desarrollo energético

Buques estadounidenses de propulsión nuclear (de arriba a abajo): los cruceros USS Bainbridge , USS Long Beach y USS Enterprise , el buque de guerra más largo jamás construido , y el primer portaaviones de propulsión nuclear . Fotografía tomada en 1964 durante un viaje récord de 26 540 millas náuticas (49 190  km) alrededor del mundo en 65 días sin repostar. Los miembros de la tripulación están escribiendo la fórmula de equivalencia masa-energía de Einstein , E = mc² ^, en la cubierta de vuelo.  

El rompehielos ruso de propulsión nuclear NS Yamal en una expedición científica conjunta con la NSF en 1994.

La energía nuclear consiste en el uso de la fisión nuclear para generar calor y electricidad útiles . La fisión del uranio produce casi toda la energía nuclear de importancia económica. Los generadores termoeléctricos de radioisótopos constituyen una parte muy pequeña de la generación de energía, principalmente en aplicaciones especializadas como los vehículos espaciales de exploración profunda.

Las centrales nucleares , excluyendo los reactores navales , proporcionaron alrededor del 5,7% de la energía mundial y el 13% de la electricidad mundial en 2012. ^{[ 23 ]}

En 2013, el OIEA informó que existen 437  reactores nucleares operativos, ^{[ 24 ]} en 31  países , ^{[ 25 ]} aunque no todos los reactores producen electricidad. ^{[ 26 ]} Además, hay aproximadamente 140 buques de guerra que utilizan propulsión nuclear en operación, impulsados ​​por unos 180 reactores. ^{[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ]} A partir de 2013, lograr una ganancia neta de energía a partir de reacciones de fusión nuclear sostenidas, excluyendo fuentes de energía de fusión naturales como el Sol , sigue siendo un área activa de investigación internacional en física e ingeniería . Más de 60 años después de los primeros intentos, la producción comercial de energía de fusión sigue siendo improbable antes de 2050. ^{[ 30 ]}

Existe un debate en curso sobre la energía nuclear . ^{[ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]} Los defensores, como la Asociación Nuclear Mundial , el OIEA y los ambientalistas por la energía nuclear, sostienen que la energía nuclear es una fuente de energía segura y sostenible que reduce las emisiones de carbono . ^{[ 34 ]} Los opositores sostienen que la energía nuclear plantea muchas amenazas para las personas y el medio ambiente . ^{[ 35 ] [ 36 ]}

Los accidentes en centrales nucleares incluyen el desastre de Chernóbil (1986), el desastre nuclear de Fukushima Daiichi (2011) y el accidente de Three Mile Island (1979). ^{[ 37 ]} También ha habido algunos accidentes en submarinos nucleares. ^{[ 37 ] [ 38 ] [ 39 ]} En términos de vidas perdidas por unidad de energía generada, el análisis ha determinado que la energía nuclear ha causado menos muertes por unidad de energía generada que las otras fuentes principales de generación de energía. La producción de energía a partir de carbón , petróleo , gas natural e hidroeléctrica ha causado un mayor número de muertes por unidad de energía generada debido a la contaminación del aire y los efectos de los accidentes energéticos . ^{[ 40 ] [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]} Sin embargo, los costos económicos de los accidentes de energía nuclear son altos, y las fusiones pueden tardar décadas en limpiarse. Los costos humanos de las evacuaciones de las poblaciones afectadas y la pérdida de medios de subsistencia también son significativos. ^{[ 45 ] [ 46 ]}

Comparación de las muertes por cáncer latente asociadas a la energía nuclear , como el cáncer, con las muertes inmediatas por unidad de energía generada (GWeyr) de otras fuentes de energía. Este estudio no incluye el cáncer relacionado con los combustibles fósiles ni otras muertes indirectas derivadas de su consumo en su clasificación de "accidente grave", que correspondería a un accidente con más de 5 víctimas mortales.

Según el OIEA , en 2012 había 68 reactores nucleares civiles en construcción en 15 países, ^{[ 24 ]} aproximadamente 28 de ellos en la República Popular China (RPC), siendo el reactor nuclear más reciente, a mayo de 2013, conectado a la red eléctrica , el 17 de febrero de 2013, en la central nuclear de Hongyanhe en la RPC. ^{[ 47 ]} En Estados Unidos, dos nuevos reactores de tercera generación están en construcción en Vogtle . Los funcionarios de la industria nuclear estadounidense esperan que cinco nuevos reactores entren en servicio para 2020, todos en centrales existentes. ^{[ 48 ]} En 2013, cuatro reactores obsoletos y no competitivos fueron clausurados definitivamente. ^{[ 49 ] [ 50 ]}

Experimentos recientes en la extracción de uranio utilizan cuerdas de polímero recubiertas con una sustancia que absorbe selectivamente el uranio del agua de mar. Este proceso podría permitir aprovechar el considerable volumen de uranio disuelto en el agua de mar para la producción de energía. Dado que los procesos geológicos en curso transportan uranio al mar en cantidades comparables a las que se extraerían mediante este proceso, en cierto modo el uranio marino se convierte en un recurso sostenible. ^{[ 51 ] [ 52 ]}

La energía nuclear es un método de generación de energía con bajas emisiones de carbono para producir electricidad, y un análisis de la literatura sobre la intensidad de emisiones de su ciclo de vida total encuentra que es similar a las fuentes renovables en una comparación de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) por unidad de energía generada. ^{[ 53 ] [ 54 ]} Desde la década de 1970, el combustible nuclear ha reemplazado alrededor de 64 gigatoneladas de dióxido de carbono equivalente (GtCO2-eq) de gases de efecto invernadero , que de otro modo habrían resultado de la quema de petróleo, carbón o gas natural en centrales eléctricas de combustibles fósiles . ^{[ 55 ]}

Economía de la fisión

La economía de las nuevas centrales nucleares es un tema controvertido, ya que existen opiniones divergentes al respecto, y las inversiones multimillonarias dependen de la elección de una fuente de energía. Las centrales nucleares suelen tener altos costos de capital para su construcción, pero bajos costos directos de combustible. En los últimos años se ha producido una desaceleración en el crecimiento de la demanda de electricidad y la financiación se ha vuelto más difícil, lo que afecta a grandes proyectos como los reactores nucleares, con costos iniciales muy elevados y ciclos de proyecto largos que conllevan una gran variedad de riesgos. ^{[ 62 ]} En Europa del Este, varios proyectos de larga trayectoria están teniendo dificultades para encontrar financiación, en particular Belene en Bulgaria y los reactores adicionales en Cernavoda en Rumania, y algunos posibles patrocinadores se han retirado. ^{[ 62 ]} Cuando se dispone de gas barato y su suministro futuro es relativamente seguro, esto también supone un problema importante para los proyectos nucleares. ^{[ 62 ]}

El análisis de la economía de la energía nuclear debe tener en cuenta quién asume los riesgos de las incertidumbres futuras. Hasta la fecha, todas las centrales nucleares en funcionamiento fueron desarrolladas por monopolios estatales o regulados ^{[ 63 ] [ 64 ],} donde muchos de los riesgos asociados con los costos de construcción, el rendimiento operativo, el precio del combustible y otros factores fueron asumidos por los consumidores en lugar de los proveedores. Muchos países han liberalizado el mercado eléctrico, donde estos riesgos, y el riesgo de que surjan competidores más baratos antes de que se recuperen los costos de capital, son asumidos por los proveedores y operadores de las centrales en lugar de los consumidores, lo que conlleva una evaluación significativamente diferente de la economía de las nuevas centrales nucleares. ^{[ 65 ]}

La energía hidroeléctrica es la energía eléctrica generada por la fuerza del agua que cae o fluye. En 2015, la energía hidroeléctrica generó el 16,6 % de la electricidad total del mundo y el 70 % de toda la electricidad renovable ^{[ 79 ]} , y se esperaba que aumentara alrededor del 3,1 % cada año durante los siguientes 25 años.

La energía hidroeléctrica se produce en 150 países, y la región de Asia-Pacífico generó el 32 por ciento de la energía hidroeléctrica mundial en 2010. China es el mayor productor de energía hidroeléctrica, con 721 teravatios-hora de producción en 2010, lo que representa alrededor del 17 por ciento del consumo eléctrico nacional. Actualmente existen tres centrales hidroeléctricas con una capacidad superior a 10 GW: la represa de las Tres Gargantas en China, la represa de Itaipú en la frontera entre Brasil y Paraguay, y la represa de Guri en Venezuela. ^{[ 80 ]}

El costo de la energía hidroeléctrica es relativamente bajo, lo que la convierte en una fuente competitiva de electricidad renovable. El costo promedio de la electricidad de una central hidroeléctrica de más de 10 megavatios es de 3 a 5 centavos de dólar estadounidense por kilovatio-hora. ^{[ 80 ]} La energía hidroeléctrica también es una fuente de electricidad flexible, ya que las centrales pueden aumentar y disminuir su producción muy rápidamente para adaptarse a las cambiantes demandas de energía. Sin embargo, la construcción de represas interrumpe el flujo de los ríos y puede dañar los ecosistemas locales, y la construcción de grandes represas y embalses a menudo implica el desplazamiento de personas y vida silvestre. ^{[ 80 ]} Una vez construido un complejo hidroeléctrico, el proyecto no produce residuos directos y tiene un nivel de producción de dióxido de carbono , un gas de efecto invernadero, considerablemente menor que las centrales de energía alimentadas con combustibles fósiles . ^{[ 81 ]}

Parque eólico marino de Burbo Bank en el noroeste de Inglaterra.

Crecimiento global de la capacidad de energía eólica

La energía eólica aprovecha la fuerza del viento para impulsar las palas de las turbinas eólicas . Estas turbinas provocan la rotación de imanes , lo que genera electricidad. Las torres eólicas suelen construirse juntas en parques eólicos . Existen parques eólicos marinos y terrestres . La capacidad global de energía eólica se expandió rápidamente hasta alcanzar los 336 GW en junio de 2014, y la producción de energía eólica representaba alrededor del 4 % del consumo total de electricidad a nivel mundial, con un rápido crecimiento. ^{[ 82 ]}

La energía eólica se utiliza ampliamente en Europa , Asia y Estados Unidos . ^{[ 83 ]} Varios países han alcanzado niveles relativamente altos de penetración de la energía eólica, como el 21% de la producción de electricidad estacionaria en Dinamarca , ^{[ 84 ]} el 18% en Portugal , ^{[ 84 ]} el 16% en España , ^{[ 84 ]} el 14% en Irlanda , ^{[ 85 ]} y el 9% en Alemania en 2010. ^{[ 84 ] [ 86 ] : 11} Para 2011, en ocasiones más del 50% de la electricidad en Alemania y España provenía de la energía eólica y solar. ^{[ 87 ] [ 88 ]} A partir de 2011, 83 países de todo el mundo utilizan la energía eólica a escala comercial. ^{[ 86 ] : 11}

Muchos de los parques eólicos terrestres más grandes del mundo se encuentran en Estados Unidos , China e India . La mayoría de los parques eólicos marinos más grandes del mundo se encuentran en Dinamarca , Alemania y el Reino Unido . Los dos parques eólicos marinos más grandes actualmente son London Array, de 630 MW , y Gwynt y Môr .

Un autobús propulsado con biodiésel

Información en el surtidor sobre la mezcla de combustible con etanol de hasta  el 10%, California

Un biocombustible es un combustible que contiene energía proveniente de la fijación de carbono geológicamente reciente . Estos combustibles se producen a partir de organismos vivos . Ejemplos de esta fijación de carbono ocurren en plantas y microalgas . Estos combustibles se elaboran mediante la conversión de biomasa (biomasa se refiere a organismos vivos recientes, generalmente plantas o materiales derivados de plantas). Esta biomasa se puede convertir en sustancias que contienen energía de manera conveniente de tres maneras diferentes: conversión térmica, conversión química y conversión bioquímica. Esta conversión de biomasa puede dar como resultado combustible en forma sólida , líquida o gaseosa . Esta nueva biomasa se puede utilizar para biocombustibles. Los biocombustibles han aumentado su popularidad debido al alza de los precios del petróleo y la necesidad de seguridad energética .

El bioetanol es un alcohol producido por fermentación , principalmente a partir de carbohidratos generados en cultivos de azúcar o almidón , como el maíz o la caña de azúcar . La biomasa celulósica , derivada de fuentes no alimentarias como árboles y pastos, también se está desarrollando como materia prima para la producción de etanol. El etanol puro puede utilizarse como combustible para vehículos, pero generalmente se emplea como aditivo para la gasolina con el fin de aumentar el octanaje y reducir las emisiones. El bioetanol se utiliza ampliamente en Estados Unidos y Brasil . El diseño actual de las plantas no contempla la conversión de la lignina, presente en las materias primas vegetales, en componentes de combustible mediante fermentación.

El biodiésel se elabora a partir de aceites vegetales y grasas animales . Puede utilizarse como combustible para vehículos en su forma pura, pero generalmente se emplea como aditivo para reducir los niveles de partículas, monóxido de carbono e hidrocarburos en vehículos diésel. El biodiésel se produce a partir de aceites o grasas mediante transesterificación y es el biocombustible más común en Europa. Sin embargo, se están realizando investigaciones para producir combustibles renovables mediante descarboxilación ^{[ 100 ].}

En 2010, la producción mundial de biocombustibles alcanzó los 105 mil millones de litros (28 mil millones de galones estadounidenses), un 17% más que en 2009, ^{[ 101 ]} y los biocombustibles proporcionaron el 2,7% de los combustibles mundiales para el transporte por carretera , una contribución compuesta en gran medida por etanol y biodiésel. La producción mundial de etanol combustible alcanzó los 86 mil millones de litros (23 mil millones de galones estadounidenses) en 2010, siendo Estados Unidos y Brasil los principales productores mundiales, representando juntos el 90% de la producción mundial. El mayor productor mundial de biodiésel es la Unión Europea , que representó el 53% de toda la producción de biodiésel en 2010. ^{[ 101 ]} A partir de 2011, existen mandatos para la mezcla de biocombustibles en 31 países a nivel nacional y en 29 estados o provincias. ^{[ 86 ] : 13–14} La Agencia Internacional de Energía tiene como objetivo que los biocombustibles satisfagan más de una cuarta parte de la demanda mundial de combustibles para el transporte para 2050, con el fin de reducir la dependencia del petróleo y el carbón. ^{[ 102 ]}

La energía geotérmica es la energía térmica generada y almacenada en la Tierra. La energía térmica es la que determina la temperatura de la materia. La energía geotérmica de la corteza terrestre se origina en la formación original del planeta (20 %) y en la desintegración radiactiva de los minerales (80 %). ^{[ 103 ]} 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 γη (ge) , que significa tierra, y θερμος (thermos) , que significa caliente.

El calor interno de la Tierra es energía térmica generada por la desintegración radiactiva y la pérdida continua de calor durante su formación. Las temperaturas en el límite entre el núcleo y el manto pueden alcanzar más de 4000  °C (7200  °F). ^{[ 104 ]} La alta temperatura y presión en el interior de la Tierra provocan la fusión de algunas rocas y un comportamiento plástico del manto sólido, lo que resulta en la convección de porciones del manto hacia arriba, ya que es más ligero que la roca circundante. La roca y el agua se calientan en la corteza, a veces hasta 370  °C (700  °F). ^{[ 105 ]}

La energía geotérmica, proveniente de manantiales termales , se ha utilizado para el baño desde el Paleolítico y para la calefacción de espacios desde la época romana, pero actualmente es más conocida por su uso en la generación de electricidad . En 2012, había 11.400 megavatios (MW) de energía geotérmica en funcionamiento en 24 países. ^{[ 106 ]} En 2010, se instalaron 28 gigavatios adicionales de capacidad de calefacción geotérmica directa para calefacción urbana, calefacción de espacios, balnearios, procesos industriales, desalinización y aplicaciones agrícolas. ^{[ 107 ]}

La energía geotérmica es rentable, fiable, sostenible y respetuosa con el medio ambiente, ^{[ 108 ]} pero históricamente se ha limitado a zonas cercanas a los límites de las placas tectónicas . Los recientes avances tecnológicos han ampliado drásticamente el alcance y la magnitud de los recursos viables, especialmente para aplicaciones como la calefacción doméstica, lo que abre la posibilidad de una explotación generalizada. Los pozos geotérmicos liberan gases de efecto invernadero atrapados en las profundidades de la Tierra, pero estas emisiones son mucho menores por unidad de energía que las de los combustibles fósiles. En consecuencia, la energía geotérmica tiene el potencial de ayudar a mitigar el calentamiento global si se implementa ampliamente en sustitución de los combustibles fósiles.

The Earth's geothermal resources are theoretically more than adequate to supply humanity's energy needs, but only a very small fraction may be profitably exploited. Drilling and exploration for deep resources is very expensive. Forecasts for the future of geothermal power depend on assumptions about technology, energy prices, subsidies, and interest rates. Pilot programs like EWEB's customer opt in Green Power Program ^[109] show that customers would be willing to pay a little more for a renewable energy source like geothermal. But as a result of government assisted research and industry experience, the cost of generating geothermal power has decreased by 25% over the past two decades.^[110] In 2001, geothermal energy cost between two and ten US cents per kWh.^[111]

Marine Renewable Energy (MRE) or marine power (also sometimes referred to as ocean energy, ocean power, or marine and hydrokinetic energy) refers to the energy carried by the mechanical energy of ocean waves, currents, and tides, shifts in salinity gradients, and ocean temperature differences. MRE has the potential to become a reliable and renewable energy source because of the cyclical nature of the oceans.^[112] The movement of water in the world's oceans creates a vast store of kinetic energy or energy in motion. This energy can be harnessed to generate electricity to power homes, transport, and industries.

The term marine energy encompasses both wave power, i.e. power from surface waves, and tidal power, i.e. obtained from the kinetic energy of large bodies of moving water. Offshore wind power is not a form of marine energy, as wind power is derived from the wind, even if the wind turbines are placed over water. The oceans have a tremendous amount of energy and are close to many if not most concentrated populations. Ocean energy has the potential to provide a substantial amount of new renewable energy around the world.^[113]

La tecnología de energía marina se encuentra en su primera etapa de desarrollo. Para su desarrollo, la energía marina renovable (EMR) necesita métodos eficientes de almacenamiento, transporte y captura de energía oceánica, para que pueda utilizarse donde sea necesario. ^{[ 114 ]} Durante el último año, países de todo el mundo han comenzado a implementar estrategias de mercado para la comercialización de la EMR. Canadá y China introdujeron incentivos, como las tarifas de alimentación (FiT) , que son precios superiores a los del mercado para la EMR que permiten a los inversores y desarrolladores de proyectos un ingreso estable. Otras estrategias financieras consisten en subsidios, subvenciones y financiación de asociaciones público-privadas (APP) . Solo China aprobó 100 proyectos oceánicos en 2019. ^{[ 115 ]} Portugal y España reconocen el potencial de la EMR para acelerar la descarbonización , que es fundamental para cumplir los objetivos del Acuerdo de París . Ambos países se están centrando en subastas de energía solar y eólica marina para atraer inversión privada, garantizar la rentabilidad y acelerar el crecimiento de la EMR. ^{[ 116 ]} Irlanda ve la EMR como un componente clave para reducir su huella de carbono. El Plan de Desarrollo de Energías Renovables Marinas (OREDP) apoya la exploración y el desarrollo del importante potencial energético marino del país. ^{[ 117 ]} Además, Irlanda ha implementado el Plan de Apoyo a la Electricidad Renovable (RESS), que incluye subastas diseñadas para brindar apoyo financiero a las comunidades, aumentar la diversidad tecnológica y garantizar la seguridad energética . ^{[ 118 ]}

Sin embargo, si bien la investigación está aumentando, ha habido preocupaciones asociadas con amenazas para los mamíferos marinos, los hábitats y los posibles cambios en las corrientes oceánicas. MRE puede ser una fuente de energía renovable para las comunidades costeras ayudando en su transición de los combustibles fósiles, pero los investigadores están pidiendo una mejor comprensión de sus impactos ambientales. ^{[ 119 ]} Debido a que las áreas de energía oceánica a menudo están aisladas tanto de la pesca como del tráfico marítimo, estas zonas pueden proporcionar refugio de humanos y depredadores para algunas especies marinas. Los dispositivos MRE pueden ser un hogar ideal para muchos peces , cangrejos de río , moluscos y percebes ; y también pueden afectar indirectamente a las aves marinas y los mamíferos marinos porque se alimentan de esas especies. De manera similar, tales áreas pueden crear un " efecto de arrecife artificial " al aumentar la biodiversidad cercana. La contaminación acústica generada por la tecnología es limitada, lo que también hace que los peces y mamíferos que viven en el área de la instalación regresen. ^{[ 120 ]} En el informe más reciente sobre el estado de la ciencia acerca de MRE, los autores afirman que no hay evidencia de que los peces, mamíferos o aves marinas resulten heridos por colisiones, contaminación acústica o el campo electromagnético. La incertidumbre sobre su impacto ambiental proviene de la baja cantidad de dispositivos MRE en el océano actualmente donde se recopilan datos. ^{[ 121 ]}

El incentivo para utilizar energía 100% renovable, para electricidad, transporte o incluso el suministro total de energía primaria a nivel mundial, ha sido impulsado por el calentamiento global y otras preocupaciones ecológicas y económicas. El uso de energías renovables ha crecido mucho más rápido de lo que nadie anticipó. ^{[ 122 ]} El Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático ha afirmado que existen pocos límites tecnológicos fundamentales para integrar una cartera de tecnologías de energía renovable que satisfaga la mayor parte de la demanda energética mundial total. ^{[ 123 ]} A nivel nacional, al menos 30 naciones en todo el mundo ya cuentan con energías renovables que contribuyen con más del 20% del suministro energético. Además, Stephen W. Pacala y Robert H. Socolow han desarrollado una serie de " cuñas de estabilización " que pueden permitirnos mantener nuestra calidad de vida evitando un cambio climático catastrófico, y las "fuentes de energía renovable", en conjunto, constituyen la mayor parte de sus "cuñas". ^{[ 124 ]}

Mark Z. Jacobson afirma que producir energía completamente nueva mediante energía eólica , solar e hidroeléctrica para 2030 es factible y que los sistemas de suministro energético actuales podrían sustituirse para 2050. Considera que las barreras para la implementación del plan de energías renovables son principalmente sociales y políticas, no tecnológicas ni económicas. Jacobson señala que los costos energéticos de un sistema eólico, solar e hidráulico deberían ser similares a los actuales. ^{[ 125 ]}

De manera similar, en Estados Unidos, el Consejo Nacional de Investigación, organismo independiente, ha señalado que «existen suficientes recursos renovables nacionales para que la electricidad renovable desempeñe un papel importante en la generación de electricidad futura y, por lo tanto, ayude a afrontar los problemas relacionados con el cambio climático, la seguridad energética y el aumento de los costos de la energía... La energía renovable es una opción atractiva porque los recursos renovables disponibles en Estados Unidos, considerados en conjunto, pueden suministrar cantidades de electricidad significativamente mayores que la demanda nacional total actual o proyectada». ^{[ 126 ]}

Entre los críticos del enfoque de "energía 100% renovable" se encuentran Vaclav Smil y James E. Hansen . A Smil y Hansen les preocupa la variabilidad en la producción de energía solar y eólica, pero Amory Lovins argumenta que la red eléctrica puede soportarlo, del mismo modo que habitualmente sustituye a las centrales de carbón y nucleares inactivas por otras en funcionamiento. ^{[ 127 ]}

Google invirtió 30 millones de dólares en su proyecto "Energía renovable más barata que el carbón" para desarrollar energías renovables y evitar un cambio climático catastrófico. El proyecto se canceló tras concluir que, en el mejor de los casos, los avances rápidos en energías renovables solo podrían resultar en emisiones un 55 % inferiores a las proyecciones de combustibles fósiles para 2050. ^{[ 128 ]}

El carbón , el petróleo y sus derivados se transportan por barco, ferrocarril o carretera. El petróleo y el gas natural también pueden transportarse por oleoducto , y el carbón mediante oleoducto de lodos . Combustibles como la gasolina y el GLP también pueden transportarse por vía aérea . Los gasoductos deben mantener una presión mínima para funcionar correctamente. Los elevados costes de transporte y almacenamiento del etanol suelen ser prohibitivos. ^{[ 137 ]}

Las redes eléctricas son las redes que se utilizan para transmitir y distribuir energía desde la fuente de producción hasta el usuario final, cuando ambos pueden estar separados por cientos de kilómetros. Las fuentes incluyen centrales de generación eléctrica como reactores nucleares , centrales térmicas de carbón, etc. Se utiliza una combinación de subestaciones y líneas de transmisión para mantener un flujo constante de electricidad. Las redes pueden sufrir cortes de energía transitorios , a menudo debido a daños climáticos. Durante ciertos eventos extremos de meteorología espacial, el viento solar puede interferir con las transmisiones. Las redes también tienen una capacidad de carga predefinida que no se puede exceder de forma segura. Cuando la demanda de energía supera la capacidad disponible, las fallas son inevitables. Para prevenir problemas, se raciona la energía.

Los países industrializados como Canadá, Estados Unidos y Australia se encuentran entre los mayores consumidores de electricidad per cápita del mundo, gracias a una extensa red de distribución eléctrica. La red eléctrica estadounidense es una de las más avanzadas, aunque el mantenimiento de la infraestructura se está convirtiendo en un problema. CurrentEnergy ofrece una visión general en tiempo real de la oferta y la demanda de electricidad en California , Texas y el noreste de Estados Unidos. Los países africanos con redes eléctricas de pequeña escala presentan un consumo anual de electricidad per cápita considerablemente bajo. Una de las redes eléctricas más potentes del mundo abastece de energía al estado de Queensland , en Australia.

La transferencia de energía inalámbrica es un proceso mediante el cual se transmite energía eléctrica desde una fuente de alimentación a una carga eléctrica que no dispone de una fuente de alimentación propia, sin necesidad de cables de interconexión. La tecnología disponible actualmente se limita a distancias cortas y niveles de potencia relativamente bajos.

Los colectores solares en órbita requerirían la transmisión inalámbrica de energía a la Tierra. El método propuesto consiste en generar un haz de ondas de radio de microondas de gran amplitud, dirigido hacia una antena colectora en la Tierra. Existen importantes desafíos técnicos para garantizar la seguridad y la rentabilidad de este sistema.

El movimiento ambientalista ha enfatizado la sostenibilidad del uso y desarrollo de la energía. ^{[ 140 ]} La energía renovable es sostenible en su producción; el suministro disponible no disminuirá en el futuro previsible: millones o miles de millones de años. La "sostenibilidad" también se refiere a la capacidad del medio ambiente para lidiar con los productos de desecho, especialmente la contaminación del aire . Las fuentes que no tienen productos de desecho directos (como la energía eólica, solar e hidroeléctrica) se mencionan en este punto. Con la creciente demanda mundial de energía, crece la necesidad de adoptar diversas fuentes de energía. La conservación de la energía es un proceso alternativo o complementario al desarrollo energético. Reduce la demanda de energía al usarla de manera eficiente.

Las extrapolaciones del conocimiento actual al futuro ofrecen una variedad de escenarios energéticos. ^{[ 143 ]} Las predicciones se asemejan a la hipótesis de la catástrofe malthusiana . Numerosos son modelos complejos basados ​​en escenarios , como los propuestos por Los límites del crecimiento . Los enfoques de modelado ofrecen maneras de analizar diversas estrategias y, con suerte, encontrar un camino hacia el desarrollo rápido y sostenible de la humanidad. Las crisis energéticas a corto plazo también son una preocupación para el desarrollo energético. Las extrapolaciones carecen de plausibilidad, particularmente cuando predicen un aumento continuo en el consumo de petróleo.

La producción de energía generalmente requiere una inversión energética. Perforar en busca de petróleo o construir un parque eólico requiere energía. Los recursos de combustibles fósiles restantes suelen ser cada vez más difíciles de extraer y transformar, lo que puede requerir inversiones energéticas cada vez mayores. Si la inversión supera el valor de la energía producida por el recurso, este deja de ser una fuente de energía eficaz. En ese caso, estos recursos ya no son una fuente de energía, pero pueden explotarse como materias primas. Las nuevas tecnologías pueden reducir la inversión energética necesaria para extraer y transformar los recursos, aunque, en última instancia, las leyes básicas de la física establecen límites que no se pueden superar.

Entre 1950 y 1984, a medida que la Revolución Verde transformaba la agricultura en todo el mundo, la producción mundial de cereales aumentó un 250 %. La energía para la Revolución Verde fue proporcionada por combustibles fósiles en forma de fertilizantes (gas natural), pesticidas (petróleo) e irrigación alimentada con hidrocarburos . ^{[ 144 ]} El pico de la producción mundial de hidrocarburos ( pico del petróleo ) puede conducir a cambios significativos y requiere métodos de producción sostenibles. ^{[ 145 ]} Una visión de un futuro energético sostenible implica que todas las estructuras humanas en la superficie de la Tierra (es decir, edificios, vehículos y carreteras) realicen fotosíntesis artificial (utilizando la luz solar para descomponer el agua como fuente de hidrógeno y absorbiendo dióxido de carbono para producir fertilizante) de manera más eficiente que las plantas. ^{[ 146 ]}

Con la actividad económica de la industria espacial contemporánea ^{[ 147 ] [ 148 ]} y los vuelos espaciales privados relacionados , con las industrias manufactureras , que van a la órbita terrestre o más allá, entregarlos a esas regiones requerirá un mayor desarrollo energético. ^{[ 149 ] [ 150 ]} Los investigadores han contemplado la energía solar espacial para recolectar energía solar para su uso en la Tierra. La energía solar espacial ha sido objeto de investigación desde principios de la década de 1970. La energía solar espacial requeriría la construcción de estructuras colectoras en el espacio. La ventaja sobre la energía solar terrestre es una mayor intensidad de luz y la ausencia de condiciones climáticas que interrumpan la recolección de energía.

Como ciencia interdisciplinaria, la tecnología energética está vinculada con muchos campos interdisciplinarios de diversas maneras que se superponen.

• Física , para termodinámica y física nuclear
• Química aplicada a combustibles , combustión , contaminación atmosférica , gases de combustión , tecnología de baterías y pilas de combustible .
• Electrotecnia
• Ingeniería , a menudo aplicada a máquinas de energía fluida como motores de combustión , turbinas, bombas y compresores .
• Geografía , para la energía geotérmica y la exploración de recursos.
• Minería , para la extracción de productos petroquímicos y combustibles fósiles .
• Agricultura y silvicultura , para fuentes de energía renovable .
• Meteorología para la energía eólica y solar .
• Agua y vías navegables , para la generación de energía hidroeléctrica .
• Gestión de residuos , en cuanto al impacto ambiental.
• Transporte , para sistemas de transporte que ahorren energía.
• Estudios ambientales , para estudiar el efecto del uso y la producción de energía en el medio ambiente , la naturaleza y el cambio climático .
• (Tecnología de iluminación), para diseño, instalación y ahorro de energía en iluminación natural y artificial, tanto para interiores como para exteriores.
• (Análisis de costo/beneficio energético), para un simple cálculo del período de recuperación de la inversión y del costo del ciclo de vida de las medidas de eficiencia/conservación energética recomendadas

La ingeniería eléctrica se ocupa de la producción y el uso de la energía eléctrica , lo que puede implicar el estudio de máquinas como generadores , motores eléctricos y transformadores . La infraestructura comprende subestaciones y estaciones transformadoras , líneas eléctricas y cables eléctricos . La gestión de la carga y la gestión de la energía en las redes tienen un impacto significativo en la eficiencia energética general. La calefacción eléctrica también es ampliamente utilizada e investigada.

La termodinámica se ocupa de las leyes fundamentales de la conversión de energía y se deriva de la física teórica .

La energía térmica y química están estrechamente ligadas a la química y los estudios medioambientales . La combustión abarca quemadores y motores químicos de todo tipo, parrillas e incineradores , así como su eficiencia energética, la contaminación que generan y su seguridad operativa.

La tecnología de purificación de gases de escape tiene como objetivo reducir la contaminación del aire mediante diversos métodos de limpieza mecánicos, térmicos y químicos. La tecnología de control de emisiones es un campo de la ingeniería de procesos y química . La tecnología de calderas se ocupa del diseño, la construcción y el funcionamiento de calderas de vapor y turbinas (también utilizadas en la generación de energía nuclear, véase más adelante), y se deriva de la mecánica aplicada y la ingeniería de materiales .

La conversión de energía tiene que ver con motores de combustión interna, turbinas, bombas, ventiladores, etc., que se utilizan para el transporte, la energía mecánica y la generación de electricidad. Las elevadas cargas térmicas y mecánicas generan preocupaciones en materia de seguridad operativa, las cuales se abordan mediante diversas ramas de la ingeniería aplicada.

La tecnología nuclear se ocupa de la producción de energía nuclear a partir de reactores nucleares , así como del procesamiento del combustible nuclear y la eliminación de residuos radiactivos, basándose en la física nuclear aplicada , la química nuclear y la ciencia de la radiación .

La generación de energía nuclear ha sido políticamente controvertida en muchos países durante varias décadas, pero la energía eléctrica producida a través de la fisión nuclear es de importancia mundial. ^{[ 151 ]} Hay grandes esperanzas de que las tecnologías de fusión reemplacen algún día a la mayoría de los reactores de fisión, pero esta sigue siendo un área de investigación de la física nuclear .

Las energías renovables tienen muchas ramas.

energía eólica

Las turbinas eólicas convierten la energía del viento en electricidad conectando un rotor giratorio a un generador. Estas turbinas obtienen energía de las corrientes atmosféricas y se diseñan utilizando principios de aerodinámica , junto con conocimientos de ingeniería mecánica y eléctrica. El viento pasa a través de las palas aerodinámicas del rotor, creando una zona de mayor presión y otra de menor presión a cada lado de la pala. Las fuerzas de sustentación y resistencia se generan debido a la diferencia de presión del aire. La fuerza de sustentación es mayor que la de resistencia; por lo tanto, el rotor, que está conectado a un generador, gira. La energía se genera entonces debido al cambio de la fuerza aerodinámica a la rotación del generador. ^{[ 152 ]}

Reconocida como una de las fuentes de energía renovable más eficientes, la energía eólica está adquiriendo cada vez mayor relevancia y uso en el mundo. ^{[ 153 ]} La energía eólica no utiliza agua en su producción, lo que la convierte en una buena fuente de energía para zonas con escasez hídrica. Además, podría producirse incluso si el clima cambia según las predicciones actuales, ya que depende exclusivamente del viento. ^{[ 154 ]}

Energía hidroeléctrica

La energía hidroeléctrica extrae energía mecánica de los ríos, las olas del océano y las mareas . La ingeniería civil se utiliza para estudiar y construir presas , túneles y vías navegables , así como para gestionar los recursos costeros mediante la hidrología y la geología . Una turbina hidráulica de baja velocidad, impulsada por el flujo del agua, puede accionar un generador eléctrico para producir electricidad.