Sostenibilidad energética

domingo.guinea@csic.es
LERH CAR CSIC-UPM-UIMP
SOSTENIBILIDAD ENERGÉTICA:
PREGUNTAS Y RESPUESTAS
Dr. D.Guinea
http://www.car.upm-csic.es/lerh/index.php/es/

ALGUNAS PREGUNTAS SOBRE SOSTENIBILIDAD
D.GUINEA 2
• 1. ¿Por qué es necesario buscar una alternativa al modelo energético actual?
• 2. ¿Cuáles son las fuentes de energía renovable más abundantes? ¿Son suficientes
para satisfacer la demanda actual y la futura?
• 3. ¿Cuándo será posible técnica y económicamente un esquema de energía
sostenible? ¿En todos los países?
• 4. Industria, transporte y edificios son los grandes sectores de consumo. ¿Es
posible ofrecer una respuesta sostenible en los tres casos?
• 5. Si hay energía suficiente y competitiva ¿por qué no se utiliza? ¿Qué problemas o
inconvenientes plantea?
• 6. Una casa autosuficiente ¿Es hoy posible? ¿Cuánto costaría sobre una
construcción normal? ¿Podrían ser edificios en altura?
• 7. Hay posibilidad de un transporte sostenible. ¿Qué prestaciones tendría?
¿Compatible y competitivo con los medios actuales? ¿Solo para la ciudad o también
interurbano?

FUENTES DE ENERGÍA

domingo.guinea@csic.esD.GUINEA 4

DATOS FRENTE A ESTIMACIONES
D.GUINEA 6
"Seneca curve" of world crude oil production

domingo.guinea@csic.es2008_03_04 D.Guinea CSIC
LA EFICIENCIA COMO RECURSO
16% al usuario
41% pérdidas
evitables
43% otras
pérdidas
Fuente de energía Transporte
Transformación
Uso
Sociedad
desarrollada
Miller 1993

ENERGÍA PARA:
• Aplicaciones estacionarias
• Vivienda, sector terciario, escuelas
• Industria
• Fábricas, agrícola, pesquera
• Transporte
• Pasajeros, mercancías
D.GUINEA 8http://www.car.upm-csic.es/lerh/index.php/es/

ENERGÍA SOSTENIBLE: CUANTO?
• Fusión Nuclear
• Fuentes renovables
• Geotérmica 0,3 TW
• Gravitacional 3 TW
• Solar 174.000 TW
• Agua
• Viento
• Olas
• Termo-FV
D.GUINEA 9

ENERGÍA SOLAR EN AFRICA
D.GUINEA 10

domingo.guinea@csic.es 11
LA ENERGÍA PERDURABLE
Energía solar FV para cubrir las necesidades de
• El Mundo
• Europa 28
• Alemania

COSTE COMPARATIVO
D.GUINEA 12

GENERACIÓN EÓLICA MUNDIAL
D.GUINEA 13

PERFIL DE DEMANDA ELÉCTRICA
D.GUINEA 14

VIENTO Y POTENCIA ELÉCTRICA
Incorporación de un modelo de generador eólico al
análisis de flujos dinámicos de potencia
D.GUINEA 15

ENSAYOS: EL SOL DISPONIBLE
-200
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
00:00:03
00:58:03
01:56:03
02:54:03
03:52:03
04:50:03
05:48:03
06:46:03
07:44:03
08:42:03
09:40:03
10:38:03
11:36:03
12:34:03
13:32:03
14:30:03
15:32:03
16:30:03
17:28:03
18:26:03
19:24:03
20:22:03
21:20:03
22:18:03
23:16:03
RadiaciónW/m2
Tiempo
Radiación 09/06/2015
D.GUINEA 16

Edificios autosuficientes

La energía del entorno es suficiente para los edificios
solo necesitan una gestión adecuada en captura, acumulación y uso
Prototipo
OIKOS
Expo Zaragoza 2008
D.GUINEA 19

domingo.guinea@csic.esdomingo.guinea@csic.es
medio
ambiente
innovación
sostenibilidad
tecnología
seguridad
Captura híbrida
fotovoltaica y
térmica
Acumulación
térmica
Diseño / armonía
Gestión y control
integral inalámbricos
Edificios autosuficientes. Industrialización

Características del edificio
• Envolvente con capa termo-fotovoltaica
integrada
• Envolvente con aislante y cámara de fluido
circulante
• Transporte de calor y frío por arrastre
controlado de fluidos
• Acumulación en subsuelo y materiales de
cambio de fase
• Cimentación con acumulación térmica
• Renovación de aire con recuperación
• Huecos de apertura automatizada

La vivienda inteligente
• Red de área local con potencia
similar a la de un teléfono
móvil o un PC
• Capaz de medir y controlar:
• La actividad y comodidad
interior
• Los recursos disponibles en
el exterior
• La cantidad y calidad de la
energía acumulada
• Con interlocutores diferentes:
• Los ocupantes del edificio
• El equipo de mantenimiento
• El equipo de desarrollo
• Garantía de que la energía casi
cero es posible
• Comportamiento flexible con
capacidad de adaptarse y
aprender de los usuarios y del
entorno

La cadena de frío

EL FRIO SOLAR ES APROPIADO SI:
• El coste de la electricidad es elevado o
• No existe acometida eléctrica o
• La red eléctrica es poco fiable
• Se requieren garantías de conservación y
• La radiación solar es media-alta o existen
• Otras fuentes renovables y no controlables
• O es grande la diferencia de tarifa valle/pico

PLANTEAMIENTO
• Acumulación de frío en material de cambio de fase
• A temperatura próxima a la de uso
• En masa suficiente para garantizar la refrigeración
continua y estable
• Utilizando energía eléctrica FV solo durante el
periodo solar, u otra fuente disponible.

VENTAJAS
• Temperatura estabilizada por la de fusión del material utilizado.
• Elevada capacidad de almacenamiento térmico. Densidad de
energía 180kWh/kg (5-6 veces superior a las baterías Pb-ácido
30kWh/kg
• Coste muy inferior a los acumuladores electro-químicos. Coste
3-4 veces inferior. Ciclabilidad ilimitada. Contaminación nula,
libres de Pb.
• Utilizable en cámaras de refrigeración móviles
• Con fuentes de energía de naturaleza diversa: solar, eólica, red
eléctrica, etc.

ESQUEMA BÁSICO
Red eléctrica
tarifa valle
Generador
solar
Generador
eólico
Máquina
térmica
Acumulador
en MCF
Frío
doméstico
Frío
Industrial
Transporte
refrigerado
D.GUINEA 27

Agua del aire

ISLA DE FOGO.
CONDENSACIÓN EN LADERA
D.GUINEA 29

1 DE MAYO EN S. VICENTE
Temperatura: 21ºC
Humedad relativa: 80%
Velocidad del viento: 30km/h
D.GUINEA 30

AGUA ATMOSFÉRICA
• Condensación aproximada -> 5g/m3
• Velocidad del viento 30km/h
• Caudal de aire por m2 de sección -> 30.000 m3/h m2
• Agua generada -> 150 kg/h m2 -> 3,6Tm / m2 dia
• Pantalla de 100 m2 -> 1.314.000 m3/año
D.GUINEA 32

Material de
Cambio de Fase
BARRERAS DE NIEBLA
D.GUINEA 33

Micro-termo-concentración

CONCENTRACIÓN SOLAR
D.GUINEA 35

MICRO-TERMO-SOLAR
Material de cambio
de fase 250ºC
D.GUINEA 36

Hidrógeno de los residuos

LA ENERGÍA DE LOS RESIDUOS
(DATOS EXPERIMENTALES PROPIOS)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1V(V)
I(mA)
4.5g KOH
6.0g KOH
15,0g KOH
30,0g KOH
45,0g KOH
ηv = εo/V=
1,22/0,75 =
1,627
Caudal de hidrógeno
desde la disolución de
Urea
Rendimiento en la energía
química generada desde la
aportación eléctrica
38D.GUINEA

Y SOLO HIDRÓGENO
N2
O2
H2
D.GUINEA 39

ELECTROLISIS ASISTIDA
D.GUINEA 40

TIPOS DE RESIDUOS
• Urbanos:
• Lodos de depuradora
• Industriales:
• Subproductos de biodiesel
• Agrícolas
• Fabricación de azúcar, alpechines, zumos
• Ganaderos
• Purines de los cerdos, queseras
• Forestales
• Fábricas de papel
• Pesqueros
• Conserveras

DEL SOL Y AGUA RESIDUAL
Al H2 y
agua limpia
D.GUINEA 42

HIDRÓGENO DESDE GASIFICACIÓN POR
PLASMA DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS
D.GUINEA 43

Transporte solar

LA CADENA DE LA ENERGÍA EN EL TRANSPORTE
40% DEL CONSUMO EN ESPAÑA
D.GUINEA CSIC

ENERGÍA EN EL TRANSPORTE ACTUAL
La garantía de suministro energético y la mitigación del impacto
medioambiental son dos de los objetivos más importantes que
asoman directamente ante la problemática de la dependencia de
los combustibles fósiles.
Procedente del petróleo casi por completo

Carbón
Petróleo
Electricidad
Solar/Biomasa
Estación de Gas
M FC
Hidrógeno
Conductos
Reformado a bordo
Híbrido pila de combustible
Liquid
Fuel
Conducto
Ｈ２
Natural
Gas
Hidrógeno
Hidrógeno
Hidrógeno
Combustion interna
Híbrido Gasolina
Híbrido Diesel
Hidrogenera
CNG、GTL
Gasolina
Vehículos a gas CNG,GTL
Eléctrico
Electrolinera
Combustible líquido
（CHF)
Hidrógeno
DIVERSIFICACIÓN DE LOS RECURSOS
Híbrido FC
Fuentes de energía
D.GUINEA CSIC

• España en 2003 gastó en transporte unos 40M de TEP
(40% consumo total de energía).
• La radiación solar directa promedio en la Península
es de 1600kWh/m2 año
• La red viaria española tiene 1,2 km /km2
• La radiación solar “inútil” sobre la red viaria es una
20 veces superior al consumo de todos los vehículos.
¿Como aprovechar esa energía
para mover un vehículo?
El balance en España
D.GUINEA CSIC

Transporte Solar
• Integración de las redes de transporte de
pasajeros, mercancías, energía e
información.
• Eficiencia en la captura, conversión,
almacenamiento y uso de la energía.
• Conservación de los recursos existentes.
• Desarrollo de los medios renovables
autóctonos.
• La conservación del medio ambiente.

domingo.guinea@csic.esD.GUINEA CSIC

TRANSOL. INFRAESTRUCTURA. VEHÍCULO
• Carga 250kg
• Alimentación desde la banda de rodadura .
• Temperaturas de entre -10 y 50 ºC
• Guiado y compensación lateral de esfuerzos.
• Ancho máximo del vehículo limitado por la infraestructura fija:
1.5m

domingo.guinea@csic.es Tanque de hidrógeno
Pila de combustible
TRANSOL. FLUJOS DE ENERGÍA

TRANSOL 2: SUSPENSIÓN EN CATENARIA

TRANSPORTE DE PASAJEROS

O DE CARGA

CONCLUSIONES PROTOTIPO TRANSOL
• Existe tecnología disponible para el transporte de pasajeros
o mercancías haciendo uso exclusivo de la energía solar.
• La captura, acumulación y uso local de la energía solar, junto
al empleo de vehículos ligeros, optimiza la infraestructura y
multiplica las posibilidades de transporte.
• Los sistemas de gestión de energía sobre la infraestructura
estacionaria permiten el uso de vehículos pasivos o semi-
pasivos muy livianos.
• Existe tecnología disponible para el transporte de pasajeros
o mercancías haciendo uso exclusivo de la energía solar

A UN COSTE REDUCIDO
fc
convencional
CERCANÍAS
Transp.
SOLAR
Ligero
fc alta
velocidad
Transp.
SOLAR
AVE
Infraestructura M€/ km 10,0 0,6 15,0 1,2
Superestructura M€/ km 2,0 0,3 3,0 1,0
Señalización y
comunicaciones M€/ km 2,0 0,2 2,0 0,3
Mantenimiento infra y
superestr. M€/ km 0,1 0,1 0,1 0,1
Coste vehículo M€/ km 6,0 0,1 25,0 0,5

PROTOTIPO 3 DE TRANSOL EN CURSO

DESARROLLO SOSTENIBLE
• Energía específica para cada uso
• Integración en la aplicación
• Estabilización en demanda
• Inversión fraccionada y escalonada
• Amortización con el ahorro
• Formación de personal técnico
• Generación de empleo

POR UNA ENERGÍA PERDURABLE
D.GUINEA
60

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