5 recursos energéticos naturales renovables más importantes
Algunos de los recursos naturales de energía renovable más importantes son: 1. Bioenergía 2. Energía geotérmica 3. Energía hidroeléctrica 4. Sistema de calefacción solar activa 5. Energía eólica.
1. Bioenergía:
La bioenergía utiliza recursos de biomasa renovables para producir una variedad de productos relacionados con la energía, incluida la electricidad, los combustibles sólidos y gaseosos, el calor, los productos químicos y otros materiales. La bioenergía representa aproximadamente el tres por ciento de la producción de energía primaria.
Esto proviene de la biomasa, es decir, cualquier materia orgánica derivada de las plantas disponible de forma renovable, incluidos los cultivos y árboles energéticos dedicados, los cultivos agrícolas de alimentos y piensos, los desechos y residuos de cultivos agrícolas, los desechos y residuos de madera, las plantas acuáticas, los desechos animales, los desechos municipales, y otros materiales de desecho.
Tipos de bioenergía y biocombustibles:
Combustibles líquidos que incluyen etanol, metanol, biodiesel y combustibles gaseosos como el hidrógeno y el metano derivados de las materias primas de biomasa. Los biocombustibles son combustibles líquidos hechos de ésteres, alcoholes, éteres y otros productos químicos de biomasa. Son combustibles renovables que pueden producirse en cualquier clima utilizando prácticas agrícolas ya desarrolladas. Los biocombustibles comunes incluyen: etanol y biodiesel. El etanol está hecho de almidones o azúcares, típicamente grano o maíz. El biodiesel es un éster hecho de grasas o aceites. El etanol celulósico es el futuro.
Ventajas de los biocombustibles:
1. Debido a que los biocombustibles son renovables, se pueden usar indefinidamente sin agotar las reservas de recursos naturales de la tierra
2. Los biocombustibles se pueden producir en poco tiempo (por ejemplo: una temporada de crecimiento), mientras que los no combustibles, como los combustibles fósiles, tardan 40 millones de años o más en producirse.
3. Los biocombustibles son neutros en carbono, lo que significa que las salidas netas de C0 2 son iguales a las entradas netas de C0 2 . Los biocombustibles reducen las emisiones nocivas a la atmósfera. Es renovable y no contribuye al calentamiento global debido a
Su ciclo cerrado de carbono.
Las plantas eliminaron originalmente el carbón del combustible del aire, por lo que no hay un aumento neto en los niveles de dióxido de carbono. Proporciona reducciones sustanciales de monóxido de carbono, hidrocarburos no quemados y emisiones de partículas de los motores diesel.
La mayoría de las pruebas de emisión han mostrado un ligero aumento de óxidos de nitrógeno (NOx) con el biodiesel. Este aumento de NOx puede eliminarse con un pequeño ajuste en el tiempo de inyección del motor mientras se mantiene la disminución de partículas. El biodiesel tiene excelentes propiedades lubricantes, cuando se agrega al combustible diesel regular en una cantidad igual al 1-2%, puede convertir el combustible con propiedades lubricantes deficientes, como el combustible diesel moderno con muy bajo contenido de azufre, en un combustible aceptable.
4. El biodiesel se puede hacer a partir de una variedad de materias primas:
a. Aceite de soja, aceite de maíz, aceite de canola (una variedad comestible de semillas gape), aceite de semilla de algodón, aceite de mostaza, aceite de palma, aceite de girasol, aceite de linaza, aceite de Jatropha, etc.
segundo. Desechos de aceites de restaurante tales como aceites para freír
do. Grasas animales como el sebo de vacuno o la manteca de cerdo.
re. Grasa de trampa (de las trampas de grasa de restaurante), grasa de flotador (de plantas de tratamiento de aguas residuales), etc.
5. Los biocombustibles fortalecen la economía al:
a. Reducir la dependencia del petróleo extranjero (reduciendo así el déficit comercial)
segundo. Fomento del crecimiento en el sector agrícola.
do. Bioenergía eléctrica generada a partir de biomasa. Basado en tecnología de combustión directa: quema de biomasa para producir vapor en calderas. El vapor se utiliza para producir electricidad en generadores de turbina de vapor. La mayor parte de la bioenergía producida es a partir de residuos de madera. Las tecnologías futuras de bioenergía pueden incluir cocción conjunta, gasificación (biogás), pirólisis y digestión anaeróbica.
re. Productos químicos de base biológica y productos industriales, distintos de los alimentos y piensos, derivados de las reservas de biomasa. Ejemplos: productos químicos verdes, plásticos renovables, fibras naturales y materiales estructurales naturales.
2. Energía geotérmica:
Los desarrollos en fuentes de energía alternativas provocados por las amenazas del agotamiento de los recursos energéticos tradicionales, conducen a la autosuficiencia y buscan fuentes de energía alternativas que estén ampliamente disponibles, sean versátiles, renovables y tengan un impacto limitado en el medio ambiente.
La energía geotérmica es la energía térmica generada por los procesos naturales que ocurren dentro de la tierra. Fumarolas, aguas termales y ollas de barro son fenómenos naturales que resultan de la actividad geotérmica. Calor interno de la tierra (que es producido por la descomposición de materiales radiactivos naturales).
Los sitios más probables están cerca de los límites de la placa con volcanes activos y un alto flujo de calor, por ejemplo, la Cuenca del Pacífico, Islandia, el Mediterráneo. Las instalaciones para la explotación de energía geotérmica son ampliamente utilizadas en Italia, EE. UU., Japón, Nueva Zelanda, México, URSS.
Utilización tradicional de la energía geotérmica: las liberaciones naturales de energía geotérmica se han utilizado durante siglos en balneología (curación, higiene), servicios domésticos como cocinar, lavandería, (por ejemplo, nativos de Nueva Zelanda), extracción de minerales, donde el agua geotérmica puede contener minerales útiles como Ácido bórico, azufre, vitriolo o aluminio.
Aprovechamiento de la energía geotérmica:
Las temperaturas en la tierra varían con la profundidad como se muestra en la Fig. 3.2. Dentro de la Tierra, diferentes áreas tienen diferentes gradientes térmicos y, por lo tanto, diferentes potenciales de utilización. Los gradientes térmicos más altos corresponden a áreas que contienen más energía geotérmica. Las áreas geotérmicas que pueden utilizarse para operaciones a gran escala, como la generación de energía, requieren gradientes térmicos específicos.
Las áreas que poseen estos gradientes se clasifican como campos geotérmicos y se ubican solo en áreas seleccionadas del globo. Los campos geotérmicos son las áreas térmicas, donde las formaciones rocosas permeables debajo de la tierra contienen un fluido de trabajo sin el cual el área no podría ser explotada a gran escala.
a. Campo semi-térmico: produce agua hasta 100 ° C desde profundidades de perforación de 1-2 km.
segundo. Campo hipertermétrico húmedo (dominado por el agua): produce agua a presión> 100 ° C
do. Campo hipertermático seco (dominado por vapor): produce vapor seco saturado o ligeramente sobrecalentado a P> P atm
Al explotar los campos geotérmicos, particularmente los campos hiper-térmicos, la energía geotérmica se puede aprovechar a gran escala. Campos semi-térmicos que se encuentran típicamente en áreas con gradientes de temperatura anormalmente altos, campos hiper-térmicos generalmente ubicados en los límites de las placas tectónicas en zonas sísmicas. El calor fluye hacia afuera desde el centro como resultado de la desintegración radioactiva.
La corteza (de unos 30 y 60 km de espesor) nos aísla del calor interior, un núcleo interno sólido seguido de un núcleo externo líquido, con el manto en estado semifundido, y la temperatura en la base de la corteza de aproximadamente 1000 ° C, aumenta lentamente en el núcleo. Los puntos calientes están ubicados a 2 a 3 km de la superficie.
Las placas tectónicas están en constante movimiento (varios centímetros / año). Cuando ocurre una colisión o esmerilado, puede crear montañas, volcanes, géiseres y terremotos. Cerca de las uniones de estas placas, ¿es donde el calor geotérmico viaja rápidamente desde el interior? La distribución de las principales reservas de energía geotérmica se muestra en la Fig. 3.3.
1. Los impactos ambientales para la instalación de plantas de energía geotérmicas son mucho menores que las centrales eléctricas tradicionales en relación con los impactos en la tierra, los impactos en el aire, los impactos en las aguas superficiales y subterráneas y los impactos estéticos aún más reducidos en los sistemas donde se reinyectan las aguas residuales geotérmicas y el vapor. en el suelo.
La gravedad de los impactos ambientales depende del tipo de recurso térmico desarrollado, la composición química del fluido geotérmico, la composición química de la roca subterránea, la geología, la hidrología y la topografía del área, junto con la tecnología utilizada para la producción de energía y el control de la contaminación. La planificación de la gestión a menudo puede reducir los efectos de la contaminación a través de los controles de emisiones y la planificación adecuada.
3. Energía hidroeléctrica:
La energía hidroeléctrica debe ser uno de los métodos más antiguos de producción de energía. La energía hidroeléctrica se obtiene del agua que fluye. La energía en el agua se puede aprovechar y utilizar, en forma de energía motriz o diferencias de temperatura. La aplicación más común es la presa, pero se puede usar directamente como fuerza mecánica o como fuente / disipador térmico.
La energía hidroeléctrica a partir de la energía potencial de la elevación de las aguas, ahora suministra aproximadamente 715, 000 MWe o el 19% de la electricidad mundial y aún se están diseñando grandes represas. Aparte de algunos países con abundancia, la energía hidroeléctrica se aplica normalmente a la demanda de carga máxima, porque se detiene y se inicia tan fácilmente.
Sin embargo, la energía hidroeléctrica probablemente no sea una opción importante para el futuro de la producción de energía en los países desarrollados porque la mayoría de los sitios importantes dentro de estos países con potencial para aprovechar la gravedad de esta manera ya están siendo explotados o no están disponibles por otras razones, como la ambiental. consideraciones
La energía hidroeléctrica o micro hidroeléctrica a pequeña escala se ha utilizado cada vez más como fuentes de energía alternativas, especialmente en áreas remotas, otras fuentes de energía no son viables. Los sistemas de energía hidroeléctrica a pequeña escala pueden instalarse en pequeños ríos o arroyos con poco o ningún efecto ambiental perceptible en cosas como la migración de peces. La mayoría de los sistemas de energía hidroeléctrica a pequeña escala no hacen uso de una presa o de un gran desvío de agua, sino que utilizan ruedas hidráulicas con poco impacto ambiental.
El agua es necesaria para ejecutar una unidad de generación hidroeléctrica. Se mantiene en un reservorio o lago detrás de la presa y la fuerza del agua que se libera del reservorio a través de la presa hace girar las aspas de una turbina. La turbina está conectada al generador que produce electricidad. Después de pasar a través de la turbina, el agua regresa al río en el lado de aguas abajo de la presa. (Fig. 3.4).
4. Sistema de calentamiento solar activo:
Los sistemas de calefacción solar activos - el fluido calentado se hace circular artificialmente. Placa plana placa colectora de metal absorbe la energía del sol. El líquido entra en contacto con la placa y se hace circular al lugar necesario. La placa está contenida en una caja aislada con tapa de vidrio (el vidrio es opaco a la re-radiación infrarroja pero permite el 90% de la radiación incidente).
Tipos de coleccionistas:
1. Tubos intercalados entre placas.
2. Goteo de agua sobre la placa
3. Tapete de goma negro con tubos y aletas (piscinas de baja temperatura)
4. La eficiencia del colector = 100% x (energía útil suministrada) / (número de insolación en el colector) el número puede ser tan alto como 60-70%
Factores que afectan la eficiencia:
1. Temperatura del agua: dado que las pérdidas de conducción dependen de T, mayor T = más pérdidas
2. Pérdidas de radiación - las cosas calientes irradian. Los absorbentes de revestimiento ayudan a la película de óxido de cobre: absorbancia = .9, emisividad = .15
3. Ángulo del colector - depende del uso.
Almacenamiento:
Existen varios tipos diferentes de sistemas de almacenamiento, el uso depende del espacio.
Capacidad calorífica de volumen = cantidad de energía necesaria para elevar una unidad de volumen de material, temperatura de un grado = calor específico x densidad Ex. hierro 1/8 de capacidad de calor del agua, pero 8 veces más denso Podemos usar agua debajo de las capas de roca, especialmente para el sistema de aire. Materiales que cambian de fase: la liberación de calor de fusión, puede ser más pequeña de almacenamiento, pero mantiene el almacenamiento a una temperatura específica. Ex. Sales eutécticas.
Usos:
1. Calefacción de espacios - Radiadores de zócalo. El calor del colector se bombea al tanque de almacenamiento. Luego se bombea el fluido y, si es necesario, se agrega calor adicional antes de ir a los zócalos.
2. Agua caliente: igual que la calefacción de espacios, excepto que definitivamente se usa agua (intercambiador de calor en el tanque de almacenamiento).
Coleccionistas enfocados:
Colectores enfocados: un sistema solar activo que utiliza espejos curvos para enfocar la luz solar en el fluido de trabajo. Puede alcanzar temperaturas superiores a 180 F y hasta 1000 F. El uso principal es en generadores de vapor (¿por qué necesitaría agua o aire a 1000 F?)
Sistemas de calefacción solar pasivos:
Sistema de calefacción solar pasivo: el fluido calentado no se transmite artificialmente. Los medios naturales (convección y conducción) se utilizan para realizar todo el transporte que sea necesario. Gran ganancia en ahorros. Este tipo de sistema utiliza el hecho de que la cantidad de energía solar transmitida a través del vidrio durante 24 períodos es mayor que el calor perdido a través de ellos. Todos los tipos necesitan excelentes instalaciones de aislamiento, captación solar y almacenamiento térmico.
Cuatro tipos comunes son:
a. Ganancia directa - la luz solar directa calienta la habitación. Necesita masa térmica para almacenar calor (hormigón, rocas, etc). Casas de adobe del suroeste
segundo. Ganancia indirecta: recopile y almacene energía en una parte y permita que la convección natural transfiera energía a otras partes. Ex. Pared de trombe
do. Invernadero adjunto - al igual que la ganancia indirecta. Sin embargo, también proporciona una barrera durante el verano de la luz solar directa en las viviendas. También bueno para la producción de alimentos.
re. Termosifón - puede usarse para agua caliente. Para calefacción de hogar o unidad de ventana utiliza flotabilidad natural para calentar.
Ciencias económicas:
Los sistemas activos son caros, menos pasivos. Es más costoso volver a instalar que construir. En estos tiempos, sin incentivos para hacerlo (precios de la energía bajos, sin dividendos solares) y con la economía como está, nadie lo piensa.
El mayor impulso puede ser más debido a razones ambientales:
a. Posibles ahorros: el 25% del consumo de energía se destina a calefacción y refrigeración
segundo. Los estados del norte tienen una mayor necesidad de aire caliente en invierno, pero reciben menos insolación que los estados del sur
do. El mayor uso del sur probablemente para el agua caliente. El agua caliente sanitaria supone el 4% del consumo energético.
re. Las baterías almacenan la energía generada y descargan la energía según sea necesario.
mi. El banco de baterías consta de una o más baterías de tipo de ciclo profundo solar.
F. Dependiendo de la corriente y los voltajes para ciertas aplicaciones, las baterías están cableadas en serie y / o en paralelo.
Tres formas de convertir la luz solar en electricidad, principalmente, turbinas eólicas fotovoltaicas y turbinas de energía solar térmica (vapor).
Principios de células solares:
Efecto fotoeléctrico: descubierto por Heinrich Hertz en 1887. Explicado por Einstein en 1905. Los electrones se emiten cuando la luz incide en los metales. El rompecabezas era que para ciertos colores de luz, no se emitían electrones. Explicación - La luz tiene características de onda y partícula. Si pensamos en partículas, entonces cada fotón tiene una energía de E = hf. A medida que el fotón es absorbido por el metal, si hf es mayor que la energía de enlace de los electrones al metal, los electrones se liberan.
Fabricación de células solares:
La mayoría de las células solares (FV) consisten en dos materiales semiconductores unidos. El silicio está "dopado" con fósforo para crear un cristal semiconductor de tipo n, que se une al silicio "dopado" con boro (cristal semiconductor de tipo p) para crear una unión pn. Esto crea una barrera potencial que "da dirección" a los electrones liberados, es decir, los electrones liberados son conducidos en la dirección de la caída de energía potencial.
Las uniones p-n también pueden formarse a partir de silicio amorfo (sin estructura cristalina). Los enlaces colgantes (falta de estructura cristalina) pueden capturar electrones libres. Son baratos de fabricar y son eficientes bajo luz fluorescente.
Se pueden usar materiales distintos al silicio para crear las uniones pn. Se pueden usar materiales como arseniuro de galio, telururo de cadmio y sulfuro de cadmio. Se pueden lograr eficiencias superiores a las de las celdas fotovoltaicas basadas en silicio (la cotización de libros del 40% no coincide con el uso a largo plazo; las mejores eficiencias son aproximadamente del 20-25%).
5. Energía eólica:
La energía eólica es la energía cinética del viento, o la extracción de esta energía por los aerogeneradores. En 2004, la energía eólica se convirtió en la forma menos costosa de generación de energía nueva, disminuyendo por debajo del costo por kilovatio-hora de las plantas de carbón.
La energía eólica está creciendo más rápido que cualquier otra forma de generación eléctrica, aproximadamente un 37%, en comparación con un crecimiento del 25% en 2002. A fines de la década de 1990, el costo de la energía eólica era aproximadamente cinco veces mayor que en 2005, y eso a la baja. se espera que la tendencia continúe a medida que las turbinas de megavatios múltiples más grandes se producen en masa.
Un estimado de 1 a 3 por ciento de la energía del sol se convierte en energía eólica. Esto es alrededor de 50 a 100 veces más energía que la que las plantas de la Tierra convierten en biomasa a través de la fotosíntesis. La mayor parte de esta energía eólica se puede encontrar en altitudes elevadas donde las velocidades de viento continuo de más de 160 km / h (100 mph) son comunes. Finalmente, la energía del viento se convierte a través de la fricción en calor difuso a través de la superficie de la tierra y la atmósfera.
Si bien la cinética exacta del viento es extremadamente complicada y relativamente poco entendida, los fundamentos de sus orígenes son relativamente simples. La tierra no es calentada uniformemente por el sol. No solo los polos reciben menos energía del sol que el ecuador, sino que la tierra seca se calienta (y se enfría) más rápidamente que los mares.
El calentamiento diferencial alimenta un sistema de convección atmosférica global que se extiende desde la superficie de la tierra a la estratosfera y actúa como un techo virtual. El cambio de estaciones, el cambio de día y de noche, el efecto Coriolis del albedo irregular (reflectividad) de la tierra y el agua, la humedad y la fricción del viento en diferentes terrenos son algunos de los muchos factores que complican el flujo del viento sobre la superficie. .
