La Agencia Internacional de la Energía define la energía solar como aquella que se puede extraer de la luz solar que llega a la tierra y ser transformada en otras formas de energía útil, como energía térmica o eléctrica.

La luz solar puede ser convertida de manera directa en energía eléctrica, a través de celdas fotovoltaicas o bien en energía calórica a través de equipamiento de concentración solar.

En los sistemas de aprovechamiento térmico, el calor recogido en los colectores solares o concentradores puede destinarse a satisfacer numerosas necesidades como, por ejemplo, obtención de agua caliente para consumo doméstico o industrial, o bien para fines de calefacción, aplicaciones agrícolas, y la producción de electricidad a través de un proceso termoeléctrico.

Por su parte, los Paneles Fotovoltaicos, que constan de un conjunto de celdas solares, se utilizan para la producción de electricidad y constituyen una adecuada solución para el abastecimiento eléctrico tanto en áreas rurales como desérticas, que cuentan con un recurso solar abundante. La electricidad obtenida mediante los sistemas fotovoltaicos puede utilizarse en forma directa, o bien ser almacenada en baterías para utilizarla durante la noche.

Fuente: Internacional Energy Agency

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La energía eólica es aquella energía cinética que se encuentra disponible en una masa de aire en movimiento (viento). Según la Administración de Información de la Energía de los EE.UU. esta energía ha sido utilizada por el ser humano desde, al menos, el año 5.000 A.C.

Los aerogeneradores son dispositivos diseñados para transformar la energía cinética del viento en energía eléctrica. Producto de intensas actividades de investigación y desarrollo, su diseño aerodinámico ha tenido importantes variaciones desde sus orígenes a la fecha. En la actualidad, el diseño más común consiste en una turbina de tres palas) montadas sobre una torre. La turbina está acoplada mecánicamente a un generador eléctrico. La cantidad de energía que un aerogenerador puede transformar en electricidad dependerá, además de la velocidad del viento, de la altura de la torre y del largo de sus palas.

Fuente: EIA – U.S. Energy Information Administration

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La bioenergía se define como la energía contenida en la biomasa. La biomasa corresponde a cualquier materia orgánica que esté disponible de manera renovable, tales como residuos de animales, plantas, cultivos o deshechos orgánicos.

Dependiendo de la biomasa que se utilice, la bioenergía puede ser utilizada como energía térmica, a partir de la quema directa, o bien a partir de un proceso de transformación en un combustible gaseoso (biogás) o en un combustible líquido (biocombustible).

Fuente: Agencia Internacional de la Energía

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La Asociación Europea de la Energía Oceánica plantea que hay, al menos, cuatro formas de extraer el contenido energético disponible en los mares: tecnología undimotriz, mareomotriz, de gradiente térmico y de gradiente de salinidad.

La tecnología undimotriz extrae energía del movimiento de las olas, de igual forma, la tecnología mareomotriz aprovecha las mareas o corrientes marinas. Por su parte, la tecnología de gradiente térmico aprovecha las diferencias de temperatura entre la superficie y las aguas profundas, y, por último, está la tecnología gradiente de salinidad.

Chile es un país que tiene más de 4.500km de costa y una tradición naval importante, por lo que se estima que la energía de los mares puede jugar un rol, tanto a nivel de provisión de energía a la red como en aplicaciones descentralizadas. Con el propósito de aprovechar estas ventajas, nuestro país ha estado preparando sus capacidades tecnológicas poniendo en marcha una serie de iniciativas público-privadas, que buscan entender mejor el tipo de recurso de recurso y su disponibilidad en el territorio, evaluar los impactos ambientales y sociales, así como también preparar el capital humano necesario para facilitar la implantación de esta tecnología cuando esta esté en condiciones de competir en el mercado.

Fuente: Ocean Energy Europe

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La energía eléctrica producida a partir de la energía potencial contenida en un volumen de agua ubicado a una cierta altura se denomina energía hidroeléctrica. En Chile, se utilizan generalmente dos tipos de centrales, de embalse y de pasada.

Las centrales de embalse interrumpen el curso normal de un río con el propósito de controlar la acumulación o liberación del agua almacenada, lo que permite gestionar la cantidad de energía producida. Las centrales de pasada desvían momentáneamente una parte del caudal de un curso de agua, con el propósito de dejarla caer sobre una turbina que produce la electricidad. Una vez terminado el proceso, el agua es devuelta al cauce natural.

La energía hidroeléctrica es renovable y su disponibilidad depende principalmente de los ciclos hidrológicos. Es del caso señalar que la Ley General de Servicios Eléctricos, en su artículo 225, define que serán consideradas como Medios de Generación Renovables No Convencionales, aquellas centrales hidroeléctricas cuya potencia conectada sea inferior o igual a los 20 MW.

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La energía geotérmica de alta entalpía es aquella en forma de calor que está disponible bajo la superficie terrestre, a profundidades relativamente bajas, producto de la presencia de magma a alta temperatura.

Una forma de extraer esta energía es aprovechar yacimientos de agua o vapor subterráneo que estén cercanos a la fuente de calor.

El calor extraído en la superficie se utiliza para producir vapor a presión que alimenta a una turbina encargada de la producción de electricidad. Finalmente, en las centrales de ciclo cerrado, el agua es reinsertada al yacimiento con el propósito que absorba nuevamente la energía térmica disponible.

Por su parte, la energía geotérmica de baja entalpía aprovecha las propiedades de aislación térmica de la parte más superficial de la corteza terrestre. A unos pocos de metros bajo tierra, la temperatura se mantiene estable durante el año en algunas decenas de grados Celsius. Con el propósito de aprovechar este fenómeno, se instala un circuito de cañerías bajo tierra, y se hace circular lentamente un líquido caloportador que en la superficie está a temperatura ambiente. Independientemente de cuál sea la temperatura ambiente, el líquido, al circular por las cañerías, equilibra siempre su temperatura con de la tierra. Así, si la temperatura ambiente es menor a la del interior de la cañería, entonces el líquido absorbe temperatura, mientras que, si el ambiente tiene una temperatura superior, entonces baja su temperatura.

Existe una gran variedad de formas para aprovechar la geotermia de baja entalpía, tanto para calefacción, refrigeración y agua caliente sanitaria. Una forma que ha probado ser eficiente es el uso de bombas de calor.

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Los sistemas de almacenamiento de energía no producen energía por sí mismos, sino que permiten absorber energía desde una fuente en un momento determinado, y entregarla en otro momento para su consumo.

Según lo indica el Centro de Sistemas Sustentables, de la Universidad de Michigan, las tecnologías de almacenamiento están siendo desarrolladas, al menos, desde la primera mitad del siglo XIX. No hay una única forma de clasificar los sistemas de almacenamiento, sin embargo, lo más común es hacerlo a partir de la forma de energía que es almacenada. Así, es posible distinguir los sistemas de almacenamiento eléctricos, químicos, electroquímicos, mecánicos, hidráulicos y térmicos.

A la fecha, los sistemas de almacenamiento de energía se han masificado en aplicaciones donde no se requieren altos volúmenes de energía. Sin embargo, la investigación y desarrollo en esta área tomó fuerza, primero con la crisis del petróleo en EE. UU. de los años 70s y, más recientemente, a partir del impulso dado por la industria de la movilidad eléctrica.

Desde la perspectiva de las aplicaciones en la red eléctrica, que requieren grandes volúmenes de energía, los sistemas de almacenamiento más comunes son los de bombeo. Estos emulan la operación de una central hidroeléctrica, ya que utilizan energía eléctrica para bombear grandes volúmenes de agua hacia un depósito ubicado a una cierta altura, almacenando la energía en forma de energía potencial. Para extraer la energía, se deja caer el agua sobre una turbina, la cual está acoplada a un generador eléctrico.

Con los últimos desarrollos tecnológicos, el almacenamiento electroquímico en formas de baterías ha ido aumentando la cantidad de energía almacenable, al mismo tiempo que ha reducido considerablemente sus costos de inversión.

El primer sistema de almacenamiento conectado a la red eléctrica instalado en Chile está en la Subestación Eléctrica Andes, y fue puesto en servicio en 2009.

Fuente: Center for Sustainable Systems (University of Michigan)

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Actualidad

Publicado el 10-08-2020
Opinión - La oportunidad del Hidrógeno


Columna de Patricia Darez, Directora de ACERA.

Hace tan solo 10 años algunas personas hablaban de las energías renovables como algo que veríamos en un futuro lejano. Aún había gente que decía que eran caras o que la tecnología no estaba madura. En Chile, como en muchos otros países, el paradigma se desmoronó y en la actualidad las energías renovables constituyen aproximadamente el 50% de la capacidad instalada para generación eléctrica del país (25% sin contar la hidroeléctrica a gran escala) y en particular la eólica y la fotovoltaica demostraron en las licitaciones de suministro para empresas distribuidoras que son las más competitivas. Como punto adicional, se puede mencionar que permiten al país tener una mayor seguridad energética. Son energías que como combustible utilizan el viento, el sol, el agua, la biomasa y la geotermia, que son recursos gratuitos y libres de emisiones, un punto clave con la situación climática que nos toca enfrentar.

Una situación donde se aprecian paralelismos sucede ahora mismo con el Hidrógeno que, además de ser el elemento más abundante del Universo, es un combustible de alta densidad energética. A muchos les parece una tecnología futurista. No obstante -tal vez es útil poner en contexto- que la primera patente para el motor de combustión (en 1807, de Rivaz, todavía no existía el automóvil) consideraba el Hidrógeno como combustible. También es útil recordar, o al menos conocer la existencia, de un avión de pasajeros, Tu-155, que en los años 80 ya volaba largas distancias utilizando el Hidrógeno como combustible.

En la actualidad, en Hamburgo, existe una flota de buses, fabricados por Solaris (la línea es la 109), para el transporte público que funciona con hidrógeno; es decir que sólo emiten agua en vez de CO2, NOx y material particulado. Por un momento, imaginen una gran urbe con un sistema de transporte público así. También existe un tren interregional, el Coradia iLint, fabricado por Alstom, que ya está realizando viajes en Alemania y en los Países Bajos y que, asimismo, utiliza el Hidrógeno como su combustible.

Ahora bien, es útil tener claro que no todo el Hidrógeno se genera de la misma forma y que nos podemos referir a diferentes “tipos” de acuerdo con su procedencia:

El Hidrógeno gris se genera a partir del reformado de vapor de gas natural. Existe también el hidrógeno café que se genera a partir de un gas sintético proveniente del lignito, que es un carbón color pardo o marrón; y el Hidrógeno negro, que se genera a partir de un gas sintético que proviene del carbón. Estos tipos tienen emisiones asociadas. También existe el Hidrógeno azul, donde el proceso suele ser el mismo que el del Hidrógeno gris, pero se utiliza la captura de carbono para no emitir el CO2 asociado a la producción. Y finalmente, el que aspiramos para Chile, el Hidrógeno verde, que se produce a partir de un proceso de electrólisis en el que son las energías renovables las que producen la corriente eléctrica necesaria para separar las moléculas de agua. El agua a utilizar puede provenir de varias fuentes, incluyendo agua desalada.

¿En qué contexto se podrá desarrollar el Hidrógeno? Chile, junto con otros países como Austria, Francia, Canadá, Costa Rica y España, se han comprometido a lograr la carbono-neutralidad al año 2050 y, probablemente, esta meta se logre antes de esta fecha. El Hidrógeno Verde es clave para la descarbonización y el crecimiento de esta tecnología como vector energético es muy probable que sea exponencial en este contexto.

Actualmente se puede ver que, a nivel global, existe un fuerte empuje por electrificar un gran número de procesos como, por ejemplo, el transporte o la calefacción. Y la razón es que la forma más fácil de descarbonizar es simplemente tener una matriz eléctrica limpia (100% renovable) y electrificar la mayor parte posible de la demanda energética. No obstante, hay procesos que no son fáciles de electrificar, por ejemplo, el transporte de larga distancia y el uso del Diesel en vehículos pesados en actividades mineras. Y para ello, que exista un vector energético como el Hidrógeno, es una pieza clave. Una pieza que, además, se puede utilizar para una mayor penetración en la matriz eléctrica de energías renovables variables.

Alemania publicó en mayo su Estrategia para el Hidrógeno. En total van a utilizar 7000 millones de euros para la investigación y desarrollo en proyectos de esta tecnología, con especial foco en Hidrógeno Verde, aunque no descartan tampoco el Hidrógeno Azul. Para 2030 tienen la meta de generar 14TWh de Hidrógeno Verde y quieren volver a doblar su capacidad de generación para el año 2040. Tienen claro que esta estrategia debe ir de la mano del desarrollo de energías renovables y en particular están apostando por la energía eólica offshore, pero saben que aún así es más que probable que necesiten importar Hidrógeno Verde.

Y no son el único país: Portugal, Australia, Japón y Corea -entre otros- ya han publicado sus estrategias para el desarrollo del Hidrógeno. En Chile, se ha finalizado hace pocas semanas la Mesa Técnica del Hidrógeno Verde. La finalidad es tener un camino trazado para desarrollar esta nueva tecnología en Chile. Identificar, por ejemplo, qué áreas necesitan regulación, qué proyectos necesitan financiamiento, innovación, transferencia de conocimiento y cómo puede fomentar esta industria el desarrollo social y territorial.

Aún nos quedan barreras por superar. La mayoría del hidrógeno (más del 90%) que actualmente se produce conlleva emisiones, pues no es Verde. El costo actual de producción de éste en Europa está entre 4,5 y 6 dólares el kilo, aunque se espera que hacia finales de esta década sea competitivo con los combustibles fósiles llegando a los 2USD/Kg. Es un gas que va a requerir soluciones técnicas importantes y estándares de seguridad altos con respecto a su almacenamiento y transporte, especialmente si no se produce y consume en el mismo lugar.

La oportunidad existe tanto a nivel técnico, como ambiental, económico y social. La economía del Hidrógeno Verde está a la vuelta de la esquina y es necesario que la capacidad instalada de energías renovables crezca de manera exponencial para poder producir este combustible y que las políticas públicas y la regulación acompañen para ser parte de la próxima oportunidad global que se abre en el mundo de la energía.

Fuente: Revista Energía Perú

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