Necesidad de adecuar el sistema energético mundial Sistema Actual 1 millardo de personas utiliza una cantidad de energía equivalente mayor o igual a 2 kWe por persona • 5 millardos de personas utiliza una cantidad de energía equivalente menor o igual a 0.6 kWe por persona • El conjunto global de consumo es de unos 220 MMBD de petróleo equivalente o 4.8 x 1012We (TWe) • La mayor cantidad de energía utilizada es no renovable, contaminante, políticamente sensitivas y costosas para muchas personas Nuevo Sistema • Si cada persona consume al menos 2 kWe, en el 2050 los 10 millardos consumirían 20 TWe • Si deseamos que la especie humana perdure en la tierra el sistema energético que necesita la humanidad debe ser: limpio, seguro, sostenible y de bajo costo
El sol fuente inagotable de energía Las diferentes fuentes energéticas existentes en la tierra tienen su origen, directa o indirectamente, de la energía que recibe la tierra del sol:
Eólica Solar térmica
Solar PV Bio combustibles
Hidroeléctrica
Maremotriz
Geotérmica
Fósiles Nuclear
Potencial físico de energías renovables Radiación solar (tierra) = 1800 CPEG
Energía Eólica = 200 CPEG
Biomasa = 20 CPEG
Energía Geotérmica = 10 CPEG Energía Oceánica y de Oleaje = 2 CPEG
Energía Hidráulica = 1 CPEG
Consumo Primario actual de Energía Global Fuente: Nitsch, F. (2007): Technologische und energiewirtschaftliche Perspektiven erneuerbarer Energien. Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt. Elaboración: N. Hernández
Perfil de una nueva fuente energética
Como complemento de las existentes, la nueva fuente energética debe ser:
• No agotable, para prevenir conflictos futuros
• Ambientalmente limpia, para garantizar un mundo sostenible
• Continuamente disponible, para proporcionar la seguridad de carga base para todos los usuarios
• De uso directo, para permitir su uso eficiente con minima infraestructura
• De bajo costo, para un mayor acceso de todas las poblaciones
• De concretización en los próximos 20 a 30 años Fuente: nns.org Elaboración: N. Hernández
Si Si Si Si SBSP o EEES energético ( EROEI) No, Sequías, Planificación compleja
Capacidades limitadas. Pobre rendimiento Si
Si Si
Si Hidráulica
Bio-combustibles Fósiles
Nuclear
Eólica
Geotermal
Solar terrestre Carga Base?
Si
Si
No
Si
No Confiable?
Inminente pico
Costos, Disponibilidad, Políticas
No, intermitente
No, Disponibilidad limitada
No, intermitente Segura?
Si
Si
Si
Si
Si Limpia?
No
No
Si
Si
Si ¿ Cuales son las opciones energéticas? Fuente: nns.org Elaboración: N. Hernández
¿ Que es SBSP o EEES? La energía eléctrica espacial solar (EEES) o Space Base Solar Power ( SBSP), es la energía solar capturada en el espacio mediante grandes arreglos de celdas fotovoltaicas y transmitida a la tierra vía microonda (Wi Tricity) o de rayo láser a un receptor en la tierra (redtecnna) donde se convierte en energía eléctrica de carga base, o de energía de carga de baja intensidad, o en energía sintética. La luz del sol capturada en el espacio es más eficaz en el abastecimiento de energía continua de carga base comparada con la energía solar capturada en la tierra. EEES ha sido estudiado desde los años 70 por DOE, NASA, ESA, y JAXA, pero “ha caído generalmente a través de las grietas” debido a que no ha existido una organización responsable para desarrollar e implementar programas espaciales y de seguridad energética. Sin embargo, el presidente Obama contempla dentro de sus programa energético el desarrollo en los próximos 10 años de un prototipo semi comercial.
¿Cómo funciona el EEES? Los paneles solares del satélite capturan la energía de la luz solar y la envían a la tierra utilizando la tecnología de transmisión inalámbrica vía microondas Señales recibidas desde la antena receptora terrestre (verde) permiten al satélite corregir continuamente la dirección de envío de energía al punto receptor
Fuente: nns.org Elaboración: N. Hernández
Ventajas del EEES
• Menos atmosfera permite obtener mayor energía por área
• Cualquier lugar de la tierra puede recibir la energía solar obtenida del EEES
• La estación puede proporcionar energía 96 % del tiempo
• Los paneles solares no ocupan superficie terrestre • Suficiente espacio en el espacio
• Promueve el desarrollo espacial, solar y transmisión de la energía inalámbrica Foto: Nasa Fuente: nns.org Elaboración: N. Hernández
Ventajas del EEES • No es necesario equipos de almacenamiento de energía (baterías) • El calor generado es arrojado al espacio
• No contaminación del agua o aire al producir la energía
• Requieren de poco personal para operarlas y las rectecnnas permiten, debajo de ellas, el desarrollo agrícola Foto: Nasa Fuente: nns.org Elaboración: N. Hernández
Ultima caminata espacial en la reparación del telescopio Hubble (17-05-09)
Solar espacial Intensidad Solar 1366 W/m2 No hay noche Minima acción del tiempo Solar Terrestre Intensidad Solar 1000 W/m2 Perdidas por mal tiempo 12 h de noche Comparación EEES vs solar terrestre 60 % mas eficiente Fuente: nns.org Elaboración: N. Hernández
Electricidad Estación Espacial Solar (EEES) … Algunas dimensiones
Siempre orientada hacia la tierra Orbita geo estacionaria
24 horas 36000 Km en el ecuador Concepto básico de una EEES EEES Siempre orientado hacia el sol Elaboración: N. Hernández
1 Km 1 Tw/día * 365 días/año = 365 Tw-año
Ajuste de eficiencia, posición geo espacial de la EEES y corrección de tiempo orbital
212 Tw-año 35786 Km
EEES estacionario
Reservas mundiales de petróleo (2008) 1258 millardos de barriles = 244 Tw Midiendo la potencialidad de EEES
365 días
35786 Km Tw = 10 12watios
Fuente: nns.org Cada Km de la banda recibe cada año 212 Tw, el 87 %, equivalente energéticamente a todas las reservas de petróleo para el 2008
Elaboración: N. Hernández
Fuente: nns.org
10 Km S E 8 Km 2Km Rectenna: Antena terrestre rectificadora para convertir directamente energía en forma de microondas a electricidad directa (DC) 13 Km Conversión de corriente DC a AC Prototipo de una EEES para 5 Gw-año
E = A*D* Fc * 365
E = 2 * 8 * 1.4 * 0.58 * 365 = 4.8 Gw-año Elaboración: N. Hernández
¿Qué significa una EEES de 5 Gw-año? Mundo
Japon
Venezuela Cantidad de EEES de 5 Gw
807
198
104
51
44
24
19
5 2006.Capacidad Instalada (Gw)
4034
986
518
251
218
120
93
22
Algunos problemas a resolver con respecto a la Rectenna • Su cercanía necesaria a las ciudades para minimizar perdidas operacionales
• Utilización de áreas significativas para su instalación
• Aunque es la misma cantidad por exposición asociada a teléfonos celulares y uso del microonda, resistencia de la población por posibles efectos a la salud
• Interferencia con otros equipos y dispositivos electrónicos
Los equipos de generación eléctrica (molinos o celdas solares) a gran escala solo proporcionan entre 25 a 30 % de la carga diaria, mientras que en la EEES es disponible en un 99 % todo el año en una orbita estacionaria por lo que puede ser utilizada como carga base. Las plantas eléctricas de carbón o nucleares pueden proporcionar carga base en un 90 % al año. Por otra parte, la EEES no requiere de ningún combustible por lo que hay cero contaminación. EEES es la fuente energética mas limpia y con una carga base ilimitada.
0.15
0.10
0.05
0 0.35
0.30
0.25
0.20 0 20000 40000 60000 Inversión ($/Kw) Costo ($/Kwh)
0.40 Premisas • Sustitución de una planta a carbón
• Costo operación = 3 % de la inversión • Horizonte económico = 20 años • Depreciación = línea recta • Beneficio por no emisión de CO2 = 50 $/tonelada • Emisión teórica de CO2 = 1.35 T/Mwh C = 0.008 * I Donde, I, en miles de $ C, $/Kwh Una aproximación económica de una EEES
Torre Solar + Paneles PV
Torre Solar 0.044
0.052 0.250
0.263
0.265 Costo Generación de Electricidad ($/Kwh) Solar PV
Nuclear
Carbón (75 % de secuestro)
Elaboración: Nelson Hernández Planta a Gas
Solar Concentrada (PV)
Parque Eólico
Geotérmica
Maremotriz
Planta a Carbón 0.131
0.143
0.145
0.153
0.156
0.161
Proyecto SPS 2000
Proyecto energético (no espacial) desarrollado por Japón Mas información : http://www.spacefuture.com/power/sps2000 Satélite LEO (orbitando a 1100 Km)
Orbitas al día: 16
Capacidad: 10 Mw
Costo: Entre 100 – 300 MM$
Rectennas: En el ecuador
Energía: entrega 200 segundos de energía por cada orbita (100 Kwh)
Posibles diseños
Duke está cerca del Cráter Plum en la Luna
Foto NASA:
La nave Apolo 16 pasó tres días en la Luna en Abril de 1972, siendo la quinta de seis misiones alunizadoras. La Apolo 16 fue famosa por instalar y utilizar un telescopio ultravioleta en lo que fue el primer observatorio lunar, y por recolectar rocas y datos sobre las misteriosas tierras altas de la Luna.
En esta foto, el astronauta John W. Young fotografía a Charles M. Duke, Jr. recolectando muestras de rocas en el sitio de alunizaje Descartes.
cráter Plum, mientras que el vehículo explorador lunar espera aparcado en el trasfondo.
El vehículo explorador lunar permitió que los astronautas viajaran grandes distancias para investigar las características superficiales y recolectar rocas. Mientras tanto, arriba, Thomas K. Mattingly orbita en el Módulo de Comando.
La luna como Estación Eléctrica Espacial Solar (EEES o SBPS)
en el tope de la montaña
Transmisión inalámbrica por robots desde los cráteres Comunicación directa Orbita lunar Polo Norte • Los rayos del sol son siempre horizontales en el polo Norte y Polo Sur • Nunca hay luz en los cráteres • Siempre hay luz en las montañas
Polo Sur
Generación eléctrica solar
Lecciones aprendidas • La electricidad es la forma de energía que mas utiliza la humanidad • El crecimiento de la población mundial, las necesidades energéticas y el impacto al hábitat del hombre requiere de un nuevo esquema energético mundial • El perfil de la nueva fuente energética debe ser: no agotable, limpia, disponibilidad continua, de uso directo y de bajo costo. • De las opciones energéticas actuales la EEES es la que mejor cumple con el perfil buscado • El desarrollo comercial de EEES requiere del interés y apoyo de las instituciones gubernamentales, especialmente, de los países desarrollados
La decisión de ir a la luna:
Discurso del 25 de mayo de 1961 del presidente John F. Kennedy antes de una sesión común del congreso, en Washington DC, de los E.E.U.U. El Vice presidente Lyndon Johnson (izquierda) y el vocero de la Casa Blanca, Sam Rayburn (derecha). Durante este discurso, Kennedy hizo la siguiente declaración famosa: " … Creo que esta nación debe confiar en alcanzar la meta, antes de que esta década finalice, de poner a un hombre en la luna y de regresarlo con seguridad a la tierra. No hay proyecto espacial, en este período, que impresione mas a la humanidad, o más importante en la exploración del espacio a largo alcance; y ninguno será tan difícil o costoso de lograr como el primer viaje a la luna … ". El aterrizaje de luna fue alcanzado en julio de 1969. … Si ya se hizo una vez
Foto NASA: Los astronautas Robert Curbeam y Christer Fuglesang trabajan en la estación espacial internacional mientras ésta sobrevuela Nueva Zelanda (diciembre 2006) … por que no hacerlo nuevamente
… Muchas Gracias
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