Top 10 de los recursos de energía renovable
Los recursos renovables son aquellos que pueden generarse continuamente en la naturaleza y son inagotables, por ejemplo, madera, energía solar, energía eólica, energía de las mareas, energía hidroeléctrica, biomasa, biocombustibles, energía geotérmica e hidrógeno. También se conocen como fuentes no convencionales. de energía y pueden ser utilizados una y otra vez de manera interminable.
1. Energía solar:
El sol ofrece una fuente de energía ideal, ilimitada, costosa, que no se suma a la carga de calor total de la tierra y no produce contaminantes del aire y del agua. Es una poderosa alternativa a los combustibles fósiles y nucleares. La energía solar es muy abundante pero, con una eficiencia de recolección de solo el 10%.
La incidencia diaria de energía solar es de 5 a 7 kWh / m 2 en diferentes partes del país. Este enorme recurso de energía solar se puede convertir en otra forma de energía a través de rutas de conversión térmica o fotovoltaica. La ruta solar térmica utiliza radiación en forma de calor que, a su vez, puede convertirse en energía mecánica, eléctrica o química.
Limitaciones para la generación de energía solar:
1. La intensidad de la energía solar no es constante.
2. La densidad de la energía solar es baja en comparación con el petróleo, el gas o el carbón, etc.
3. Existe un problema de recolección económica de energía solar en una gran área.
4. Problemas de diseño de instalaciones que pueden utilizar luz solar difusa.
Dispositivos solares térmicos como cocinas solares, calentadores solares de agua, secadores solares, células fotovoltaicas, placas de energía solar, hornos solares, etc.
Colector de calor solar:
Estos pueden ser de naturaleza pasiva o activa. Los colectores de calor solar pasivos son materiales naturales como piedras, ladrillos, etc. o materiales como el vidrio, que absorben el calor durante el día y lo liberan lentamente por la noche. Los colectores solares activos bombean un medio de absorción de calor (aire o agua) a través de un pequeño colector que normalmente se coloca en la parte superior del edificio.
Células solares:
También son conocidos como células fotovoltaicas o células fotovoltaicas. Las células solares están hechas de láminas delgadas de materiales semiconductores como el silicio y el galio. Cuando las radiaciones solares caen sobre ellos, se produce una diferencia de potencial que provoca el flujo de electrones y produce electricidad.
El silicio se puede obtener a partir de sílice y arena, que está disponible en abundancia y es barato. Al utilizar arseniuro de galio, sulfuro de cadmio o boro, se puede mejorar la eficiencia de la célula fotovoltaica. La diferencia de potencial producida por una sola celda de 4 cm 2 de tamaño es de aproximadamente 0, 4-0, 5 V y produce una corriente de 60 mili amperios.
Cocina solar:
Las cocinas solares utilizan el calor solar al reflejar las radiaciones solares utilizando un espejo directamente sobre una lámina de vidrio que cubre la caja aislada negra dentro de la cual se guardan los alimentos crudos.
Calentadores solares:
Consiste en una caja aislada pintada de negro desde el interior y con una tapa de vidrio para recibir y almacenar el calor solar. Dentro de la caja tiene una bobina de cobre pintada de negro a través de la cual se hace fluir el agua fría, que se calienta y fluye hacia un tanque de almacenamiento. El agua caliente del tanque de almacenamiento instalado en el techo se suministra a través de tuberías a edificios como hoteles y hospitales.
Hornos solares:
Aquí, miles de planos pequeños de espejos están dispuestos en reflectores cóncavos, todos los cuales recolectan el calor solar y producen una temperatura tan alta como 3000 ° C.
Planta de energía solar térmica:
La energía solar se aprovecha a gran escala mediante el uso de reflectores cóncavos que hacen que la ebullición del agua produzca vapor. La turbina de vapor acciona un generador para producir electricidad. Se ha instalado una planta de energía solar (50 K vatios de capacidad) en Gurgaon, Haryana.
2. Energía eólica:
La energía eólica es la energía de las turbinas que generan electricidad cuando el viento gira las aspas de los molinos de viento. Un gran número de molinos de viento están instalados en grupos llamados parques eólicos. El aerogenerador está construido con una cierta especificación para maximizar la eficiencia de la generación de energía.
La turbina típica gira a aproximadamente de 10 a 25 revoluciones por minuto y el tipo de viento que produce esta rotación es de aproximadamente 8 a 10 nudos o 10 millas por hora (16 km / h). Desde una perspectiva meteorológica, el viento se describe como aire en movimiento y es esencialmente un movimiento desde un área de alta presión a una de baja presión.
Este movimiento se mejora cuando hay poco para interrumpir el flujo general. Por lo tanto, la generación de energía de aerogenerador más efectiva debe realizarse en áreas de alta elevación o sobre aguas abiertas. El potencial de energía eólica de nuestro país se estima en unos 20.000 MW, mientras que en la actualidad estamos generando unos 1020 MW. El parque eólico más grande de nuestro país está cerca de Kanyakumari en Tamil Nadu, que genera 380 MW de electricidad.
3. Hidroelectricidad:
La primera central hidroeléctrica en la India fue una pequeña central hidroeléctrica de 130 kW puesta en servicio en 1897 en Sidrapong, cerca de Darjeeling, en Bengala Occidental. Con el avance de las tecnologías y el creciente requerimiento de electricidad, el énfasis se cambió a las estaciones hidroeléctricas de gran tamaño.
El agua que fluye en un río se recoge construyendo una gran presa donde el agua se almacena y se deja caer desde la altura. La pala de la turbina ubicada en la parte inferior de la presa se mueve con el agua en rápido movimiento que a su vez hace girar el generador y produce electricidad.
También podemos construir una mini o micro planta hidroeléctrica en el río en regiones montañosas para aprovechar la energía hidroeléctrica a pequeña escala, pero la altura mínima de las cascadas debe ser de 10 metros.
Ventajas:
La energía hidroeléctrica tiene varias ventajas tales como:
a. Es una fuente de energía limpia.
segundo. Proporciona instalaciones de riego.
do. Proporciona agua potable a las personas que viven, particularmente en el desierto de Rajasthan y Gujarat.
re. Es absolutamente no contaminante, tiene una larga vida útil y tiene muy bajos costos de operación y mantenimiento.
mi. Ayuda para controlar las inundaciones y hacer que el agua esté disponible durante las temporadas no lluviosas para el riego y otros usos.
Problemas:
El sitio de energía hidroeléctrica (presa) tiene problemas ambientales importantes:
a. Los sitios de la presa son especialmente los bosques y las áreas agrícolas y se sumergen durante la construcción.
segundo. Causa el registro de agua y la sedimentación.
do. Causa la pérdida de biodiversidad y la población de peces y otros organismos acuáticos se ven afectados negativamente.
re. Desplazar a la población local y crear problemas de rehabilitación y problemas socioeconómicos relacionados.
mi. Aumentar la sismicidad debido al gran volumen de agua embalsada.
4. Energía Tidal:
Las mareas oceánicas producidas por las fuerzas gravitacionales del sol y la luna contienen una enorme cantidad de energía. La 'marea alta' y la 'marea baja' se refieren a la subida y caída de agua en el océano. Se requiere una diferencia de varios metros entre la altura de la marea alta y la marea baja para hacer girar las turbinas.
La energía de la marea se puede aprovechar mediante la construcción de una barrera de marea. Durante la marea alta, el agua de mar fluye hacia el depósito de la presa y gira la turbina, que a su vez produce electricidad al hacer girar los generadores. Durante la marea baja, cuando el nivel del mar es bajo, el agua de mar almacenada en el embalse de la presa fluye hacia el mar y, de nuevo, gira la turbina.
5. Energía térmica oceánica:
La energía disponible debido a la diferencia en la temperatura del agua en la superficie del océano tropical y en niveles más profundos se llama Energía Térmica del Océano (OTE). Se requiere una diferencia de 20 ° C o más para operar las centrales eléctricas OTEC (conversión de energía térmica oceánica). Las cálidas aguas superficiales del océano se utilizan para hervir un líquido como el amoníaco.
Los vapores a alta presión del líquido formado por ebullición se utilizan para hacer girar la turbina de un generador y producir electricidad. El agua más fría de los océanos más profundos se bombea para enfriar y condensar los vapores en líquido.
6. Energía geotérmica:
La energía geotérmica es el calor de la tierra. Es limpio y sostenible. Los recursos de la energía geotérmica van desde el suelo poco profundo hasta el agua caliente y la roca caliente que se encuentra a unos pocos kilómetros por debajo de la superficie de la Tierra, y aún más profundo hasta las temperaturas extremadamente altas de la roca fundida llamada magma.
El vapor o el agua caliente salen de la tierra naturalmente a través de grietas en forma de géiseres naturales. A veces, el vapor o el agua hirviendo debajo de la tierra no encuentran ningún lugar para salir. Podemos perforar artificialmente un agujero en las rocas calientes y al colocar un tubo en él, el vapor o el agua caliente brotan a través del tubo a alta presión, lo que hace que las turbinas de un generador produzcan electricidad.
7. Energía de la biomasa:
Hemos usado la energía de biomasa o bioenergía, la energía de la materia orgánica durante miles de años, desde que la gente comenzó a quemar leña para cocinar o para mantener el calor. Y hoy, la madera sigue siendo nuestro mayor recurso energético de biomasa.
Pero ahora se pueden usar muchas otras fuentes de biomasa, incluidas las plantas, los residuos de la agricultura o la silvicultura, y el componente orgánico de los desechos municipales e industriales. Incluso los humos de los vertederos se pueden utilizar como fuente de energía de biomasa.
El uso de energía de biomasa tiene el potencial de reducir en gran medida nuestras emisiones de gases de efecto invernadero. La biomasa genera aproximadamente la misma cantidad de dióxido de carbono que los combustibles fósiles, pero cada vez que crece una nueva planta, el dióxido de carbono se elimina de la atmósfera.
La emisión neta de dióxido de carbono será cero siempre y cuando las plantas continúen siendo reponidas para propósitos de energía de biomasa. Estos cultivos energéticos, como los árboles y pastos de rápido crecimiento, se denominan reservas de biomasa. El uso de las reservas de biomasa también puede ayudar a aumentar los beneficios para la industria agrícola.
La quema de residuos de plantas o desechos de animales causa contaminación del aire y produce mucha ceniza como residuo de residuos. La quema de excremento destruye nutrientes esenciales como el nitrógeno y el fósforo. Por lo tanto, es más útil convertir la biomasa en biogás o biocombustibles.
8. Biogás:
El biogás es una mezcla de metano, dióxido de carbono, hidrógeno y sulfito de hidrógeno, los principales constituyentes son el metano. El biogás es producido por la degradación anaeróbica de desechos animales (a veces desechos de plantas) en presencia de agua. La degradación anaeróbica significa la descomposición de la materia orgánica por las bacterias en ausencia de oxígeno.
El biogás es un combustible no contaminante, limpio y de bajo costo que es muy útil para las áreas rurales donde hay una gran cantidad de desechos animales y desechos agrícolas disponibles. Hay un suministro directo de gas desde la planta y no hay problema de almacenamiento. El lodo que queda es un rico fertilizante que contiene biomasa bacteriana y la mayoría de los nutrientes se conservan como tales.
Las plantas de biogás utilizadas en nuestro país son básicamente de dos tipos:
1. Planta de biogás tipo bóveda fija:
Una planta de cúpula fija consiste en un digestor con un soporte de gas fijo, no móvil, que se encuentra en la parte superior del digestor. Cuando comienza la producción de gas, la suspensión se desplaza hacia el tanque de compensación. La presión del gas aumenta con el volumen de gas almacenado y la diferencia de altura entre el nivel de suspensión en el digestor y el nivel de suspensión en el tanque de compensación.
Mientras que el digestor subterráneo está protegido de bajas temperaturas en la noche y durante las estaciones frías, el sol y las estaciones cálidas tardan más en calentar el digestor. Ninguna fluctuación de la temperatura diurna / nocturna en el digestor influye positivamente en los procesos bacteriológicos.
La construcción de plantas de cúpula fija es intensiva en mano de obra, lo que crea empleo local. “Las plantas de cúpula fija no son fáciles de construir. Solo deben construirse donde la construcción pueda ser supervisada por técnicos expertos en biogás. De lo contrario, las plantas pueden no ser herméticas al gas.
2. Planta de biogás tipo tambor flotante:
Las plantas de tambor flotante consisten en un digestor subterráneo y un portador de gas en movimiento. El portador de gas flota directamente en la suspensión de fermentación o en una camisa de agua propia. El gas se recoge en el tambor de gas, que sube o baja, según la cantidad de gas almacenado. Se evita que el tambor de gas se incline por un marco de guía. Si el tambor flota en una camisa de agua, no se puede atascar, incluso en un sustrato con alto contenido de sólidos.
En el pasado, las plantas de tambor flotante se construían principalmente en la India. Una planta de tambor flotante consiste en un digestor cilíndrico o en forma de cúpula y un portador de gas o tambor flotante y móvil. El portador de gas flota directamente en el lodo de fermentación o en una camisa de agua separada.
El tambor en el que se recolecta el biogás tiene un marco de guía interno y / o externo que proporciona estabilidad y mantiene el tambor en posición vertical. Si se produce biogás, el tambor se mueve hacia arriba, si se consume gas, el recipiente del gas se hunde.
El tambor de acero es relativamente caro y requiere mucho mantenimiento. La eliminación del óxido y la pintura debe realizarse de forma regular. La vida útil del tambor es corta (hasta 15 años; en las regiones costeras tropicales unos cinco años). Si se usan sustratos fibrosos, el portador de gas muestra una tendencia a "atorarse" en la escoria flotante resultante.
9. Biocombustibles:
A diferencia de otras fuentes de energía renovable, la biomasa se puede convertir directamente en combustibles líquidos, llamados "biocombustibles", para ayudar a satisfacer las necesidades de combustible de transporte. Los dos tipos más comunes de biocombustibles en uso hoy en día son el etanol y el biodiesel.
El etanol es un alcohol, lo mismo que en la cerveza y el vino (aunque el etanol utilizado como combustible se modifica para que sea imposible de beber). Se hace más comúnmente mediante la fermentación de cualquier biomasa alta en carbohidratos a través de un proceso similar a la elaboración de cerveza.
Hoy en día, el etanol se fabrica a partir de almidones y azúcares, pero los científicos del NREL están desarrollando una tecnología para permitir que se fabrique a partir de celulosa y hemicelulosa, el material fibroso que constituye la mayor parte de la materia vegetal.
El etanol también puede ser producido por un proceso llamado gasificación. Los sistemas de gasificación utilizan altas temperaturas y un entorno con poco oxígeno para convertir la biomasa en gas de síntesis, una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono. El gas de síntesis, o "gas de síntesis", se puede convertir químicamente en etanol y otros combustibles.
El etanol se usa principalmente como agente de mezcla con gasolina para aumentar el octano y reducir el monóxido de carbono y otras emisiones que causan smog. Algunos vehículos, llamados Vehículos de combustible flexible, están diseñados para funcionar con E85, un combustible alternativo con un contenido de etanol mucho más alto que la gasolina regular.
El biodiesel se hace combinando alcohol (generalmente metanol) con aceite vegetal, grasa animal o grasa de cocción reciclada. Puede usarse como un aditivo (generalmente 20%) para reducir las emisiones de los vehículos o en su forma pura como combustible alternativo renovable para motores diesel.
La investigación sobre la producción de combustibles líquidos para el transporte a partir de algas microscópicas, o microalgas, está resurgiendo en el NREL. Estos microorganismos utilizan la energía del sol para combinar el dióxido de carbono con el agua para crear biomasa de manera más eficiente y rápida que las plantas terrestres.
Las cepas de microalgas ricas en petróleo son capaces de producir la materia prima para una serie de combustibles para el transporte (biodiesel, diesel y gasolina “verde” y combustible para aviones) al mismo tiempo que mitigan los efectos del dióxido de carbono liberado de fuentes como las centrales eléctricas.
10. Hidrógeno:
El hidrógeno (H 2 ) se está explorando agresivamente como combustible para vehículos de pasajeros. Puede usarse en celdas de combustible para impulsar motores eléctricos o quemarse en motores de combustión interna (ICE). Es un combustible respetuoso con el medio ambiente que tiene el potencial de reducir drásticamente nuestra dependencia del petróleo importado, pero deben superarse varios desafíos importantes antes de que pueda utilizarse ampliamente.
Beneficios del combustible de hidrógeno:
1. Producido en el país:
El hidrógeno se puede producir en el país a partir de varias fuentes, lo que reduce nuestra dependencia de las importaciones de petróleo.
2. Respetuoso con el medio ambiente:
El hidrógeno no produce contaminantes del aire ni gases de efecto invernadero cuando se utiliza en celdas de combustible; produce solo óxidos de nitrógeno (NO X ) cuando se quema en ICE.
Desafíos del combustible de hidrógeno:
1. Costo y disponibilidad del combustible:
Actualmente, el hidrógeno es caro de producir y solo está disponible en un puñado de lugares, principalmente en California.
2. Costo y disponibilidad del vehículo:
Los vehículos de pila de combustible son actualmente demasiado caros para la mayoría de los consumidores y solo están disponibles para unas pocas flotas de demostración.
3. Almacenamiento de combustible a bordo:
El hidrógeno contiene mucha menos energía que la gasolina o el diesel por volumen, lo que dificulta que los vehículos de hidrógeno lleguen hasta los vehículos de gasolina entre recargas, aproximadamente 300 millas. La tecnología está mejorando, pero los sistemas de almacenamiento de hidrógeno a bordo aún no cumplen con los objetivos de tamaño, peso y costo para la comercialización.
