os países, sobre todos
de los desarrollados, de sus presupuestos y políticas para alcanzar el
estadio de la “energía sostenible”
Necesidad de adecuar el sistema energético mundial
Sistema Actual
1 millardo de personas utiliza una cantidad de energía equivalente
mayor o igual a 2 kWe por persona
• 5 millardos de personas utiliza una cantidad de energía equivalente
menor o igual a 0.6 kWe por persona
• El conjunto global de consumo es de unos 220 MMBD de petróleo
equivalente o 4.8 x 1012We (TWe)
• La mayor cantidad de energía utilizada es no renovable,
contaminante, políticamente sensitivas y costosas para muchas
personas
Nuevo Sistema
• Si cada persona consume al menos 2 kWe, en el 2050 los 10
millardos consumirían 20 TWe
• Si deseamos que la especie humana perdure en la tierra el sistema
energético que necesita la humanidad debe ser: limpio, seguro,
sostenible y de bajo costo
El sol fuente inagotable de energía
Las diferentes fuentes energéticas existentes en la tierra tienen su
origen, directa o indirectamente, de la energía que recibe la tierra
del sol:
Eólica
Solar térmica
Solar PV
Bio combustibles
Hidroeléctrica
Maremotriz
Geotérmica
Fósiles
Nuclear
Potencial físico de energías renovables
Radiación solar (tierra) = 1800 CPEG
Energía Eólica = 200 CPEG
Biomasa = 20 CPEG
Energía Geotérmica = 10 CPEG
Energía Oceánica y de Oleaje = 2 CPEG
Energía Hidráulica = 1 CPEG
Consumo Primario actual de Energía
Global
Fuente: Nitsch, F. (2007): Technologische und energiewirtschaftliche
Perspektiven erneuerbarer Energien. Deutsches Zentrum für Luft-
und Raumfahrt.
Elaboración: N. Hernández
Perfil de una nueva fuente energética
Como complemento de las existentes, la nueva fuente energética
debe ser:
• No agotable, para prevenir conflictos futuros
• Ambientalmente limpia, para garantizar un mundo sostenible
• Continuamente disponible, para proporcionar la seguridad de
carga base para todos los usuarios
• De uso directo, para permitir su uso eficiente con minima
infraestructura
• De bajo costo, para un mayor acceso de todas las poblaciones
• De concretización en los próximos 20 a 30 años
Fuente: nns.org
Elaboración: N. Hernández
Si
Si
Si
Si
SBSP o EEES
energético ( EROEI)
No, Sequías, Planificación compleja
Capacidades limitadas. Pobre rendimiento
Si
Si
Si
Si
Hidráulica
Bio-combustibles
Fósiles
Nuclear
Eólica
Geotermal
Solar terrestre
Carga Base?
Si
Si
No
Si
No
Confiable?
Inminente pico
Costos, Disponibilidad, Políticas
No, intermitente
No, Disponibilidad limitada
No, intermitente
Segura?
Si
Si
Si
Si
Si
Limpia?
No
No
Si
Si
Si
¿ Cuales son las opciones energéticas?
Fuente: nns.org
Elaboración: N. Hernández
¿ Que es SBSP o EEES?
La energía eléctrica espacial solar (EEES) o Space Base Solar Power (
SBSP), es la energía solar capturada en el espacio mediante grandes
arreglos de celdas fotovoltaicas y transmitida a la tierra vía microonda
(Wi Tricity) o de rayo láser a un receptor en la tierra (redtecnna) donde se
convierte en energía eléctrica de carga base, o de energía de carga de
baja intensidad, o en energía sintética.
La luz del sol capturada en el espacio es más eficaz en el abastecimiento
de energía continua de carga base comparada con la energía solar
capturada en la tierra.
EEES ha sido estudiado desde los años
70 por DOE, NASA, ESA, y JAXA, pero
“ha caído generalmente a través de las
grietas” debido a que no ha existido una
organización responsable para
desarrollar e implementar programas
espaciales y de seguridad energética.
Sin embargo, el presidente Obama
contempla dentro de sus programa
energético el desarrollo en los próximos
10 años de un prototipo semi comercial.
¿Cómo funciona el
EEES?
Los paneles solares del satélite
capturan la energía de la luz solar
y la envían a la tierra utilizando la
tecnología de transmisión
inalámbrica vía microondas
Señales recibidas desde la
antena receptora terrestre
(verde) permiten al satélite
corregir continuamente la
dirección de envío de
energía al punto receptor
Fuente: nns.org
Elaboración: N. Hernández
Ventajas del EEES
• Menos atmosfera permite
obtener mayor energía por
área
• Cualquier lugar de la tierra
puede recibir la energía solar
obtenida del EEES
• La estación puede
proporcionar energía 96 %
del tiempo
• Los paneles solares no
ocupan superficie terrestre
• Suficiente
espacio
en
el
espacio
• Promueve el desarrollo
espacial, solar y transmisión
de la energía inalámbrica
Foto: Nasa
Fuente: nns.org
Elaboración: N. Hernández
Ventajas del EEES
• No es necesario equipos de
almacenamiento de energía
(baterías)
• El calor generado
es
arrojado al espacio
• No contaminación del agua
o aire al producir la energía
• Requieren de poco personal
para operarlas y las
rectecnnas permiten, debajo
de ellas, el desarrollo agrícola
Foto: Nasa
Fuente: nns.org
Elaboración: N. Hernández
Ultima caminata espacial en la reparación del telescopio Hubble (17-05-09)
Solar espacial
Intensidad Solar
1366 W/m2
No hay
noche
Minima acción del
tiempo
Solar Terrestre
Intensidad Solar
1000 W/m2
Perdidas por mal
tiempo
12 h
de noche
Comparación EEES vs solar terrestre
60 % mas eficiente
Fuente: nns.org
Elaboración: N. Hernández
Electricidad Estación Espacial
Solar (EEES)
… Algunas dimensiones
Siempre
orientada hacia la
tierra
Orbita geo estacionaria
24 horas
36000 Km en el ecuador
Concepto básico de una EEES
EEES
Siempre
orientado hacia el
sol
Elaboración: N. Hernández
1 Km
1 Tw/día * 365 días/año = 365 Tw-año
Ajuste de eficiencia, posición geo
espacial de la EEES y corrección
de tiempo orbital
212 Tw-año
35786 Km
EEES estacionario
Reservas mundiales de petróleo (2008)
1258 millardos de barriles = 244 Tw
Midiendo la potencialidad de EEES
365 días
35786 Km
Tw = 10 12watios
Fuente: nns.org
Cada Km de la banda recibe cada año 212 Tw, el 87 %,
equivalente energéticamente a todas las reservas de
petróleo para el 2008
Elaboración: N. Hernández
Fuente: nns.org
10
Km
S
E
8
Km
2Km
Rectenna:
Antena terrestre
rectificadora para convertir
directamente energía en forma
de microondas a electricidad
directa (DC)
13 Km
Conversión de
corriente DC a AC
Prototipo de una EEES para 5 Gw-año
E = A*D* Fc * 365
E = 2 * 8 * 1.4 * 0.58 * 365 = 4.8 Gw-año
Elaboración: N. Hernández
¿Qué significa una EEES de 5 Gw-año?
Mundo
Japon
Venezuela
Cantidad de
EEES de 5 Gw
807
198
104
51
44
24
19
5
2006.Capacidad
Instalada (Gw)
4034
986
518
251
218
120
93
22
Algunos problemas a resolver con respecto a la Rectenna
• Su cercanía necesaria a las ciudades para minimizar perdidas
operacionales
• Utilización de áreas significativas para su instalación
• Aunque es la misma cantidad por exposición asociada a
teléfonos celulares y uso del microonda, resistencia de la
población por posibles efectos a la salud
• Interferencia con otros equipos y dispositivos electrónicos
Los equipos de generación eléctrica (molinos o celdas solares) a gran
escala solo proporcionan entre 25 a 30 % de la carga diaria, mientras
que en la EEES es disponible en un 99 % todo el año en una orbita
estacionaria por lo que puede ser utilizada como carga base. Las
plantas eléctricas de carbón o nucleares pueden proporcionar carga
base en un 90 % al año.
Por otra parte, la EEES no requiere de ningún combustible por lo que
hay cero contaminación. EEES es la fuente energética mas limpia y con
una carga base ilimitada.
0.15
0.10
0.05
0
0.35
0.30
0.25
0.20
0
20000
40000
60000
Inversión ($/Kw)
Costo ($/Kwh)
0.40
Premisas
• Sustitución de una planta a carbón
• Costo operación = 3 % de la inversión
• Horizonte económico = 20 años
• Depreciación = línea recta
• Beneficio por no emisión de CO2 = 50 $/tonelada
• Emisión teórica de CO2 = 1.35 T/Mwh
C = 0.008 * I
Donde,
I, en miles de $
C, $/Kwh
Una aproximación económica de una EEES
Torre Solar + Paneles PV
Torre Solar
0.044
0.052
0.250
0.263
0.265
Costo Generación de Electricidad ($/Kwh)
Solar PV
Nuclear
Carbón (75 % de secuestro)
Elaboración: Nelson Hernández
Planta a Gas
Solar Concentrada (PV)
Parque Eólico
Geotérmica
Maremotriz
Planta a Carbón
0.131
0.143
0.145
0.153
0.156
0.161
Proyecto SPS 2000
Proyecto energético (no espacial) desarrollado por Japón
Mas información : http://www.spacefuture.com/power/sps2000
Satélite LEO (orbitando a 1100 Km)
Orbitas al día: 16
Capacidad: 10 Mw
Costo: Entre 100 – 300 MM$
Rectennas: En el ecuador
Energía: entrega 200 segundos de
energía por cada orbita (100 Kwh)
Posibles diseños
Duke está cerca del
Cráter Plum en la Luna
Foto NASA:
La nave Apolo 16 pasó tres días
en la Luna en Abril de 1972,
siendo la quinta de seis
misiones alunizadoras. La
Apolo 16 fue famosa por
instalar y utilizar un telescopio
ultravioleta en lo que fue el
primer observatorio lunar, y
por recolectar rocas y datos
sobre las misteriosas tierras
altas de la Luna.
En esta foto, el astronauta
John W. Young fotografía a
Charles M. Duke, Jr.
recolectando muestras de
rocas en el sitio de alunizaje
Descartes.
cráter Plum, mientras que el vehículo explorador lunar espera aparcado
en el trasfondo.
El vehículo explorador lunar permitió que los astronautas viajaran grandes distancias para
investigar las características superficiales y recolectar rocas. Mientras tanto, arriba, Thomas K.
Mattingly orbita en el Módulo de Comando.
La luna como Estación Eléctrica Espacial Solar
(EEES o SBPS)
en el tope de la montaña
Transmisión inalámbrica
por robots desde los
cráteres
Comunicación
directa
Orbita lunar
Polo Norte
• Los rayos del sol son siempre horizontales
en el polo Norte y Polo Sur
• Nunca hay luz en los cráteres
• Siempre hay luz en las montañas
Polo Sur
Generación eléctrica solar
Lecciones aprendidas
• La electricidad es la forma de energía
que mas utiliza la humanidad
• El crecimiento de la población
mundial, las necesidades energéticas y
el impacto al hábitat del hombre
requiere de un nuevo esquema
energético mundial
• El perfil de la nueva fuente energética
debe ser: no agotable, limpia,
disponibilidad continua, de uso directo
y de bajo costo.
• De las opciones energéticas actuales
la EEES es la que mejor cumple con el
perfil buscado
• El desarrollo comercial de EEES
requiere del interés y apoyo de las
instituciones gubernamentales,
especialmente, de los países
desarrollados
La decisión de ir a la luna:
Discurso del 25 de mayo
de 1961 del presidente
John F. Kennedy antes de
una sesión común del
congreso, en Washington
DC, de los E.E.U.U. El Vice
presidente Lyndon
Johnson (izquierda) y el
vocero de la Casa Blanca,
Sam Rayburn (derecha).
Durante este discurso,
Kennedy hizo la siguiente
declaración famosa:
" … Creo que esta nación debe confiar en alcanzar la meta, antes de que esta década
finalice, de poner a un hombre en la luna y de regresarlo con seguridad a la tierra. No
hay proyecto espacial, en este período, que impresione mas a la humanidad, o más
importante en la exploración del espacio a largo alcance; y ninguno será tan difícil o
costoso de lograr como el primer viaje a la luna … ".
El aterrizaje de luna fue alcanzado en julio de 1969.
… Si ya se hizo una vez
Foto NASA: Los astronautas
Robert Curbeam y Christer
Fuglesang trabajan en la
estación espacial internacional
mientras ésta sobrevuela Nueva
Zelanda (diciembre 2006)
… por que no hacerlo nuevamente
… Muchas Gracias
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