La energía " verde " renovable o regenerativa es la energía procedente de recursos energéticos que son renovables o inagotables a escala humana. El principio básico del uso de energía renovable es extraerla de procesos en curso en el medio ambiente o recursos orgánicos renovables y proporcionarla para uso técnico . La energía renovable se obtiene de recursos naturales tales como: la luz solar , los flujos de agua, el viento , las mareas y calor geotérmico , que son renovables (reposición natural), así como de biocombustibles : madera , aceite vegetal , etanol .
En 2019, el 26,8 % del consumo mundial de energía se cubrió con fuentes de energía renovables (de las cuales la mayoría (16 %) es energía hidroeléctrica ) [1] .
En 2006, alrededor del 18 % del consumo mundial de electricidad se cubrió con fuentes de energía renovables, con un 13 % de biomasa tradicional como la quema de madera [2] . En 2010, el 16,7% del consumo mundial de energía provino de fuentes renovables; en 2015 esta cifra fue del 19,3% [3] . La proporción de biomasa tradicional está disminuyendo gradualmente, mientras que la proporción de energías renovables está creciendo. De acuerdo con el pronóstico del IEI RAS y el Centro de Energía de la Escuela de Administración de Moscú "Skolkovo" , para 2040 las fuentes de energía renovable proporcionarán el 35-50% de la producción de electricidad mundial y el 19-25% de todo el consumo de energía [4] .
De 2004 a 2013, la proporción de electricidad producida en la Unión Europea a partir de fuentes renovables aumentó del 14 % al 25 % [5] . En Alemania , el 38 % de la electricidad se produjo a partir de fuentes renovables en 2018 [6] .
Brasil tiene uno de los programas de energía renovable más grandes del mundo relacionado con la producción de etanol combustible a partir de la caña de azúcar; El alcohol etílico actualmente cubre el 18% de las necesidades de combustible automotriz del país [7] . El combustible de etanol también está ampliamente disponible en los Estados Unidos .
La energía hidroeléctrica es la mayor fuente de energía renovable y proporciona el 15,3 % de la generación eléctrica mundial y el 3,3 % del consumo mundial de energía (en 2010).
El uso de la energía eólica está creciendo a un ritmo de alrededor del 30 % anual, en todo el mundo con una capacidad instalada de 318 gigavatios (GW) en 2013 [8] , y es ampliamente utilizada en Europa, Estados Unidos y China [9] .
Las plantas de energía solar son populares en Alemania y España [10] . Las centrales termosolares operan en EE. UU. y España, y la mayor de ellas es una central en el desierto de Mojave con una capacidad de 354 MW [11] . La producción de paneles fotovoltaicos está creciendo rápidamente, en 2008 se produjeron paneles con una capacidad total de 6,9 GW (6900 MW), casi seis veces más que en 2004 [12] .
Instalaciones geotérmicas : La mayor del mundo es la instalación en los géiseres de California con una capacidad nominal de 750 MW.
Las grandes empresas que no son de materias primas apoyan el uso de energías renovables. Por lo tanto, IKEA será totalmente autosuficiente para 2020 a través de energías renovables.
Apple es el mayor propietario de plantas de energía solar y todos los centros de datos de la empresa funcionan con fuentes de energía renovable. La participación de fuentes renovables en la energía consumida por Google es del 35%, las inversiones de la compañía en energía renovable superaron los $ 2 mil millones. [13]
Indicadores globales de energía renovable [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 | 2013 | 2014 | 2015 | 2016 | 2017 | 2018 | 2019 | 2020 | 2021 |
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Inversiones anuales en energía renovable (miles de millones de dólares estadounidenses) | 130 | 160 | 211 | 257 | 244 | 232 | 270 | 286 | 241 | 326 | 296 | 298.4 | 303.5 | 366 |
Capacidad total instalada de energía renovable (incluida la energía hidroeléctrica, GW) | 1140 | 1230 | 1320 | 1360 | 1470 | 1578 | 1712 | 1849 | 2017 | 2197 | 2387 | 2581 | 2838 | 3146 |
Energía hidroeléctrica (GW) | 885 | 915 | 945 | 970 | 990 | 1018 | 1055 | 1064 | 1096 | 1112 | 1135 | 1150 | 1170 | 1195 |
Energía solar (GW) | dieciséis | 23 | 40 | 70 | 100 | 138 | 177 | 227 | 303 | 405 | 512 | 621 | 760 | 942 |
Energía eólica (GW) | 121 | 159 | 198 | 238 | 283 | 319 | 370 | 433 | 487 | 540 | 591 | 650 | 743 | 845 |
Bioenergía (GW) | 121 | 131 | 137 | 133 | 143 | |||||||||
Geotermia (GW) | 12.8 | 13.2 | catorce | 14.1 | 14.5 | |||||||||
Producción de biodiésel (miles de millones de litros) | 12 | 17.8 | 18.5 | 21.4 | 22.5 | 26 | 29.7 | 30.3 | 30.8 | 33 | 41 | 41 | 39 | |
Producción de etanol (miles de millones de litros) | 67 | 76 | 86 | 86 | 83 | 87 | 94 | 98 | 99 | 104 | 111 | 115 | 105 | |
Número de países con objetivos de desarrollo de energías renovables |
79 | 89 | 98 | 118 | 138 | 144 | 164 | 173 | 176 | 179 | 169 | 172 | 165 |
La fusión del Sol es la fuente de la mayoría de las formas de energía renovable, con la excepción de la energía geotérmica y de las mareas . Los astrónomos estiman que la vida útil restante del Sol es de unos cinco mil millones de años, por lo que, a escala humana, la energía renovable procedente del Sol no corre peligro de agotarse.
En un sentido estrictamente físico, la energía no se renueva , sino que se extrae constantemente de las fuentes mencionadas. De la energía solar que llega a la Tierra, solo una parte muy pequeña se transforma en otras formas de energía, y la mayor parte se propaga en el espacio .
El uso de procesos permanentes se opone a la extracción de combustibles fósiles como el carbón , el petróleo , el gas natural o la turba . En un sentido amplio, también son renovables, pero no según los estándares humanos, ya que su formación lleva cientos de millones de años y su uso es mucho más rápido.
Esta es una rama de la energía que se especializa en convertir la energía cinética de las masas de aire en la atmósfera en energía eléctrica , térmica y cualquier otra forma de energía para su uso en la economía nacional. La transformación se lleva a cabo con la ayuda de un aerogenerador (para generar electricidad), molinos de viento (para obtener energía mecánica ) y muchos otros tipos de unidades. La energía eólica es el resultado de la actividad del sol, por lo que pertenece a las energías renovables.
La potencia del aerogenerador depende del área barrida por las palas del generador. Por ejemplo, las turbinas de 3 MW (V90) fabricadas por la empresa danesa Vestas tienen una altura total de 115 metros, una altura de torre de 70 metros y un diámetro de pala de 90 metros.
Los lugares más prometedores para la producción de energía a partir del viento son las zonas costeras. En el mar, a una distancia de 10 a 12 kilómetros de la costa (ya veces más), se están construyendo parques eólicos marinos . Las torres de aerogeneradores se instalan sobre cimientos hechos de pilotes hincados a una profundidad de hasta 30 metros.
Los aerogeneradores prácticamente no consumen combustibles fósiles. La operación de un aerogenerador con una capacidad de 1 MW durante 20 años de funcionamiento ahorra aproximadamente 29.000 toneladas de carbón o 92.000 barriles de petróleo .
En el futuro, está previsto utilizar la energía eólica no a través de aerogeneradores , sino de una forma menos convencional. En la ciudad de Masdar ( EAU ), está prevista la construcción de una central eléctrica que funcione con el efecto piezoeléctrico . Será un bosque de troncos de polímero cubiertos con placas piezoeléctricas . Estos troncos de 55 metros se doblarán bajo la acción del viento y generarán corriente .
En estas centrales se utiliza como fuente de energía la energía potencial del flujo de agua , cuya fuente primaria es el Sol, evaporando el agua, que luego cae sobre los cerros en forma de precipitación y desciende formando ríos. Las centrales hidroeléctricas generalmente se construyen en los ríos mediante la construcción de presas y embalses . También es posible utilizar la energía cinética del flujo de agua en las denominadas HPP de flujo libre (sin presas).
Peculiaridades:
Tipos de HPP:
En 2010, la energía hidroeléctrica proporciona la producción de hasta el 76% de las energías renovables y hasta el 16% de toda la electricidad del mundo, la capacidad hidroeléctrica instalada alcanza los 1015 GW. Los líderes en generación de energía hidroeléctrica por ciudadano son Noruega , Islandia y Canadá . La construcción hidroeléctrica más activa a principios de la década de 2000 la llevó a cabo China , para la cual la energía hidroeléctrica es la principal fuente potencial de energía, hasta la mitad de las pequeñas centrales hidroeléctricas del mundo están ubicadas en el mismo país.
Las centrales eléctricas de este tipo son un tipo especial de centrales hidroeléctricas que utilizan la energía de las mareas, pero en realidad la energía cinética de la rotación de la Tierra. Las plantas de energía mareomotriz se construyen en las costas de los mares, donde las fuerzas gravitatorias de la Luna y el Sol cambian el nivel del agua dos veces al día.
Para la obtención de energía, la bahía o desembocadura del río se bloquea mediante una presa en la que se instalan grupos hidroeléctricos, que pueden funcionar tanto en modo generador como en modo bombeo (para bombear agua al embalse para su posterior funcionamiento en ausencia de mareas). ). En este último caso, se denominan centrales de bombeo por acumulación .
Las ventajas de PSA son el respeto al medio ambiente y el bajo costo de producción de energía. Las desventajas son el alto costo de construcción y la energía que cambia durante el día, por lo que PES solo puede funcionar en un solo sistema de energía con otros tipos de plantas de energía.
Las plantas de energía undimotriz utilizan la energía potencial de las olas transportadas en la superficie del océano. La potencia de las olas se estima en kW/m. En comparación con la energía eólica y solar, la energía de las olas tiene una mayor densidad de potencia. Aunque de naturaleza similar a la energía de las mareas y las corrientes oceánicas, la energía de las olas es una fuente diferente de energía renovable .
Uno de los tipos de energía renovable que permite generar electricidad aprovechando la diferencia de temperatura en la superficie y profundidad de los océanos del mundo.
Este tipo de energía se basa en la conversión de la radiación solar electromagnética en energía eléctrica o térmica.
Las plantas de energía solar utilizan la energía del Sol tanto directamente ( plantas de energía solar fotovoltaica que funcionan con el fenómeno del efecto fotoeléctrico interno ) como indirectamente, utilizando la energía cinética del vapor .
La planta de energía solar fotovoltaica más grande Topaz Solar Farm tiene una capacidad de 550 MW. Ubicada en California , Estados Unidos.
SES de acción indirecta incluyen:
Las centrales eléctricas de este tipo son centrales térmicas que utilizan agua caliente de fuentes geotérmicas como portador de calor . Debido a que no es necesario calentar el agua, los GeoTPP son mucho más ecológicos que los TPP. Las plantas de energía geotérmica se están construyendo en regiones volcánicas, donde, a profundidades relativamente bajas, el agua se sobrecalienta por encima del punto de ebullición y se filtra a la superficie, a veces manifestándose en forma de géiseres . El acceso a las fuentes subterráneas se realiza mediante la perforación de pozos.
Esta rama de la energía se especializa en la producción de energía a partir de biocombustibles . Se utiliza en la producción de energía eléctrica y calor .
Biocombustibles de primera generaciónBiocombustible : combustible a partir de materias primas biológicas, obtenido, por regla general, como resultado del procesamiento de desechos biológicos . También existen proyectos de diversa sofisticación destinados a la obtención de biocombustibles a partir de celulosa y diversos tipos de residuos orgánicos, pero estas tecnologías se encuentran en una etapa temprana de desarrollo o comercialización. Distinguir:
Biocombustibles de segunda generación : varios tipos de combustibles obtenidos por varios métodos de pirólisis de biomasa u otros tipos de combustibles, además de metanol, etanol, biodiesel, obtenidos de fuentes de materias primas de "segunda generación". La pirólisis rápida permite convertir la biomasa en un líquido más fácil y económico de transportar, almacenar y utilizar. El líquido se puede utilizar para producir combustible para automóviles o combustible para centrales eléctricas.
Las fuentes de materia prima para biocombustibles de segunda generación son compuestos lignocelulósicos que quedan después de que se eliminan las partes de calidad alimentaria de la materia prima biológica. El uso de biomasa para la producción de biocombustibles de segunda generación tiene como objetivo reducir la cantidad de tierra utilizada para la agricultura [28] . Plantas: las fuentes de materias primas de la segunda generación incluyen [29] :
De los biocombustibles de segunda generación vendidos en el mercado, los más famosos son BioOil producido por la empresa canadiense Dynamotive y SunDiesel por la empresa alemana Choren Industries GmbH [30] .
Según las estimaciones de la Agencia Alemana de la Energía ( Deutsche Energie-Agentur GmbH) (con las tecnologías actuales), la producción de combustible por pirólisis de biomasa puede cubrir el 20% de las necesidades de combustible de automoción de Alemania . Para 2030, con los avances tecnológicos, la pirólisis de biomasa podría proporcionar el 35 % del consumo de combustible para automóviles en Alemania. El coste de producción será inferior a 0,80 € por litro de combustible.
Pyrolysis Network ( PyNe ) es una organización de investigación que reúne a investigadores de 15 países de Europa , Estados Unidos y Canadá .
El uso de productos líquidos de pirólisis de madera de coníferas también es muy prometedor. Por ejemplo, una mezcla de 70 % de goma de trementina , 25 % de metanol y 5 % de acetona , es decir, fracciones de destilación seca de madera de pino resinoso , puede utilizarse con éxito como sustituto de la gasolina A-80 . Además, los residuos de madera se utilizan para la destilación: ramas , tocones , cortezas . La producción de fracciones de combustible alcanza los 100 kilogramos por tonelada de residuos.
Biocombustibles de tercera generaciónLos biocombustibles de tercera generación son combustibles derivados de algas .
De 1978 a 1996, el Departamento de Energía de EE. UU. investigó las algas con alto contenido de aceite en el marco del Programa de Especies Acuáticas. Los investigadores concluyeron que California , Hawái y Nuevo México son adecuados para la producción industrial de algas en estanques abiertos. Durante 6 años, se cultivaron algas en estanques de 1000 m². Un estanque en Nuevo México ha demostrado una alta eficiencia en la captura de CO₂. El rendimiento fue de más de 50 gramos de algas por 1 m² por día. 200.000 hectáreas de estanques pueden producir suficiente combustible para el consumo anual del 5% de los automóviles estadounidenses (200.000 hectáreas es menos del 0,1% de la tierra estadounidense apta para el cultivo de algas).
La tecnología todavía tiene muchos problemas. Por ejemplo, a las algas les encantan las altas temperaturas (el clima desértico es muy adecuado para su producción ), pero se requiere una regulación adicional de la temperatura para proteger el cultivo de las caídas de temperatura nocturnas ("olas de frío"). A fines de la década de 1990 , la tecnología no se puso en producción industrial, debido al costo relativamente bajo del petróleo en el mercado.
Además de cultivar algas en estanques abiertos, existen tecnologías para cultivar algas en pequeños biorreactores ubicados cerca de centrales eléctricas . El calor residual de una planta CHP puede cubrir hasta el 77 % de la demanda de calor para el cultivo de algas. Esta tecnología de cultivo de algas en crecimiento está protegida de las fluctuaciones diarias de temperatura, no requiere un clima desértico cálido, es decir, se puede aplicar en casi cualquier planta de energía térmica en funcionamiento.
CríticaLos críticos del desarrollo de la industria de los biocombustibles afirman que la creciente demanda de biocombustibles está obligando a los productores agrícolas a reducir el área de cultivos alimentarios y redistribuirlos a favor de los cultivos combustibles [31] . Por ejemplo, en la producción de etanol a partir de maíz forrajero , la vinaza se utiliza para producir alimentos para ganado y aves de corral. En la producción de biodiésel a partir de soja o colza , la torta se utiliza para producir piensos para el ganado. Es decir, la producción de biocombustibles crea otra etapa en el procesamiento de materias primas agrícolas.
En este momento, hay un número bastante grande de medidas para apoyar las fuentes de energía renovables. Algunos de ellos ya han demostrado ser efectivos y comprensibles para los participantes del mercado. Entre estas medidas, vale la pena considerar con más detalle:
Los certificados verdes son certificados que confirman la generación de una determinada cantidad de electricidad a partir de fuentes de energía renovables. Estos certificados solo pueden ser obtenidos por fabricantes calificados por la autoridad competente. Por regla general, un certificado verde confirma la generación de 1 MWh, aunque este valor puede ser diferente. El certificado verde se puede vender junto con la electricidad generada o por separado, brindando un apoyo adicional al productor de electricidad. Se utilizan herramientas especiales de software y hardware (WREGIS, M-RETS, NEPOOL GIS) para rastrear la emisión y propiedad de los "certificados verdes". Bajo algunos programas, los certificados pueden acumularse (para uso posterior en el futuro) o tomarse prestados (para cumplir con las obligaciones en el año en curso). El motor del mecanismo de circulación de certificados verdes es la necesidad de las empresas de cumplir con obligaciones asumidas por ellas mismas o impuestas por el gobierno. En la literatura extranjera, los "certificados verdes" también se conocen como: Certificados de energía renovable (REC), Etiquetas verdes, Créditos de energía renovable.
Con el fin de aumentar el atractivo de inversión de los proyectos basados en fuentes renovables, los organismos estatales pueden prever un mecanismo de compensación parcial o total del costo de la conexión tecnológica de los generadores basados en fuentes renovables a la red. Hasta la fecha, solo en China, las organizaciones de red asumen por completo todos los costos de conexión tecnológica.
La experiencia acumulada en el mundo permite hablar de las tarifas fijas como las medidas más exitosas para estimular el desarrollo de las fuentes renovables de energía. Estas medidas de apoyo a las FER se basan en tres factores principales:
Las tarifas fijas para la energía RES pueden diferir no solo para las diferentes fuentes de energía renovable, sino también según la capacidad RES instalada. Una de las opciones para un sistema de apoyo basado en tarifas fijas es el uso de una prima fija al precio de mercado de la energía FER. Por regla general, se paga un recargo al precio de la electricidad producida o una tarifa fija durante un período suficientemente largo (10-20 años), lo que garantiza el retorno de las inversiones invertidas en el proyecto y la obtención de beneficios.
Esta medida de apoyo prevé la posibilidad de medir la electricidad suministrada a la red y luego utilizar este valor en acuerdos mutuos con la organización de suministro de energía. De acuerdo con el “sistema de medición neta”, el propietario de RES recibe un préstamo minorista por un monto igual o superior a la electricidad generada. En muchos países, las empresas de suministro de electricidad están obligadas por ley a ofrecer a los consumidores una opción de medición neta.
A nivel mundial en 2008, invirtieron $51,800 millones en energía eólica, $33,500 millones en energía solar y $16,900 millones en biocombustibles. Los países europeos invirtieron $50 mil millones en energía alternativa en 2008, Estados Unidos — $30 mil millones, China — $15,6 mil millones, India — $4,1 mil millones [32] .
En 2009, las inversiones en energía renovable en todo el mundo ascendieron a $ 160 mil millones y en 2010 a $ 211 mil millones. En 2010, se invirtieron $94,7 mil millones en energía eólica, $26,1 mil millones en energía solar y $11 mil millones en tecnologías para la producción de energía a partir de biomasa y residuos [33] .
Los costos directos para la construcción de capacidades cuestan 2,1-2,3 mil dólares/kW para generación eólica y 2,3-2,7 mil dólares/kW para generación solar (a partir de 2021). A modo de comparación: las instalaciones de generación de gas cuestan un promedio de 1-1,1 mil dólares/kW en el mundo con tasas más altas de utilización de la capacidad [34] .
En 2021, Egipto logró aprobar importantes reformas financieras, atraer inversiones privadas permanentes (hasta 3100 millones de dólares) gracias a un entorno empresarial renovado y convertirse en un centro energético regional internacional al albergar la próxima conferencia COP27 . Además de una importante reestructuración de la política de energía renovable, se espera que Egipto se convierta en un importante proveedor de energía renovable para 2030. [35] [36]
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