Energías renovables (proyectos energéticos en el Ecuador)

Resumen

Un estudio sobre los tipos de energías renovables, que en la actualidad hay proyectos en marcha impulsados por el gobierno Ecuatoriano como son el proyecto hidroeléctrico Delsitanisagua y el proyecto Eólico Villonaco. Ventajas sobre el desarrollo de cada uno con respecto a desarrollo de energía eléctrica mediante uso de combustibles fósiles.

Index Terms-Energía renovables, proyectos, Delsitanisagua, Villonaco , combustible fósil.

Introducción

Para entender que son las energías renovables es necesario primero hacer un corto repaso algunos conceptos básicos como son: la energía, es que la energía es la capacidad que tienen los cuerpos para producir trabajo: trabajo mecánico, emisión de luz, generación de calor.

Al analizar la primera definición entendemos que la energía ha coexistido con el universo, por esta razón con la aparición del hombre comenzó su aprovechamiento. La energía se puede manifestar de un sin número de formas, térmico, radiante, me- cánico, eléctrico, químico, gravitacional, magnético, nuclear, etc. Cada una de ellas aprovechable de una u otra forma. El principio de conservación de la energía nos indica que la energía no se crea ni se destruye solo se transforma, esto quiere decir que la energía simplemente existe en la naturaleza y depende de los seres vivientes su explotación y transformación en energía aprovechable[14][17].

El hecho de cambiar combustible fósil por elementos re- novables creara un cambio dentro de la sociedad de mu- chas maneras, por ejemplo el uso de biocombustibles para el sector de transporte seria una alternativa que se puede desarrollar[1][10][20].

El sol tiene combustible (hidrógeno) para aproximadamente 5 mil millones de años mas antes de convertirse en una gigante roja, comience a enfriarse y por tanto deje de proporcionar energía a la tierra, por esta razón a las energías provenientes del sol y la Tierra se las denomina Inagotables o Renovables. Las ENERGÍAS RENOVABLES son aquellas cuyo poten- cial es inagotable ya que proviene de la energía que llega a nuestro planeta de forma continua, como la Hidráulica, Solar, Eólica, Biomasa, Geotérmica, Hidrógeno, Mareomotriz, Olas y Oceanotérmica[16]u.

A lo largo de la Historia, el hombre desde sus inicios aprovechó las energías renovables como su principal fuente de energía, desde hace 200.000 años el hombre solo aprovechaba su energía, transformada en fuerza muscular para cazar alimen- tos. Cuando el hombre descubrió el fuego, pudo aprovechar algunos de sus beneficios como calentamiento, cocina, forja de las herramientas y armas.

Hace unos 2000 años el hombre por fin comienza a usar la fuerza del agua mediante molinos para moler granos y hace200 (a.C.) años la fuerza del viento para hacer el mismo trabajo, claro que 4000 años antes de cristo el hombre uso la fuerza del viento para transporte de los barcos a vela. Hasta antes de la invención de la máquina a vapor ("Se quema el carbón, produciéndose calor, que es utilizado para evaporar agua, y el vapor a su vez se usa para accionar dispositivos mecánicos" (ITC, 2008)), en el siglo 18 la energía de origen no animal para el trabajo mecánico solo era el agua o el viento, pero a partir de este momento fecha crucial donde se comienza la revolución industrial determinando el inicio de la era de la explotación de los combustibles fósiles en detrimento de las energías renovables[11].

La principal ventaja de la aparición de la maquina de vapor fue su movilidad y disponibilidad, la materia prima (carbón) podía ser transportado a cualquier sitio. "El requerimiento energético durante la revolución industrial fue satisfecho ini- cialmente mediante la quema de la madera y posteriormente del carbón. El gas sirvió como combustible para iluminación y calefacción desde fines del siglo 18, mientras que el uso del petróleo se inició efectivamente tras la invención del motor de combustión interna." (Miño, 2003) Los impactos negativos producidos por el uso de combustibles fósiles como la con- taminación ambiental y el calentamiento global, a mediados de siglo 20 volvieron a dar un impulso al uso de las energías Renovables[2][8].

Tipos de energías renovables

Existen diferentes tipos de energías renovables, pero como indicamos anteriormente casi todas se derivan del sol, así como de sus fenómenos asociados, como la luz, el magnetismo y la atracción de la gravedad[3][8][9]. Las energías renovables mas reconocidas son las siguientes:

II-A. Energía Hidráulica

Es la energía renovable mas convencional que existe es una derivación tecnológica del aprovechamiento del agua por civilizaciones antiguas, la energía hidráulica aprovecha el movimiento natural o forzado del agua para generar energía eléctrica, esto se debe a que el agua hace girar una turbina conectada a un generador eléctrico, produciéndose así la electricidad. La energía hidráulica es la mas utilizada de las energías renovables por ser la mas constante y previsible[6][7]. En la figura 1 se puede apreciar una simulación realizada de la represa del rio zamora, la cual es uno de los proyecto ener- géticos presentados por la corporación eléctrica del Ecuador, donde aprovecha el potencial hidroeléctrico para convertirlo en energía

Figura 1. Represa de la Hidroelectrica Delsitanisagua

II-B. Energía solar

La energía solar directa puede ser aprovechada principal- mente de dos formas:

II-B1. Energía solar fotovoltaica: Esta energía transfor- man la radiación solar mediante paneles de silicio directamente en electricidad. El estudio de este tema es muy corto y no pro- fundizaremos, pero es un campo de investigación amplio[3][4]. Como se puede ver en la figura 2 se puede apreciar como radiación solar entregada se transforma en energía continua y esta pasa a través de un almacenador el cual va a un inversor encargado de transformar a energía alterna y asi ser distribuido a sus equipos que se desea utilizar. Debido a que el recurso solar es muy abundante en toda la superficie terrestre, esto lo hace una energía muy interesante.

Figura 2. Energía Solar Fotovoltaica

II-B2. Energía solar térmica: Esta energía utilizan el calor de la radiación solar concentrada para calentar un fluido y bien o producir vapor para mover generadores o usar el calor del fluido para calefacción[3].

II-C. Energía Eólica

Es la energía contenida en el movimiento de una masa de aire producida por una diferencia de temperatura. El aire al ser calentado varía su densidad y por lo tanto también varia la presión atmosférica y las diferencias barométricas que ponen en movimiento las masas de aire[8][9]. En la figura 3 se puede apreciar donde se van a desarrollar el parque villonaco, uno de los proyectos energéticos. Donde se aprovecha muy bien el movimiento del aire para asi transforma toda esta presión del aire en energía.

Figura 3. Cumbre del cerro Villonaco

II-D. Energía de biomasa

Se llama energía de Biomasa a la basada en la transforma- ción de la materia orgánica, manejando casi siempre procesos de combustión. Esta materia orgánica bien puede ser natural como son madera y arbustos que crecen sin ser sembrados, re- siduales que pueden ser productos como basura o excrementos así como materiales orgánicos sobrantes de otros procesos, o pueden ser cultivados. Existen productos procedentes de la transformación física, química o biológica de las fuentes de biomasa que se pueden utilizar como combustibles.

II-E. Mareomotriz

Las mareas son un fenómeno climático producido por la fuerza gravitacional de la luna y su interacción con el eje rotacional de la tierra. La energía se produce al hacer pasar el agua de la marea alta a través de un ducto donde se encuentra una turbina, el agua llena un embalse que cuando la marea baje pasará moviendo la turbina en su flujo de regreso al mar.

II-F. Olas

La energía de las olas es la energía contenida en la masa de agua que compone una ola y en su movimiento oscilatorio hacia arriba y hacia abajo y puede ser utilizada para mover una turbina.

II-G. Energía geotérmica

Es la energía procedente del calor interno del planeta, se puede explotar filtrando cantidades de agua para que con el calor existente en las profundidades produzcan vapor y este vapor ser aprovechado para por medio de tuberías mover tur- binas y por medio de un generador producir electricidad[18].

Centrales generadoras de energía

Ecuador, un país el cual uno de sus objetivos es tener un sustento eléctrico capaz de cubrir la demanda interna y ser capaces de exportar, como lo seria a sus naciones vecinas como Colombia, Perú, Chile[8]. Se utiliza y explota las corrientes de viento y de los ríos para así impulsar 2 de los proyectos presentes en al actualidad como son:

Proyecto Eólico Villonaco

Proyecto HidroEléctrico o Delsitanisagua

Figura 5. Partes princicpales del aerogenerador

III-A. Proyecto Eólico Villonaco

Este proyecto se encuentra ubicado en la provincia de Loja(a 4 kilómetros de su capital, entre los cantones de loja y catamayo), desde la propuesta de energía limpia y sustento energético, se planteo un proyecto el cual utilizara recursos eólicos, de esa idea se decidió la construcción del parque eólico el cual su función es el desarrollo de energía eléctrica mediante el uso del recurso eólico que se encuentra presente en la zona. Este es uno de los proyectos ya establecidos dentro del país. En la figura 4 se puede apreciar la ubicación de los aerogeneradores, es importante recalcar que la ubicación, disposición y estudio del terreno fueron necesarios para la posición de cada aerogenerador.

Figura 4. Disposición de Aereogeneradores

Uno de los datos importantes, es que segun datos tomados en la zona, se encontró que la velocidad del viento promedio anual es de 12.4 m/s, así creando una generación de energía anual de 59.57 GWh/año[8].

Cada aerogenerador modelo 70/1500 GW esta compuesto por una torre que mide 62.8 m, una gondola, generador de imanes permanentes, un buje y por ultimo 3 palas de 34 m de largo cada una. En al figura 5 se puede apreciar cada una de las partes que componen un aerogenerador 70/1500 GW.

Existe un circuito de interconexion entre cada aerogenerador a 34500v, cuentan con una subestación de elevación de voltaje de 34500v a 69000v para asi ser transportada desde el parque hasta el punto de conexión con la subestación, la cual se encuentra a una distancia de 4.5 Km[8]. También se ha dispuesto la construcción de un centro de interpretación el cual dara acogida a los visitantes que deseen aprender, conocer y entender acerca del desarrollo de la energía eólica en el Ecuador.

III-A1. Beneficios del proyecto eólico: Gracias a esta nue-

va implementación se descartara al antiguo recurso de plantas energética a base de diésel(el cual es un combustible fosil) las cuales son dañinas(no a la contaminación) y aumentan el riesgo del efecto invernadero dentro de nuestro ambiente(no al calentamiento global). Teniendo así un ambiente libre y limpio[20].

III-B. Proyecto Hidroeléctrico Delsitanisagua

Este proyecto se encuentra localizado en el canto Zamora y aprovecha el potencial hidroenergético del río Zamora(como se puede observar en la figura 6) para la generación de energía, otra propuesta de generación de energía limpia creada por el gobierno donde el río Zamora juega un papel importante. Este proyecto consta de una presa de material de hormigo donde se libera el agua que a su vez sera tramitada a través de tuberías y así llega a 2 turbinas tipo Pelton con una potencia de generación de 60MW cada una, las cuales se encuentran dispuestas en una casa de maquinas[6]. Luego de este proceso se dispone ala restitución del agua utilizada al río Zamora.

Figura 6. Rio zamora

La energía potencial del agua llega a la turbina(como se puede apreciar en la figura 7) la cual se convierte en energía cinética, que luego pasa a través del rodete de la turbina la cual mueve al rotor del generador. Este producirá 13.8 Kv que luego sera enviada a al subestación encargada de elevar el voltaje a 138Kv[6].

Figura 7. Turbina Pelton

La potencia entregada es de 120 MW entregadas por cada turbina Pelton, aprovechando el flujo de la corriente y su caída que sera transmitida a la turbina[6].

III-B1. Beneficios del proyecto hidroeléctrico: Entregando así 926.6 GWh/año, se entrega alternativas de elaboración de energía. El mismo valor de 6850000 galones de diésel por año que serian entregados para la elaboración del mismo y eliminando así al emisión de 4955000 de toneladas de CO2 por año[6][20].

Conclusiones

Este es el comienzo, en futuro se podrá crear centrales inteligentes que a su vez tengan control de los procesos y la intervención humana no sea tan necesaria dentro de procesos repetitivos y arduos[12][13][19]. Los proyectos energéticos son ya una existencia y dan trabajos a muchas personas en todo el Ecuador.

Los proyectos eléctricos que usan energías renovables van a evitar que vaya al medio ambiente toneladas de CO2 por año y el ahorro por la compra de combustibles; Ej: Proyecto Villonaco evitara la emisión de 38 millones de toneladas CO2 y un ahorro $13 millones en combustibles fósiles; Pro- yecto hidroeléctrico Delsitanisagua evitara la emisión 4,955 millones de toneladas de CO2 por año; El proyecto Minas San Francisco evitara la emisión de 6,9 toneladas de CO2 por año. Recordemos que el CO2 es un gas de efecto invernadero que ha generado ya algunas dificultades en el clima[8][15].

Referencias

[1] Badruzzaman, Y.; Sarjiya; Nur Widiastuti, A., "Roadmap energy in special region of Yogyakarta to empower renewable energy source," Technology Management and Emerging Technologies (ISTMET), 2014

International Symposium on , vol., no., pp.285,290, 27-29 May 2014

[2] http://www.funiber.org/areas-de- conocimiento/ medio- ambiente- y-desarrollo- sostenible/ aplicacion- de-las-energias- renovables

[3] "El mundo sustentable de las energias renovables" Septiembre de

2011.[Online]. Avalible: http://www.findernet.com/sites/all/files/user_

70/ar_wp_energias renovables.pdf

[4] National Science Foundation award number DMR-0820518, Renewable

Energy Materials Research Science and Engineering Center

[5] E. J. Prietos, D. A. Ramirez "INNOVACIÓN Y DESARROLLO EN ENERGÍA ALTERNATIVAS", Universidad de cundinamarca

[6] Delsitanisauga-Corporacion Electrica del Ecuador Celec E.P. [online].

Ecuador, Disponible en : http://www.energia.gob.ec/delsitanisagua/

[7] Hidropaute-Corporacion Electrica del Ecuador Celec E.P. [online] Ecua- dor Disponible en : https://www.celec.gob.ec/hidropaute/

[8] Corporacion Electrica del Ecuador Celec E.P [online] Ecuador Dispo- nible en : https://www.celec.gob.ec/

[9] Ying Zuo; Hongyan Liu, "Evaluation on comprehensive benefit of wind power generation and utilization of wind energy," Software Engineering and Service Science (ICSESS), 2012 IEEE 3rd International Conference on , vol., no., pp.635,638, 22-24 June 2012

[10] Shen Jianfei, Wind Power Project Development and Evaluation, Econo- mist, vol. 5, pp.55-56, 2009.

[11] Zhao Weibing, Reflecting on Wind Energy Utilization in China, Solar, pp. 1 1- 14,2009

[12] Qiao Liangliang; Chen Qijuan; Li Junyi, "Study on the Development of Smart Hydropower Plants," Intelligent Systems (GCIS), 2012 Third Global Congress on , vol., no., pp.330,333, 6-8 Nov. 2012

[13] Chao Ma, "Short term hydropower dispatching optimization of cascaded hydropower stations based on two-stage optimization," Industrial and Information Systems (IIS), 2010 2nd International Conference on , vol.1, no., pp.230,233, 10-11 July 2010

[14] Memisevic, R.; Sanderson, P.; Choudhury, S.; Wong, B.-L.W., "Work domain analysis and ecological interface design for hydropower system monitoring and control," Systems, Man and Cybernetics, 2005 IEEE International Conference on , vol.4, no., pp.3580,3587 Vol. 4, 10-12 Oct. 2005

[15] Xiao-Hong Wan; Yu-Chun Wang; Huai-Dong Zhou, "Research of Green- house Gases (CH4 and CO2) Emission Flux in Baiyangdian Wetland," Intelligent System Design and Engineering Applications (ISDEA), 2013

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[16] Wang La-fang; Wang Shao-jun; Zeng Chen, "The empirical study on the efficiency of regional energy conservation and emissions reduction in China," Management Science & Engineering (ICMSE), 2014 Inter- national Conference on , vol., no., pp.1540,1546, 17-19 Aug. 2014

[17] Stefansson, V., "Global perspective on geothermal energy," Power Engi- neering Society Summer Meeting, 2002 IEEE , vol.1, no., pp.11 vol.1„25-25 July 2002

[18] Renner, J.L., "Geothermal energy in the United States," Power Enginee- ring Society Summer Meeting, 2002 IEEE , vol.1, no., pp.12,14 vol.1,

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[19] Mohideen, R., "The implications of clean and renewable energy de- velopment for gender equality in poor communities in South Asia," Technology and Society in Asia (T&SA), 2012 IEEE Conference on, vol., no., pp.1,6, 27-29 Oct. 2012

[20] Williams, A., "Role of fossil fuels in electricity generation and their environmental impact," Science, Measurement and Technology, IEE Proceedings A , vol.140, no.1, pp.8,12, Jan 1993

Autor:

Pablo Andres Sáenz Arias,

Universidad Politécnica Salesiana, Sede Cuenca