Energía renovable

Adiciones de capacidad de energía renovables en 2020 se expandieron en más del 45% a partir de 2019, incluyendo 90% más energía eólica (verde) y un 23% de expansión de nuevas instalaciones fotovoltaicas solares (amarillo).

Energía renovable es energía que se recolecta de recursos renovables que se reponen naturalmente en una escala de tiempo humana. Incluye fuentes como la luz solar, el viento, el movimiento del agua y el calor geotérmico. Aunque la mayoría de las fuentes de energía renovables son sostenibles, algunas no lo son. Por ejemplo, algunas fuentes de biomasa se consideran insostenibles a las tasas actuales de explotación. La energía renovable a menudo proporciona energía para la generación de electricidad a una red, calefacción/refrigeración de aire y agua y sistemas de energía independientes. Los proyectos de tecnología de energía renovable suelen ser a gran escala, pero también son adecuados para áreas rurales y remotas y países en desarrollo, donde la energía suele ser crucial para el desarrollo humano. La energía renovable a menudo se implementa junto con una mayor electrificación, lo que tiene varios beneficios: la electricidad puede mover el calor o los objetos de manera eficiente y es limpia en el punto de consumo. Además, la electrificación con energías renovables es más eficiente y por tanto conduce a reducciones significativas en los requerimientos de energía primaria.

De 2011 a 2021, la energía renovable ha crecido del 20 % al 28 % del suministro mundial de electricidad. La energía fósil se redujo del 68% al 62% y la nuclear del 12% al 10%. La participación de la energía hidroeléctrica disminuyó del 16 % al 15 %, mientras que la energía solar y eólica aumentó del 2 % al 10 %. La biomasa y la geotermia crecieron del 2% al 3%. Hay 3.146 gigavatios instalados en 135 países, mientras que 156 países tienen leyes que regulan el sector de las energías renovables. En 2021, China representó casi la mitad del aumento mundial de la electricidad renovable.

A nivel mundial, hay más de 10 millones de puestos de trabajo asociados con las industrias de energía renovable, siendo la energía solar fotovoltaica el mayor empleador renovable. Los sistemas de energía renovable se están volviendo rápidamente más eficientes y económicos, y su participación en el consumo total de energía está aumentando, y la gran mayoría de la capacidad de electricidad recién instalada en todo el mundo es renovable. En la mayoría de los países, la energía solar fotovoltaica o la energía eólica terrestre son la electricidad de nueva construcción más barata.

Muchas naciones de todo el mundo ya cuentan con energías renovables que contribuyen con más del 20 % de su suministro total de energía, y algunas generan más de la mitad de su electricidad a partir de fuentes renovables. Unos pocos países generan toda su electricidad utilizando energías renovables. Se proyecta que los mercados nacionales de energía renovable continúen creciendo con fuerza en la década de 2020 y más allá. Los estudios han demostrado que una transición global a energía 100% renovable en todos los sectores (energía, calor, transporte y desalinización) es factible y económicamente viable. Los recursos energéticos renovables existen en amplias áreas geográficas, en contraste con los combustibles fósiles, que se concentran en un número limitado de países. El despliegue de tecnologías de energía renovable y eficiencia energética está dando como resultado una seguridad energética significativa, la mitigación del cambio climático y beneficios económicos. Sin embargo, las energías renovables se ven obstaculizadas por cientos de miles de millones de dólares en subsidios a los combustibles fósiles. En las encuestas internacionales de opinión pública existe un fuerte apoyo a las energías renovables, como la energía solar y la energía eólica. Pero la Agencia Internacional de Energía dijo en 2021 que para alcanzar las emisiones netas de carbono cero se necesita un mayor esfuerzo para aumentar las energías renovables, y pidió que la generación aumente en aproximadamente un 12% anual hasta 2030.

Resumen

El carbón, el petróleo y el gas natural siguen siendo las principales fuentes mundiales de energía, incluso cuando las energías renovables han comenzado a aumentar rápidamente.

PlanetSolar, el barco solar más grande del mundo y el primer vehículo solar eléctrico para circunnavegar el globo (en 2012)

Definición

Los flujos de energía renovable implican fenómenos naturales como la luz solar, el viento, las mareas, el crecimiento de las plantas y el calor geotérmico, como explica la Agencia Internacional de Energía:

La energía renovable se deriva de procesos naturales que se reponen constantemente. En sus diversas formas, deriva directamente del sol, o del calor generado profundo dentro de la tierra. Incluye la electricidad y el calor generados por energía solar, eólica, oceánica, hidroeléctrica, biomasa, recursos geotérmicos y biocombustibles e hidrógeno provenientes de recursos renovables.

Motores y beneficios

La energía renovable contrasta con los combustibles fósiles, que se utilizan mucho más rápido de lo que se reponen. Los recursos energéticos renovables y las oportunidades significativas para la eficiencia energética existen en amplias áreas geográficas, en contraste con otras fuentes de energía, que se concentran en un número limitado de países. El rápido despliegue de las energías renovables y la eficiencia energética, y la diversificación tecnológica de las fuentes de energía, daría lugar a importantes beneficios económicos y de seguridad energética. La energía solar y eólica se han vuelto mucho más baratas. En algunos casos, será más barato hacer la transición a estas fuentes en lugar de continuar usando los combustibles fósiles actuales e ineficientes. También reduciría la contaminación ambiental, como la contaminación del aire causada por la quema de combustibles fósiles, y mejoraría la salud pública, reduciría la mortalidad prematura debido a la contaminación y ahorraría costos de salud asociados que podrían ascender a billones de dólares anuales. Múltiples análisis de las estrategias de descarbonización han encontrado que los beneficios para la salud cuantificados pueden compensar significativamente los costos de implementar estas estrategias.

Las preocupaciones sobre el cambio climático, junto con la continua caída de los costos de algunos equipos de energía renovable, como las turbinas eólicas y los paneles solares, están impulsando un mayor uso de las energías renovables. El nuevo gasto gubernamental, la regulación y las políticas ayudaron a la industria a capear la crisis financiera global mejor que muchos otros sectores. Sin embargo, a partir de 2019, según la Agencia Internacional de Energías Renovables, la participación general de las energías renovables en la combinación energética (incluida la electricidad, el calor y el transporte) debe crecer seis veces más rápido para mantener el aumento de las temperaturas globales promedio " muy por debajo de" 2,0 °C (3,6 °F) durante el presente siglo, en comparación con los niveles preindustriales.

Escala

Los paneles solares de un hogar y las baterías, si las tienen, a menudo se pueden usar solo para ese hogar o, si se conectan a una red eléctrica, se pueden agregar a millones de otros. Más de 44 millones de hogares utilizan biogás producido en digestores domésticos para iluminación y/o cocina, y más de 166 millones de hogares confían en una nueva generación de estufas de biomasa más eficientes. Según la investigación, una nación debe alcanzar un cierto punto en su crecimiento antes de que pueda utilizar más energía renovable. En nuestras palabras, su adición cambió la forma en que los factores de entrada cruciales (trabajo y capital) se conectan entre sí, reduciendo su elasticidad general y aumentando las aparentes economías de escala. Naciones Unidas' El octavo secretario general, Ban Ki-moon, ha dicho que la energía renovable tiene la capacidad de llevar a las naciones más pobres a nuevos niveles de prosperidad. A nivel nacional, al menos 30 naciones alrededor del mundo ya cuentan con energías renovables aportando más del 20% del suministro energético. Aunque muchos países tienen varios objetivos de política para acciones de energía renovable a más largo plazo, estos tienden a ser solo para el sector eléctrico, incluido un objetivo del 40% de toda la electricidad generada para la Unión Europea para 2030.

Usos

La energía renovable a menudo desplaza a los combustibles convencionales en cuatro áreas: generación de electricidad, agua caliente/calefacción, transporte y servicios de energía rural (fuera de la red).

Generación de energía

Más de una cuarta parte de la electricidad se genera a partir de energías renovables a partir de 2021.

Calefacción y refrigeración

El calentamiento solar de agua hace una importante contribución al calor renovable en muchos países, sobre todo en China, que ahora tiene el 70 % del total mundial (180 GWth). La mayoría de estos sistemas están instalados en edificios de apartamentos multifamiliares y satisfacen una parte de las necesidades de agua caliente de unos 50 a 60 millones de hogares en China. En todo el mundo, el total de sistemas solares de calentamiento de agua instalados satisface una parte de las necesidades de calentamiento de agua de más de 70 millones de hogares. En Suecia, el uso nacional de energía de biomasa ha superado al del petróleo. Las bombas de calor proporcionan tanto calefacción como refrigeración, y también aplanan la curva de demanda eléctrica y, por lo tanto, son una prioridad cada vez mayor. La energía térmica renovable también está creciendo rápidamente. Alrededor del 10% de la energía de calefacción y refrigeración proviene de energías renovables.

Transporte

Un autobús alimentado por biodiesel

Uno de los esfuerzos para descarbonizar el transporte es el mayor uso de vehículos eléctricos (EV). A pesar de eso y del uso de biocombustibles, como el biojet, menos del 4% de la energía del transporte proviene de energías renovables. Ocasionalmente, las pilas de combustible de hidrógeno se utilizan para el transporte pesado.

Tecnologías convencionales

Energía solar

Imagen satélite del Parque Solar Bhadla en India, el parque solar más grande del mundo

Mapa global de irradiación horizontal.

La energía solar, la luz radiante y el calor del sol se aprovecha mediante una variedad de tecnologías en constante evolución, como la calefacción solar, la energía fotovoltaica, la energía solar concentrada (CSP), la energía fotovoltaica de concentración (CPV), la arquitectura solar y la fotosíntesis artificial. La mayoría de las nuevas energías renovables son solares. Las tecnologías solares se caracterizan en términos generales como solar pasiva o solar activa, según la forma en que capturan, convierten y distribuyen la energía solar. Las técnicas solares pasivas incluyen la orientación de un edificio hacia el Sol, la selección de materiales con masa térmica favorable o propiedades de dispersión de la luz, y el diseño de espacios en los que circule el aire de forma natural. Las tecnologías solares activas abarcan la energía solar térmica, que utiliza colectores solares para calefacción, y la energía solar, que convierte la luz solar en electricidad, ya sea directamente mediante energía fotovoltaica (PV) o indirectamente mediante energía solar concentrada (CSP).

Un sistema fotovoltaico convierte la luz en corriente eléctrica continua (CC) aprovechando el efecto fotoeléctrico. La energía solar fotovoltaica se ha convertido en una industria multimillonaria de rápido crecimiento, continúa mejorando su rentabilidad y tiene el mayor potencial de todas las tecnologías renovables junto con la CSP. Los sistemas de energía solar concentrada (CSP) utilizan lentes o espejos y sistemas de seguimiento para enfocar una gran área de luz solar en un haz pequeño. Las plantas comerciales de energía solar concentrada se desarrollaron por primera vez en la década de 1980. CSP-Stirling tiene, con mucho, la mayor eficiencia entre todas las tecnologías de energía solar.

En 2011, la Agencia Internacional de Energía dijo que "el desarrollo de tecnologías de energía solar asequibles, inagotables y limpias tendrá enormes beneficios a largo plazo. Aumentará países' la seguridad energética a través de la dependencia de un recurso autóctono, inagotable y en su mayoría independiente de las importaciones, mejorar la sostenibilidad, reducir la contaminación, reducir los costos de mitigar el cambio climático y mantener los precios de los combustibles fósiles más bajos que de otra manera. Estas ventajas son globales. Por lo tanto, los costos adicionales de los incentivos para el despliegue temprano deben considerarse inversiones de aprendizaje; deben gastarse sabiamente y deben compartirse ampliamente". La energía solar representa 505 GW al año, lo que representa aproximadamente el 2 % de la electricidad mundial. La energía solar se puede aprovechar en cualquier lugar que reciba luz solar; sin embargo, la cantidad de energía solar que se puede aprovechar para generar electricidad está influenciada por las condiciones climáticas, la ubicación geográfica y la hora del día. Según el capítulo 6 del informe de mitigación climática IPCC 2022, el potencial global de la energía solar directa supera con creces el de cualquier otro recurso de energía renovable. Está mucho más allá de la cantidad total de energía necesaria para apoyar la mitigación durante el siglo actual. Australia tiene la mayor proporción de electricidad solar en el mundo, suministrando el 9,9 % de la demanda eléctrica del país en 2020. Más del 30 % de los hogares australianos ahora tienen energía solar fotovoltaica en el techo, con una capacidad combinada que supera los 11 GW.

Energía eólica

Generación de energía eólica por región con el tiempo.

Mapa global de potencial de densidad de energía eólica.

El flujo de aire se puede utilizar para hacer funcionar turbinas eólicas. Las turbinas eólicas modernas a escala de servicios públicos varían de alrededor de 600 kW a 9 MW de potencia nominal. La potencia disponible del viento es una función del cubo de la velocidad del viento, por lo que a medida que aumenta la velocidad del viento, la potencia de salida aumenta hasta la potencia máxima de la turbina en particular. Las áreas donde los vientos son más fuertes y constantes, como los sitios en alta mar y de gran altitud, son las ubicaciones preferidas para los parques eólicos. Por lo general, las horas de carga completa de las turbinas eólicas varían entre el 16 y el 57 por ciento anual, pero pueden ser más altas en sitios marinos particularmente favorables.

La electricidad generada por el viento cubrió casi el 4 % de la demanda mundial de electricidad en 2015, con casi 63 GW de nueva capacidad de energía eólica instalada. La energía eólica fue la principal fuente de nueva capacidad en Europa, EE. UU. y Canadá, y la segunda más grande en China. En Dinamarca, la energía eólica cubrió más del 40 % de su demanda de electricidad, mientras que Irlanda, Portugal y España cubrieron cada uno casi el 20 %.

A nivel mundial, se cree que el potencial técnico a largo plazo de la energía eólica es cinco veces la producción total de energía mundial actual, o 40 veces la demanda de electricidad actual, suponiendo que se superen todas las barreras prácticas necesarias. Esto requeriría la instalación de turbinas eólicas en grandes áreas, particularmente en áreas de mayores recursos eólicos, como en alta mar. Dado que las velocidades del viento en alta mar promedian un ~90 % más que las de la tierra, los recursos en alta mar pueden contribuir con mucha más energía que las turbinas estacionadas en tierra.

Energía hidroeléctrica

La presa de tres gargantas en el río Yangtze en China

Dado que el agua es unas 800 veces más densa que el aire, incluso una corriente de agua que fluya lentamente o un oleaje moderado pueden producir cantidades considerables de energía. El agua puede generar electricidad con una eficiencia de conversión de alrededor del 90%, que es la tasa más alta en energía renovable. Hay muchas formas de energía del agua:

• Históricamente, la energía hidroeléctrica provenía de la construcción de grandes presas hidroeléctricas y embalses, que todavía son populares en los países en desarrollo. El más grande de ellos es la presa Tres Gorges (2003) en China y la presa Itaipu (1984) construida por Brasil y Paraguay.
• Los pequeños sistemas hidroeléctricos son instalaciones hidroeléctricas que normalmente producen hasta 50 MW de poder. A menudo se utilizan en ríos pequeños o como desarrollo de bajo impacto en ríos más grandes. China es el mayor productor de hidroeléctrica del mundo y tiene más de 45.000 pequeñas instalaciones hidroeléctricas.
• Las centrales hidroeléctricas de ejecución del río derivan energía de ríos sin la creación de un gran reservorio. El agua se transporta típicamente a lo largo del lado del valle del río (utilizando canales, tuberías y/o túneles) hasta que está alto sobre el piso del valle, donde se puede permitir caer a través de un penstock para conducir una turbina. Una planta de corriente todavía puede producir una gran cantidad de electricidad, como el Jefe Joseph Dam en el río Columbia en los Estados Unidos. Sin embargo, muchas centrales hidroeléctricas de corriente son micro hidroeléctricas o pico.

La energía hidroeléctrica se produce en 150 países, y la región de Asia y el Pacífico generó el 32 % de la energía hidroeléctrica mundial en 2010. De los 50 países principales por porcentaje de electricidad generada a partir de energías renovables, 46 son principalmente hidroeléctricas. Ahora hay siete centrales hidroeléctricas de más de 10 GW (10 000 MW) en todo el mundo, consulte la tabla a continuación.

Rank	Estación	País	Ubicación	Capacidad (MW)
1.	Tres Gorges Dam	China	30°49′15′′N 111°00′08′′E / 30.82083°N 111.00222°E / 30.82083; 111.00222 (Tres gargantas presa)	22.500
2.	Represa de Baihetan	China	27°13′23′′N 102°54′11′′E / 27.22306°N 102.90306°E / 27.22306; 102.90306 (Tres Gorges Dam)	16.000
3.	Itaipu Dam	Brasil Paraguay	25°24′31′′′S 54°35′′′′′W / 25.40861°S 54.58917°W / -25.40861; -54.58917 (Represa Itaipu)	14.000
4.	Represa de Xiluodu	China	28°15′35′′N 103°38′58′E / 28.25972°N 103.64944°E / 28.25972; 103.64944 (Represa Xiluodu)	13,860
5.	Presa de Belo Monte	Brasil	03°06′57′S 51°47′45′′W / 3.11583°S 51.79583°W / -3.11583; -51.79583 (Belo Monte Dam)	11,233
6.	Guri Dam	Venezuela	07°45′59′′N 62°59′57′′W / 7.76639°N 62.99917°W / 7.76639; -62.99917 (Damigo Guri)	10.235
7.	Wudongde Dam	China	26°20′2′′N 102°37′48′E / 26.33389°N 102.63000°E / 26.33389; 102.63000 (Tres Gorges Dam)	10.200

Gran parte de la energía hidroeléctrica es flexible, por lo que complementa la eólica y la solar. La energía de las olas, que captura la energía de las olas de la superficie del océano, y la energía de las mareas, que convierte la energía de las mareas, son dos formas de energía hidroeléctrica con potencial futuro; sin embargo, todavía no se emplean ampliamente comercialmente. Un proyecto de demostración operado por Ocean Renewable Power Company en la costa de Maine, y conectado a la red, aprovecha la energía de las mareas de la Bahía de Fundy, ubicación del flujo de marea más alto del mundo. La conversión de energía térmica oceánica, que utiliza la diferencia de temperatura entre las aguas profundas más frías y las superficiales más cálidas, actualmente no tiene viabilidad económica.

Bioenergía

Plantación de azúcar para producir etanol en Brasil

Una central eléctrica CHP con madera para abastecer 30.000 hogares en Francia

La biomasa es material biológico derivado de organismos vivos o recientemente vivos. Con mayor frecuencia se refiere a plantas o materiales derivados de plantas que se denominan específicamente biomasa lignocelulósica. Como fuente de energía, la biomasa puede utilizarse directamente a través de la combustión para producir calor, o indirectamente después de convertirla en diversas formas de biocombustible. La conversión de biomasa en biocombustible se puede lograr mediante diferentes métodos que se clasifican ampliamente en: métodos térmicos, químicos y bioquímicos. La madera fue la mayor fuente de energía de biomasa a partir de 2012; los ejemplos incluyen residuos forestales, como árboles muertos, ramas y tocones de árboles, recortes de jardín, astillas de madera e incluso desechos sólidos municipales. En el segundo sentido, la biomasa incluye materia vegetal o animal que puede convertirse en fibras u otros productos químicos industriales, incluidos los biocombustibles. La biomasa industrial se puede cultivar a partir de numerosos tipos de plantas, incluidos miscanthus, switchgrass, cáñamo, maíz, álamo, sauce, sorgo, caña de azúcar, bambú y una variedad de especies de árboles, que van desde el eucalipto hasta la palma aceitera (aceite de palma).

La energía vegetal es producida por cultivos cultivados específicamente para su uso como combustible que ofrecen una alta producción de biomasa por hectárea con un bajo consumo de energía. El grano se puede utilizar como combustible líquido para el transporte, mientras que la paja se puede quemar para producir calor o electricidad. La biomasa vegetal también se puede degradar de celulosa a glucosa a través de una serie de tratamientos químicos, y el azúcar resultante se puede utilizar como biocombustible de primera generación.

La biomasa se puede convertir en otras formas utilizables de energía, como gas metano o combustibles para el transporte, como etanol y biodiésel. La basura en descomposición y los desechos agrícolas y humanos liberan gas metano, también llamado gas de vertedero o biogás. Los cultivos, como el maíz y la caña de azúcar, se pueden fermentar para producir el combustible de transporte, el etanol. El biodiésel, otro combustible para el transporte, se puede producir a partir de productos alimenticios sobrantes, como aceites vegetales y grasas animales. Existe una gran cantidad de investigaciones relacionadas con el combustible de algas o la biomasa derivada de algas debido al hecho de que es un recurso no alimentario, crece unas 20 veces más rápido que otros tipos de cultivos alimentarios, como el maíz y la soja, y puede cultivarse casi en cualquier lugar. Una vez cosechado, se puede fermentar para producir biocombustibles como etanol, butanol y metano, así como biodiesel e hidrógeno. La biomasa utilizada para la generación de electricidad varía según la región. Los subproductos forestales, como los residuos de madera, son comunes en los Estados Unidos. Los desechos agrícolas son comunes en Mauricio (residuos de caña de azúcar) y el sudeste asiático (cáscaras de arroz).

Los biocombustibles incluyen una amplia gama de combustibles que se derivan de la biomasa. El término cubre combustibles sólidos, líquidos y gaseosos. Los biocombustibles líquidos incluyen bioalcoholes, como el bioetanol, y aceites, como el biodiesel. Los biocombustibles gaseosos incluyen biogás, gas de vertedero y gas sintético. El bioetanol es un alcohol elaborado mediante la fermentación de los componentes de azúcar de los materiales vegetales y se elabora principalmente a partir de cultivos de azúcar y almidón. Estos incluyen maíz, caña de azúcar y, más recientemente, sorgo dulce. Este último cultivo es particularmente adecuado para crecer en condiciones de secano, y está siendo investigado por el Instituto Internacional de Investigación de Cultivos para los Trópicos Semiáridos por su potencial para proporcionar combustible, junto con alimentos y piensos para animales, en zonas áridas de Asia y África.

Con el desarrollo de tecnología avanzada, la biomasa celulósica, como árboles y pastos, también se utiliza como materia prima para la producción de etanol. El etanol se puede usar como combustible para vehículos en su forma pura, pero generalmente se usa como un aditivo de gasolina para aumentar el octanaje y mejorar las emisiones de los vehículos. El bioetanol es ampliamente utilizado en los Estados Unidos y en Brasil. Los costos de energía para producir bioetanol son casi iguales a los rendimientos energéticos del bioetanol. Sin embargo, según la Agencia Ambiental Europea, los biocombustibles no abordan las preocupaciones sobre el calentamiento global. El biodiesel está hecho de aceites vegetales, grasas animales o grasas recicladas. Puede usarse como combustible para vehículos en su forma pura o, más comúnmente, como un aditivo diésel para reducir los niveles de partículas, monóxido de carbono e hidrocarburos de los vehículos diésel. El biodiesel se produce a partir de aceites o grasas mediante transesterificación y es el biocombustible más común en Europa. Los biocombustibles proporcionaron el 2,7% del combustible para el transporte mundial en 2010.

La biomasa, el biogás y los biocombustibles se queman para producir calor/energía y, al hacerlo, dañan el medio ambiente. Los contaminantes como los óxidos de azufre (SO_x), los óxidos nitrosos (NO_x) y las partículas (PM) se producen a partir de la combustión de biomasa. La Organización Mundial de la Salud estima que 3,7 millones murieron prematuramente a causa de la contaminación del aire exterior en 2012, mientras que la contaminación interior por la quema de biomasa afecta a más de 3000 millones de personas en todo el mundo.

Energía geotérmica

Steam subiendo desde la estación de energía geotérmica Nesjavellir en Islandia

La energía geotérmica de alta temperatura proviene de la energía térmica generada y almacenada en la Tierra. La energía térmica es la energía que determina la temperatura de la materia. La energía geotérmica de la Tierra se origina a partir de la formación original del planeta y de la descomposición radiactiva de los minerales (en proporciones actualmente inciertas pero posiblemente aproximadamente iguales). El gradiente geotérmico, que es la diferencia de temperatura entre el núcleo del planeta y su superficie, impulsa una conducción continua de energía térmica en forma de calor desde el núcleo hacia la superficie. El adjetivo geotérmico proviene de las raíces griegas geo, que significa tierra, y thermos, que significa calor.

El calor que se utiliza para la energía geotérmica puede provenir de las profundidades de la Tierra, hasta el núcleo de la Tierra, a 6400 kilómetros (4000 millas) de profundidad. En el núcleo, las temperaturas pueden alcanzar más de 5000 °C (9030 °F). El calor se conduce desde el núcleo a la roca circundante. La temperatura y la presión extremadamente altas hacen que algunas rocas se derritan, lo que comúnmente se conoce como magma. El magma se convección hacia arriba ya que es más ligero que la roca sólida. Este magma luego calienta la roca y el agua en la corteza, a veces hasta 371 °C (700 °F).

La energía geotérmica de baja temperatura se refiere al uso de la corteza exterior de la Tierra como una batería térmica para facilitar la energía térmica renovable para calentar y enfriar edificios y otros usos industriales y de refrigeración. En esta forma de energía geotérmica, una bomba de calor geotérmica y un intercambiador de calor acoplado a tierra se usan juntos para mover la energía térmica hacia la Tierra (para enfriamiento) y fuera de la Tierra (para calefacción) según las estaciones. La energía geotérmica de baja temperatura (generalmente conocida como "GHP") es una tecnología renovable cada vez más importante porque reduce las cargas de energía anuales totales asociadas con la calefacción y la refrigeración, y también aplana la curva de demanda eléctrica eliminando el verano extremo. y los requisitos de suministro eléctrico pico de invierno. Por lo tanto, la energía geotérmica de baja temperatura/GHP se está convirtiendo en una prioridad nacional cada vez mayor con apoyo y enfoque de múltiples créditos fiscales como parte del movimiento continuo hacia la energía neta cero.

Tecnologías emergentes

También hay otras tecnologías de energía renovable que aún están en desarrollo, incluido el etanol celulósico, la energía geotérmica de roca seca y caliente y la energía marina. Estas tecnologías aún no están ampliamente demostradas o tienen una comercialización limitada. Muchos están en el horizonte y pueden tener un potencial comparable a otras tecnologías de energía renovable, pero aún dependen de atraer suficiente atención y financiación para investigación, desarrollo y demostración (RD&D).

Existen numerosas organizaciones dentro de los sectores académico, federal y comercial que realizan investigaciones avanzadas a gran escala en el campo de la energía renovable. Esta investigación abarca varias áreas de enfoque en todo el espectro de energía renovable. La mayor parte de la investigación está dirigida a mejorar la eficiencia y aumentar los rendimientos energéticos generales. Múltiples organizaciones de investigación apoyadas por el gobierno se han centrado en la energía renovable en los últimos años. Dos de los más destacados de estos laboratorios son los Laboratorios Nacionales Sandia y el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL), ambos financiados por el Departamento de Energía de los Estados Unidos y respaldados por varios socios corporativos.

Sistema geotérmico mejorado

Sistema geotérmico mejorado (ver descripción del archivo para detalles)

Los sistemas geotérmicos mejorados (EGS) son un nuevo tipo de tecnología de energía geotérmica que no requiere recursos hidrotermales convectivos naturales. La gran mayoría de la energía geotérmica al alcance de la perforación se encuentra en roca seca y no porosa. Las tecnologías EGS "mejoran" y/o crear recursos geotérmicos en esta "roca seca y caliente (HDR)" a través de la fracturación hidráulica. Se espera que las tecnologías EGS y HDR, como la geotermia hidrotermal, sean recursos de carga base que produzcan energía las 24 horas del día como una planta fósil. A diferencia de la hidrotermal, HDR y EGS pueden ser viables en cualquier parte del mundo, según los límites económicos de la profundidad de perforación. Las buenas ubicaciones son sobre granito profundo cubierto por una capa gruesa (de 3 a 5 km o de 1,9 a 3,1 millas) de sedimentos aislantes que reducen la pérdida de calor. Actualmente se están desarrollando y probando sistemas HDR y EGS en Francia, Australia, Japón, Alemania, EE. UU. y Suiza. El proyecto EGS más grande del mundo es una planta de demostración de 25 megavatios que se está desarrollando actualmente en Cooper Basin, Australia. Cooper Basin tiene el potencial de generar entre 5000 y 10 000 MW.

Energía marina

Rance Tidal Power Station, Francia

La energía marina (también conocida como energía oceánica) es la energía que transportan las olas del océano, las mareas, la salinidad y las diferencias de temperatura del océano. El movimiento del agua en los océanos del mundo crea una gran reserva de energía cinética o energía en movimiento. Esta energía se puede aprovechar para generar electricidad para los hogares, el transporte y las industrias. El término energía marina abarca la energía de las olas, la energía de las olas superficiales, la energía de las corrientes marinas, la energía de las corrientes hidrocinéticas marinas (por ejemplo, la Corriente del Golfo) y la energía de las mareas, obtenida de la energía cinética de grandes masas de agua en movimiento. La electrodiálisis inversa (RED) es una tecnología para generar electricidad mediante la mezcla de agua dulce de río y agua salada de mar en grandes celdas de potencia diseñadas para este fin; a partir de 2016, se está probando a pequeña escala (50 kW). La energía eólica marina no es una forma de energía marina, ya que la energía eólica se deriva del viento, incluso si las turbinas eólicas se colocan sobre el agua. Los océanos tienen una enorme cantidad de energía y están cerca de muchas, si no de la mayoría, de las poblaciones concentradas. La energía oceánica tiene el potencial de proporcionar una cantidad sustancial de nueva energía renovable en todo el mundo.

El enfriamiento radiativo de día pasivo puede enfriar temperaturas con cero consumo de energía o contaminación.

Enfriamiento radiativo diurno pasivo

El enfriamiento radiativo diurno pasivo (PDRC) utiliza el frío del espacio exterior como fuente de energía renovable para lograr un enfriamiento diurno que se puede usar en muchas aplicaciones, como el enfriamiento de espacios interiores, la mitigación de islas de calor urbanas al aire libre y la eficiencia de las células solares. Las superficies de PDRC están diseñadas para tener una alta reflectancia solar para minimizar la ganancia de calor y una fuerte transferencia de calor por radiación térmica infrarroja de onda larga (LWIR). A escala planetaria, se ha propuesto como una forma de frenar y revertir el calentamiento global. Las aplicaciones de PDRC se implementan como superficies orientadas al cielo, de manera similar a otras fuentes de energía renovable, como los sistemas fotovoltaicos y los colectores solares térmicos. PDRC se hizo posible con la capacidad de suprimir el calentamiento solar utilizando metamateriales fotónicos, publicado por primera vez en un estudio de Raman et al. a la comunidad científica en 2014. Las aplicaciones de PDRC para la refrigeración de espacios interiores están creciendo con un "tamaño de mercado estimado de ∼$27 mil millones en 2025."

Fotosíntesis artificial

La fotosíntesis artificial utiliza técnicas que incluyen nanotecnología para almacenar energía electromagnética solar en enlaces químicos mediante la división del agua para producir hidrógeno y luego usar dióxido de carbono para producir metanol. Los investigadores en este campo se esforzaron por diseñar imitaciones moleculares de la fotosíntesis que utilicen una región más amplia del espectro solar, empleen sistemas catalíticos hechos de materiales abundantes y económicos que sean robustos, fáciles de reparar, no tóxicos, estables en una variedad de condiciones ambientales y que funcionen. permitiendo de manera más eficiente que una mayor proporción de energía fotónica termine en los compuestos de almacenamiento, es decir, carbohidratos (en lugar de construir y mantener células vivas). Sin embargo, la investigación destacada enfrenta obstáculos, Sun Catalytix, un spin-off del MIT, dejó de ampliar su prototipo de celda de combustible en 2012, porque ofrece pocos ahorros en comparación con otras formas de producir hidrógeno a partir de la luz solar.

Radiación térmica infrarroja terrestre

La Tierra emite aproximadamente 10¹⁷ W de radiación térmica infrarroja que fluye hacia el frío espacio exterior. La energía solar golpea la superficie y la atmósfera de la tierra y produce calor. Usando varios dispositivos teóricos como el recolector de energía emisivo (EEH) o el diodo termorradiativo, este flujo de energía se puede convertir en electricidad. En teoría, esta tecnología se puede utilizar durante la noche.

Otros

Combustibles de algas

Producir combustibles líquidos a partir de variedades de algas ricas en aceite (grasas) es un tema de investigación en curso. Se están probando varias microalgas cultivadas en sistemas abiertos o cerrados, incluidos algunos sistemas que se pueden instalar en tierras abandonadas y desérticas.

Vapor de agua

La recolección de cargas de electricidad estática de gotas de agua sobre superficies metálicas es una tecnología experimental que sería especialmente útil en países de bajos ingresos con una humedad relativa del aire superior al 60 %.

Residuos de cultivos

Los dispositivos AuREUS (Aurora Renewable Energy & UV Sequestration), que se basan en desechos de cultivos, pueden absorber la luz ultravioleta del sol y convertirla en energía renovable.

Integración en el sistema energético y acoplamiento sectorial

La demanda de energía estimada durante una semana en mayo de 2012 y mayo de 2020, Alemania, mostrando la necesidad de generación despachada en lugar de generación de base en la red.

La producción de energía renovable de algunas fuentes, como la eólica y la solar, es más variable y está más distribuida geográficamente que la tecnología basada en combustibles fósiles y nuclear. Si bien es factible integrarlo en el sistema energético más amplio, conlleva algunos desafíos adicionales, como una mayor volatilidad de la producción y una menor inercia del sistema. La implementación del almacenamiento de energía, el uso de una amplia variedad de tecnologías de energía renovable y la implementación de una red inteligente en la que la energía se usa automáticamente en el momento en que se produce puede reducir los riesgos y los costos de la implementación de la energía renovable.

El acoplamiento del sector de generación de energía con otros sectores puede aumentar la flexibilidad: por ejemplo, el sector del transporte se puede acoplar mediante la carga de vehículos eléctricos y el envío de electricidad del vehículo a la red. De manera similar, el sector de la industria puede acoplarse con el hidrógeno producido por electrólisis y el sector de los edificios con el almacenamiento de energía térmica para calefacción y refrigeración de espacios.

Almacenamiento de energía eléctrica

El almacenamiento de energía eléctrica es un conjunto de métodos utilizados para almacenar energía eléctrica. La energía eléctrica se almacena durante los momentos en que la producción (especialmente de fuentes intermitentes como la energía eólica, la energía de las mareas, la energía solar) supera el consumo y se devuelve a la red cuando la producción cae por debajo del consumo. La hidroelectricidad de almacenamiento por bombeo representa más del 85% de todo el almacenamiento de energía de la red. Las baterías se están implementando cada vez más para esto y para los servicios auxiliares de la red y para el almacenamiento doméstico.

Tendencias del mercado y la industria

La mayoría de las nuevas energías renovables son la solar, seguida de la eólica, luego la hidroeléctrica y luego la bioenergía. La inversión en energías renovables, especialmente la solar, tiende a ser más eficaz para crear puestos de trabajo que el carbón, el gas o el petróleo. En todo el mundo, las energías renovables emplean a unos 12 millones de personas a partir de 2020, siendo la energía solar fotovoltaica la tecnología que más emplea con casi 4 millones.

Comparación de costos

^* = 2018. Todos los demás valores para 2019.

Crecimiento de las renovables

Inversiones y fuentes

Inversiones: Empresas, gobiernos y hogares comprometieron $501.3 mil millones a la descarbonización en 2020, incluyendo energía renovable (solar, viento), vehículos eléctricos y infraestructura de carga asociada, almacenamiento energético, sistemas de calefacción eficientes energéticamente, captura y almacenamiento de carbono, e hidrógeno.

Los países que más dependen de los combustibles fósiles para la electricidad varían ampliamente en cuanto gran parte de esa electricidad se genera a partir de fuentes renovables, dejando una amplia variación en el potencial de crecimiento de las renovables.

En 2020, las energías renovables superan los combustibles fósiles como principal fuente de electricidad de la Unión Europea por primera vez.

Precios

Comparación de precios con el tiempo para la energía de fuentes eólicas, solares y de otra índole. Con el tiempo, las energías renovables se benefician de curvas de aprendizaje y economías de escala.

Costo estandarizado: Con la aplicación cada vez más generalizada de las fuentes de energía renovable, los costos han disminuido, sobre todo por la energía generada por los paneles solares.
El costo estandarizado de la energía (LCOE) es una medida del costo neto medio actual de la generación de electricidad para una planta generadora durante su vida útil.

Los costos pasados de producción de energía renovable disminuyeron significativamente, con un 62% de la generación total de energía renovable añadida en 2020 con menores costos que la nueva opción de combustibles fósiles más barata.

Los resultados de una revisión reciente de la literatura concluyeron que a medida que los emisores de gases de efecto invernadero (GEI) comienzan a ser considerados responsables de los daños resultantes de las emisiones de GEI que provocan el cambio climático, un alto valor para la mitigación de la responsabilidad proporcionaría poderosos incentivos para el despliegue de tecnologías de energías renovables.

En la década de 2010-2019, la inversión mundial en capacidad de energía renovable, excluida la gran energía hidroeléctrica, ascendió a 2,7 billones de dólares, de los cuales los principales países China contribuyeron con 818 000 millones de dólares estadounidenses, Estados Unidos contribuyó con 392 300 millones de dólares estadounidenses y Japón con 210 900 millones de dólares estadounidenses., Alemania contribuyó con US$183.400 millones y el Reino Unido con US$126.500 millones. Este fue un aumento de más de tres y posiblemente cuatro veces la cantidad equivalente invertida en la década de 2000-2009 (no hay datos disponibles para 2000-2003).

Proyecciones futuras

Un informe de mayo de 2022 de la AIE pronosticó que las energías renovables seguirán siendo competitivas en 2023 a pesar del aumento de los costos, ya que los costos de los combustibles fósiles han aumentado mucho más rápido. El informe pronostica que se instalarán casi 200 GW de energía solar fotovoltaica en 2023. Se espera que tanto China como Europa instalen más energías renovables que EE. UU., debido a la incertidumbre en la política energética de EE. UU. El informe pronostica que la demanda de biocombustibles aumentará en India e Indonesia en 2023, en parte debido a sus políticas de transporte.

En junio de 2022, el director ejecutivo de la AIE, Fatih Birol, dijo que los países deberían invertir más en energías renovables para aliviar la presión sobre los consumidores de los altos precios de los combustibles fósiles, hacer que nuestros sistemas energéticos sean más seguros y encaminar al mundo para alcanzar nuestros objetivos climáticos”.

El plan quinquenal de China hasta 2025 incluye aumentar la calefacción directa mediante energías renovables como la geotérmica y la solar térmica.

Se espera que REPowerEU, el plan de la UE para escapar de la dependencia del gas fósil ruso, requiera mucho más hidrógeno verde.

Más del 35% de las empresas de la UE están tomando medidas sobre el clima a través de la generación de energía renovable in situ y fuera del sitio.

Demanda

En julio de 2014, WWF y el Instituto de Recursos Mundiales organizaron un debate entre varias de las principales empresas estadounidenses que habían declarado su intención de aumentar el uso de energía renovable. Estas discusiones identificaron una serie de "principios" que las empresas que buscaban un mayor acceso a la energía renovable consideraron entregas importantes del mercado. Estos principios incluían elección (entre proveedores y entre productos), competitividad de costos, suministro a precio fijo a más largo plazo, acceso a vehículos de financiamiento de terceros y colaboración.

Las estadísticas del Reino Unido publicadas en septiembre de 2020 señalaron que "la proporción de la demanda cubierta por las energías renovables varía desde un mínimo del 3,4 % (para el transporte, principalmente a partir de biocombustibles) hasta un máximo de más del 20 % para ' otros usuarios finales', que son en gran parte los sectores comerciales y de servicios que consumen cantidades relativamente grandes de electricidad, y la industria".

En algunos lugares, los hogares individuales pueden optar por comprar energía renovable a través de un programa de energía verde para el consumidor.

Tendencias para tecnologías individuales

Hidroelectricidad

En 2020, la capacidad mundial de energía hidroeléctrica renovable fue de 1330 GW. Solo se ha desarrollado un tercio del potencial hidroeléctrico mundial estimado de 14.000 TWh/año. Los nuevos proyectos hidroeléctricos enfrentan la oposición de las comunidades locales debido a su gran impacto, incluida la reubicación de comunidades y la inundación de hábitats de vida silvestre y tierras de cultivo. El alto costo y los plazos de entrega del proceso de autorización, incluidas las evaluaciones ambientales y de riesgo, con falta de aceptación ambiental y social son, por lo tanto, los principales desafíos para los nuevos desarrollos. Es popular repotenciar presas viejas, aumentando así su eficiencia y capacidad, así como una respuesta más rápida en la red. Cuando las circunstancias lo permitan, las presas existentes, como la presa Russell construida en 1985, pueden actualizarse con "bombeo de retorno" instalaciones para almacenamiento por bombeo que es útil para picos de carga o para soportar energía eólica y solar intermitente. Debido a que la energía despachable es más valiosa que VRE, los países con grandes desarrollos hidroeléctricos como Canadá y Noruega están gastando miles de millones para expandir sus redes para comerciar con países vecinos que tienen energía hidroeléctrica limitada.

Desarrollo de energía eólica

Crecimiento mundial de la capacidad eólica (1996–2018)

Cuatro parques eólicos offshore están en la zona de Támesis: Kentish Flats, Gunfleet Sands, Thanet y Londres Array. Este último es el más grande del mundo a partir de abril de 2013.

El viento offshore se está volviendo más rentable

Solar térmica

El 377 MW Ivanpah Solar Electric Generating System con las tres torres bajo carga, febrero 2014. Tomado de I-15.

Torres solares de las plantas solares PS10 y PS20 en España

La capacidad de energía solar térmica ha aumentado de 1,3 GW en 2012 a 5,0 GW en 2017.

España es líder mundial en despliegue de energía termosolar con 2,3 GW desplegados. Estados Unidos tiene 1,8 GW, la mayor parte en California, donde están operativos 1,4 GW de proyectos de energía termosolar. Se han construido varias centrales eléctricas en el desierto de Mojave, suroeste de los Estados Unidos. A partir de 2017, solo otros 4 países tienen implementaciones superiores a 100 MW: Sudáfrica (300 MW), India (229 MW), Marruecos (180 MW) y Emiratos Árabes Unidos (100 MW).

Estados Unidos llevó a cabo una gran parte de las primeras investigaciones en energía solar fotovoltaica y concentrada. Estados Unidos se encuentra entre los principales países del mundo en electricidad generada por el sol y varias de las instalaciones a escala de servicios públicos más grandes del mundo se encuentran en el desierto del suroeste.

La planta de energía termosolar más antigua del mundo es la planta de energía térmica SEGS de 354 megavatios (MW), en California. El sistema de generación eléctrica solar de Ivanpah es un proyecto de energía solar térmica en el desierto de Mojave en California, a 64 km (40 millas) al suroeste de Las Vegas, con una capacidad bruta de 377 MW. La estación generadora Solana de 280 MW es una planta de energía solar cerca de Gila Bend, Arizona, a unas 70 millas (110 km) al suroeste de Phoenix, que se completó en 2013. Cuando se puso en marcha, era la planta cilindroparabólica más grande del mundo y la primera planta solar de EE. UU. con almacenamiento de energía térmica en sales fundidas.

En los países en desarrollo, se aprobaron tres proyectos del Banco Mundial para centrales eléctricas de turbinas de gas de ciclo combinado/termosolar integradas en Egipto, México y Marruecos.

Desarrollo fotovoltaico

La energía fotovoltaica (PV) está creciendo rápidamente con una capacidad global que aumentó de 177 GW a fines de 2014 a 385 GW en 2017.

La energía fotovoltaica utiliza células solares ensambladas en paneles solares para convertir la luz solar en electricidad. Los sistemas fotovoltaicos van desde pequeñas instalaciones residenciales y comerciales en azoteas o integradas en edificios, hasta grandes centrales fotovoltaicas a gran escala. La tecnología fotovoltaica predominante es el silicio cristalino, mientras que la tecnología de células solares de película delgada representa alrededor del 10 por ciento del despliegue fotovoltaico mundial. En los últimos años, la tecnología fotovoltaica mejoró su eficiencia en la generación de electricidad, redujo el costo de instalación por vatio y el tiempo de recuperación de la energía, y alcanzó la paridad de red en al menos 30 mercados diferentes para 2014. Energía fotovoltaica integrada en edificios o "in situ" Los sistemas fotovoltaicos utilizan terrenos y estructuras existentes y generan energía cerca de donde se consume.

La energía fotovoltaica creció más rápido en China, seguida de Japón y Estados Unidos. Se pronostica que la energía solar se convertirá en la mayor fuente de electricidad del mundo para 2050, con la energía solar fotovoltaica y la energía solar concentrada contribuyendo con el 16 % y el 11 %, respectivamente. Esto requiere un aumento de la capacidad fotovoltaica instalada a 4600 GW, de los cuales se espera que más de la mitad se despliegue en China e India.

Paneles solares en la granja solar de 550 MW Topaz

Las plantas comerciales de energía solar concentrada se desarrollaron por primera vez en la década de 1980. A medida que el costo de la electricidad solar ha disminuido, la cantidad de sistemas solares fotovoltaicos conectados a la red ha crecido a millones y se están construyendo estaciones de energía solar a gran escala con cientos de megavatios. Se han construido muchas centrales solares fotovoltaicas, principalmente en Europa, China y Estados Unidos. El Parque Solar del Desierto Tengger de 1,5 GW, en China, es la central eléctrica fotovoltaica más grande del mundo. Muchas de estas plantas están integradas con la agricultura y algunas usan sistemas de seguimiento que siguen el camino diario del sol a través del cielo para generar más electricidad que los sistemas fijos.

Desarrollo de biocombustibles

Brasil produce bioetanol elaborado a partir de caña de azúcar disponible en todo el país. Una estación de gas típica con servicio dual de combustible está marcada "A" para el alcohol (etanol) y "G" para la gasolina.

La capacidad global de bioenergía en 2017 fue de 109 GW. Los biocombustibles proporcionaron el 4% del combustible para el transporte mundial en 2017.

Existen mandatos para la mezcla de biocombustibles en 31 países a nivel nacional y en 29 estados/provincias.

Desde la década de 1970, Brasil ha tenido un programa de combustible de etanol que ha permitido que el país se convierta en el segundo mayor productor de etanol del mundo (después de Estados Unidos) y el mayor exportador del mundo. El programa de combustible de etanol de Brasil utiliza equipos modernos y caña de azúcar barata como materia prima, y los desechos residuales de la caña (bagazo) se utilizan para producir calor y energía. Ya no hay vehículos livianos en Brasil que funcionen con gasolina pura.

Se espera que Biojet sea importante para la reducción a corto plazo de las emisiones de dióxido de carbono de los vuelos de larga distancia.

Desarrollo geotérmico

Planta geotérmica en The Geysers, California, EE.UU.

La capacidad geotérmica global en 2017 fue de 12,9 GW.

La energía geotérmica es rentable, confiable, sostenible y respetuosa con el medio ambiente, pero históricamente se ha limitado a áreas cercanas a los límites de las placas tectónicas. Los recientes avances tecnológicos han ampliado la gama y el tamaño de los recursos viables, especialmente para aplicaciones como la calefacción del hogar, abriendo un potencial para una explotación generalizada. Los pozos geotérmicos liberan gases de efecto invernadero atrapados en las profundidades de la tierra, pero estas emisiones suelen ser mucho más bajas por unidad de energía que las de los combustibles fósiles. Como resultado, la energía geotérmica tiene el potencial de ayudar a mitigar el calentamiento global si se implementa ampliamente en lugar de los combustibles fósiles.

En 2017, Estados Unidos lideró el mundo en producción de electricidad geotérmica con 12,9 GW de capacidad instalada. El grupo más grande de plantas de energía geotérmica en el mundo se encuentra en The Geysers, un campo geotérmico en California. Filipinas sigue a EE. UU. como el segundo mayor productor de energía geotérmica del mundo, con 1,9 GW de capacidad en línea.

Países en desarrollo

Wind farm en China

Las cocinas solares utilizan la luz solar como fuente de energía para cocinar al aire libre.

La energía renovable en los países en desarrollo es una alternativa cada vez más utilizada a la energía de los combustibles fósiles, ya que estos países aumentan sus suministros energéticos y abordan la pobreza energética. Una vez se consideró que la tecnología de energía renovable era inasequible para los países en desarrollo. Sin embargo, desde 2015, la inversión en energía renovable no hidroeléctrica ha sido mayor en los países en desarrollo que en los países desarrollados, y representó el 54% de la inversión mundial en energía renovable en 2019. La Agencia Internacional de Energía pronostica que la energía renovable proporcionará la mayoría del crecimiento del suministro de energía a través de 2030 en África y Centroamérica y Sudamérica, y el 42% del crecimiento de la oferta en China.

La mayoría de los países en desarrollo tienen abundantes recursos energéticos renovables, como energía solar, energía eólica, energía geotérmica y biomasa, así como la capacidad de fabricar los sistemas relativamente intensivos en mano de obra que los utilizan. Al desarrollar esas fuentes de energía, los países en desarrollo pueden reducir su dependencia del petróleo y el gas natural, creando carteras de energía menos vulnerables a los aumentos de precios. En muchas circunstancias, estas inversiones pueden ser menos costosas que los sistemas de energía de combustibles fósiles.

Política

Las políticas de apoyo a las energías renovables han sido vitales en su expansión. Donde Europa dominó en el establecimiento de la política energética a principios de la década de 2000, la mayoría de los países del mundo ahora tienen algún tipo de política energética.

Tendencias de políticas

La Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA) es una organización intergubernamental para promover la adopción de energías renovables en todo el mundo. Su objetivo es proporcionar asesoramiento normativo concreto y facilitar la creación de capacidad y la transferencia de tecnología. IRENA se formó en 2009, con 75 países firmando la carta de IRENA. A partir de abril de 2019, IRENA tiene 160 estados miembros. El entonces Secretario General de las Naciones Unidas, Ban Ki-moon, dijo que la energía renovable puede llevar a las naciones más pobres a nuevos niveles de prosperidad, y en septiembre de 2011 lanzó la iniciativa Energía Sostenible para Todos de la ONU para mejorar el acceso a la energía, la eficiencia y el despliegue de energía renovable.

El Acuerdo de París de 2015 sobre el cambio climático motivó a muchos países a desarrollar o mejorar políticas de energía renovable. En 2017, un total de 121 países adoptaron algún tipo de política de energía renovable. Los objetivos nacionales ese año existían en 176 países. Además, también existe una amplia gama de políticas a nivel estatal/provincial y local. Algunos servicios públicos ayudan a planificar o instalar actualizaciones de energía residencial.

Muchos gobiernos nacionales, estatales y locales han creado bancos verdes. Un banco verde es una institución financiera casi pública que utiliza capital público para impulsar la inversión privada en tecnologías de energía limpia. Los bancos verdes utilizan una variedad de herramientas financieras para cerrar las brechas del mercado que dificultan el despliegue de energía limpia.

La neutralidad climática para el año 2050 es el principal objetivo del Pacto Verde Europeo. Para que la Unión Europea alcance su objetivo de neutralidad climática, un objetivo es descarbonizar su sistema energético con el objetivo de lograr "emisiones netas de gases de efecto invernadero cero para 2050".

Energía renovable total

Debate

La mayoría de los encuestados a una encuesta sobre el clima realizada en 2021-2022 por el Banco Europeo de Inversiones dicen que los países deben respaldar la energía renovable para luchar contra el cambio climático.

La generación de electricidad renovable por energía eólica y solar es variable. Esto da como resultado un factor de capacidad reducido y puede requerir mantener algunas centrales eléctricas a gas u otra generación gestionable en espera hasta que haya suficiente almacenamiento de energía, respuesta a la demanda, mejora de la red y/o energía de carga base de fuentes no intermitentes como energía hidroeléctrica, nuclear. energía o bioenergía.

Las plantas de energía solar pueden competir con la tierra cultivable, mientras que los parques eólicos terrestres se enfrentan a la oposición debido a preocupaciones estéticas y al ruido, que afecta tanto a los humanos como a la vida silvestre. En los Estados Unidos, el proyecto Cape Wind de Massachusetts se retrasó durante años en parte debido a preocupaciones estéticas. Sin embargo, los residentes en otras áreas han sido más positivos. Según un concejal, la gran mayoría de los lugareños cree que el parque eólico de Ardrossan en Escocia ha mejorado la zona. Estas preocupaciones, cuando se dirigen contra la energía renovable, a veces se describen como "no en mi patio trasero" actitud (NIMBY).

Un documento del gobierno del Reino Unido de 2011 establece que "por lo general, es más probable que los proyectos tengan éxito si cuentan con un amplio apoyo público y el consentimiento de las comunidades locales. Esto significa dar a las comunidades voz y voto". En países como Alemania y Dinamarca, muchos proyectos renovables son propiedad de las comunidades, particularmente a través de estructuras cooperativas, y contribuyen significativamente a los niveles generales de despliegue de energía renovable.

El mercado de tecnologías de energía renovable ha seguido creciendo. Las preocupaciones por el cambio climático y el aumento de los empleos verdes, junto con los altos precios del petróleo, el pico del petróleo, las guerras del petróleo, los derrames de petróleo, la promoción de vehículos eléctricos y electricidad renovable, los desastres nucleares y el aumento del apoyo gubernamental, están impulsando una mayor legislación, incentivos y comercialización de energía renovable. El nuevo gasto gubernamental, la regulación y las políticas ayudaron a la industria a capear la crisis económica de 2009 mejor que muchos otros sectores.

La Agencia Internacional de Energía ha afirmado que el despliegue de tecnologías renovables suele aumentar la diversidad de fuentes de electricidad y, a través de la generación local, contribuye a la flexibilidad del sistema y su resistencia a los choques centrales.

En octubre de 2021, el comisario europeo de Acción por el Clima, Frans Timmermans, sugirió "la mejor respuesta" a la crisis energética mundial de 2021 es "reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles". Dijo que aquellos que culpan al Acuerdo Verde Europeo lo hacían "quizás por razones ideológicas o, a veces, económicas para proteger sus intereses creados". Algunos críticos culparon al Sistema de Comercio de Emisiones de la Unión Europea (EU ETS) y al cierre de plantas nucleares por contribuir a la crisis energética. La presidenta de la Comisión Europea, Ursula von der Leyen, dijo que Europa es 'demasiado dependiente'; del gas natural y demasiado dependiente de las importaciones de gas natural. Según Von der Leyen, "La respuesta tiene que ver con la diversificación de nuestros proveedores... y, lo que es más importante, con acelerar la transición hacia la energía limpia."

La energía nuclear propuesta como energía renovable

La central nuclear de Leibstadt en Suiza

Geopolítica de las energías renovables

Un concepto de una súper rejilla.

Desde alrededor de 2010 en adelante, se ha discutido el impacto geopolítico del uso creciente de energías renovables. Algunos argumentan que los antiguos exportadores de combustibles fósiles experimentarán un debilitamiento de su posición en los asuntos internacionales, mientras que los países con abundantes recursos de energía renovable se fortalecerán. También se espera que algunos países ricos en materiales críticos para las tecnologías de energía renovable aumenten su importancia en los asuntos internacionales.

El índice GeGaLo de ganancias y pérdidas geopolíticas evalúa cómo puede cambiar la posición geopolítica de 156 países si el mundo realiza una transición completa hacia los recursos de energía renovable. Se espera que los antiguos exportadores de combustibles fósiles pierdan poder, mientras que se espera que se fortalezcan las posiciones de los antiguos importadores de combustibles fósiles y los países ricos en recursos de energía renovable. El abastecimiento de los materiales necesarios, la propiedad de los activos de infraestructura clave y el diseño de redes requieren consideraciones geopolíticas.

Las transiciones a la energía renovable tienen muchas implicaciones geopolíticas, como la posibilidad de pérdidas de ingresos que generen inestabilidad política en economías exportadoras de combustibles fósiles insuficientemente preparadas, aunque no está claro si la transición aumentará o reducirá los conflictos en general. En particular, un estudio plantea la hipótesis de que surge una "configuración en la que los importadores de combustibles fósiles están mejor descarbonizando, los exportadores competitivos de combustibles fósiles están mejor inundando los mercados y los productores de combustibles fósiles no competitivos, en lugar de beneficiarse del 'viaje gratuito& #39;—sufren de su exposición a activos varados y falta de inversión en tecnologías de descarbonización".

Un estudio encontró que la transición de los combustibles fósiles a los sistemas de energía renovable reduce los riesgos de la minería, el comercio y la dependencia política porque los sistemas de energía renovable no necesitan combustible; dependen del comercio solo para la adquisición de materiales y componentes durante la construcción..

Las naciones ricas en energía solar y eólica podrían convertirse en importantes exportadores de energía.

El comercio de hidrógeno podría rediseñar fundamentalmente la geografía del comercio mundial de energía, y la gobernanza internacional y las inversiones que buscan ampliar la economía del hidrógeno podrían reducir el riesgo de fragmentación del mercado, bloqueo de carbono y geo -rivalidad económica". La electricidad superará a otros vectores de energía para 2050, representando casi el 50 % del consumo total de energía (frente al 22 % en 2015). Dadas las limitaciones del uso exclusivo de electricidad, el hidrógeno limpio tiene un potencial significativo en varias industrias. El hidrógeno tiene el potencial de ser almacenado a largo plazo en las industrias de electricidad y calefacción.

En 2019, las empresas de petróleo y gas figuraron en la lista de Forbes con ventas de 4,8 billones de dólares estadounidenses, aproximadamente el 5 % del PIB mundial. Los importadores netos como China y la UE obtendrían ventajas de una transición a tecnologías bajas en carbono impulsadas por el desarrollo tecnológico, la eficiencia energética o la política de cambio climático, mientras que Rusia, EE. UU. o Canadá podrían ver casi cerradas sus industrias de combustibles fósiles. Por otro lado, países con grandes extensiones como Australia, Rusia, China, EE.UU., Canadá y Brasil y también África y Oriente Medio tienen un potencial para grandes instalaciones de energías renovables. La producción de tecnologías de energía renovable requiere elementos de tierras raras con nuevas cadenas de suministro.

Impacto en la salud y el medio ambiente

Pasar a la energía renovable moderna tiene grandes beneficios para la salud debido a la reducción de la contaminación del aire por los combustibles fósiles.

Las fuentes renovables distintas de la biomasa, como la energía eólica, la fotovoltaica y la hidroelectricidad, tienen la ventaja de poder conservar el agua, reducir la contaminación y reducir el CO₂ emisiones.

Los paneles solares cambian el albedo de la superficie, por lo que si se usan a gran escala (como cubrir el 20 % del desierto del Sahara), podrían cambiar los patrones climáticos globales.

Biomasa

La capacidad de la biomasa y los biocombustibles para contribuir a la reducción de las emisiones de CO₂ es limitada porque tanto la biomasa como los biocombustibles emiten grandes cantidades de contaminación del aire cuando se queman y, en algunos casos, compiten con el suministro de alimentos. Además, la biomasa y los biocombustibles consumen grandes cantidades de agua y tierra (a veces, tierra que podría utilizarse para la producción de alimentos). Además, puede haber fugas de carbono de la producción de biomasa. Sin embargo, aún podría ayudar a reducir las emisiones de dióxido de carbono y desempeñar un papel importante como método de generación despachable.

Áreas de conservación, reciclaje y tierras raras

Las instalaciones utilizadas para producir energía eólica, solar e hidroeléctrica son una amenaza creciente para las áreas de conservación clave, con instalaciones construidas en áreas reservadas para la conservación de la naturaleza y otras áreas ambientalmente sensibles. A menudo son mucho más grandes que las plantas de energía de combustibles fósiles y necesitan áreas de tierra hasta 10 veces más grandes que el carbón o el gas para producir cantidades de energía equivalentes. Se construyen más de 2000 instalaciones de energía renovable, y más están en construcción, en áreas de importancia ambiental y amenazan los hábitats de especies de plantas y animales en todo el mundo. Los autores' El equipo enfatizó que su trabajo no debe interpretarse como anti-renovables porque la energía renovable es crucial para reducir las emisiones de carbono. La clave es garantizar que las instalaciones de energía renovable se construyan en lugares donde no dañen la biodiversidad.

La transición a la energía renovable depende de recursos no renovables, como los metales extraídos. La fabricación de paneles fotovoltaicos, turbinas eólicas y baterías requiere cantidades significativas de elementos de tierras raras que tienen un impacto social y ambiental significativo si se extraen en bosques y áreas protegidas. Debido a la coexistencia de tierras raras y elementos radiactivos (torio, uranio y radio), la extracción de tierras raras da como resultado la producción de desechos radiactivos de bajo nivel.

En 2020, los científicos publicaron un mapa mundial de áreas que contienen materiales de energía renovable, así como estimaciones de sus superposiciones con "Áreas clave de biodiversidad", "Áreas silvestres restantes" y "Áreas protegidas". Los autores evaluaron que se necesita una planificación estratégica cuidadosa. Los paneles solares se reciclan para reducir los desechos electrónicos y crear una fuente de materiales que, de otro modo, tendrían que extraerse, pero ese negocio aún es pequeño y se está trabajando para mejorar y ampliar el proceso.

Historia

Antes del desarrollo del carbón a mediados del siglo XIX, casi toda la energía utilizada era renovable. El uso más antiguo conocido de energía renovable, en forma de biomasa tradicional para alimentar incendios, data de hace más de un millón de años. El uso de biomasa para el fuego no se convirtió en un lugar común hasta muchos cientos de miles de años después. Probablemente, el segundo uso más antiguo de energía renovable es aprovechar el viento para impulsar barcos sobre el agua. Esta práctica se remonta a unos 7000 años, a los barcos en el Golfo Pérsico y en el Nilo. A partir de las aguas termales, la energía geotérmica se ha utilizado para bañarse desde el Paleolítico y para calentar espacios desde la época de los antiguos romanos. Pasando al tiempo de la historia registrada, las principales fuentes de energía renovable tradicional eran el trabajo humano, la energía animal, la energía hidráulica, el viento, en molinos de viento para triturar granos y la leña, una biomasa tradicional.

En 1885, Werner von Siemens, al comentar sobre el descubrimiento del efecto fotovoltaico en estado sólido, escribió:

En conclusión, yo diría que, sin embargo, la importancia científica de este descubrimiento puede ser, su valor práctico no será menos obvio cuando reflexionemos que el suministro de energía solar es tanto sin límite y sin costo, y que seguirá derramando sobre nosotros durante innumerables edades después de que todos los depósitos de carbón de la tierra hayan sido agotados y olvidados.

Max Weber mencionó el fin de los combustibles fósiles en los párrafos finales de su Die protestantische Ethik und der Geist des Kapitalismus (La ética protestante y el espíritu del capitalismo), publicado en 1905. El desarrollo de motores solares continuó hasta el estallido de la Segunda Guerra Mundial. Guerra I. La importancia de la energía solar se reconoció en un artículo de Scientific American de 1911: "en un futuro lejano, una vez que se hayan agotado los combustibles naturales [la energía solar] seguirá siendo el único medio de existencia de la raza humana".

La teoría del pico del petróleo se publicó en 1956. En la década de 1970, los ecologistas promovieron el desarrollo de energías renovables como reemplazo del eventual agotamiento del petróleo, así como para escapar de la dependencia del petróleo y la primera fuente de electricidad. Aparecieron generadores de aerogeneradores. La energía solar se había utilizado durante mucho tiempo para calefacción y refrigeración, pero los paneles solares eran demasiado costosos para construir granjas solares hasta 1980.

Galería

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  Burbo, NW-England

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  Sunrise en el Fenton Wind Farm en Minnesota, Estados Unidos

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  The CSP-station Andasol in Andalucía, España

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  Planta solar Ivanpah en el desierto de Mojave, California, Estados Unidos

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  Tres Gargantas Dam y Gezhouba Dam, China

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  Venta de paneles PV en Ouagadougou, Burkina Faso

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  La cosecha de estaño aumenta la recuperación de la biomasa de los bosques

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  Un pequeño sistema PV montado en la azotea en Bonn, Alemania

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  El Parque Solar Westmill de propiedad comunitaria en el Sudeste de Inglaterra

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  Estación de energía fotovoltaica Komekurayama en Kofu, Japón

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  Krafla, una central eléctrica geotérmica en Islandia