Microgeneración
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| Energía sostenible |
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La microgeneración es la producción a pequeña escala de calor o energía eléctrica a partir de una "fuente con bajas emisiones de carbono", como alternativa o complemento a la energía tradicional conectada a la red centralizada.
Las tecnologías de microgeneración incluyen turbinas eólicas de pequeña escala , microcentrales hidroeléctricas , sistemas solares fotovoltaicos , celdas de combustible microbianas , bombas de calor geotérmicas y microinstalaciones combinadas de calor y energía . [1] Estas tecnologías a menudo se combinan para formar una solución de energía híbrida que puede ofrecer un rendimiento superior y un costo menor que un sistema basado en un generador. [2]
Historia
En Estados Unidos, la microgeneración tuvo sus raíces en la crisis del petróleo de 1973 y la Guerra del Yom Kippur , que impulsaron la innovación. [3]
El 20 de junio de 1979 se instalaron 32 paneles solares en la Casa Blanca . [4] Las células solares fueron desmanteladas 7 años después durante la administración Reagan. [5]
El uso de la calefacción solar de agua se remonta a antes de 1900 [6] , cuando "la primera célula solar práctica fue desarrollada por Bell Labs en 1954". [7] "A la Universidad de Delaware se le atribuye la creación de uno de los primeros edificios solares, "Solar One", en 1973. La construcción funcionaba con una combinación de energía solar térmica y solar fotovoltaica. El edificio no utilizaba paneles solares, sino que la energía solar se integraba en el tejado". [8]
Tecnologías y configuración
Central eléctrica
Además de la planta de producción de electricidad (por ejemplo, turbinas eólicas y paneles solares), normalmente se necesita y/o prevé infraestructura para el almacenamiento de energía y la conversión de energía y una conexión a la red eléctrica regular . Aunque una conexión a la red eléctrica regular no es esencial, ayuda a reducir los costos al permitir esquemas de compensación financiera . Sin embargo, en el mundo en desarrollo, el costo inicial de este equipo es generalmente demasiado alto, por lo que no queda otra opción que optar por configuraciones alternativas. [9]
Se necesita equipo adicional además de la planta de energía
El conjunto de equipos necesarios para poner en marcha un sistema operativo y para la generación fuera de la red y/o la conexión a la red eléctrica se denomina aquí equilibrio del sistema [10] y se compone de las siguientes partes en el caso de los sistemas fotovoltaicos:
Aparato de almacenamiento de energía
Un problema importante con los sistemas solares y eólicos fuera de la red es que a menudo se necesita energía cuando el sol no brilla o cuando el viento está en calma; esto generalmente no es necesario para los sistemas puramente conectados a la red:
- una serie de baterías de ciclo profundo , estacionarias o selladas que no requieren mantenimiento (la solución más común) [11]
u otros medios de almacenamiento de energía (por ejemplo, pilas de combustible de hidrógeno , almacenamiento de energía mediante volante de inercia , energía hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo , tanques de aire comprimido , ...) [12]
- un controlador de carga para cargar las baterías u otros dispositivos de almacenamiento de energía
Para convertir la energía de la batería de CC en CA, como lo requieren muchos electrodomésticos, o para alimentar el exceso de energía a una red eléctrica comercial:
- Un inversor o inversor interactivo con la red . El conjunto también se denomina a veces "equipo de acondicionamiento de energía".
Equipo de seguridad
- Tomas de tierra , interruptores de transferencia o seccionadores y protectores contra sobretensiones . El conjunto también se denomina a veces "equipo de seguridad".
Por lo general, en la microgeneración para hogares en el mundo en desarrollo, se utilizan sistemas de cableado doméstico prefabricados (como arneses de cableado o unidades de distribución prefabricadas). [13] Las cajas y cables de cableado doméstico simplificados, conocidos como arneses de cableado, se pueden comprar y montar fácilmente en el edificio sin necesidad de tener muchos conocimientos sobre el cableado en sí. Por lo tanto, incluso las personas sin conocimientos técnicos pueden instalarlos. También son comparativamente baratos y ofrecen ventajas de seguridad. [14]
- Medidores de batería (para velocidad de carga y voltaje ), y medidores de consumo de energía y suministro de electricidad a la red eléctrica regular.
Específico de la turbina eólica
Con turbinas eólicas, plantas hidroeléctricas, ... el equipo adicional necesario [15] [16] [17] [18] es más o menos el mismo que con los sistemas fotovoltaicos (dependiendo del tipo de turbina eólica utilizada), [19] pero también incluye:
- un interruptor de desconexión manual
- Fundación para la torre
- sistema de puesta a tierra
- dispositivos de apagado y/o carga ficticia para uso en caso de vientos fuertes cuando la energía generada excede las necesidades actuales y la capacidad del sistema de almacenamiento.
Energía vibroeólica
Se está desarrollando una nueva tecnología de energía eólica que convierte la energía de las vibraciones del viento en electricidad. Esta energía, llamada tecnología Vibro-Wind, puede utilizar vientos de menor fuerza que los aerogeneradores normales y puede colocarse en casi cualquier lugar.
Un prototipo consistía en un panel montado con osciladores hechos de piezas de espuma. La conversión de energía mecánica a eléctrica se realiza utilizando un transductor piezoeléctrico, un dispositivo hecho de cerámica o polímero que emite electrones cuando se somete a tensión. La construcción de este prototipo estuvo dirigida por Francis Moon, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Universidad de Cornell . El trabajo de Moon en tecnología vibroeólica fue financiado por el Centro Atkinson para un Futuro Sostenible en Cornell. [20] La energía vibroeólica aún no es comercialmente viable y se encuentra en las primeras etapas de desarrollo. Se necesitará un progreso significativo para comercializar esta iniciativa en su etapa inicial.
Configuraciones posibles
Son posibles varias configuraciones de microgeneración, que son:
- Configuraciones fuera de la red que incluyen:
- Configuraciones fuera de la red sin almacenamiento de energía (por ejemplo, batería, ...)
- Configuraciones fuera de la red con almacenamiento de energía (por ejemplo, batería, ...)
- Estaciones de carga de baterías [21]
- Configuraciones conectadas a la red que incluyen:
- Conectado a la red con respaldo para alimentar cargas críticas
- Instalaciones conectadas a la red sin esquema de compensación financiera
- Instalaciones conectadas a la red con medición neta
- Instalaciones conectadas a la red con compra y venta neta [22]
Todas las configuraciones mencionadas pueden funcionar en una sola planta eléctrica o en una combinación de plantas eléctricas (en cuyo caso se denomina sistema eléctrico híbrido ). Por razones de seguridad, las configuraciones conectadas a la red deben apagarse automáticamente o entrar en un "modo anti-isla" cuando se produce un fallo en el suministro eléctrico de la red eléctrica. Para obtener más información sobre esto, consulte el artículo sobre el estado de isla .
Costos
Dependiendo de la configuración elegida (plan de compensación financiera, planta de energía, equipo adicional), los precios pueden variar. Según Practical Action , la microgeneración en el hogar que utiliza la última tecnología de ahorro de costos (arneses de cableado, tableros listos para usar, plantas de energía baratas de bricolaje, por ejemplo, turbinas eólicas de bricolaje) el gasto doméstico puede ser extremadamente bajo. De hecho, Practical Action menciona que muchos hogares en comunidades agrícolas en el mundo en desarrollo gastan menos de $ 1 en electricidad por mes. [23] Sin embargo, si las cosas se manejan de manera menos económica (utilizando sistemas/enfoques más comerciales), los costos serán dramáticamente más altos. En la mayoría de los casos, sin embargo, la ventaja financiera todavía se obtendrá utilizando microgeneración en plantas de energía renovable; a menudo en el rango de 50-90% [24] ya que la producción local no tiene pérdidas de transporte de electricidad en líneas eléctricas de larga distancia o pérdidas de energía por el efecto Joule en transformadores donde en general se pierde el 8-15% de la energía. [25]
En el Reino Unido, el gobierno ofrece subvenciones y pagos de retroalimentación para ayudar a las empresas, comunidades y hogares particulares a instalar estas tecnologías. Las empresas pueden deducir el costo total de la instalación de los beneficios imponibles, mientras que los propietarios de viviendas reciben una subvención a tanto alzado o pagos por kWh de electricidad generada y devuelta a la red nacional. Las organizaciones comunitarias también pueden recibir hasta 200.000 libras esterlinas en subvenciones. [26]
En el Reino Unido, el Sistema de Certificación de Microgeneración proporciona aprobación para instaladores y productos de microgeneración, lo cual es un requisito obligatorio de los esquemas de financiación como las tarifas de alimentación y el incentivo de calor renovable.
Paridad de red
La paridad de red (o paridad de enchufe ) se produce cuando una fuente de energía alternativa puede generar electricidad a un costo nivelado de energía (LCOE) que es menor o igual al precio de compra de energía de la red eléctrica . Se considera que alcanzar la paridad de red es el punto en el que una fuente de energía se convierte en un candidato para el desarrollo generalizado sin subsidios ni apoyo gubernamental. Se cree ampliamente que se producirá un cambio generalizado en una generación hacia estas formas de energía cuando alcancen la paridad de red.
La paridad de red se alcanzó en algunos lugares con energía eólica terrestre alrededor del año 2000, y con energía solar se logró por primera vez en España en 2013. [27] [28] [29]
Comparación con la generación a gran escala
| microgeneración | Generación a gran escala | Notas | |
|---|---|---|---|
| Otros nombres | Generación distribuida | Generación centralizada | |
| Economía de escala | Requiere la producción en masa de generadores, lo que generará un impacto ambiental asociado. Los sistemas son menos costosos cuando se producen en grandes cantidades. | Depende de la fuente de energía: generalmente es más económica dada la mayor escala de los generadores. La energía fotovoltaica, en la que se utilizan paneles similares en todas las aplicaciones, se ve menos afectada por esto, mientras que la energía eólica, en la que la potencia se escala aproximadamente al cuadrado del tamaño, se ve muy afectada. | |
| Capacidad para satisfacer necesidades | Suministro dentro de los límites de la generación o almacenamiento instalado
| Suministro generalmente más flexible dentro de los límites de la transmisión local, siempre que la red se mantenga de manera efectiva. | |
| Impacto ambiental | Un mayor número de dispositivos más pequeños puede generar un mayor impacto en la producción de dispositivos, especialmente con el viento. | Los generadores más grandes pueden tener un impacto más local, los equipos de transmisión también pueden afectar áreas, sin embargo, es probable que el impacto general se reduzca debido a las economías de escala. | Los comentaristas afirman [ cita requerida ] que los hogares que compran su electricidad con tarifas de energía verde pueden reducir su consumo de carbono aún más que con la microgeneración y a un coste menor. |
| Pérdidas de transmisión | La proximidad al usuario final suele ser mayor, lo que se traduce en posibles menores pérdidas (posiblemente porque la falta de escala en cada instalación individual puede llevar al uso de tecnologías de transmisión menos eficientes). | Una proporción significativa de energía eléctrica se pierde durante la transmisión (aproximadamente el 8% en el Reino Unido según el programa Today de BBC Radio 4 de marzo de 2006). | |
| Cambios en la red | Reduce la carga de transmisión y, por lo tanto, reduce la necesidad de actualizaciones de la red. | Aumenta la potencia transmitida y, por lo tanto, aumenta la necesidad de mejoras en la red. | |
| Evento de falla de la red | Es posible que todavía haya electricidad disponible en el área local en muchas circunstancias. | Es posible que no haya electricidad disponible debido a la red | |
| Evento de falla del generador | La electricidad no estará disponible excepto en el escenario híbrido | Es muy probable que haya electricidad disponible debido a la redundancia de la red. | |
| Opciones del consumidor | Puede optar por comprar cualquier sistema legal. | Puede optar por comprar ofertas de las compañías eléctricas dependiendo del mercado. | |
| Requisitos de confiabilidad y mantenimiento | Los sistemas fotovoltaicos , los motores Stirling y otros sistemas suelen ser extremadamente fiables [ cita requerida ] y pueden generar energía eléctrica de forma continua durante miles de horas con poco o ningún mantenimiento. Sin embargo, los sistemas poco fiables implican mano de obra y costes de mantenimiento adicionales. | Administrado por la compañía eléctrica. La confiabilidad de la red varía según la ubicación. | |
| Subproducto de calor residual | Se puede utilizar para calefacción en climas fríos, lo que aumenta considerablemente la eficiencia y compensa los costos totales de energía. Este método se conoce como microcogeneración (microCHP). | Se utiliza en algunas instalaciones industriales privadas de cogeneración . También se utiliza en aplicaciones a gran escala, donde se denomina calefacción urbana y utiliza el calor que normalmente se consume en centrales eléctricas ineficientes. [31] |
La mayoría de las formas de microgeneración pueden equilibrar dinámicamente la oferta y la demanda de energía eléctrica, produciendo más energía durante períodos de alta demanda y precios altos de la red, y menos energía durante períodos de baja demanda y precios bajos de la red. Esta "red híbrida" permite que tanto los sistemas de microgeneración como las grandes centrales eléctricas funcionen con mayor eficiencia energética y rentabilidad que lo que podrían hacer por sí solos.
Autosuficiencia doméstica
La microgeneración puede integrarse como parte de una casa autosuficiente y suele complementarse con otras tecnologías como sistemas domésticos de producción de alimentos ( permacultura y agroecosistema ), recolección de agua de lluvia , sanitarios de compostaje o incluso sistemas completos de tratamiento de aguas grises . Las tecnologías de microgeneración doméstica incluyen: sistemas solares fotovoltaicos , turbinas eólicas a pequeña escala, microinstalaciones de cogeneración , biodiésel y biogás .
La generación privada descentraliza la generación de electricidad y también puede centralizar la puesta en común de la energía excedente. Si bien deben comprarse, existen paneles y tejas solares. El costo de capital es alto, pero a largo plazo supone un ahorro. Con una conversión de energía adecuada, los paneles solares fotovoltaicos pueden hacer funcionar los mismos aparatos eléctricos que la electricidad de otras fuentes. [32]
El calentamiento solar pasivo de agua es otro método eficaz para aprovechar la energía solar. El método más sencillo es la bolsa solar (o una bolsa de plástico negra). Se colocan entre 5 y 20 litros (1 y 5 galones estadounidenses) al sol y se deja que se caliente. Es perfecta para una ducha caliente rápida. [33]
El calentador tipo "caja de pan" se puede construir fácilmente con materiales reciclados y experiencia básica en construcción. Consiste en un solo tanque o en una serie de tanques negros montados dentro de una caja resistente aislada en la parte inferior y los costados. La tapa, ya sea horizontal o en ángulo para captar la mayor cantidad de luz solar, debe estar bien sellada y ser de un material de vidrio transparente (vidrio, fibra de vidrio o plástico moldeado resistente a altas temperaturas). El agua fría ingresa al tanque cerca del fondo, se calienta y sube a la parte superior, donde se envía nuevamente a la casa por tuberías. [33]
Las bombas de calor geotérmicas aprovechan la estabilidad de las temperaturas del suelo aprovechando la capacidad de almacenamiento de energía térmica del suelo. Normalmente, las bombas de calor geotérmicas tienen un coste inicial elevado y son difíciles de instalar para el propietario medio. Utilizan motores eléctricos para transferir el calor del suelo con un alto nivel de eficiencia. La electricidad puede proceder de fuentes renovables o de fuentes externas no renovables.
Combustible
El biodiésel es un combustible alternativo que puede alimentar motores diésel y utilizarse para calefacción doméstica. Se pueden utilizar numerosas formas de biomasa, como la soja, el maní y las algas (que tienen el mayor rendimiento), para producir biodiésel. El aceite vegetal reciclado (de los restaurantes) también se puede convertir en biodiésel.
El biogás es otro combustible alternativo, creado a partir de los desechos de los animales. Aunque es menos práctico para la mayoría de los hogares, un entorno de granja ofrece un lugar perfecto para implementar el proceso. Al mezclar los desechos y el agua en un tanque con espacio para el aire, el metano se produce de forma natural en el espacio aéreo. Este metano se puede canalizar y quemar, y se puede utilizar para cocinar.
Política gubernamental
Los responsables de las políticas estaban acostumbrados a un sistema energético basado en grandes proyectos centralizados, como las centrales nucleares o de gas. Un cambio de mentalidad y de incentivos está haciendo que la microgeneración se convierta en una práctica habitual. Las normas de planificación también pueden exigir una racionalización para facilitar la modernización de las instalaciones de microgeneración en viviendas y edificios.
La mayoría de los países desarrollados, incluidos Canadá (Alberta), el Reino Unido, Alemania, Polonia, Israel [34] y los EE. UU., tienen leyes que permiten vender electricidad microgenerada a la red nacional.
Alberta, Canadá
En enero de 2009, entró en vigor el Reglamento de Microgeneración del Gobierno de Alberta, que establece normas que permiten a los habitantes de Alberta generar su propia electricidad respetuosa con el medio ambiente y recibir crédito por cualquier energía que envíen a la red eléctrica.
Polonia
En diciembre de 2014, el gobierno polaco votará un proyecto de ley que aboga por la microgeneración y la construcción de parques eólicos a gran escala en el mar Báltico como solución para reducir las emisiones de CO2 de las plantas de carbón del país y reducir la dependencia de Polonia del gas ruso. Según los términos del nuevo proyecto de ley, los particulares y las pequeñas empresas que generen hasta 40 kW de energía "verde" recibirán el 100% del precio de mercado por la electricidad que inyecten a la red, y las empresas que instalen parques eólicos marinos a gran escala en el Báltico podrán optar a subvenciones del Estado. Los costes de aplicación de estas nuevas políticas se compensarán con la creación de un nuevo impuesto sobre el uso no sostenible de la energía. [35]
Estados Unidos
Estados Unidos tiene políticas de generación de energía inconsistentes en sus 50 estados. Las políticas y leyes energéticas estatales pueden variar significativamente según la ubicación. Algunos estados han impuesto requisitos a las empresas de servicios públicos de que un cierto porcentaje de la generación total de energía provenga de fuentes renovables. Para este propósito, las fuentes renovables incluyen la energía eólica, hidroeléctrica y solar, ya sea de proyectos de gran escala o de microgeneración. Además, en algunas áreas, las compañías eléctricas necesitan créditos transferibles de "energía de fuentes renovables" para cumplir con estos mandatos. Como resultado, en algunas partes de Estados Unidos, las compañías eléctricas pagarán una parte del costo de los proyectos de microgeneración de fuentes renovables en sus áreas de servicio. Estos reembolsos se suman a cualquier crédito fiscal federal o estatal por energía renovable que pueda aplicarse. En otras áreas, dichos reembolsos pueden diferir o no estar disponibles.
Reino Unido
El Gobierno del Reino Unido publicó su Estrategia de Microgeneración [36] en marzo de 2006, aunque muchos comentaristas la consideraron una decepción. [37] En cambio, la Ley de Cambio Climático y Energía Sostenible de 2006 se ha considerado un paso positivo. [38] Para sustituir a los planes anteriores, el Departamento de Comercio e Industria (DTI) lanzó el Programa de Edificios con Bajas Emisiones de Carbono en abril de 2006, que proporcionaba subvenciones a personas, comunidades y empresas que deseaban invertir en tecnologías de microgeneración. Estos planes han sido sustituidos a su vez por nuevas propuestas del Departamento de Energía y Cambio Climático (DECC) para la devolución de dinero en concepto de energía limpia a través de Tarifas de Alimentación [39] para generar electricidad a partir de abril de 2010 y el Incentivo de Calor Renovable [40] para generar calor renovable a partir del 28 de noviembre de 2011.
Las tarifas de alimentación tienen por objeto incentivar la generación de electricidad a pequeña escala (menos de 5 MW) y con bajas emisiones de carbono . Estas tarifas de alimentación funcionan junto con la Obligación de Renovables (RO), que seguirá siendo el principal mecanismo para incentivar el despliegue de la generación de electricidad renovable a gran escala. El Incentivo de Calor Renovable (RHI) tiene por objeto incentivar la generación de calor a partir de fuentes renovables. Actualmente también ofrecen hasta 21 peniques por kWh a partir de diciembre de 2011 en la Tarifa para energía fotovoltaica, más otros 3 peniques en la Tarifa de Exportación, una cifra global que podría permitir que un hogar recuperara el doble de lo que paga actualmente por su electricidad. [41]
El 31 de octubre de 2011, el gobierno anunció un recorte repentino de la tarifa de alimentación de 43,3p/kWh a 21p/kWh, y la nueva tarifa se aplicará a todas las nuevas instalaciones solares fotovoltaicas con una fecha de elegibilidad a partir del 12 de diciembre de 2011. [42]
Entre los políticos británicos destacados que han anunciado que están instalando instalaciones de microgeneración en sus hogares se encuentran el líder del partido conservador, David Cameron , y el ministro de Ciencia del Partido Laborista , Malcolm Wicks . Estos planes incluían pequeñas turbinas eólicas de tamaño doméstico. A Cameron, antes de convertirse en primer ministro en las elecciones generales de 2010 , le habían preguntado durante una entrevista en The Politics Show de la BBC One el 29 de octubre de 2006, si haría lo mismo si llegara al número 10 de Downing Street . "Si me dejaran, sí", respondió. [43]
En el Informe Previo al Presupuesto de diciembre de 2006 [44], el gobierno anunció que la venta de excedentes de electricidad de instalaciones diseñadas para uso personal no estaría sujeta al impuesto sobre la renta . La legislación a tal efecto se ha incluido en el Proyecto de Ley de Finanzas de 2007. [45]
En la cultura popular
Varias películas y programas de televisión, como La costa de los mosquitos , Jericho , La máquina del tiempo y La familia Robinson en Beverly Hills, han contribuido en gran medida a aumentar el interés por la microgeneración entre el público en general. Sitios web como Instructables y Practical Action proponen soluciones de bricolaje que pueden reducir el coste de la microgeneración, aumentando así su popularidad. Revistas especializadas como OtherPower y Home Power también ofrecen consejos y orientación prácticos. [46]
Véase también
- Tecnología apropiada ; incluye una lista de tecnología utilizable para instalar microgeneración
- Edificio autónomo
- Batería de ciclo profundo (el tipo de baterías que se utilizan en sistemas domésticos fuera de la red eléctrica)
- Generación distribuida
- Consumo energético doméstico (ofrece cálculos para la instalación de plantas de microgeneración)
- Sistema de energía de emergencia
- Pila de combustible para uso doméstico
- Estación de hidrógeno
- Microfit
- Microrred
- Microrreactor
- Panel fotovoltaico
- Generador termoeléctrico de radioisótopos
- Pequeña central hidroeléctrica
- Energía eólica a pequeña escala
- Pequeño reactor modular
- Sistema eléctrico conectado a la red
Referencias
- ^ "Energía renovable in situ - Energía renovable - Energía reutilizable - La regla de Merton - Ventajas y desventajas de las opciones de energía renovable - Microgeneración - Soluciones de energía verde - Bombas de calor geotérmicas - Opciones de energía verde". Archivado desde el original el 2019-04-06 . Consultado el 2009-06-10 .
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Enlaces externos
Partes de autosuficiencia de los sistemas
- Microgeneration.com - Información básica sobre la instalación de microgeneración en el hogar
- Información sobre cálculos precisos del consumo de energía doméstica para crear sistemas parcialmente o completamente fuera de la red
- Información de Practical Action sobre cómo instalar la microgeneración en casa
- Información sobre energía eólica en Hope Farm: página sobre cómo obtener incentivos, construir y monitorear la energía generada por energía eólica a pequeña escala en una granja en el norte del estado de Nueva York.
- Energía eólica sin turbinas - The New York Times
- Regulación de la microgeneración
Relacionado con el Reino Unido
- Incentivo para el calor renovable
- Información para instaladores del sistema de certificación de microgeneración
- Información de Ofgem sobre tarifas de alimentación
- Revista Construyendo un Futuro: Microgeneración: ¿Buena o mala?
Artículo académico centrado en la India
- Kumar, Ashish; Shankar, Ravi; Momaya, Kiran; Gupte, Sandeep (2010). "El mercado de la electricidad inalámbrica: el caso de la India". Política energética . 38 (3): 1537–1547. doi :10.1016/j.enpol.2009.11.037.
