Energías renovables y eficiencia energética - Inicio ?· 8 I Energías renovables y eficiencia energética…

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    23-Jan-2019

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  • Energas renovablesy eficiencia energtica

  • Primera edicin, abril 2008

    de la edicin, 2008

    InstitutoTecnolgico de Canarias, S.A.

    del texto, 2008

    Julieta C. Schallenberg Rodrguez

    Gonzalo Piernavieja Izquierdo

    Carlos Hernndez Rodrguez

    Pedro Unamunzaga Falcn

    Ramn Garca Dniz

    Mercedes DazTorres

    Delia Cabrera Prez

    Gilberto Martel Rodrguez

    Javier Pardilla Faria

    Vicente Subiela Ortin

    ISBN

    978-84-69093-86-3

    Depsito legal

    TF 1000-08

    EJEMPLAR GRATUITO. PROHIBIDA SU VENTA.

    El copyright y todos los derechos de propiedad intelectual y/o industrialsobre el contenido de esta edicin son propiedad del ITC. No est permi-tida la reproduccin total y/o parcial de esta publicacin, ni su tratamientoinformtico, ni la transmisin de ninguna forma o por cualquier medio, elec-trnico, mecnico, por fotocopia o por registro u otros medios, salvo cuandose realice con fines acadmicos o cientficos y estrictamente no comercia-les y gratuitos, debiendo citar en todo caso al ITC.

  • Prlogo

    El presente libro, Energas renovables y eficiencia energtica, se destina a ser utilizado, de modoparticular, en la Enseanza Secundaria Obligatoria, en el Bachillerato y en Ciclos Formativos; y,de manera general, como libro divulgativo que trata la situacin energtica de Canarias, ha-ciendo hincapi asimismo en la eficiencia energtica, dada la necesidad de ahorro de energaen las islas. Se ha pretendido elaborar un libro que pueda ser ledo por cualquier persona sinformacin tcnica en la materia y lograr que, a travs de su lectura, pueda entender cmo esla generacin de electricidad y la produccin de energa a partir de fuentes energticas re-novables en el archipilago canario, y las particularidades de los sistemas elctricos aislados. Sucarcter divulgativo favorecer su aprovechamiento por jvenes, pero tambin por personasde todas las edades que sientan inters por los temas energticos de las islas.

    La edicin se estructura en tres bloques, cada uno con sus correspondientes captulos. El pri-mer bloque est dedicado a la energa en trminos generales y a la generacin de electrici-dad, abordando la problemtica de la produccin de electricidad en redes dbiles (islasaisladas). El segundo bloque aborda las energas renovables, exponiendo tanto las caracters-ticas generales de cada una de ellas como sus particularidades en Canarias. El tercer bloqueestudia el ahorro y la eficiencia energtica, estableciendo las bases para un uso racional de laenerga, proporcionando ejemplos prcticos.

    El bloque primero contiene 2 captulos, uno dedicado a la energa y otro a la electricidad. Elcaptulo que versa sobre energa ofrece una panormica de la evolucin de su historia, elpapel que juega en la sociedad moderna y la insostenibilidad del modelo energtico actual alargo plazo. El captulo sobre electricidad est dedicado a entender la dependencia de sta enla sociedad actual, cmo y dnde se produce, cmo se distribuye y cmo podramos alma-cenarla. Se enfatiza en las particularidades que tiene el sistema elctrico en redes aisladas(como las que tenemos en Canarias), y en caracterizar el sistema de produccin, distribuciny transporte de la electricidad en el archipilago canario.

    El bloque dos contiene 5 captulos, todos ellos dedicados a las distintas fuentes de energasrenovables, incluyendo la energa solar trmica, la solar fotovoltaica, la elica y otras energasrenovables de menor implantacin en Canarias, como son la biomasa, la hidrulica, la geotr-mica y las energas ocenicas. Es el ms extenso de los tres bloques que conforman el libro,puesto que se dedica un captulo a cada una de las energas renovables con mayor implanta-cin y potencial en Canarias: la energa elica y la solar (tanto trmica como fotovoltaica), yotro captulo a las dems energas renovables, que tambin son de relevancia en el archipi-lago aunque, de momento, su implantacin y perspectivas sean menores. En el bloque se ex-plican las caractersticas principales de cada una de estas energas, con el fin de entender sufuncionamiento y aplicaciones de forma genrica; adems se analiza el papel que desempeacada una de ellas en las islas en la actualidad y sus perspectivas futuras.

    Energas renovables y eficiencia energtica I 3

  • El tercer bloque abarca un tema tan amplio y difcil de enfocar como el del ahorro y la efi-ciencia energtica. Se comienza por explicar la diferencia entre ahorro y eficiencia energticay finaliza con ejemplos prcticos sobre el modo de economizar en la factura elctrica. Se hatratado de dar una perspectiva global de las medidas necesarias para disminuir el consumoenergtico.

    Es preciso destacar que el ahorro energtico es fundamental para el archipilago, sobre todoconsiderando la dependencia prcticamente absoluta de los combustibles fsiles que tienenlas islas, y que el consumo energtico per cpita en Canarias, lejos de disminuir, est aumen-tado ao a ao. En este contexto se ha de resaltar que el kWh ms limpio no es el ms re-novable, sino el que no se consume.

    De todos modos, llevar a la prctica, tanto en Canarias como a nivel global, medidas de aho-rro y eficiencia energtica, que a priori parece representar un reto tecnolgico menor que laimplantacin de energas renovables, est resultando de una complejidad extrema. Muchasvoces del mundo de la investigacin se alzan a favor de que el ahorro energtico se conviertaen una disciplina cientfica, ocupando as el lugar que le pudiera corresponder y esperando, deesta forma, lograr una mayor reduccin del consumo energtico.

    En Canarias, el objetivo esencial requiere en primer lugar alcanzar un crecimiento cero enconsumo energtico, para, en un futuro, poder hablar de disminucin de la demanda energ-tica.

    Finalmente, los autores consideran importante resaltar que, debido a que en la actualidad elsector energtico est sufriendo cambios importantes, algunos de los datos incluidos en estelibro pueden perder vigencia a corto plazo.

    4 I Energas renovables y eficiencia energtica

    El conjunto del material, disponible en formato digital en www.renovae.org, ha sido confeccionado por miembrosdel InstitutoTecnolgico de Canarias.

  • ndice

    Bloque 1. Energa y electricidad................................................................11

    1. Energa ..............................................................................................................................................13

    1.1. Qu es la energa? ..................................................................................................................................................14

    1.2. Cmo ha sido la evolucin histrica de la energa? ............................................................................14

    1.3. Cmo se clasifican las fuentes de energa?................................................................................................16

    1.4. Cul es la dependencia energtica en nuestro entorno? ................................................................17

    1.5. A qu dedicamos la energa? ............................................................................................................................18

    1.6. Refleja nuestra factura elctrica el verdadero coste de la energa?............................................19

    1.7. Es sostenible el actual modelo energtico? ..............................................................................................19

    1.7.1. El agotamiento de los combustibles fsiles ....................................................................................20

    1.7.2. El efecto invernadero ..................................................................................................................................21

    1.7.3. La lluvia cida....................................................................................................................................................22

    1.7.4. La deforestacin ......................................................................................................................................................23

    1.7.5.Tensiones sociales ..........................................................................................................................................24

    1.8. Cmo diferenciar potencia de energa? ......................................................................................................24

    PREGUNTAS DE COMPRENSIN..................................................................................................................25

    2. Electricidad ......................................................................................................................................27

    2.1. Puedes imaginar un mundo sin electricidad? ..........................................................................................28

    2.2. Dnde se produce la electricidad? ................................................................................................................28

    2.2.1.Trmicas ............................................................................................................................................................28

    2.2.1.1. Ciclo combinado ................................................................................................................................29

    2.2.1.2. Cogeneracin........................................................................................................................................30

    2.2.2. Hidroelctricas ................................................................................................................................................30

    2.2.3. Nucleares............................................................................................................................................................32

    2.2.4. Centrales de energas renovables ......................................................................................................33

    2.2.4.1. Parques elicos ....................................................................................................................................33

    2.2.4.2. Centrales solares fotovoltaicas....................................................................................................33

    2.2.4.3. Centrales solares trmicas de alta temperatura ..............................................................33

    Energas renovables y eficiencia energtica I 5

  • 6 I Energas renovables y eficiencia energtica

    2.2.4.4. Centrales marinas ..............................................................................................................................33

    2.2.4.5. Centrales geotrmicas ....................................................................................................................34

    2.2.4.6. Centrales minihidrulicas ................................................................................................................34

    2.3. Cmo es la red elctrica? ..................................................................................................................................35

    2.4. Cmo es el sistema de suministro elctrico? ..........................................................................................36

    2.5. Cmo vara un da de electricidad? ..............................................................................................................37

    2.6. Cmo vara un ao de electricidad? ............................................................................................................38

    2.7. Cmo se puede almacenar la energa elctrica? ..................................................................................39

    2.7.1. Centrales reversibles o de bombeo....................................................................................................39

    2.7.2. Pilas y bateras ................................................................................................................................................41

    2.7.3. El hidrgeno......................................................................................................................................................41

    PREGUNTAS DE COMPRENSIN..............................................................................................................................43

    Bloque 2. Energas renovables ..................................................................45

    INTRODUCCIN A LAS ENERGAS RENOVABLES..........................................................................................46

    3. Energa solar trmica ..................................................................................................................49

    3.1. Cmo llega la energa del Sol a nuestro planeta? ................................................................................50

    3.2. Cules son los principales usos de la energa solar? ............................................................................51

    3.3. Cmo funciona la energa solar trmica? ..................................................................................................52

    3.4. Cules son los tipos de aprovechamiento de la energa solar trmica? ..................................53

    3.5. Energa solar trmica de baja temperatura................................................................................................54

    3.5.1. Sistemas de circulacin forzada ............................................................................................................54

    3.5.2. Sistemas termosifn ....................................................................................................................................54

    3.5.3. Instalaciones de circuito abierto............................................................................................................55

    3.5.4. Instalaciones de circuito cerrado ..........................................................................................................55

    3.6. Energa solar trmica de alta temperatura ................................................................................................55

    3.7. Qu aplicaciones tiene la energa solar trmica? ..................................................................................56

    3.7.1.Aplicaciones de la energa solar trmica de baja y media temperatura ........................56

    3.7.2.Aplicaciones de la energa solar trmica de alta temperatura ............................................58

    3.8. Puedo cubrir todas mis necesidades de agua caliente con energa solar trmica?............58

    3.9. Cmo se han de colocar los colectores solares? ..................................................................................59

  • 3.10. Por qu no existe un mayor desarrollo de los sistemas de energa solar trmicaen Canarias? ..............................................................................................................................................................59

    PREGUNTAS DE COMPRENSIN..................................................................................................................61

    4. Energa solar fotovoltaica ..........................................................................................................63

    4.1. Cmo se genera electricidad con energa solar fotovoltaica? ......................................................64

    4.2. Cmo se mide la energa solar fotovoltaica? ..........................................................................................64

    4.3. Con qu material se fabrican los paneles solares fotovoltaicos?..................................................65

    4.4. Cules son las aplicaciones de la energa solar fotovoltaica? ..........................................................66

    4.4.1. Sistemas aislados ..........................................................................................................................................66

    4.4.2. Sistemas conectados a la red ..................................................................................................................68

    4.5. Dnde y cmo deberan situarse los mdulos fotovoltaicos? ......................................................70

    4.6. Se puede ser autosuficiente con energa solar fotovoltaica? ..........................................................71

    4.7. Funciona una instalacin fotovoltaica todo el ao? ............................................................................73

    4.8. Qu mantenimiento necesita una instalacin fotovoltaica? ............................................................73

    4.9. Cul es la vida de una instalacin fotovoltaica? ......................................................................................74

    4.10. Son rentables las instalaciones fotovoltaicas? ........................................................................................74

    4.10.1. Instalaciones aisladas..................................................................................................................................74

    4.10.2. Instalaciones conectadas a la red elctrica ..................................................................................76

    4.11. Existen ayudas para la instalacin de sistemas fotovoltaicos conectados a red?..............77

    PREGUNTAS DE COMPRENSIN..................................................................................................................79

    5. Energa elica ..................................................................................................................................81

    5.1. Cmo se produce el viento? ............................................................................................................................82

    5.2. Cmo se caracteriza el potencial elico de una zona?......................................................................83

    5.3. Cmo se puede aprovechar la energa elica? ......................................................................................84

    5.4. Cules son las partes fundamentales de un aerogenerador? ........................................................85

    5.5. Cmo se pueden clasificar los aerogeneradores? ................................................................................86

    5.6. Cules son las alternativas ms comunes de explotacin de la energa elicacon aerogeneradores? ..........................................................................................................................................87

    5.7. Cmo se puede estimar la energa elctrica generada por un aerogenerador? ................88

    5.8. Son rentables las instalaciones elicas?........................................................................................................89

    5.9. Cules son las ltimas tendencias en energa elica?..........................................................................90

    Energas renovables y eficiencia energtica I 7

  • 8 I Energas renovables y eficiencia energtica

    5.10. Por qu no se pueden conectar tantos aerogeneradores en Canarias comoen la Pennsula Ibrica? ........................................................................................................................................91

    5.11. Cmo se puede aumentar la contribucin de la energa elicaen las islas Canarias? ............................................................................................................................................91

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