La microgeneración es la producción a pequeña escala de calor o energía eléctrica a partir de una "fuente baja en carbono", como alternativa o complemento a la energía tradicional centralizada conectada a la red.
Las tecnologías de microgeneración incluyen turbinas eólicas de pequeña escala , microhidráulicas , sistemas solares fotovoltaicos , pilas de combustible microbianas , bombas de calor geotérmicas y microinstalaciones combinadas de calor y energía . [1] Estas tecnologías a menudo se combinan para formar una solución de energía híbrida que puede ofrecer un rendimiento superior y un costo menor que un sistema basado en un solo generador. [2]
En Estados Unidos, la microgeneración tuvo sus raíces en la crisis del petróleo de 1973 y la guerra de Yom Kippur , que impulsó la innovación. [3]
El 20 de junio de 1979 se instalaron 32 paneles solares en la Casa Blanca . [4] Las células solares fueron desmanteladas 7 años después, durante la administración Reagan. [5]
El uso del calentamiento solar de agua se remonta a antes de 1900 [6] y "la primera célula solar práctica fue desarrollada por Bell Labs en 1954". [7] A la "Universidad de Delaware se le atribuye la creación de uno de los primeros edificios solares, "Solar One", en 1973. La construcción funcionó con una combinación de energía solar térmica y solar fotovoltaica. El edificio no utilizó paneles solares; en cambio, la energía solar se integró en el tejado". [8]
Además de la planta de producción de electricidad (por ejemplo, turbinas eólicas y paneles solares), normalmente se necesita y/o se prevé una infraestructura para el almacenamiento y la conversión de energía y una conexión a la red eléctrica regular . Aunque la conexión a la red eléctrica regular no es esencial, ayuda a reducir los costos al permitir esquemas de compensación financiera . Sin embargo, en el mundo en desarrollo, el costo inicial de este equipo es generalmente demasiado alto, por lo que no queda otra opción que optar por configuraciones alternativas. [9]
El conjunto de equipos necesarios para el establecimiento de un sistema en funcionamiento y para una generación fuera de la red y/o conexión a la red eléctrica se denomina aquí balanza de sistema [10] y se compone de las siguientes partes con energía fotovoltaica -sistemas:
Un problema importante con los sistemas solares y eólicos fuera de la red es que la energía a menudo se necesita cuando el sol no brilla o cuando el viento está en calma; esto generalmente no es necesario para los sistemas puramente conectados a la red:
u otros medios de almacenamiento de energía (por ejemplo, pilas de combustible de hidrógeno , almacenamiento de energía mediante volante , hidroelectricidad de almacenamiento por bombeo , tanques de aire comprimido , ...) [12]
Para convertir la energía de la batería de CC en CA, como lo requieren muchos electrodomésticos, o para alimentar el exceso de energía a una red eléctrica comercial:
Por lo general, en la microgeneración para hogares en el mundo en desarrollo, se utilizan en su lugar sistemas de cableado doméstico prefabricado (como mazos de cables o unidades de distribución prefabricadas). [13] Las cajas y cables de cableado doméstico simplificados, conocidos como mazos de cables, se pueden comprar e instalar fácilmente en el edificio sin necesidad de tener muchos conocimientos sobre el cableado en sí. Por lo tanto, incluso personas sin conocimientos técnicos pueden instalarlos. También son comparativamente baratos y ofrecen ventajas de seguridad. [14]
Con turbinas eólicas, plantas hidroeléctricas, ... el equipo adicional necesario [15] [16] [17] [18] es más o menos el mismo que con los sistemas fotovoltaicos (dependiendo del tipo de turbina eólica utilizada), [19 ] pero también incluyen:
Se está desarrollando una nueva tecnología de energía eólica que convierte la energía de las vibraciones del viento en electricidad. Esta energía, llamada tecnología Vibro-Wind, puede utilizar vientos de menor fuerza que los aerogeneradores normales y puede colocarse en casi cualquier lugar.
Un prototipo consistía en un panel montado con osciladores hechos de trozos de espuma. La conversión de energía mecánica a eléctrica se realiza mediante un transductor piezoeléctrico, un dispositivo hecho de cerámica o polímero que emite electrones cuando se somete a tensión. La construcción de este prototipo estuvo dirigida por Francis Moon, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Universidad de Cornell . El trabajo de Moon en tecnología Vibro-Wind fue financiado por el Centro Atkinson para un Futuro Sostenible en Cornell. [20] La energía vibroeólica aún no es comercialmente viable y se encuentra en las primeras etapas de desarrollo. Se necesitarán avances significativos para comercializar esta empresa en etapa inicial.
Son posibles varias configuraciones de microgeneración. Estos son:
Todas las configuraciones mencionadas pueden funcionar con una sola central eléctrica o con una combinación de centrales eléctricas (en cuyo caso se denomina sistema de energía híbrido ). Por seguridad, las instalaciones conectadas a la red deben apagarse automáticamente o entrar en un "modo anti-isla" cuando se produce un fallo en el suministro eléctrico. Para obtener más información sobre esto, consulte el artículo sobre la condición de isla .
Dependiendo de la configuración elegida (sistema de compensación financiera, central eléctrica, equipamiento adicional), los precios pueden variar. Según Practical Action , la microgeneración en el hogar que utiliza lo último en tecnología de ahorro de costos (mazos de cables, tableros listos para usar, plantas de energía baratas de bricolaje, por ejemplo, turbinas eólicas de bricolaje), el gasto doméstico puede ser extremadamente económico. De hecho, Practical Action menciona que muchos hogares en comunidades agrícolas del mundo en desarrollo gastan menos de 1 dólar al mes en electricidad. . [23] Sin embargo, si los asuntos se manejan de manera menos económica (utilizando sistemas/enfoques más comerciales), los costos serán dramáticamente más altos. Sin embargo, en la mayoría de los casos, la ventaja financiera se seguirá obteniendo utilizando la microgeneración en plantas de energía renovable; a menudo en el rango del 50-90% [24] ya que la producción local no tiene pérdidas de transporte de electricidad en líneas eléctricas de larga distancia ni pérdidas de energía por el efecto Joule en transformadores donde en general se pierde entre el 8-15% de la energía. [25]
En el Reino Unido, el gobierno ofrece subvenciones y pagos por retroalimentación para ayudar a empresas, comunidades y hogares privados a instalar estas tecnologías. Las empresas pueden deducir el coste total de la instalación de las ganancias imponibles, mientras que los propietarios reciben una subvención a tanto alzado o pagos por kWh de electricidad generada y devuelta a la red nacional. Las organizaciones comunitarias también pueden recibir hasta £200.000 en subvenciones. [26]
En el Reino Unido, el Programa de Certificación de Microgeneración otorga aprobación a los instaladores y productos de microgeneración, lo cual es un requisito obligatorio para los programas de financiación como las Tarifas de Alimentación y el Incentivo de Calor Renovable.
La paridad de red (o paridad de enchufe ) ocurre cuando una fuente de energía alternativa puede generar electricidad a un costo nivelado de energía (LCOE) que es menor o igual al precio de compra de energía de la red eléctrica . Se considera que alcanzar la paridad de red es el punto en el que una fuente de energía se convierte en un competidor para un desarrollo generalizado sin subsidios ni apoyo gubernamental. Se cree ampliamente que se producirá un cambio total en una generación hacia estas formas de energía cuando alcancen la paridad de red.
La paridad de red se alcanzó en algunos lugares con energía eólica terrestre alrededor del año 2000, y con energía solar se logró por primera vez en España en 2013. [27] [28] [29]
La mayoría de las formas de microgeneración pueden equilibrar dinámicamente la oferta y la demanda de energía eléctrica, produciendo más energía durante períodos de alta demanda y altos precios de la red, y menos energía durante períodos de baja demanda y bajos precios de la red. Esta "red hibridada" permite que tanto los sistemas de microgeneración como las grandes centrales eléctricas funcionen con mayor eficiencia energética y rentabilidad que cualquiera de ellos por sí solo.
La microgeneración puede integrarse como parte de una casa autosuficiente y normalmente se complementa con otras tecnologías, como sistemas domésticos de producción de alimentos ( permacultura y agroecosistema ), recolección de agua de lluvia , sanitarios de compostaje o incluso sistemas completos de tratamiento de aguas grises . Las tecnologías de microgeneración doméstica incluyen: sistemas solares fotovoltaicos , turbinas eólicas de pequeña escala, microinstalaciones combinadas de calor y energía , biodiesel y biogás .
La generación privada descentraliza la generación de electricidad y también puede centralizar la puesta en común del excedente de energía. Si bien es necesario comprarlos, se encuentran disponibles tejas y paneles solares. El costo de capital es alto, pero ahorra a largo plazo. Con una conversión de energía adecuada, los paneles solares fotovoltaicos pueden hacer funcionar los mismos aparatos eléctricos que la electricidad de otras fuentes. [32]
El calentamiento solar pasivo de agua es otro método eficaz para utilizar la energía solar. El método más sencillo es la bolsa solar (o de plástico negro). Coloque entre 5 y 20 litros (1 y 5 galones estadounidenses) al sol y déjelo calentar. Perfecto para una ducha rápida y tibia. [33]
El calentador tipo "caja de pan" se puede construir fácilmente con materiales reciclados y experiencia básica en construcción. Consta de uno o varios tanques negros montados dentro de una caja resistente aislada en el fondo y los lados. La tapa, ya sea horizontal o en ángulo para captar la mayor cantidad de sol, debe estar bien sellada y ser de un material transparente (vidrio, fibra de vidrio o plástico moldeado resistente a altas temperaturas). El agua fría ingresa al tanque cerca del fondo, se calienta y sube a la parte superior donde se canaliza de regreso a la casa. [33]
Las bombas de calor geotérmicas aprovechan las temperaturas estables del suelo beneficiándose de la capacidad de almacenamiento de energía térmica del suelo. Normalmente, las bombas de calor geotérmicas tienen un coste inicial elevado y son difíciles de instalar por el propietario medio. Utilizan motores eléctricos para transferir calor desde el suelo con un alto nivel de eficiencia. La electricidad puede provenir de fuentes renovables o de fuentes externas no renovables.
El biodiesel es un combustible alternativo que puede alimentar motores diésel y utilizarse para calefacción doméstica. Para producir biodiesel se pueden utilizar numerosas formas de biomasa, incluidas la soja, el maní y las algas (que tiene el mayor rendimiento). El aceite vegetal reciclado (de restaurantes) también se puede convertir en biodiesel.
El biogás es otro combustible alternativo, creado a partir de productos de desecho de animales. Aunque es menos práctico para la mayoría de los hogares, un entorno agrícola proporciona un lugar perfecto para implementar el proceso. Al mezclar los desechos y el agua en un tanque con espacio para el aire, el metano se produce naturalmente en el espacio aéreo. Este metano se puede canalizar, quemar y utilizar para cocinar.
Los formuladores de políticas estaban acostumbrados a un sistema energético basado en grandes proyectos centralizados, como centrales nucleares o de gas. Un cambio de mentalidad y de incentivos está incorporando la microgeneración a la corriente principal. Las regulaciones de planificación también pueden requerir una racionalización para facilitar la adaptación de instalaciones de microgeneración en hogares y edificios.
La mayoría de los países desarrollados, incluidos Canadá (Alberta), el Reino Unido, Alemania, Polonia, Israel [34] y EE.UU. tienen leyes que permiten la venta de electricidad microgenerada a la red nacional.
En enero de 2009, entró en vigor el Reglamento de Microgeneración del Gobierno de Alberta, que establece normas que permiten a los habitantes de Alberta generar su propia electricidad respetuosa con el medio ambiente y recibir crédito por cualquier energía que envíen a la red eléctrica.
En diciembre de 2014, el gobierno polaco votará un proyecto de ley que exige la microgeneración, así como parques eólicos a gran escala en el Mar Báltico como solución para reducir las emisiones de CO 2 de las plantas de carbón del país, así como para reducir la dependencia polaca. sobre el gas ruso. Según los términos del nuevo proyecto de ley, los particulares y las pequeñas empresas que generen hasta 40 kW de energía "verde" recibirán el 100% del precio de mercado por cualquier electricidad que aporten a la red, y las empresas que instalen energía eólica marina a gran escala Las explotaciones agrícolas del Báltico podrán optar a subvenciones estatales. Los costos de implementar estas nuevas políticas se compensarán con la creación de un nuevo impuesto sobre el uso de energía no sostenible. [35]
Estados Unidos tiene políticas de generación de energía inconsistentes en sus 50 estados. Las políticas y leyes energéticas estatales pueden variar significativamente según la ubicación. Algunos estados han impuesto requisitos a las empresas de servicios públicos para que un cierto porcentaje de la generación total de energía provenga de fuentes renovables. Para este propósito, las fuentes renovables incluyen la energía eólica, hidroeléctrica y solar, ya sea proveniente de grandes proyectos o de microgeneración. Además, en algunas áreas las compañías eléctricas necesitan créditos transferibles de "fuentes de energía renovables" para cumplir con estos mandatos. Como resultado, en algunas partes de Estados Unidos, las compañías eléctricas pagarán una parte del costo de los proyectos de microgeneración con fuentes renovables en sus áreas de servicio. Estos reembolsos se suman a cualquier crédito fiscal federal o estatal sobre la renta de energía renovable que pueda ser aplicable. En otras áreas, dichos reembolsos pueden diferir o no estar disponibles.
El gobierno del Reino Unido publicó su Estrategia de Microgeneración [36] en marzo de 2006, aunque muchos comentaristas la consideraron una decepción. [37] Por el contrario, la Ley de Cambio Climático y Energía Sostenible de 2006 se ha considerado un paso positivo. [38] Para reemplazar esquemas anteriores, el Departamento de Comercio e Industria (DTI) lanzó el Programa de Edificios con Bajas Emisiones de Carbono en abril de 2006, que otorgaba subvenciones a individuos, comunidades y empresas que deseaban invertir en tecnologías de microgeneración. Estos esquemas han sido reemplazados a su vez por nuevas propuestas del Departamento de Energía y Cambio Climático (DECC) para el reembolso de energía limpia a través de Tarifas de Alimentación [39] para generar electricidad a partir de abril de 2010 y el Incentivo de Calor Renovable [40] para generar energía renovable. calor desde el 28 de noviembre de 2011.
Las tarifas de alimentación tienen como objetivo incentivar la generación de electricidad con bajas emisiones de carbono a pequeña escala (menos de 5 MW). Estas tarifas de alimentación funcionan junto con la Obligación de Energías Renovables (RO), que seguirá siendo el principal mecanismo para incentivar el despliegue de la generación de electricidad renovable a gran escala. El Incentivo al Calor Renovable (RHI) tiene como objetivo incentivar la generación de calor a partir de fuentes renovables. Actualmente también ofrecen hasta 21 peniques por kWh a partir de diciembre de 2011 en la tarifa para la energía fotovoltaica más otros 3 peniques para la tarifa de exportación, una cifra global que permitiría a un hogar ganar el doble de lo que paga actualmente por su electricidad. [41]
El 31 de octubre de 2011, el gobierno anunció un recorte repentino en la tarifa de alimentación de 43,3 peniques/kWh a 21 peniques/kWh y la nueva tarifa se aplicará a todas las nuevas instalaciones solares fotovoltaicas con una fecha de elegibilidad a partir del 12 de diciembre de 2011. [ 42]
Entre los políticos británicos destacados que han anunciado que están instalando instalaciones de microgeneración en sus hogares se encuentran el líder del Partido Conservador, David Cameron , y el ministro laborista de Ciencias , Malcolm Wicks . Estos planes incluían pequeñas turbinas eólicas de tamaño doméstico. A Cameron, antes de convertirse en Primer Ministro en las elecciones generales de 2010 , le preguntaron durante una entrevista en The Politics Show de BBC One el 29 de octubre de 2006, si haría lo mismo si llegara al número 10 de Downing Street . “Si me dejaran, sí”, respondió. [43]
En el Informe Presupuestario de diciembre de 2006 [44] el gobierno anunció que la venta de excedentes de electricidad provenientes de instalaciones diseñadas para uso personal, no estaría sujeta al Impuesto a la Renta . Se ha incluido legislación a este efecto en el Proyecto de Ley de Finanzas de 2007. [45]
Varias películas y programas de televisión como The Mosquito Coast , Jericho , The Time Machine y Beverly Hills Family Robinson han hecho mucho para despertar el interés en la microgeneración entre el público en general. Sitios web como Instructables y Practical Action proponen soluciones de bricolaje que pueden reducir el costo de la microgeneración, aumentando así su popularidad. Revistas especializadas como OtherPower y Home Power también ofrecen consejos y orientación prácticos. [46]
