | 237 | 279 | 256 | 232 | 270 | 285 | 241 |
| Capacidad de energía renovable (existente) (GWe) | 1.140 | 1,230 | 1.320 | 1.360 | 1,470 | 1,578 | 1,712 | 1,849 | 2,017 |
| Capacidad de energía hidroeléctrica (existente) (GWe) | 885 | 915 | 945 | 970 | 990 | 1,018 | 1,055 | 1,064 | 1,096 |
| Capacidad de energía eólica (existente) (GWe) | 121 | 159 | 198 | 238 | 283 | 319 | 370 | 433 | 487 |
| Capacidad de energía solar fotovoltaica (conectada a la red) (GWe) | dieciséis | 23 | 40 | 70 | 100 | 138 | 177 | 227 | 303 |
| Capacidad de agua caliente solar (existente) (GWth) | 130 | 160 | 185 | 232 | 255 | 373 | 406 | 435 | 456 |
| Producción de etanol (anual) (10 litros) | 67 | 76 | 86 | 86 | 83 | 87 | 94 | 98 | 98.6 |
| Producción de biodiesel (anual) (10 litros) | 12 | 17.8 | 18.5 | 21.4 | 22.5 | 26 | 29.7 | 30 | 30.8 |
| Países con objetivos de política para el uso de energía renovable | 79 | 89 | 98 | 118 | 138 | 144 | 164 | 173 | 176 |
| Fuente: La Red de Políticas de Energía Renovable para el Siglo 21 (REN21) -Informe de Estado Global | |||||||||
A partir de 2018, las empresas estadounidenses de servicios eléctricos están planeando nuevas inversiones de energía extra o renovables. Estas inversiones están especialmente dirigidas a la energía solar, gracias a la Ley de reducción de impuestos y empleo de 2017 que se promulgó como ley. La ley retuvo los incentivos para el desarrollo de energía renovable. Las compañías de servicios públicos están aprovechando el crédito impositivo federal de inversión solar antes de bajar permanentemente al 10% después de 2021. Según el informe del 28 de marzo del S & P Global Market Intelligence, "NextEra Energy Inc., Duke Energy Corp. y Dominion EnergyInc. Entre las empresas del sector que contemplan importantes inversiones en energía solar a corto plazo, otras compañías, incluidas Xcel Energy Inc. y Alliant EnergyCorp., están llevando a cabo grandes proyectos eólicos en el corto plazo,
Tendencias económicas
Las tecnologías de energía renovable son cada vez más baratas, a través del cambio tecnológico y los beneficios de la producción en masa y la competencia en el mercado. Un informe de 2011 de IEA dijo: "Una cartera de tecnologías de energía renovable se está volviendo competitiva en costos en un rango cada vez más amplio de circunstancias, en algunos casos brindando oportunidades de inversión sin la necesidad de apoyo económico específico", y agregó que "reducciones de costos en tecnologías críticas" , como el viento y la energía solar, están listos para continuar ".
La electricidad hidroeléctrica y geotérmica producida en sitios favorables ahora es la forma más barata de generar electricidad. Los costos de energía renovable continúan cayendo, y el costo nivelado de la electricidad (LCOE) está disminuyendo para la energía eólica, solar fotovoltaica (PV), energía solar concentrada (CSP) y algunas tecnologías de biomasa. La energía renovable es también la solución más económica para la nueva capacidad conectada a la red en áreas con buenos recursos. A medida que disminuye el costo de la energía renovable, aumenta el alcance de las aplicaciones económicamente viables. Las tecnologías renovables son a menudo la solución más económica para una nueva capacidad de generación. En los casos en que "la generación alimentada con petróleo es la principal fuente de generación de energía (p. Ej. En islas, fuera de la red y en algunos países) casi siempre existe una solución renovable de bajo costo". Una serie de estudios del Laboratorio Nacional de Energía Renovable de EE. UU. Modeló la "red en el oeste de los EE. UU. Bajo una serie de escenarios diferentes donde las energías renovables intermitentes representaron el 33 por ciento de la potencia total". En los modelos, las ineficiencias en el ciclo de las plantas de combustibles fósiles para compensar la variación en la energía solar y eólica dieron como resultado un costo adicional de "entre $ 0,47 y $ 1,28 por cada megavatios hora generada"; sin embargo, los ahorros en el costo de los combustibles ahorrados "ascienden a $ 7 mil millones, lo que significa que los costos adicionales son, como máximo, el dos por ciento de los ahorros". las ineficiencias en el ciclo de las plantas de combustibles fósiles para compensar la variación en la energía solar y eólica dieron como resultado un costo adicional de "entre $ 0,47 y $ 1,28 por cada megavatios hora generada"; sin embargo, los ahorros en el costo de los combustibles ahorrados "ascienden a $ 7 mil millones, lo que significa que los costos adicionales son, como máximo, el dos por ciento de los ahorros". las ineficiencias en el ciclo de las plantas de combustibles fósiles para compensar la variación en la energía solar y eólica dieron como resultado un costo adicional de "entre $ 0,47 y $ 1,28 por cada megavatios hora generada"; sin embargo, los ahorros en el costo de los combustibles ahorrados "ascienden a $ 7 mil millones, lo que significa que los costos adicionales son, como máximo, el dos por ciento de los ahorros".
Hidroelectricidad
Solo se ha desarrollado un cuarto del potencial hidroeléctrico estimado en el mundo de 14,000 TWh / año, los potenciales regionales para el crecimiento de la energía hidroeléctrica en todo el mundo son, 71% Europa, 75% América del Norte, 79% América del Sur, 95% África, 95 % Medio Oriente, 82% Asia Pacífico. Sin embargo, las realidades políticas de los nuevos embalses en los países occidentales, las limitaciones económicas en el tercer mundo y la falta de un sistema de transmisión en áreas no desarrolladas, dan como resultado la posibilidad de desarrollar el 25% del potencial restante antes de 2050, siendo la mayor parte en el área de Asia Pacífico. Se está produciendo un lento crecimiento en los condados occidentales, pero no en el estilo convencional de embalse y embalse del pasado. Los nuevos proyectos toman la forma de centrales hidroeléctricas de pasada y pequeñas, sin utilizar grandes reservorios. Es popular volver a utilizar las antiguas presas, aumentando así su eficiencia y capacidad, así como una respuesta más rápida en la red. Cuando las circunstancias lo permitan, las represas existentes como la presa Russell construida en 1985 pueden actualizarse con instalaciones de "bombeo" para almacenamiento por bombeo, que es útil para cargas máximas o para soportar energía eólica y solar intermitente. Los países con grandes proyectos hidroeléctricos como Canadá y Noruega están gastando miles de millones para ampliar sus redes para comerciar con países vecinos que tienen una capacidad hidroeléctrica limitada.
Desarrollo de la energía eólica
La energía eólica es ampliamente utilizada en Europa, China y los Estados Unidos. De 2004 a 2014, la capacidad instalada mundial de energía eólica ha aumentado de 47 GW a 369 GW, un aumento de más de siete veces en 10 años, con 2014 rompiendo un nuevo récord en instalaciones globales (51 GW). A finales de 2014, China, Estados Unidos y Alemania sumaban la mitad de la capacidad global total. Varios otros países han alcanzado niveles relativamente altos de penetración de la energía eólica, como el 21% de la producción de electricidad estacionaria en Dinamarca, el 18% en Portugal, el 16% en España y el 14% en Irlanda en 2010 y desde entonces han continuado expandiendo su capacidad instalada . Más de 80 países de todo el mundo usan la energía eólica de forma comercial.
- Energía eólica offshore
- A partir de 2014, la energía eólica marina ascendió a 8.771 megavatios de capacidad instalada mundial. Aunque la capacidad offshore se duplicó en tres años (de 4,117 MW en 2011), representó solo el 2,3% de la capacidad total de energía eólica. El Reino Unido es el líder indiscutible de energía costa afuera con la mitad de la capacidad instalada del mundo, por delante de Dinamarca, Alemania, Bélgica y China.
- Lista de parques eólicos en alta mar y en tierra
- A partir de 2012, Alta Wind Energy Center (California, 1.020 MW) es el parque eólico más grande del mundo. London Array (630 MW) es el parque eólico marino más grande del mundo. El Reino Unido es el principal generador mundial de energía eólica marina, seguido de Dinamarca. Existen varios grandes parques eólicos marinos en operación y en construcción, que incluyen Anholt (400 MW), BARD (400 MW), Clyde (548 MW), Fântânele-Cogealac (600 MW), Greater Gabbard (500 MW), Lincs (270 MW), London Array (630 MW), Lower Snake River (343 MW), Macarthur (420 MW), Shepherds Flat (845 MW) y Sheringham Shoal (317 MW).
Solar térmica
Los Estados Unidos realizaron muchas investigaciones iniciales en energía fotovoltaica y energía solar concentrada. Los EE. UU. Se encuentran entre los primeros países del mundo en electricidad generada por el Sol y varias de las instalaciones de escala de servicios públicos más grandes del mundo están ubicadas en el desierto del suroeste.
La planta termosolar más antigua del mundo es la planta de energía térmica SEGS de 354 megavatios (MW), en California. El Sistema de Generación Eléctrica Solar Ivanpah es un proyecto de energía solar térmica en el desierto de Mojave de California, a 40 millas (64 km) al suroeste de Las Vegas, con una capacidad bruta de 377 MW. La Solana Generating Station de 280 MW es una planta de energía solar cerca de Gila Bend, Arizona, a unas 70 millas (110 km) al suroeste de Phoenix, finalizada en 2013. Cuando se la encargó, fue la planta cilindroparabólica más grande del mundo y la primera planta solar de EE. UU. con almacenamiento de energía térmica de sal fundida.
La industria de energía térmica solar está creciendo rápidamente con 1.3 GW en construcción en 2012 y más planeado. España es el epicentro del desarrollo de energía solar térmica con 873 MW en construcción y otros 271 MW en desarrollo. En los Estados Unidos, se han anunciado 5.600 MW de proyectos de energía solar térmica. Se han construido varias centrales eléctricas en el desierto de Mojave, en el suroeste de los Estados Unidos. Ivanpah Solar Power Facility es el más reciente. En los países en desarrollo, se aprobaron tres proyectos del Banco Mundial para centrales térmicas integradas de energía solar térmica / ciclo combinado de turbinas de gas en Egipto, México y Marruecos.
Desarrollo fotovoltaico
La energía fotovoltaica (PV) utiliza células solares ensambladas en paneles solares para convertir la luz solar en electricidad. Es una tecnología de rápido crecimiento que dobla su capacidad instalada mundial cada dos años. Los sistemas fotovoltaicos van desde instalaciones integradas pequeñas, residenciales y comerciales en tejados o edificios hasta grandes centrales eléctricas fotovoltaicas a gran escala. La tecnología fotovoltaica predominante es el silicio cristalino, mientras que la tecnología de células solares de película delgada representa aproximadamente el 10 por ciento del despliegue fotovoltaico global. En los últimos años, la tecnología fotovoltaica ha mejorado su eficiencia de generación de electricidad, reducido el costo de instalación por vatio y su tiempo de amortización de energía, y ha alcanzado la paridad de red en al menos 30 mercados diferentes para 2014. Las instituciones financieras predicen un segundo "oro solar" prisa "en el futuro cercano.
A fines de 2014, la capacidad fotovoltaica mundial alcanzó al menos 177,000 megavatios. La energía fotovoltaica creció más rápido en China, seguida por Japón y Estados Unidos, mientras que Alemania sigue siendo el mayor productor mundial de energía fotovoltaica, contribuyendo con un 7,0 por ciento a la generación eléctrica en general. Italia cumple con el 7.9 por ciento de sus demandas de electricidad con energía fotovoltaica, la mayor participación a nivel mundial. Para 2015, se prevé que la capacidad acumulada mundial aumente en más de 50 gigavatios (GW). Para 2018, se prevé que la capacidad mundial llegue a 430 gigavatios. Esto corresponde a triplicar en cinco años. Se prevé que la energía solar se convierta en la fuente de electricidad más grande del mundo para el año 2050, con la energía solar fotovoltaica y la energía solar concentrada que aporten el 16% y el 11%, respectivamente.
Centrales fotovoltaicas
Las plantas de energía solar concentrada comercial se desarrollaron por primera vez en la década de 1980. A medida que el costo de la electricidad solar ha disminuido, la cantidad de sistemas solares fotovoltaicos conectados a la red ha crecido hasta alcanzar los millones y se están construyendo estaciones de energía solar a gran escala con cientos de megavatios. La energía solar fotovoltaica se está convirtiendo rápidamente en una tecnología económica y baja en carbono para aprovechar la energía renovable del sol.
Se han construido muchas centrales de energía solar fotovoltaica, principalmente en Europa, China y los Estados Unidos. El Solar Star de 579 MW, en los Estados Unidos, es la estación de energía fotovoltaica más grande del mundo.
Muchas de estas plantas están integradas con la agricultura y algunos utilizan sistemas de rastreo que siguen el camino diario del sol en el cielo para generar más electricidad que los sistemas montados fijos. No hay costos de combustible o emisiones durante el funcionamiento de las estaciones de energía.
Sin embargo, cuando se trata de sistemas de energía renovable y energía fotovoltaica, no son solo los sistemas grandes los que importan. La energía fotovoltaica integrada en el edificio o los sistemas fotovoltaicos "in situ" usan terrenos y estructuras existentes y generan energía cerca de donde se consume.
Desarrollo de biocombustibles
Los biocombustibles proporcionaron el 3% del combustible para el transporte mundial en 2010. Los mandatos para mezclar biocombustibles existen en 31 países a nivel nacional y en 29 estados / provincias. Según la Agencia Internacional de Energía, los biocombustibles tienen el potencial de satisfacer más de un cuarto de la demanda mundial de combustibles para el transporte para el año 2050.
Desde la década de 1970, Brasil ha tenido un programa de combustible de etanol que le ha permitido al país convertirse en el segundo mayor productor mundial de etanol (después de los Estados Unidos) y el mayor exportador mundial. El programa de combustible de etanol de Brasil utiliza equipos modernos y caña de azúcar barata como materia prima, y el residuo de caña residual (bagazo) se utiliza para producir calor y energía. Ya no hay vehículos ligeros en Brasil que funcionen con gasolina pura. A fines de 2008 había 35,000 estaciones de servicio en todo Brasil con al menos una bomba de etanol. Desafortunadamente, Operation Car Wash ha erosionado seriamente la confianza del público en las compañías petroleras y ha implicado a varios altos funcionarios brasileños.
Casi toda la gasolina vendida en los Estados Unidos hoy en día se mezcla con 10% de etanol, y los fabricantes de vehículos automotores ya producen vehículos diseñados para funcionar con mezclas de etanol mucho más altas. Ford, Daimler AG y GM son algunas de las compañías automotrices que venden autos, camiones y minivans de "combustible flexible" que pueden usar mezclas de gasolina y etanol que van desde la gasolina pura hasta el 85% de etanol. A mediados de 2006, había aproximadamente 6 millones de vehículos compatibles con el etanol en las carreteras estadounidenses.
Desarrollo geotérmico
La energía geotérmica es rentable, confiable, sostenible y respetuosa con el medio ambiente, pero históricamente se ha limitado a áreas cercanas a los límites de las placas tectónicas. Los avances tecnológicos recientes han ampliado el alcance y el tamaño de los recursos viables, especialmente para aplicaciones como la calefacción doméstica, lo que abre un potencial de explotación generalizada. Los pozos geotérmicos liberan gases de efecto invernadero atrapados en las profundidades de la tierra, pero estas emisiones son mucho más bajas por unidad de energía que las de los combustibles fósiles. Como resultado, la energía geotérmica tiene el potencial de ayudar a mitigar el calentamiento global si se implementa ampliamente en lugar de los combustibles fósiles.
La Asociación Geotérmica Internacional (IGA) ha informado que 10,715 MW de energía geotérmica en 24 países están en línea, lo que se espera genere 67,246 GWh de electricidad en 2010. Esto representa un aumento del 20% en la capacidad de energía geotérmica en línea desde 2005. IGA proyecta esto crecerá a 18,500 MW para 2015, debido a la gran cantidad de proyectos que se están considerando actualmente, a menudo en áreas que se suponía anteriormente que tenían pocos recursos explotables.
En 2010, los Estados Unidos lideraron el mundo en la producción de electricidad geotérmica con 3.086 MW de capacidad instalada de 77 centrales eléctricas; el grupo más grande de plantas de energía geotérmica en el mundo se encuentra en The Geysers, un campo geotérmico en California. Filipinas sigue a los Estados Unidos como el segundo mayor productor de energía geotérmica del mundo, con 1.904 MW de capacidad en línea; la energía geotérmica representa aproximadamente el 18% de la generación de electricidad del país.
Países en desarrollo
La tecnología de energía renovable a veces ha sido vista como un artículo de lujo costoso por los críticos, y asequible solo en el mundo desarrollado afluente. Esta visión errónea persistió durante muchos años, pero 2015 fue el primer año en que la inversión en energías renovables no hidráulicas fue mayor en los países en desarrollo, con $ 156 mil millones invertidos, principalmente en China, India y Brasil.
La energía renovable puede ser particularmente adecuada para los países en desarrollo. En áreas rurales y remotas, la transmisión y distribución de energía generada a partir de combustibles fósiles puede ser difícil y costosa. Producir energía renovable localmente puede ofrecer una alternativa viable.
Los avances tecnológicos están abriendo un nuevo y enorme mercado para la energía solar: los aproximadamente 1.300 millones de personas en todo el mundo que no tienen acceso a la red eléctrica. A pesar de que generalmente son muy pobres, estas personas tienen que pagar mucho más por la iluminación que las personas en los países ricos porque usan lámparas de queroseno ineficientes. La energía solar cuesta la mitad que la iluminación con queroseno. A partir de 2010, se estima que 3 millones de hogares obtienen energía de pequeños sistemas fotovoltaicos solares. Kenia es el líder mundial en la cantidad de sistemas de energía solar instalados per cápita. Cada año se venden en Kenia más de 30,000 paneles solares muy pequeños, cada uno produciendo de 12 a 30 vatios. Algunos Pequeños Estados Insulares en Desarrollo (SIDS) también están recurriendo a la energía solar para reducir sus costos y aumentar su sostenibilidad.
Micro-hydro configurado en mini-grillas también proporciona energía. Más de 44 millones de hogares usan biogás en digestores a escala doméstica para iluminación y / o cocina, y más de 166 millones de hogares dependen de una nueva generación de estufas de biomasa más eficientes. El combustible líquido limpio procedente de materias primas renovables se utiliza para cocinar e iluminar en áreas pobres en energía del mundo en desarrollo. Los combustibles de alcohol (etanol y metanol) pueden producirse de forma sostenible a partir de materias primas azucaradas, almidonadas y celulósicas no alimentarias. Project Gaia, Inc. y CleanStar Mozambique están implementando programas de cocina limpia con estufas de etanol líquido en Etiopía, Kenia, Nigeria y Mozambique.
Los proyectos de energía renovable en muchos países en desarrollo han demostrado que la energía renovable puede contribuir directamente a la reducción de la pobreza al proporcionar la energía necesaria para crear empresas y empleo. Las tecnologías de energía renovable también pueden hacer contribuciones indirectas para aliviar la pobreza al proporcionar energía para cocinar, calentar espacios e iluminar. La energía renovable también puede contribuir a la educación, al proporcionar electricidad a las escuelas.
Tendencias de la industria y las políticas
La Ley de Recuperación y Reinversión Estadounidense del 2009 del presidente estadounidense Barack Obama incluye más de $ 70 mil millones en gastos directos y créditos impositivos para energía limpia y programas de transporte asociados. Entre las principales empresas de energía renovable figuran First Solar, Gamesa, GE Energy, Hanwha Q Cells, Sharp Solar, Siemens, SunOpta, Suntech Power y Vestas.
Muchos gobiernos nacionales, estatales y locales también han creado bancos verdes. Un banco verde es una institución financiera cuasi pública que utiliza el capital público para apalancar la inversión privada en tecnologías de energía limpia. Los bancos verdes utilizan una variedad de herramientas financieras para salvar las brechas del mercado que dificultan el despliegue de energía limpia.
El ejército también se ha centrado en el uso de combustibles renovables para vehículos militares. A diferencia de los combustibles fósiles, los combustibles renovables se pueden producir en cualquier país, creando una ventaja estratégica. El ejército de los Estados Unidos ya se ha comprometido a que el 50% de su consumo de energía provenga de fuentes alternativas.
La Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA) es una organización intergubernamental para promover la adopción de energías renovables en todo el mundo. Su objetivo es proporcionar asesoramiento político concreto y facilitar la creación de capacidades y la transferencia de tecnología. IRENA se formó el 26 de enero de 2009, por 75 países que firmaron la carta de IRENA. A partir de marzo de 2010, IRENA cuenta con 143 estados miembros que todos son considerados como miembros fundadores, de los cuales 14 también han ratificado el estatuto.
A partir de 2011, 119 países tienen algún tipo de política de energía renovable nacional o política de apoyo renovable. Los objetivos nacionales ahora existen en al menos 98 países. También hay una amplia gama de políticas a nivel estatal / provincial y local.
El secretario general de las Naciones Unidas, Ban Ki-moon, dijo que la energía renovable tiene la capacidad de llevar a las naciones más pobres a nuevos niveles de prosperidad. En octubre de 2011, "anunció la creación de un grupo de alto nivel para impulsar el apoyo al acceso a la energía, la eficiencia energética y un mayor uso de energía renovable. El grupo será copresidido por Kandeh Yumkella, presidente de ONU Energía y director general de la Organización de Desarrollo Industrial de la ONU, y Charles Holliday, presidente del Bank of America ".
100% de energía renovable
El incentivo para usar energía 100% renovable, para la electricidad, el transporte o incluso el suministro total de energía primaria a nivel mundial, ha sido motivado por el calentamiento global y otras preocupaciones ecológicas y económicas. El Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático ha dicho que existen pocos límites tecnológicos fundamentales para integrar una cartera de tecnologías de energía renovable para satisfacer la mayor parte de la demanda total de energía en el mundo. El uso de energía renovable ha crecido mucho más rápido de lo que incluso los defensores anticipados. A nivel nacional, al menos 30 naciones de todo el mundo ya cuentan con energía renovable que aporta más del 20% del suministro de energía. Además, los profesores S. Pacala y Robert H. Socolow han desarrollado una serie de "cuñas de estabilización" que pueden permitirnos mantener nuestra calidad de vida al tiempo que evitamos el cambio climático catastrófico, y "
El uso de energía 100% renovable se sugirió por primera vez en un artículo de Science publicado en 1975 por el físico danés Bent Sørensen. Le siguieron varias otras propuestas, hasta que en 1998 se publicó el primer análisis detallado de escenarios con una gran cantidad de recursos renovables. Estos fueron seguidos por los primeros escenarios detallados al 100%. En 2006, Czisch publicó una tesis doctoral en la que se demostraba que en un escenario 100% renovable, el suministro de energía podría igualar la demanda en cada hora del año en Europa y el norte de África. En el mismo año, el profesor de Danish Energy, Henrik Lund, publicó un primer documento en el que aborda la combinación óptima de energías renovables, que fue seguido por varios otros documentos sobre la transición al 100% de energía renovable en Dinamarca. Desde entonces, Lund ha estado publicando varios artículos sobre energía 100% renovable.
En 2011 Mark Z. Jacobson, profesor de ingeniería civil y ambiental en la Universidad de Stanford, y Mark Delucchi publicaron un estudio sobre el suministro de energía global 100% renovable en la revista Energy Policy. Descubrieron que producir toda la nueva energía con energía eólica, solar e hidroeléctrica para el 2030 es factible y los arreglos de suministro de energía existentes podrían ser reemplazados por 2050. Las barreras para implementar el plan de energía renovable se consideran "principalmente sociales y políticas, no tecnológicas o económico". También descubrieron que los costos de energía con un sistema eólico, solar y de agua deberían ser similares a los costos de energía actuales.
De manera similar, en los Estados Unidos, el Consejo de Investigación independiente ha señalado que "existen suficientes recursos nacionales renovables para permitir que la electricidad renovable desempeñe un papel importante en la generación de electricidad en el futuro y ayudar a enfrentar cuestiones relacionadas con el cambio climático, la seguridad energética y la escalada de los costos de la energía ... La energía renovable es una opción atractiva porque los recursos renovables disponibles en los Estados Unidos, tomados colectivamente, pueden suministrar cantidades de electricidad significativamente mayores que la demanda interna total proyectada o actual ".
Las barreras más importantes para la implementación generalizada de la energía renovable a gran escala y las estrategias de energía baja en carbono son principalmente políticas y no tecnológicas. Según el informe Post Carbon Pathways 2013 , que revisó muchos estudios internacionales, los principales obstáculos son: la negación del cambio climático, el lobby de los combustibles fósiles, la inacción política, el consumo de energía insostenible, la infraestructura energética obsoleta y las limitaciones financieras.
Tecnologías emergentes
Otras tecnologías de energía renovable todavía están en desarrollo e incluyen etanol celulósico, energía geotérmica de roca seca y energía marina. Estas tecnologías aún no se han demostrado ampliamente o tienen una comercialización limitada. Muchos están en el horizonte y pueden tener un potencial comparable con otras tecnologías de energía renovable, pero aún dependen de atraer suficiente atención e investigación, desarrollo y demostración (RD & D).
Existen numerosas organizaciones dentro de los sectores académico, federal y comercial que realizan investigación avanzada a gran escala en el campo de la energía renovable. Esta investigación abarca varias áreas de enfoque en todo el espectro de energía renovable. La mayor parte de la investigación está dirigida a mejorar la eficiencia y aumentar el rendimiento energético general. Múltiples organizaciones de investigación con apoyo federal se han enfocado en la energía renovable en los últimos años. Dos de los laboratorios más destacados son Sandia National Laboratories y National Renewable Energy Laboratory (NREL), ambos financiados por el Departamento de Energía de los Estados Unidos y respaldados por diversos socios corporativos. Sandia tiene un presupuesto total de $ 2.4 mil millones, mientras que NREL tiene un presupuesto de $ 375 millones.
- Sistema geotérmico mejorado
- Los sistemas geotérmicos mejorados (EGS) son un nuevo tipo de tecnologías de energía geotérmica que no requieren recursos hidrotermales convectivos naturales. La gran mayoría de la energía geotérmica dentro del alcance de perforación se encuentra en rocas secas y no porosas. Las tecnologías EGS "mejoran" y / o crean recursos geotérmicos en esta "roca seca caliente (HDR)" a través de la estimulación hidráulica. Se espera que las tecnologías EGS y HDR, como la geotérmica hidrotermal, sean recursos de carga base que producen energía las 24 horas del día como una planta fósil. Distinto del hidrotermal, el HDR y el EGS pueden ser factibles en cualquier parte del mundo, dependiendo de los límites económicos de la profundidad de perforación. Las buenas ubicaciones son sobre granito profundo cubierto por una capa gruesa (3-5 km) de sedimentos aislantes que disminuyen la pérdida de calor. Actualmente, se están desarrollando y probando sistemas HDR y EGS en Francia, Australia, Japón, Alemania, los Estados Unidos y Suiza. El proyecto más grande de EGS en el mundo es una planta de demostración de 25 megavatios que se está desarrollando actualmente en Cooper Basin, Australia. Cooper Basin tiene el potencial de generar 5,000-10,000 MW.
- Etanol celulósico
- Varias refinerías que pueden procesar biomasa y convertirla en etanol son construidas por compañías como Iogen, POET y Abengoa, mientras que otras compañías como Verenium Corporation, Novozymes y Dyadic International están produciendo enzimas que podrían permitir la comercialización en el futuro. El cambio de materias primas de cultivos alimentarios a residuos de residuos y pastos nativos ofrece oportunidades significativas para una gama de actores, desde agricultores hasta empresas de biotecnología, y desde desarrolladores de proyectos hasta inversores.
- Energía marina
- La energía marina (también denominada a veces energía oceánica) se refiere a la energía transportada por las olas oceánicas, las mareas, la salinidad y las diferencias de temperatura del océano. El movimiento del agua en los océanos del mundo crea una gran reserva de energía cinética o energía en movimiento. Esta energía puede ser aprovechada para generar electricidad para hogares, transporte e industrias. El término energía marina abarca tanto la energía de las olas como la potencia de las ondas superficiales y la energía de las mareas, obtenida a partir de la energía cinética de grandes cuerpos de agua en movimiento. La electrodiálisis inversa (RED) es una tecnología para generar electricidad mediante la mezcla de agua de mar fresca y agua de mar salada en células de gran potencia diseñadas para este propósito; a partir de 2016 se está probando a pequeña escala (50 kW). La energía eólica marina no es una forma de energía marina, ya que la energía eólica se deriva del viento, incluso si las turbinas eólicas se colocan sobre el agua. Los océanos tienen una enorme cantidad de energía y están cerca de muchas poblaciones, si no la mayoría de las concentradas. La energía oceánica tiene el potencial de proporcionar una cantidad sustancial de nuevas energías renovables en todo el mundo.
| # | Estación | País | Ubicación | Capacidad | Refs |
|---|---|---|---|---|---|
| 1. | Sihwa Lake Tidal Power Station | Corea del Sur | 37 ° 18'47 "N 126 ° 36'46" E | 254 MW | |
| 2. | Central eléctrica Rance Tidal | Francia | 48 ° 37'05 "N 02 ° 01'24" W | 240 MW | |
| 3. | Estación Generadora Royal Annapolis | Canadá | 44 ° 45'07 "N 65 ° 30'40" W | 20 MW |
- Energía solar experimental
- Los sistemas fotovoltaicos concentrados (CPV) emplean la luz solar concentrada en las superficies fotovoltaicas con el fin de generar electricidad. Los dispositivos termoeléctricos o "termovoltaicos" convierten una diferencia de temperatura entre materiales diferentes en una corriente eléctrica.
- Matrices solares flotantes
- Los paneles solares flotantes son sistemas fotovoltaicos que flotan en la superficie de los depósitos de agua potable, lagos de canteras, canales de irrigación o estanques de remediación y de relaves. Existe una pequeña cantidad de tales sistemas en Francia, India, Japón, Corea del Sur, el Reino Unido, Singapur y los Estados Unidos. Se dice que los sistemas tienen ventajas sobre la energía fotovoltaica en tierra. El costo de la tierra es más caro, y hay menos reglas y regulaciones para las estructuras construidas en cuerpos de agua no utilizados para la recreación. A diferencia de la mayoría de las plantas solares terrestres, las matrices flotantes pueden ser discretas porque están ocultas a la vista del público. Logran mayores eficiencias que los paneles fotovoltaicos en tierra, porque el agua enfría los paneles. Los paneles tienen un recubrimiento especial para evitar la oxidación o la corrosión. En mayo de 2008, la bodega Far Niente en Oakville, California, fue pionera en el mundo ' s primer sistema floatovoltaico mediante la instalación de 994 módulos solares fotovoltaicos con una capacidad total de 477 kW en 130 pontones y flotando en el estanque de riego de la bodega. Se están empezando a construir granjas fotovoltaicas flotantes a gran escala. Kyocera desarrollará la granja más grande del mundo, una de 13,4 MW en el embalse que se encuentra sobre la presa de Yamakura, en la prefectura de Chiba, utilizando 50,000 paneles solares. Las granjas flotantes resistentes al agua salada también se están construyendo para el uso del océano. El mayor proyecto floatovoltaico hasta ahora anunciado es una central eléctrica de 350 MW en la región amazónica de Brasil. Granja de 4 MW en el embalse sobre la presa de Yamakura en la prefectura de Chiba usando 50,000 paneles solares. Las granjas flotantes resistentes al agua salada también se están construyendo para el uso del océano. El mayor proyecto floatovoltaico hasta ahora anunciado es una central eléctrica de 350 MW en la región amazónica de Brasil. Granja de 4 MW en el embalse sobre la presa de Yamakura en la prefectura de Chiba usando 50,000 paneles solares. Las granjas flotantes resistentes al agua salada también se están construyendo para el uso del océano. El mayor proyecto floatovoltaico hasta ahora anunciado es una central eléctrica de 350 MW en la región amazónica de Brasil.
- Bomba de calor asistida por energía solar
- Una bomba de calor es un dispositivo que proporciona energía de calor desde una fuente de calor a un destino llamado "disipador de calor". Las bombas de calor están diseñadas para mover la energía térmica en sentido opuesto a la dirección del flujo de calor espontáneo al absorber el calor de un espacio frío y liberarlo a uno más cálido. Una bomba de calor asistida por energía solar representa la integración de una bomba de calor y paneles solares térmicos en un solo sistema integrado. Normalmente, estas dos tecnologías se usan por separado (o solo colocándolas en paralelo) para producir agua caliente. En este sistema, el panel solar térmico realiza la función de fuente de calor de baja temperatura y el calor producido se utiliza para alimentar el evaporador de la bomba de calor. El objetivo de este sistema es obtener COP alto y luego producir energía de una manera más eficiente y menos costosa.
- Es posible utilizar cualquier tipo de panel solar térmico (chapa y tubos, unión por laminación, tubería de calor, chapas térmicas) o híbrido (mono, policristalino, película delgada) en combinación con la bomba de calor. El uso de un panel híbrido es preferible porque permite cubrir una parte de la demanda de electricidad de la bomba de calor y reducir el consumo de energía y, en consecuencia, los costos variables del sistema.
- Fotosíntesis artificial
- La fotosíntesis artificial utiliza técnicas que incluyen la nanotecnología para almacenar energía electromagnética solar en enlaces químicos al dividir el agua para producir hidrógeno y luego usar dióxido de carbono para producir metanol. Los investigadores en este campo se esfuerzan por diseñar imitadores moleculares de la fotosíntesis que utilizan una región más amplia del espectro solar, emplean sistemas catalíticos hechos de materiales abundantes y baratos que son robustos, fáciles de reparar, no tóxicos, estables en una variedad de condiciones ambientales y realizar de manera más eficiente permitiendo que una mayor proporción de energía de fotones termine en los compuestos de almacenamiento, es decir, carbohidratos (en lugar de construir y mantener las células vivas). Sin embargo, una investigación prominente enfrenta obstáculos, Sun Catalytix, una spin-off del MIT, dejó de ampliar su prototipo de celda de combustible en 2012,
- Combustibles de algas
- La producción de combustibles líquidos a partir de variedades de algas ricas en petróleo es un tema de investigación en curso. Se están probando diversas microalgas cultivadas en sistemas abiertos o cerrados, incluido algún sistema que pueda establecerse en zonas abandonadas y abandonadas.
- Aviones solares
- Un avión eléctrico es un avión que funciona con motores eléctricos en lugar de motores de combustión interna, con electricidad proveniente de celdas de combustible, células solares, ultracondensadores, transmisores de energía o baterías.
- En la actualidad, los aviones eléctricos tripulados son en su mayoría demostradores experimentales, aunque muchos pequeños vehículos aéreos no tripulados funcionan con baterías. Los aviones modelo propulsados eléctricamente se han volado desde la década de 1970, con un informe en 1957. Los primeros vuelos con motor propulsados por energía eléctrica se realizaron en 1973. Entre 2015-2016, un avión tripulado con energía solar, Solar Impulse 2, completó una circunnavegación de la tierra.
- Torre solar de la corriente ascendente
- La torre de corriente ascendente solar es una planta de energía renovable para generar electricidad a partir de calor solar a baja temperatura. La luz del sol calienta el aire debajo de una estructura de colectores con techo de invernadero muy amplia que rodea la base central de una torre de chimenea muy alta. La convección resultante provoca una corriente ascendente de aire caliente en la torre por efecto de la chimenea. Este flujo de aire impulsa turbinas de viento colocadas en la chimenea ascendente o alrededor de la base de la chimenea para producir electricidad. Los planes para versiones ampliadas de modelos de demostración permitirán una generación significativa de energía y pueden permitir el desarrollo de otras aplicaciones, como la extracción o destilación de agua, y la agricultura o la horticultura. Una versión más avanzada de una tecnología similar es el motor Vortex que tiene como objetivo reemplazar grandes chimeneas físicas con un vórtice de aire creado por un más corto,
- Energía solar basada en el espacio
- Para sistemas fotovoltaicos o térmicos, una opción es desplegarlos en el espacio, particularmente la órbita Geosincrónica. Para ser competitivo con los sistemas de energía solar basados en la Tierra, la masa específica (kg / kW) multiplicada por el costo de la masa loft más el costo de las piezas debe ser de $ 2400 o menos. Es decir, para un costo de piezas más rectenna de $ 1100 / kW, el producto de $ / kg y kg / kW debe ser de $ 1300 / kW o menos. Por lo tanto, para 6.5 kg / kW, el costo de transporte no puede exceder $ 200 / kg. Si bien eso requerirá una reducción de 100 a uno, SpaceX apunta a una reducción de diez a uno, los motores de reacción pueden hacer posible una reducción de 100 a uno.
Debate
La producción renovable de electricidad, a partir de fuentes como la energía eólica y la energía solar, a veces se critica por ser variable o intermitente, pero no es cierto para los concentrados solares, geotérmicos y de biocombustibles, que tienen continuidad. En cualquier caso, la Agencia Internacional de Energía ha declarado que el despliegue de tecnologías renovables generalmente aumenta la diversidad de las fuentes de electricidad y, a través de la generación local, contribuye a la flexibilidad del sistema y su resistencia a los choques centrales.
Ha habido preocupaciones de "no en mi patio trasero" (NIMBY) relacionadas con los impactos visuales y de otro tipo de algunos parques eólicos, donde los residentes locales a veces luchan o bloquean la construcción. En los EE. UU., El proyecto Massachusetts Cape Wind se retrasó durante años en parte porque de preocupaciones estéticas. Sin embargo, los residentes en otras áreas han sido más positivos. Según un concejal, la abrumadora mayoría de los locales cree que el parque eólico de Ardrossan en Escocia ha mejorado el área.
Un documento reciente del Gobierno del Reino Unido establece que "generalmente, los proyectos tienen más probabilidades de tener éxito si cuentan con un amplio apoyo público y el consentimiento de las comunidades locales. Esto significa darles a las comunidades voz y voto". En países como Alemania y Dinamarca, muchos proyectos renovables son propiedad de las comunidades, particularmente a través de estructuras cooperativas, y contribuyen significativamente a los niveles generales de despliegue de energía renovable.
El mercado de las tecnologías de energía renovable ha seguido creciendo. Las preocupaciones sobre el cambio climático y el aumento de empleos verdes, junto con los altos precios del petróleo, el pico del petróleo, las guerras petroleras, los derrames de petróleo, la promoción de vehículos eléctricos y electricidad renovable, los desastres nucleares y el aumento del apoyo gubernamental están impulsando la creciente legislación, incentivos y comercialización. Los nuevos gastos, regulaciones y políticas del gobierno ayudaron a la industria a superar la crisis económica de 2009 mejor que muchos otros sectores.
Si bien las energías renovables han sido muy exitosas en su creciente contribución a la energía eléctrica, no hay países dominados por combustibles fósiles que tengan un plan para detener y obtener ese poder de renovables. Solo Escocia y Ontario han dejado de quemar carbón, principalmente debido a los buenos suministros de gas natural. En el área del transporte, los combustibles fósiles están aún más arraigados y las soluciones más difíciles de encontrar. No está claro si hay fallas en la política o la energía renovable, pero veinte años después del Protocolo de Kyoto los combustibles fósiles siguen siendo nuestra principal fuente de energía y el consumo continúa creciendo.
Impacto medioambiental
La capacidad de la biomasa y los biocombustibles para contribuir a la reducción de las emisiones de CO 2 es limitada porque tanto la biomasa como los biocombustibles emiten grandes cantidades de contaminación atmosférica cuando se queman y en algunos casos compiten con el suministro de alimentos. Además, la biomasa y los biocombustibles consumen grandes cantidades de agua. Otras fuentes renovables como la eólica, la fotovoltaica y la hidroeléctrica tienen la ventaja de poder conservar agua, reducir la contaminación y reducir las emisiones de CO 2 .
Galería
Burbo, noroeste de Inglaterra
Amanecer en el parque eólico Fenton en Minnesota, Estados Unidos
La estación de CSP Andasol en Andalucía, España
Planta solar Ivanpah en el desierto de Mojave, California, Estados Unidos
Presa de las Tres Gargantas y Presa de Gezhouba, China
Compre paneles fotovoltaicos en Ouagadougou, Burkina Faso
La cosecha de tocones aumenta la recuperación de biomasa de los bosques
Un pequeño sistema PV montado en la azotea en Bonn, Alemania
El Westmill Solar Park propiedad de la comunidad en el sudeste de Inglaterra
Central de energía fotovoltaica Komekurayama en Kofu, Japón
Krafla, una central geotérmica en Islandia