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Sistema de Energía Sostenible.
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PhD Jorgelina Pasqualino
Potencial de uso de las Fuentes no
Convencionales de Energía en Colombia
Introducción
Energía solar: térmica y fotovoltaica
Energía eólica
Biomasa
Otras fuentes de energía
Introducción
Energía solar: térmica y fotovoltaica
Energía eólica
Biomasa
Otras fuentes de energía
INTRODUCCIÓN
Fuente: Informe Mundial de la Energía. PNUD, 2008
La situación energética mundial se caracteriza básicamente por la desigualdad
La energía es un elemento esencial para cualquier actividad humana
La energía es el elemento limitante que frena o retrasa el desarrollo económico de la población
La dependencia de combustibles importados conlleva que muchos países sean vulnerables a las interrupciones de suministro
INTRODUCCIÓN
Fuente: La Vanguardia_03/02/2012
INTRODUCCIÓN
Grandes retos que deben marcar la
revolución energética
Energía que necesita la población de los países
pobres generada de forma descentralizada
Sustitución de las fuentes de energía
basadas en el carbono fósil por energías que no
incrementen la concentración de CO2 en
la atmósfera
Ambos objetivos difícilmente se pueden alcanzar sin el empleo masivo de las energías renovables
Ley 1715 de 2014
Por medio de la cual se regula la integración de las energías renovables no convencionales al sistema energético nacional
“se van a promover y se van a estimular en Colombia todas las energías no convencionales especialmente las energías limpias y renovables”
“contribuirá a las soluciones, a las zonas rurales, a las zonas que son aisladas del sistema interconectado nacional para llevar hasta ellas soluciones no convencionales”
Ministro de Minas y Energía
INTRODUCCIÓN
INTRODUCCIÓN
Zonas no conectadas a la red:
Fuente: D. Silva,T. Nakata / Energy Policy 37(2009) 3096–3108
INTRODUCCIÓN
Fuente: D. Silva,T. Nakata / Energy Policy 37(2009) 3096–3108
Zonas no conectadas a
la red en Colombia
Regiones de menores ingresos per cápita, mayormente rurales
Extensión de 756.531 km2 (aprox 66%
territorio nacional)
Población de 1.524.304 habitantes (aprox 4% de la
población)
Dispersión de 2 habitantes/km2
(comparado con 38 habitantes/km2 a nivel nacional)
Precio doble con inferior número de horas de
servicio
Suministro actual: generadores diesel, minihidroeléctricas, instalaciones fotovoltaicas,
biomasa
Demanda total aproximada: 100 GWh/año de electricidad
y 450 GWh/año de energía térmica
Introducción
Energía solar: térmica y fotovoltaica
Energía eólica
Biomasa
Otras fuentes de energía
ENERGÍA SOLAR
Formas de energía del universo y su efecto
en la Tierra
Energía gravitatoria
Energía nuclear
(fusión de hidrógeno)
• Todas las energías renovables tienen origen directa o indirectamente
en la radiación solar
• De todas las conversiones energéticas globales que se producen en
la Tierra, sólo las geotectónicas y las geotérmicas no proceden de la
radiación solar, sino de la radioactividad interna de la Tierra
SOLAR TÉRMICA
• La energía solar térmica implica un aprovechamiento térmico
de la radiación solar: conversión de la energía radiante solar
en calor.
• Implica el uso de elementos de captación, acumulación,
regulación, acondicionamiento y distribución de la energía
solar
• Tipologías:
• Baja T (< 100 ºC, agua)
• Media T (100-250 ºC)
• Alta T (> 250 ºC, solar
termoeléctrica)
SOLAR TÉRMICA
Aplicaciones a baja temperatura:
• El calentamiento de piscinas
• La producción de agua caliente sanitaria
• El apoyo a la calefacción
• La producción de frío
• Otras aplicaciones
Fuente: Pereda, 2006
SOLAR FOTOVOLTAICA
Instalación en isla:
No conectada a la red de distribución
Autogeneración de electricidad para el propio consumo
Emplazamientos aislados de la red (zonas rurales, de montaña, fincas, etc.)
Conectada a la red de distribución
Energía inyectada a la red de distribución eléctrica y vendida a la Compañía Distribuidora
Capacidad desde pequeñas instalaciones (1 - 5 kWp) a plantas de varios MW (huerta solar)
SOLAR FOTOVOLTAICA
Instalación fija:
Siempre orientadas en la misma dirección, por ejemplo, emplazadas sobre cubierta de edificaciones o sobre el terreno
Instalación con seguidores solares
Su orientación varía en función de la situación del sol
SOLAR FOTOVOLTAICA
SOLARIMPULSE
Avión solar probado en vuelos diurnos y nocturnos
Record mundial duración de vuelo: +24 horas
Misión Across America:
• 105 horas de vuelo
• 5.600 km recorridos
• velocidad media de 51,8 km/h
ENERGÍA SOLAR
Situación energía fotovoltaica en Colombia:
Su desarrollo se ha centrado principalmente en zonas rurales o no-conectadas a la red de distribución.
Primeros sistemas instalados por TELECOM en 1979 dentro del programa de telecomunicaciones rurales.
Uso en telecomunicaciones militares, estaciones repetidoras, etc.
El Fondo de Apoyo Financiero para la Energización de las Zonas No Interconectadas ha financiado la instalación de sistemas pequeños (50–70 Wp) para uso en iluminación, radio, TV y necesidades básicas en zonas rurales.
No se ha avanzado aún en la implementación de grandes centrales, conectadas a red.
ENERGÍA SOLAR
Fuente: UPME-IDEAM: Atlas de Radiación Solar de Colombia, 2005
Introducción
Energía solar: térmica y fotovoltaica
Energía eólica
Biomasa
Otras fuentes de energía
ENERGÍA EÓLICA
Tipos de aerogenerador (por tamaño):
• Potencia nominal hasta 100 kW:
• Picoaerogeneradores (Pn < 1 kW)
• Microaerogeneradores (1 kW ≤ Pn < 7 kW)
• Miniaerogeneradores (7 kW ≤ Pn < 50 kW)
Pequeños aerogeneradores
• Potencia nominal entre 100-500 kW.Aerogeneradores de
media potencia
• Potencia nominal superior a 500 kW.
Grandes aerogeneradores on-
shore
• Potencia nominal superior a 2 MW.
Grandes aerogeneradores off-
shore (marinos)
ENERGÍA EÓLICA
Tipos de aerogenerador (por orientación):
• Los sistemas de generación y conversión eléctrica se pueden instalar en la base (menor peso del rotor)
• No requieren sistema de orientación
• Son menos eficientes
Vertical
• Son los de mayor rendimiento por su mayor área de barrido
• Los sistemas de generación se instalan en la góndola
• Requieren sistema de orientación
Horizontal
ENERGÍA EÓLICA
Aerogeneradores verticales (Rotor de Savonius)
ENERGÍA EÓLICA
Aerogeneradores verticales (Rotor Darrieus)
ENERGÍA EÓLICA
Aerogeneradores verticales (tipo H)
ENERGÍA EÓLICA
Aerogeneradores horizontales
ENERGÍA EÓLICA
Aerogeneradores off-shore
ENERGÍA EÓLICA
Ejemplo:
• Mayor parque eólico del mundo: London Array
• 630 MW totales
• Desembocadura del río Támesis (Inglaterra)
• 175 aerogeneradores (3,6 MW cada uno)
• Permite abastecer 500.000 hogares
• Ocupa 100 km2
• Ubicado 20 km mar adentro
• 450 km de cable submarino
• 2 subestaciones offshore
(recolección y transporte a costa)
ENERGÍA EÓLICA
Situación energía eólica en Colombia:
• Parque eólico Jepirachi:
• Único parque eólico instalado en Colombia hasta el momento
• Iniciativa de EPM
• Capacidad instalada de 19.5 MW de electricidad
• Formado por 15 aerogeneradores de 1.3 MW cada uno.
• Producción: 80 GWh/año
• Recurso eólico: velocidad media de 10 m/s
Fuente: EPM, 2006
Introducción
Energía solar: térmica y fotovoltaica
Energía eólica
Biomasa
Otras fuentes de energía
BIOMASA
Tipos de biomasa:
Clasificación por estado
Sólida: biomasa forestal, SRF, residuos agrícolas,
etc.
Líquida: biodiesel, bioetanol
Gaseosa: biogás
Clasificación por origen
Natural: se obtiene directamente de la naturaleza
Residual: proveniente de residuos de actividades humanas (urbanos,
agrícolas, ganaderos, forestales, et.)
Cultivo energético: biomasa cultivada con el fin de obtener
energía
BIOMASA
BIOMASA
Situación biomasa sólida en Colombia
Cubre el 35% del consumo de energía en países
subdesarrollados (procesos de combustión)
Por su posición geográfica y variedad de climas, Colombia ofrece condiciones favorables para el desarrollo agrícola-
ganadero, importante fuente de biomasa residual
En Colombia se generan 21.000 ton/día de residuos urbanos con un contenido de materia orgánica del
56-57%, siendo importante su potencial para la producción de
biogás, o el uso como SRF.
BIOMASA
Situación biodiesel en Colombia:
Segundo exportador de biodiesel en Latinoamérica
Produce biodiesel a partir de aceite de palma desde 2008
Mayor productor de aceite de palma en Latinoamérica y quinto en el mundo.
Aceite de palma: oleaginosa con mayor cantidad de aceite / ha
BIOMASA
Situación bioetanol en Colombia
Principales productores de bioetanol en Latinoamérica: Brasil, Colombia y Paraguay
Procesamiento de la caña de azúcar del Valle del Cauca
Condiciones agro-climáticas: cosecha y molienda de caña de azúcar durante todo el año
Región con 13 ingenios azucareros y 5 destilerías de etanol
Producción de 700.000 L/día
Mezcla del 64% de la gasolina con 10% de bioetanol en 2008
Meta: cobertura del 100% de la gasolina mezclada con 10 % bioetanol
Meta: producción de 1.500.000 L/día.
BIOMASA
Biogás
Fuente: Surendra, 2014
BiogásMetanogénesisAcetogénesisAcidogénesisHidrólisisMateria orgánica
Digestión Anaerobia
Elemento Porcentaje
CH4 50-75
CO2 25-50
H2O 0-5
N2 1-5
H2S Trazas
NH3 Trazas
Situación biogás en Colombia
Colombia genera grandes cantidades de residuos
urbanos, principalmente de tipo orgánico
En los últimos años se ha estado fomentando el
uso de las FNCE especialmente para zonas
no interconectadas
Colombia dispone de una gran variedad de
materias primas para producción de biogás
Existen hasta el momento escasos proyectos de
producción de biogás, por ejemplo en el sector del
cultivo de Palma
BIOMASA
Introducción
Energía solar: térmica y fotovoltaica
Energía eólica
Biomasa
Otras fuentes de energía
GEOTERMIA
El recurso geotérmico es la
concentración de calor que existe
en la corteza terrestre en forma y
cantidad tales que su extracción,
desde un punto de vista
económico, es viable.
• Recursos de muy baja temperatura: < 30ºC
• Recursos de baja temperatura: 30-90ºC
• Recursos de media temperatura: 90-150ºC
• Recursos de alta temperatura: >150ºC
GEOTERMIA
Situación geotérmica en Colombia:
• Colombia tiene un elevado potencial para la producción de energía
geotérmica, aunque no está muy explotada.
• Zonas de volcanes en la región andina presentan diferencias
térmicas de 350º a 3 km.
• Posibilidad de generación a pequeña escala y a nivel local.
ENERGÍA DEL MAR
Energía mareomotriz:
• Aprovecha la energía liberada por el ascenso y descenso del
mar debido a las mareas (acción gravitatoria de la Tierra y la
Luna)
• Es rentable con mareas superiores a 6 m
Video: http://www.40southenergy.com/wave-energy-converters/the-technology/
Fuente: 40South Energy
Ejemplo: 40South Energy
• Conversión de energía de las olas
• Módulo inferior: 15-25 m profundidad
• Módulo superior: 1-12 m profundidad
• La profundidad se adapta a condiciones de oleaje
• Generación de energía por movimiento relativo entre los módulos (dínamos eléctricos)
• Al estar sumergido no es afectado por tormentas marinas y no requiere estructuras
voluminosas y pesadas
ENERGÍA DEL MAR
Energía de las olas:
• Aprovecha la energía de las olas como acumulación de
energía o por compresión de aire
ENERGÍA DEL MAR
Corrientes submarinas:
• Funcionamiento similar a un aerogenerador, ubicadas en
dirección de la corriente
ENERGÍA DEL MAR
Energía térmica oceánica:
• Aprovecha la diferencia o gradiente térmico entre la superficie
del mar y una determinada profundidad. Se requiere gradiente
mínimo de 20ºC.
• Un fluido de trabajo (x ej amoníaco) se
calienta en el mar, se vaporiza, se hace
circular por una turbina y se condensa
con el agua fría del fondo marino
ENERGÍA DEL MAR
Situación energía del mar en Colombia:
Condiciones más favorables en San Andrés Isla (energía por gradiente térmico)
La zona de mayor potencial en el Pacífico es la Bahía Málaga (energía de mareas) aunque no alcanza las velocidades óptimas para una producción eficiente con la tecnología actual
La zona de mayor potencial en el Atlántico es la Península de la Guajira (energía de las olas), aunque el flujo de energía no es suficiente para que sea económico
