Introducción a la energía Conceptos básicos

1. Introducción a la energíaConceptos básicos Sergio García, CIRCE 22 de octubre de 2009

2. Conocer los distintos tipos de energía • Saber utilizar las unidades de energía • Diferenciar entre energía y potencia • Analizar la situación energética en el mundo, Europa y España • Conocer las distintas fuentes de energía • Conocer los factores de emisión de CO2 OBJETIVOS

3. 1.- Conceptos • 2.- Situación mundial • 3.- Situación europea • 4.- Situación en España • 5.- Fuentes de energía • 6.- Emisiones de CO2 ÍNDICE

4. Energía Primaria: Es la energía que se obtiene directamente de la naturaleza o mediante procesos de extracción, sin haber sufrido procesos de transformación. Biomasa, Petróleo, Carbón, Gas, Radiación Solar, Nuclear, Hidráulica, Eólica … Energía Final: Es la energía que tras haber sido procesada por el hombre es apta para satisfacer sus necesidades. • Gas natural (canalizado), Calor doméstico, Electricidad, Carbón (cada día menos usado en ciudades), Combustibles derivados del petróleo, Biomasa (procesada) Vector energético: En ocasiones se utiliza este concepto para hablar de la energía que no es almacenable, utilizable o transportable en su forma primaria y que ha de ser transformada en un vector para su posterior uso. Petróleo  Vectores energéticos (Combustibles derivados) Viento  Hidrógeno CONCEPTOS

5. CONCEPTOS

6. Ejemplos: • Calefacción de gasoil: • Energía primaria  Petróleo que se lleva a la refinería • Energía final  Calor que procede del radiador • Central térmica: • Energía primaria  Carbón procedente de la mina • Energía final  Electricidad • Planta de cogeneración con gas: • Energía primaria  Gas • Energía final  Calor + Electricidad • Automóvil: • Energía primaria  Petróleo • Energía final  Gasolina CONCEPTOS

7. Intensidad energética: Es la energía primaria necesaria para producir una unidad del PIB, es decir indica el grado de eficiencia de una nación. • La intensidad energética es un indicador asociado al estado de desarrollo sostenible de un país. Los países poco desarrollados o las economías emergentes como China o La India, cuyo mix energético es principalmente con tecnologías contaminantes, presentan intensidades energéticas muy altas. • Energía eléctrica: No se presenta en la naturaleza de forma útil, es difícil encontrar energía eléctrica como energía primaria (salvo en la tormentas), aún así todavía no es posible aprovecharla. En cambio su generación es una necesidad … CONCEPTOS

8. Desarrollo Sostenible: aquel desarrollo que satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades.. (Informe Brudtland) • Ejemplos de conducta insostenible: • Utilización de combustibles fósiles • Carbón = para 250 años + emisiones CO2 • Petróleo = para 50 años + emisiones CO2 • Emisiones de CO2  cambio climático • Mal uso de los recursos hídricos • Contaminación de los ríos • Sobreexplotación de los acuíferos CONCEPTOS

9. La energía tiene las mismas unidades que la magnitud trabajo. • S.I.  Julio = Trabajo realizado por la fuerza de 1 Newton cuando se desplaza su punto de aplicación 1 m. • Unidades de Energía: • Energía: Es la capacidad de un cuerpo para realizar un trabajo • 1kcal = 4,18 kJ • 1kWh = 3600 kJ • 1th = 1000 kcal • 1 tep = 107 kcal • 1BTU = 0,2520 kcal CONCEPTOS • Múltiplos mas usados: Tera, T (x 10E12) Giga, G (x 10E9) Mega, M (x 10E6)  Kilo, K (x 10E3)

10. CONCEPTOS

11. Unidades de Potencia: • Potencia: es la cantidad de trabajo realizado por unidad de tiempo • Unidades: • Vatio (W) = J/s • 1CV = 736 W • 1 HP = 0,9638 CV • Un poco de visión: • Aerogenerador =antiguos (700 kW), modernos (2000 kW) • Panel fotovoltaico = 50 W – 280 W huertas solares (100 kW – 5000 kW) • Central nuclear = 1000 MW • Central térmica = 300 MW – 500 MW • Central mini hidráulica = 10 MW CONCEPTOS

12. Poder calorífico: • Es la cantidad de energía que una unidad de materia puede desprender al producirse una reacción química de oxidación (combustión) • Se puede decir que esta energía ha sido almacenada en los enlaces químicos de los átomos en las moléculas de combustible y al romper dichos enlaces se libera energía en forma de calor. CONCEPTOS

13. Poder calorífico: CONCEPTOS

14. Poder calorífico: CONCEPTOS

15. El consumo energético mundial es de 11741 Mtep (2006) • OJO!!!  En 1973 el consumo era de 6115 Mtep • Creció 2,4 % (2005) y 4,3 % (2004)  OJO! a las economías emergentes • Esta cifra es muy superior a la registrada en el periodo 93-03 = 1,4 % anual • Mas del 80 % de la energía primaria consumida procede de los combustibles fósiles SITUACIÓN MUNDIAL

16. Casi el 70 % de la producción de energía eléctrica depende de los combustibles fósiles SITUACIÓN MUNDIAL • Entre los países de la OCDE y China consumen mas del 60 % de la energía primaria

17. La demanda energética mundial creció 2,4 % en 2005 • Este crecimiento fue de un 4,3 en 2004 • El medio anual de los 10 años anteriores fue de 1,4 % • El aumento del consumo energético China llegó a alcanzar el 15 % del consumo energético mundial • Se proyecta llegar a las 17.690 Mtep en el 2030 (esto es un incremento del 57 % desde 2004) SITUACIÓN MUNDIAL

18. La demanda de petróleo crecerá más de un tercio sobre la actual en 2030 • Implicará un aumento de los precios del crudo • Podrá ocasionar problemas de abastecimiento • Y por si fuera poco  problemas medioambientales (eso si es un problema) SITUACIÓN MUNDIAL Producción mundial vs. Tiempo. Fuente: ASPO, 2005

19. Europa es muy dependiente de los combustibles fósiles: • 1995  83% a 2005  79% • Importante aumento del uso del gas en la última década • En los últimos años las energías renovables tienen la mayor tasa de crecimiento (3,4%) SITUACIÓN EUROPA

20. ENERGÍA PRIMARIA • Energía primaria procedente de combustibles fósiles representa el 81,7% • A su vez España tiene una dependencia energética del 79,1% • Importante incremento del uso de gas natural • Descenso del uso del carbón • Las EERR también están incrementando su aportación (eólica…) SITUACIÓN ESPAÑA

21. BALANCE ENERGÉTICO SITUACIÓN ESPAÑA

22. USO DE LA ENERGÍA FINAL • La electricidad representa el 22% de la energía final consumida • El 53% de la energía final consumida se debe a los productos petrolíferos SITUACIÓN ESPAÑA

23. USO ENERGÍA FINAL POR SECTORES • Los tres principales consumidores de energía final son: • - Transporte (el 15% corresponde al uso privado del coche) • - Industria • - Hogar (sumando el 15% del coche, le corresponde un 32%) SITUACIÓN ESPAÑA

24. MIX GENERACIÓN ELÉCTRICO 2008 • La energía eólica le corresponde un 10,48% • La energía hidráulica de grandes presas le corresponde un 7,5% • El resto corresponde a minihidráulica, fotovoltaica, biomasa… • Importante aumento del uso del gas debido a su mayor eficiencia • Disminución del uso del carbón SITUACIÓN ESPAÑA

25. SITUACIÓN ESPAÑA

26. SITUACIÓN ESPAÑA

27. Reducir en el mix energético la presencia de los combustibles fósiles  Recuerda (81%) • Mayor participación de las EERR  (régimen especial) • Eficiencia Energética  ¿Qué es la eficiencia? • Pero sobre todo  Reducir el consumo ¿QUÉ HACER?

28. Se dividen en fuentes de energía renovable y no renovable • Fuentes no renovables  Combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas) y nuclear • Fuentes renovables  Eólica, fotovoltaica, solar térmica, hidráulica, biomasa, geotérmica… FUENTES DE ENERGÍA

29. CARBÓN • Fuente de energía no renovable y origen fósil • Reservas probadas para 250 años a esta velocidad de consumo • Las principales reservas se encuentran en EEUU, Rusia y China • Se aprovecha principalmente en centrales térmicas mediante su combustión, el calor liberado lo cede a un ciclo de vapor (ciclo Rankine) el cual pasa a través de una turbina generando electricidad. • La eficiencia de estas centrales es aproximadamente un 35% • Contaminación: emisión de CO2, partículas, SO2… FUENTES DE ENERGÍA

30. GAS • Fuente de energía no renovable y origen fósil • Reservas probadas para 80 años a esta velocidad de consumo • Las principales reservas se encuentran en Rusia, Irán y Qatar • El gas se quema en la cámara de combustión y los gases a alta presión y temperatura mueven una turbina de gas creando electricidad. Si los gases calientes de escape se utilizan para producir vapor mediante un ciclo Rankine, entonces se habla de ciclo combinado donde se produce electricidad mediante una turbina de vapor (ciclo Rankine) y una turbina de gas (ciclo Brayton) • La eficiencia de las centrales de ciclo combinado es aproximadamente 55% FUENTES DE ENERGÍA

31. GAS. CICLO COMBINADO FUENTES DE ENERGÍA

32. COGENERACIÓN • Consiste en la producción de energía térmica y energía eléctrica conjuntamente. • Este tipo de generación se da en industrias con altos consumos de electricidad y calor • Estas plantas suelen ser de autoconsumo, aunque también pueden vender a la red la electricidad generada y aprovechar la energía térmica para consumo en los procesos de la planta • Las plantas de cogeneración tienen eficiencias aproximadas al 75% FUENTES DE ENERGÍA

33. COGENERACIÓN FUENTES DE ENERGÍA

34. PETRÓLEO • Fuente de energía no renovable y origen fósil • Reservas probadas para 40 años a esta velocidad de consumo • Las principales reservas se encuentran en Arabia Saudí, Irak, Kuwait • Es una mezcla heterogénea de compuestos orgánicos, principalmente hidrocarburos insolubles en agua. Dichos compuestos se separan en una columna de destilación gracias al diferente punto de ebullición de los compuestos que lo forman • A partir del petróleo se obtienen los principales combustibles líquidos: gasolina, gasóleo, keroseno… • Gran problema: emisión de gases de efecto invernadero (CO2) debido a su combustión FUENTES DE ENERGÍA

35. NUCLEAR • Fuente de energía no renovable a partir de uranio • Reservas probadas para 100 años a esta velocidad de consumo • Las principales reservas se encuentran en Canadá, EEUU y Kazakhstan • Se realizan reacciones fisión nuclear: un átomo pesado se divide en partes más pequeñas liberando una gran cantidad de energía. El calor liberado es captado por un ciclo Rankine que mueve una turbina de vapor. • La energía nuclear no tiene emisiones de CO2 (excepto las originadas en la extracción del uranio y su transporte), pero presenta un gran peligro potencial debido a la generación de residuos radiactivos FUENTES DE ENERGÍA

36. EÓLICA • ¿Qué es? • Aprovechamiento de la energía que poseen las masas de aire en movimiento, es decir, el viento. • Una instalación eólica está constituida por un conjunto de equipos necesarios par transformar la energía del viento en energía útil, disponible para utilizarla. • Si se usan para producción de energía eléctrica reciben el nombre de aerogeneradores. FUENTES DE ENERGÍA

37. EÓLICA • Funcionamiento básico de un aerogenerador: • El viento, al hacer girar las palas del rotor, genera una energía cinética que se transmite, a través del eje principal, al alternador cobijado en la góndola. • Se genera una corriente eléctrica que es transmitida mediante cables conductores a un centro de control donde se almacena en acumuladores, se distribuye a los centros de consumo o se evacua hacia la red de transporte de energía eléctrica. FUENTES DE ENERGÍA

38. Central hidroeléctrica: Conjunto de instalaciones necesarias para transformar la energía potencial de un salto de agua en energía eléctrica disponible HIDROELÉCTRICA Las instalaciones hidroeléctricas consisten en aprovechar o provocar que un determinado caudal de agua tenga que salvar una notable diferencia de nivel en un corto recorrido, empleando la energía potencial de esta caída. La energía cinética que se obtiene en la turbinas hidráulicas se emplea en generar energía eléctrica que se cede a la red. FUENTES DE ENERGÍA

39. SOLAR A. Energía solar térmica Aprovechamiento térmico de la radiación solar para calentar un fluido útil directa o indirectamente. FUENTES DE ENERGÍA B. Energía solar fotovoltaica: Aprovechamiento de la energía lumínica que proviene del sol para transformarla en energía eléctrica

40. SOLAR TÉRMICA El aprovechamiento térmico de la radiación solar se puede realizar de dos formas diferentes: Los sistemas solares pasivosevitan pérdidas e incluso consiguen ganancias considerables de energía térmica poniendo en juego técnicas constructivas basadas en el arte de edificar, aislar y orientar bien las viviendas. (Arquitectura Bioclimática) Los sistemas solares activos, llamados así para distinguirlos de los anteriores, se diseñan para aprovechar el efecto térmico de la radiación solar, produciendo una transferencia energética para conseguir agua caliente sanitaria, calefacción o vapor para expandirlo en una turbina, utilizando la energía solar como único combustible. (Colectores solares) FUENTES DE ENERGÍA

41. SOLAR TÉRMICA ACTIVA FUENTES DE ENERGÍA

42. Elementos de una instalación: Colector solar Subconjunto de almacenamiento: Será el encargado de almacenar la energía captada en los colectores hasta que sea destinada a su uso. Depósito acumulador Intercambiador Sistema auxiliar: Es el encargado de suplir la energía necesaria para el consumo y que no ha sido suministrada por el sistema solar Aplicaciones • Producción de Agua Caliente Sanitaria • Climatización de piscinas • Producción de Agua Caliente para procesos industriales y agrícolas SOLAR TÉRMICA ACTIVA FUENTES DE ENERGÍA

43. SOLAR TÉRMICA ACTIVA FUENTES DE ENERGÍA

44. Los Sistemas Pasivos serán aquellos en los que la relación entre la Arquitectura y el entorno es directa. Se capta la energía solar, se almacena y se distribuye de forma natural sin mediación de elementos mecánicos, e igualmente utiliza procedimientos de ventilación natural. Como puede verse en la figura, no existe ningún elemento que se interponga en el intercambio de energía entre el edificio y el ambiente. SOLAR TÉRMICA PASIVA FUENTES DE ENERGÍA

45. SOLAR FOTOVOLTAICA • Principio de funcionamiento: • La conversión fotovoltaica se basa en el efecto fotoeléctrico, es decir, en la conversión de la energía lumínica proveniente del sol en energía eléctrica. Para llevar a cabo esta conversión se utilizan unos dispositivos denominados células solares, constituidos por materiales semiconductores en los que artificialmente se ha creado un campo eléctrico constante. El material más utilizado es el Silicio Estas células conectadas en serie o paralelo forman un panel solar encargado de suministrar la tensión y la corriente que se ajuste a la demanda Rendimiento max = 23%; Rend med =13-16% FUENTES DE ENERGÍA

46. BIOMASA FUENTES DE ENERGÍA

47. BIOMASA FUENTES DE ENERGÍA

48. BIOMASA. BIOCARBURANTES BIOACEITES: FUENTES DE ENERGÍA

49. BIOMASA. BIOCARBURANTES BIOALCOHOLES: FUENTES DE ENERGÍA

50. OTRAS Geotérmica: Aprovechamiento del calor acumulado en la corteza terrestre. Existen zonas de la tierra donde el gradiente térmico es de 100º a 200º por km. Usos: Balnearios FUENTES DE ENERGÍA Maremotriz: Aprovechamiento de la energía potencial del agua del mar debido al efecto de las mareas. Utilización: Producción de energía eléctrica Mareomotriz: Aprovechamiento de la energía cinética de las olas mediante mecanismos biela-manivela. Utilización: Producción de energía eléctrica