PK – MA – 30 -HA Energías limpias (Energía solar, eólica e hidráulica)

Las energías limpias son fuentes renovables que no generan contaminación ni emisiones de gases de efecto invernadero, desempeñando un papel crucial en la lucha contra el cambio climático. Este proyecto explora las principales fuentes de energía limpia, como la solar, eólica e hidroeléctrica, así como su funcionamiento y beneficios.

Energía Solar
La energía solar aprovecha la luz del sol para generar electricidad o calor. Existen dos tipos principales de tecnologías solares:
Fotovoltaica: Convierte la luz solar en electricidad a través de paneles solares.
Térmica: Utiliza el calor del sol para calentar líquidos que, a su vez, generan vapor para producir electricidad.

Ventajas:
– Reducción de emisiones de carbono
– Fuente inagotable
– Mantenimiento mínimo

Imagen 1 Energía Solar

Energía Eólica
La energía eólica utiliza la fuerza del viento para generar electricidad. Los aerogeneradores capturan la energía cinética del viento y la transforman en energía eléctrica. Esta fuente es especialmente efectiva en áreas con vientos fuertes y persistentes.
Ventajas:
– No emite gases de efecto invernadero
– Costos operativos bajos
– Fuente de energía segura y sostenible

Imagen 2 Energía Eólica

Energía Hidráulica
También conocida como energía hidroeléctrica, se produce a partir del movimiento del agua, generalmente de ríos o embalses.
La energía hidráulica es una fuente constante, confiable y efectiva en la producción de electricidad.
Ventajas:
– Generación continua de electricidad
– Control de inundaciones y riego agrícola
– Larga vida útil de las instalaciones

Imagen 3 Energía Hidráulica

Beneficios de las Energías Limpias
Reducción de Emisiones: Las energías limpias no emiten gases de efecto invernadero, lo que ayuda a mitigar el cambio climático.
Sostenibilidad: Estas energías son renovables y no se agotan con el tiempo, asegurando una fuente constante de energía.
Independencia Energética: Al utilizar fuentes locales, los países pueden reducir su dependencia de las importaciones de combustibles fósiles.
Impacto Ambiental Reducido: Las energías limpias tienen menos impacto en el medio ambiente en comparación con las fuentes tradicionales de energía.

Clean energies are renewable sources that do not generate pollution or greenhouse gas emissions, playing a crucial role in the fight against climate change. This project explores the main sources of clean energy, such as solar, wind and hydroelectric, as well as their operation and benefits.

Tlapōhualtzitzin:
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Las energías limpias también conocidas como energías renovables, son aquellas que se obtienen de fuentes naturales, producen energia que no contamina.

Estas energías son fundamentales para un futuro sostenible, ya que no emiten gases de efecto invernadero ni otros contaminantes que contribuyen al cambio climático.

Imagen 4 Energias Limpias

Comprender cómo se puede llevar a cabo la transición hacia energías limpias es crucial para disminuir la emisión de gases de efecto invernadero y así lograr mitigar el cambio climático, reducir la dependencia de combustibles fósiles y promover un desarrollo sostenible. Este proyecto nos ayuda a comprender mejor cómo estas energías pueden integrarse eficazmente en la matriz energética.

A pesar de los beneficios evidentes de las energías limpias, su adopción enfrenta obstáculos como la inversión inicial elevada, la intermitencia en la producción de energía y la necesidad de mejorar las tecnologías de almacenamiento. Esto plantea la pregunta sobre cómo superar estos desafíos para facilitar su integración en el sistema energético mundial.

Si se superan los desafíos actuales en de las energías limpias, su implementación podría llevar a una significativa reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero y a un aumento en la sostenibilidad energética a nivel mundial.

El objetivo de este trabajo es analizar y mostrar el funcionamiento de las diferentes fuentes de energías limpias, sus beneficios, los desafíos que enfrentan al reemplazar los combustibles fósiles y su potencial para contribuir a un futuro sostenible.

Al utilizar energías limpias en nuestros hogares, reducimos la dependencia que tenemos con empresas como la CFE y podríamos mejor nuestra economía de manera particular en el hogar.

Analizar que las energías limpias tienen menos impacto en el medio ambiente en comparación con las fuentes tradicionales de energía.

Antecedentes:
Históricamente, las fuentes de energía han estado dominadas por combustibles fósiles, lo que ha llevado a un aumento en la contaminación y al cambio climático. En respuesta, se ha incrementado el interés en las energías limpias como una alternativa sostenible y responsable.

Investigación de Campo:

Entrevista a un Ingeniero
Tema de estudio: Beneficios y desafíos de las energías limpias en el contexto de sistemas eléctricos de potencia.
Nombre del Ingeniero: M. en C. Alejandro Villegas Ortega
Título: Ingeniero Electricista con Maestría en Sistemas Eléctricos de Potencia.

1. Contexto y experiencia
P: M. en C. Alejandro Villegas, ¿podría compartirnos un proyecto donde se haya integrado energías limpias en una red de potencia?
R: Claro. En 2022, se puso en marcha un proyecto en México para incorporar un parque solar de 457 MW a la red nacional. El reto principal fue gestionar la variabilidad de la generación solar, lo que requirió baterías de ion-litio y sistemas de predicción meteorológica para equilibrar la demanda.
2. Desafíos técnicos
P: Según su experiencia, ¿cuál es el mayor obstáculo técnico para integrar energías renovables intermitentes como la solar y eólica?
R: La intermitencia. Por ejemplo, la solar tiene picos al mediodía, pero no coincide con la demanda máxima nocturna. Soluciones como el almacenamiento en baterías o hidrógeno verde son claves, pero aún son costosas. Además, se requieren redes inteligentes con sensores y sistemas de control en tiempo real.
P: ¿Qué avances tecnológicos ve prometedores para resolver el almacenamiento de energía?
R: Las baterías de estado sólido y el hidrógeno producido con excedentes renovables. En Alemania, ya se usan electrolizadores para convertir energía eólica sobrante en hidrógeno, que luego alimenta industrias pesadas. Es un modelo replicable.
3. Viabilidad económica
P: ¿Cómo justificar la alta inversión inicial de proyectos renovables frente a los combustibles fósiles?
R: El costo nivelado de la energía (LCOE) de la solar y eólica ya es competitivo. En México, el LCOE de la solar es de USD 30/MWh, frente a USD 60/MWh del carbón. Además, los costos de mantenimiento son un 70% menores. El retorno de inversión se logra en 5-7 años, contra 15-20 de una termoeléctrica.
P: ¿Qué políticas públicas facilitarían esta transición?
R: Subsidios focalizados en almacenamiento, impuestos al carbono, y marcos legales que prioricen renovables en subastas eléctricas. Uruguay es un caso de éxito: el 98% de su matriz es renovable gracias a políticas claras y alianzas público-privadas.
4. Impacto ambiental y social
P: ¿Cómo cuantifican el impacto de las renovables en la reducción de emisiones?
R: Medimos la huella de carbono evitada. Por ejemplo, el parque eólico de Oaxaca en México evita 400,000 toneladas de CO₂ anuales, equivalente a retirar 85,000 autos de circulación. Además, proyectos comunitarios, como microhidroeléctricas en Perú, democratizan el acceso a la energía.
5. Futuro de las energías limpias
P: ¿Qué tecnologías emergentes podrían revolucionar el sector en la próxima década?
R: La eólica marina flotante, como en Noruega, donde se instalan turbinas en aguas profundas con mayor potencial eólico. También, la fusión nuclear, aunque aún es incipiente, podría complementar a las renovables.

Investigación Documental

Para obtener información sobre las energías limpias se consultaron algunas páginas de internet, se realizó una entrevista a un Ingeniero Electricista con Maestría en Sistemas Eléctricos de Potencia y se observaron videos documentales en you tube para poder visualizar mejor cómo funcionan las energías limpias y cómo podemos aplicar algunas también en el hogar.

Investigación Experimental

Se demostrara el funcionamiento de las energías eólica, solar e hidroeléctrica a través de experimentos prácticos, tambien se comparara la eficiencia de cada tipo de energía limpia en diferentes condiciones.

Materiales

* Energía eólica: Un pequeño aerogenerador, un multímetro para medir la energía generada, un ventilador para simular el viento.
* Energía solar: Un panel solar fotovoltaico, un multímetro, una lámpara para simular la luz solar.
* Energía hidroeléctrica: Un pequeño generador hidroeléctrico, un recipiente con agua, una bomba para simular el flujo de agua.

Procedimiento

* Energía eólica:
* Conectar el aerogenerador al multímetro.
* Encender el ventilador y variar su velocidad para simular diferentes intensidades de viento.
* Registrar la energía generada por el aerogenerador en cada condición.
* Energía solar:
* Conectar el panel solar al multímetro.
* Encender la lámpara y variar su intensidad para simular diferentes condiciones de luz solar.
* Registrar la energía generada por el panel solar en cada condición.
* Energía hidroeléctrica:
* Conectar el generador hidroeléctrico al multímetro.
* Encender la bomba para simular el flujo de agua y variar su intensidad.
* Registrar la energía generada por el generador hidroeléctrico en cada condición.

La entrevista evidencia que, aunque los desafíos técnicos y económicos persisten, existen soluciones innovadoras y casos de éxito que demuestran la viabilidad de las energías limpias. La colaboración entre ingenieros, gobiernos y comunidades es clave para acelerar la transición hacia sistemas eléctricos sostenibles.

Análisis de datos y discusión:

El mayor obstáculo técnico para integrar energías renovables intermitentes como la solar y eólica es la intermitencia, por ejemplo, la solar tiene picos al mediodía, pero no coincide con la demanda máxima nocturna. Soluciones como el almacenamiento en baterías o hidrógeno verde son claves, pero aún son costosas. Además, se requieren redes inteligentes con sensores y sistemas de control en tiempo real.

-Viabilidad económica:  El costo nivelado de la energía (LCOE) de la solar y eólica ya es competitivo. En México, el LCOE de la solar es de USD 30/MWh, frente a USD 60/MWh del carbón. Además, los costos de mantenimiento son un 70% menores. El retorno de inversión se logra en 5-7 años, contra 15-20 de una termoeléctrica.

-Impacto en sostenibilidad: se evitan miles de toneladas de CO₂ anuales al implementar energías limpia.

La transición hacia energías limpias es esencial para combatir el cambio climático y asegurar un futuro sostenible para las próximas generaciones. A medida que la tecnología avanza, estas fuentes de energía se vuelven más accesibles y eficientes, lo que las convierte en una opción cada vez más viable para satisfacer nuestras necesidades energéticas a nivel mundial.

Cada tipo de energía renovable tiene sus propias ventajas y desventajas en términos de eficiencia, disponibilidad y costo.

Es importante seguir investigando y desarrollando nuevas tecnologías para mejorar la eficiencia y reducir los costos de las energías limpias.

– REN21. (2021). Renewables 2021 Global Status Report. Retrieved from [ren21.net](http://www.ren21.net)

– International Energy Agency (IEA). (2022). World Energy Outlook 2022. Retrieved from [iea.org](http://www.iea.org)

– Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA). (2022). Renewable Power Generation Costs in 2022. Retrieved from [irena.org](http://www.irena.org)