Equation Chapter 1 Section 1

Trabajo Fin de Grado

Ingeniería de Organización Industrial

Estudio de utilidad de energías renovables y su

implantación en el ámbito social.

Autora: Belén Gómez Asensio

Tutor: Juan Manuel González Ramírez

Dep. Organización Industrial y Gestión de empresas II

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

Sevilla, 2018

ii

iii

Proyecto Fin de Grado

Ingeniería de Organización Industrial

Estudio de utilidad de energías renovables y su

implantación en el ámbito social.

Autora:

Belén Gómez Asensio

Tutor:

Juan Manuel González Ramírez

Profesor asociado

Dep. de Organización Industrial y Gestión de Empresas II

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

Sevilla, 2018

iv

Trabajo Fin de Grado: Estudio de utilidad de energías renovables y su implantación en el ámbito social.

Autora: Belén Gómez Asensio

Tutor: Juan Manuel González Ramírez

El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros:

Presidente:

Vocales:

Secretario:

Acuerdan otorgarle la calificación de:

Sevilla, 2018

El Secretario del Tribunal

v

Algunas personas quieren que

algo ocurra, otras sueñan con que

pasará, otras hacen que suceda.

- Michael Jordan -

vi

vii

Agradecimientos

Gracias a mi familia, por aportarme todas las facilidades para estudiar lo que me gusta. Mi padre y mi madre

que me han apoyado en todo momento, haciéndome crecer y convirtiéndome en lo que soy. Gracias a mi

hermano, por no dejar que me rinda jamás y mostrarme la vida a su manera.

Gracias a mis compañeros, que ya son mis amigos, por hacerlo todo más fácil y ameno. Gracias por hacer que

Sevilla se convierta en mi segundo hogar.

Gracias a mi tutor, Juan Manuel, por ayudarme en esta última etapa y mostrarme el camino a seguir. Dispuesto

a escuchar y motivar siempre.

Gracias a Sergio, sin el que este último escalón habría sido difícil de subir.

Belén Gómez Asensio.

Sevilla, 2018

Resumen

La intención de este documento es dar a conocer las principales energías renovables que se desarrollan

actualmente y los avances existentes en cada una de ellas. El objetivo es llevar a cabo un estudio pormenorizado

de las diferentes fuentes alternativas de energía existentes, que están siendo utilizadas de forma habitual en la

actividad industrial o doméstica, realizando un análisis comparativo sobre los pros y contras de cada tipo de

energía en función de los parámetros que regulan de forma mayoritaria las decisiones de utilizar, o no, cada tipo

de energía.

Las energías renovables son fuentes de energía limpias, inagotables y crecientemente competitivas. Constituyen

la alternativa, cada vez más potente, de los combustibles fósiles de los cuales se diferencian por su diversidad,

abundancia y potencial de aprovechamiento en cualquier parte del planeta. Pero, la principal ventaja y razón por

la que se está aumentando su desarrollo consiste en que, las renovables, no producen gases efecto invernadero,

causantes del actual y mediático cambio climático que acontece, ni emisiones contaminantes. Otra de sus

importantes diferencias, radica en los precios: mientras los costes de las renovables evolucionan a la baja de

forma sostenida, la tendencia general de costes de los combustibles fósiles es la opuesta.

Con todo esto, el objetivo final es concienciar a la población de que, verdaderamente, el desarrollo de las energías

limpias es imprescindible para combatir el cambio climático y limitar sus efectos más devastadores.

Para ello dividiremos el documento en nueve capítulos en los que, primero, abordaremos cada una de las

principales renovables por separado para poder profundizar en cada una de ellas. A continuación, pasaremos a

hablar del principal problema con el que se encuentran estas energías en la actualidad. Para finalizar,

realizaremos un análisis para obtener la viabilidad de cada una de ellas con las conclusiones pertinentes obtenidas

a raíz del mismo.

En el primer capítulo se hará una introducción. Se pretende introducir al lector en la idea de desarrollo sostenible

y, a partir de este término, adentrarlo en el mundo de las energías renovables como solución a muchos de los

problemas que atañen nuestro planeta, recalcando la importancia de los mismos. Se dará a conocer la actual

directiva sobre energías renovables de la Unión Europea y los porcentajes que se pretenden conseguir para 2020

en esta materia. Por último, se observará la generación de energía procedente de renovables en España en el año

2016 y la evolución que han sufrido en los últimos años.

En el segundo capítulo se abordará la energía solar, tanto la solar térmica como la solar fotovoltaica. Se hablará

de los elementos y aplicaciones de ambas, otorgándole gran importancia a las ventajas e inconvenientes que

presentan. Además, en este capítulo, se le concederá un espacio al famoso tema del “impuesto al Sol”.

En el tercer capítulo se hablará de la energía eólica. Se hará un recorrido por su evolución desde años remotos y

se entrará a la estructura de los aerogeneradores y de los parques eólicos en general. De nuevo, se hablará de las

ventajas y desventajas que presenta este tipo de energía, haciendo especial hincapié en el impacto ambiental que

suponen. Para terminar, se verá la evolución que ha tenido su producción en los últimos años.

El cuarto capítulo tratará de la energía geotérmica. Se realizará una breve introducción sobre las capas de la

tierra para, posteriormente, explicar en qué consiste esta fuente energética. Se hablará de la tecnología utilizada

años atrás y de los avances que han ido surgiendo hasta llegar a la utilizada actualmente. Se recorrerán los

distintos elementos que la componen al igual que veremos las fuentes de las que se obtiene la energía. Como en

todos estos capítulos anteriores, se señalarán las ventajas e inconvenientes con los que cuenta la energía

geotérmica finalizando con el futuro que se prevé de la misma.

En el quinto capítulo se explicará la energía hidráulica. Esta explicación se llevará a cabo mediante un recorrido

por las centrales hidroeléctricas describiendo los elementos que las componen. También se comentará la mini

hidráulica, cuya estructura no se diferencia en nada con la anterior salvo por el tamaño, caudal y altura con la

que tratan. La minihidráulica es muy importante actualmente por recibir ayudas gubernamentales, particularidad

que la diferencia de la gran hidráulica, que no recibe ninguna. Se comentará donde se encuentra el límite

ix

establecido para determinar si una central es de un tipo o del otro. Finalmente, se mostrarán las ventajas e

inconvenientes que la caracterizan y el desarrollo que se pronostica para ella.

El sexto capítulo englobará la energía proveniente de océanos, es decir la energía oceánica, tanto la mareomotriz

como la undimotriz. La primera, por su parte, es la que capta energía de las mareas y la transforma en energía

eléctrica. La segunda es la relacionada con las olas. Se desarrollarán los antecedentes de ambas y se detallarán,

especialmente, los sistemas actuales de extracción de energía undimotriz. Se explicará el porqué del escaso

desarrollo e implementación de esta alternativa sostenible, exponiendo las ventajas e inconvenientes que

presenta.

En el séptimo capítulo se desarrollará la última energía renovable, la biomasa. Se verán los distintos tipos de

biomasa existente y como esta soluciona el problema de la eliminación de residuos. Se explicará cómo se

transforma en energía eléctrica a través de distintos métodos, los cuales se dividen en dos grupos: métodos

termoquímicos y métodos biológicos. A continuación se hablará de los biocombustibles y biocarburantes en

particular para conocer un poco más acerca de este tema. Para terminar, se darán a conocer las ventajas e

inconvenientes que presenta la biomasa.

Una vez se hayan explicado todas las energías renovables, en el capítulo ocho, se anunciará el principal problema

con el que cuentan todas ellas: su almacenamiento. Se hablará de la necesidad de encontrar métodos y sistemas

para la acumulación de la energía generada y como, de esta forma, se ayudará al avance y desarrollo de las

energías alternativas. Se comentará la relación que presenta este problema con las SmartGrid y cómo podrían

ayudar los sistemas de almacenamiento de energía al autoabastecimiento. Se entrará en detalle de algunos de

estos sistemas explicando su funcionamiento y las aplicaciones que tienen.

En el capítulo nueve se llevará a cabo un análisis por decisión multicriterio utilizando el método AHP (Proceso

Analítico Jerárquico). El objetivo de este análisis será el de conseguir clasificar los tipos de energía en relación

a la sostenibilidad del planeta. Por un lado, se contará con todas las tecnologías descritas en los capítulos

anteriores y, por el otro lado, se enumerarán algunas de las ventajas e inconvenientes (en su mayoría comunes a

todas las tecnologías) a las que previamente aludimos. Así, se irán realizando análisis de afinidad de todas las

tecnologías con los diferentes criterios, a través del uso de matrices, para acabar obteniendo una lista jerárquica

de energías renovables en la que, la primera será la más sostenible para el planeta, según los criterios

seleccionados. La sostenibilidad se irá reduciendo a medida que se vaya bajando en la lista.

Para finalizar, se realizará una conclusión de todo lo comentado en el documento, en especial del resultado del

análisis ejecutado. Es aquí donde se incluirán opiniones personales acerca de la importancia del cambio y el

camino a seguir para lograr un planeta más sostenible, aumentando la calidad de vida de todos.

xi

Índice

Agradecimientos 7 Resumen 8 Índice 11 Índice de Tablas 13 Índice de Figuras 14 Índice de Gráficos 16 1 Objetivo 1 2 Introducción 2 3 Energía solar 6

3.1 Antecedentes. 7 3.2 Instalación de captadores. 8 3.3 Energía solar térmica. 11

3.3.1 Elementos. 12 3.3.2 Energía solar térmica de media temperatura. 14 3.3.3 Energía solar térmica de alta temperatura. 14 3.3.4 Ventajas e inconvenientes. 15

3.4 Energía solar fotovoltaica. 16 3.4.1 Elementos. 16 3.4.2 Aplicaciones. 17 3.4.3 Ventajas e inconvenientes. 19 3.4.4 Mantenimiento de instalaciones fotovoltaicas. 20 3.4.5 Energía fotovoltaica en España. El impuesto al Sol. 20

4 Energía eólica. 22 4.1 Antecedentes. 22 4.2 Aerogeneradores. 24 4.3 Parques eólicos. 26 4.4 Ventajas e inconvenientes. 27

4.4.1 Impacto ambiental. 28 4.5 Producción de energía eléctrica eólica. 31

5 Energía geotérmica 32 5.1 Antecedentes. 33 5.2 Tecnología. 34 5.3 Clasificación de fuentes de energía geotérmica. 34 5.4 Elementos. 35 5.5 Ventajas e inconvenientes. 36 5.6 Futuro. 36

6 Energía hidráulica 37 6.1 Antecedentes. 38 6.2 Elementos. 39 6.3 La minihidráulica. 42 6.4 Ventajas e inconvenientes. 42 6.5 Futuro. 43

7 Energía oceánica 44 7.1 Energía mareomotriz. 45

7.1.1 Antecedentes. 46

xii

7.1.2 Energía mareomotriz en España. 47 7.1.3 Ventajas y desventajas. 47

7.2 Energía undimotriz. 48 7.2.1 Antecedentes. 49 7.2.2 Sistemas actuales de extracción. 51 7.2.3 Ventajas e inconvenientes. 56

8 Biomasa 57 8.1 Antecedentes. 58 8.2 Tipos de biomasa. 59 8.3 Transformación en energía. 60 8.4 Biocombustibles y biocarburantes. 61 8.5 Ventajas e inconvenientes. 61

9 Acumulación de energía 63 9.1 El problema de la energía. 64 9.2 Sistemas de almacenamiento. 65

9.2.1 Sales fundidas. 65 9.2.2 Central hidroeléctrica de bombeo. 66 9.2.3 Hidrógeno. 66 9.2.4 Almacenamiento de aire comprimido. 67 9.2.5 Supercondensadores. 67 9.2.6 Volantes de inercia. 67 9.2.7 Baterías de flujo de vanadio. 68 9.2.8 Baterías de ion-litio. 68 9.2.9 Pilas de combustible. 68

10 Análisis energías renovables 70 Conclusiones 74 Bibliografía 76

ARTÍCULOS Y LIBROS 76 ENLACES PÁGINAS WEB 77

xiii

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 2-1. Generación eléctrica. ................................................................................................................................. 3 Tabla 2-2. Sectores: calefacción y refrigeración. ...................................................................................................... 4 Tabla 2-3. Sector del transporte. ................................................................................................................................. 4 Tabla 2-4. Consumo primario de energías renovables 2016. ................................................................................... 4 Tabla 3-1. Porcentaje de pérdidas de áreas con sombras. ....................................................................................... 10 Tabla 4-1. Valor final del impacto visual. ............................................................................................................... 28 Tabla 6-1. Tipos de turbinas. .................................................................................................................................... 41 Tabla 7-1. Centrales mareomotrices existentes. ...................................................................................................... 46 Tabla 7-2. Potencia y energía en las costas de Europa. .......................................................................................... 49 Tabla 7-3. Plantas de columna de agua oscilante. ................................................................................................... 53 Tabla 8-1. Materias primas y productos que se obtienen........................................................................................ 60 Tabla 10-1. Escala de valores. .................................................................................................................................. 71 Tabla 10-2. Matriz de comparación de criterios. ..................................................................................................... 71 Tabla 10-3. Contaminación producida por cada alternativa. .................................................................................. 72 Tabla 10-4. Precio energía obtenida por cada alternativa. ...................................................................................... 72 Tabla 10-5. Inversión inicial necesaria para cada alternativa. ................................................................................ 72 Tabla 10-6. Matriz de decisión final. ....................................................................................................................... 72 Tabla 10-7. Resultado del análisis. ........................................................................................................................... 73

xiv

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2-1.Pilares del desarrollo sostenible. .............................................................................................................. 2 Figura 3-1. Sol ............................................................................................................................................................. 6 Figura 3-2. Radiación solar terrestre. ......................................................................................................................... 7 Figura 3-3.Imprenta solar de Pifre. ............................................................................................................................ 8 Figura 3-4. Mapa de radiación solar España. ............................................................................................................ 9 Figura 3-5. Distancia mínima entre grupos de colectores. ..................................................................................... 10 Figura 3-6. Sistema abierto. ...................................................................................................................................... 11 Figura 3-7. Sistema cerrado con bomba de circulación. ......................................................................................... 12 Figura 3-8. Sistema de energía solar térmica. ......................................................................................................... 14 Figura 3-9. Torre de energía solar. ........................................................................................................................... 14 Figura 3-10. Disco parabólico. ................................................................................................................................. 15 Figura 3-11. Fenómeno fotoeléctrico. ...................................................................................................................... 16 Figura 3-12. Módulos fotovoltaicos. ........................................................................................................................ 17 Figura 3-13. Instalación solar fotovoltaica en vivienda. ......................................................................................... 18 Figura 3-14. Instalación solar fotovoltaica en un repetidor de comunicaciones. .................................................. 18 Figura 3-15. Señalizaciones y alumbrado. .............................................................................................................. 19 Figura 4-1. Energía eólica......................................................................................................................................... 22 Figura 4-2. Molino de viento para moler trigo. ....................................................................................................... 23 Figura 4-3. Aerogenerador de Lacour. .................................................................................................................... 23 Figura 4-4. Turbina Savonius y Darrieux. ............................................................................................................... 24 Figura 4-5. Elementos de un aerogenerador. ........................................................................................................... 24 Figura 4-6. Elementos de la góndola. ...................................................................................................................... 25 Figura 4-7. Parque eólico. ......................................................................................................................................... 27 Figura 4-8. Impacto visual de aerogeneradores. ..................................................................................................... 28 Figura 4-9. Efecto de destello. .................................................................................................................................. 29 Figura 4-10. Aves migratorias atravesando parque eólico. .................................................................................... 30 Figura 5-1. Temperaturas en el interior de la Tierra. .............................................................................................. 32 Figura 5-2. Roca seca caliente de granito. ............................................................................................................... 33 Figura 5-3. Central de Larderello en la actualidad. ................................................................................................. 33 Figura 5-4. Central geotérmica Larderello. ............................................................................................................. 33 Figura 5-5. Sistema de suelo radiante. ..................................................................................................................... 35 Figura 6-1. Central hidroeléctrica. ........................................................................................................................... 37 Figura 6-2. Noria en Abarán (Murcia). .................................................................................................................... 38 Figura 6-3. Entrada de agua en la turbina. ............................................................................................................... 39 Figura 6-4. Embalse de El Atazar (Madrid). ........................................................................................................... 40 Figura 6-5. Turbina Kaplan. ..................................................................................................................................... 41 Figura 6-6. Turbina Pelton........................................................................................................................................ 41 Figura 6-7. Turbina Francis. ..................................................................................................................................... 41 Figura 6-8. Central minihidráulica. .......................................................................................................................... 42 Figura 7-1. Globo terráqueo. .................................................................................................................................... 44 Figura 7-2. Central mareomotriz La Rance (Francia). ........................................................................................... 45 Figura 7-3. Elementos de la central mareomotriz de La Rance. ............................................................................ 46 Figura 7-4. Principales lugares de energía mareomotriz. ....................................................................................... 46 Figura 7-5. Olas. ........................................................................................................................................................ 48 Figura 7-6. Potencial energético mundial de la energía de las olas. ...................................................................... 49 Figura 7-7. Pato de Salter. ........................................................................................................................................ 50 Figura 7-8. Balsa de Cockerell. ................................................................................................................................ 50 Figura 7-9. Rectificador de Rusell. .......................................................................................................................... 51 Figura 7-10. Boya de navegación de Masuda. ........................................................................................................ 51 Figura 7-11. Funcionamiento columna oscilante. ................................................................................................... 52 Figura 7-12. Central undimotriz Guipúzcoa............................................................................................................ 52 Figura 7-13. Unión FENOSA. ................................................................................................................................. 53 Figura 7-14. TAPCHAN. ......................................................................................................................................... 53

xv

Figura 7-15. Aparato pendular. ................................................................................................................................. 54 Figura 7-16. Pelamis. ................................................................................................................................................ 54 Figura 7-17. Boya IPS. .............................................................................................................................................. 55 Figura 7-18. Archimedes. ......................................................................................................................................... 55 Figura 8-1. Energía biomásica. ................................................................................................................................. 57 Figura 8-2. Ciclo CO2 en biomasa. ........................................................................................................................... 61 Figura 9-1. Esquema sales fundidas. ........................................................................................................................ 66 Figura 9-2. Instalación de aire comprimido. ............................................................................................................ 67 Figura 9-3. Volante de inercia. ................................................................................................................................. 67

xvi

ÍNDICE DE GRÁFICOS

Gráfico 2-1. Evolución del consumo de EERR en España (ktep). .......................................................................... 5 Gráfico 3-1. Factor de sombra. ................................................................................................................................. 10 Gráfico 3-2. Rendimiento de captadores solares..................................................................................................... 13 Gráfico 4-1. Potencia eólica instalada acumulada en el mundo............................................................................. 31 Gráfico 9-1. Demanda energética eléctrica en tiempo real. ................................................................................... 64

1 OBJETIVO

l objetivo de este proyecto es llevar a cabo un estudio pormenorizado de las diferentes fuentes alternativas

de energía existentes, que están siendo utilizadas de forma habitual en la actividad industrial o doméstica,

realizando un análisis comparativo sobre los pros y contras de cada tipo de energía en función de los

parámetros que regulan de forma mayoritaria las decisiones de utilizar, o no, cada tipo de energía.

E

La cuestión no es si es posible hacerlo. Hoy la pregunta

clave es ¿te decidirás a hacerlo?

- Seth Godin -

2 INTRODUCCIÓN

ue el ser humano es el causante de los males del mundo es una afirmación que cada vez va adquiriendo

más seguidores. Durante los años se han realizado prácticas y usos de energías contaminantes que

han dañado al medio ambiente llevando al planeta hasta su límite. Por ello, es ahora cuando surge el

concepto de desarrollo sostenible. Pero, ¿qué es el desarrollo sostenible?, ¿es la solución para el futuro?

El término desarrollo sostenible es un concepto relativamente novedoso y que cada vez está cobrando más fuerza

gracias a la promoción de políticas que ayudan a concienciar a la sociedad para colaborar con el medio ambiente

y conseguir disfrutar de un mundo más saludable y equitativo para todos.

Al hablar de él nos referimos a tres factores: sociedad, economía y medio

ambiente. Su definición fue formalizada por primera vez en el llamado

“Informe Brundtland”, siendo este uno de los tantos trabajos que lleva a

cabo la Comisión Mundial de Medio Ambiente y Desarrollo de Naciones

Unidas (ONU), donde se definía el desarrollo sostenible como un

desarrollo que satisface las necesidades de la generación actual sin

comprometer la capacidad de las futuras generaciones para satisfacer sus

propias necesidades.

Por tanto, el objetivo primordial del desarrollo sostenible será el de realizar

proyectos viables por un lado y, por otro, reconciliar los aspectos

económicos, sociales y ambientales de las actividades humanas.

El ser humano, desde la Revolución Industrial hasta la actualidad, ha

cometido muchos excesos que nos demuestran la gran dependencia que tenemos del medio. Esto origina los

grandes problemas ambientales a los que tenemos que hacer frente actualmente. Además, el sector económico

no ayuda en absoluto en este aspecto. El desarrollo de la economía en nuestra sociedad ignora prácticamente en

su totalidad este problema ya que son asuntos que, de manera general, no entran en el mercado.

La mayoría de los problemas ambientales como pueden ser deforestación, contaminación, calentamiento global,

subida del nivel del mar, entre otros, están causados por el hombre, por su incapacidad de respetar los límites,

por tratar los recursos como si fueran indefinidos. Esto lo podemos ver en las fuentes de energía que se utilizan,

siendo, en su mayor parte, energías fósiles. Es evidente que el uso de diferentes fuentes energéticas puede ayudar

en el desarrollo económico de un país, en su crecimiento y producción, pero desde la Revolución Industrial

hemos basado el crecimiento en el uso de energías fósiles, que son limitadas, son grandes agentes contaminantes,

y generan graves tensiones sociales y políticas. Es en este momento cuando surge la necesidad de un cambio,

aparece entonces el concepto de energía renovable.

Q

Hay una fuerza motriz más poderosa que el vapor, la

electricidad y la energía atómica: la voluntad.

- Albert Einstein -

Figura 1-1. Pilares del desarrollo

sostenible.

Figura 2-1.Pilares del desarrollo

sostenible.

3 Estudio de utilidad de energías renovables y su implantación en el ámbito social.

Las energías renovables se definen según la RAE como energías cuyas fuentes se presentan en la naturaleza de

modo continuo y prácticamente inagotable. Esto quiere decir que una energía renovable no es una energía

limitada sino, por el contrario, puede regenerarse de modo ilimitado, provocando así menor daño en el planeta.

Entonces, si no contaminan tanto como las fósiles ¿por qué no se fomenta su uso?, ¿son verdaderamente una

solución sostenible?, ¿cuáles son sus ventajas?, ¿son las energías renovables el modelo económico eficiente?

La actual directiva sobre energías renovables de la Unión Europea, adoptada el 23 de abril de 2009, establece

que, para 2020 un 20% del consumo de energía en la Unión ha de proceder de fuentes renovables. Este porcentaje

es la meta común global pero hay diferencias para cada país teniendo en cuenta tanto su situación de partida

como su potencial total en lo que a renovables respecta. De este modo, el objetivo más bajo es el de Malta con

un 10%, mientras que el más elevado es el 49% de Suecia. España, por su lado, debe llegar al 20%. Además,

todos los estados miembros deben alcanzar, para el mismo año, una cuota del 10% de energía procedente de

fuentes renovables en los combustibles usados para el transporte.

Los avances en la consecución de los objetivos nacionales se miden cada dos años, cuando los países de la UE

publican sus informes de situación nacionales en materia de energías renovables.

En España, en el año 2016, de los 17,2 millones de toneladas equivalentes de petróleo (a partir de ahora tep) de

energías renovables consumidas cerca del 69% ha sido destinado a la producción de electricidad, la producción

de calor ha supuesto una cuarta parte y alrededor del 6% del consumo total de energías renovables ha sido del

consumo de biocarburantes.

El 30% de la producción energética renovable procede de recursos biomásicos, el recurso eólico representa un

24%, con un 18% se encuentran tanto las energías hidráulicas como la solar, los biocarburantes, por su parte, no

superan el 6% y, para completar el 4% restante, se encuentran los residuos sólidos urbanos, el biogás y la

geotermia con aportaciones menores o iguales al uno por ciento.

Tabla 2-1. Generación eléctrica.

Potencia (MW) Producción (GWh) Producción energía

primaria (ktep)

Hidráulica (1) 20.056 36.385 3.130

Biomasa 678 4.038 1.174

R.S.U 234 734 243

Eólica 22.978 48.914 4.205

Solar fotovoltaica 4.897 8.064 693

Biogás 226 893 193

Solar termoeléctrica 2.300 5.579 2.190

TOTAL ÁREAS

ELÉCTRICAS

51.370 104.607 11.827

(1): no incluye la producción con bombeo.

Introducción

4

Tabla 2-2. Sectores: calefacción y refrigeración.

Superficie (m2) Producción energía

primaria (ktep)

Biomasa y residuos 4.011

Biogás 38

Solar térmica de baja

temperatura

3.802.294 293

Geotermia 19

TOTAL ÁREAS

TÉRMICAS

4.362

Tabla 2-3. Sector del transporte.

Consumo (ktep)

TOTAL BIOCARBURANTES 1.023

Tabla 2-4. Consumo primario de energías renovables 2016.

TOTAL ENERGÍAS RENOVABLES (ktep) 17.213

CONSUMO DE ENERGÍA PRIMARIA (ktep) 123.485

Pero para llegar a estas cifras se ha pasado por un largo periodo de evolución en el que todavía hay que seguir

trabajando para lograr el porcentaje, mencionado anteriormente, establecido por la Unión Europea en 2020.

Desde el año 2000 el consumo primario de energías renovables se ha multiplicado por 2,5. En lo que va de siglo

se ha pasado por diversos cambios en lo que a recursos de energías renovables respecta. Actualmente existe un

reparto bastante equilibrado entre las diferentes tecnologías de transformación, mientras que, a principio de siglo,

los biocombustibles (biomasa, biogás, residuos sólidos urbanos y biocarburantes) y la energía hidráulica cubrían

la mayor parte del suministro renovable. Aunque el mercado renovable sigue dominado por la biomasa, esta ha

perdido bastante debido a la incorporación y expansión de las energías eólica, la cual se ha convertido en la

segunda tecnología renovable pasando de representar cerca del 6% en el año 2000 al 24% en el año 2016, y solar

termoeléctrica, que a principios de siglo no contaba con instalaciones en funcionamiento y actualmente supone

ya el 12,3% de las aportaciones renovables.

Pero no es solo la solar termoeléctrica la que ha evolucionado en números sorprendentes, en general todas las

tecnologías solares han avanzado significativamente: la solar térmica ha multiplicado prácticamente por cuatro

su presencia en el global de energías renovables, pasando desde un 0,4% hasta el 1,7% del año 2000 al 2016; y

la fotovoltaica llegó a representar en 2016 el 3,9% de la energía primaria, un gran porcentaje contando con que

no disponía de mucha presencia a principios de siglo.

Por último, la geotermia que, aunque ha avanzado bastante en los últimos años, su presencia sigue siendo muy

escasa representando tan solo el 0,1%.

5 Estudio de utilidad de energías renovables y su implantación en el ámbito social.

Todos estos avances pueden verse representados a continuación:

Durante este documento vamos a tratar en profundidad todas las energías renovables existentes en España, su

campo de aplicación, ventajas, inconvenientes y barreras con las que se encuentran. Además hablaremos del

sector de tecnologías renovables a nivel europeo y a nivel mundial.

Gráfico 2-1. Evolución del consumo de EERR en España (ktep).

3 ENERGÍA SOLAR

a energía solar es la fuente de energía renovable que proviene del sol, donde se producen reacciones

de fusión de los átomos de hidrógeno dando lugar a un átomo de helio y liberando gran cantidad de

energía, de la que sólo llega a la Tierra una parte. Con ella se puede generar calor y electricidad. Existen

tres tipos de energía solar, su diferencia radica en la manera en la que se recogen y aprovechan los rayos del sol:

Energía solar fotovoltaica: transforma los rayos en electricidad mediante el uso de paneles solares.

Energía solar térmica: aprovecha el calor a través de los colectores solares.

Energía solar termoeléctrica: transforma el calor en energía eléctrica de forma indirecta.

La energía solar que llega a la capa exterior de la Tierra es muy inferior a

la que se disipa en el espacio, ya que nuestro planeta se encuentra a una

gran distancia y es de un tamaño mucho menor al tamaño del Sol. Aún

con toda la energía que se disipa, anualmente la superficie de la Tierra

recibe una energía equivalente a más de 7500 veces el consumo de

energía primaria mundial, valorado en unos 473 x 1018 Julios, según

datos estadísticos del Consejo Mundial de la Energía. Esto quiere decir

que, en una hora y cuarto, la superficie de la Tierra recibe del Sol toda la

energía consumida a nivel mundial en un año. Es evidente que toda esta

energía no puede utilizarse. Se trata de una energía renovable, fiable,

limpia, pero diluida, no concentrada, por lo que necesita de una captación

con superficies de muchos metros cuadrados y durante muchas horas de

exposición. Tecnológicamente es imposible llenar el planeta de

captadores, además de que parte de ella es indispensable para el

desarrollo de la vida en la Tierra, pero estas cifras nos dan una idea de la

gran cantidad de energía solar de la que disponemos y como podría esta ser una solución viable y muy a tener

en cuenta para el desarrollo de las renovables.

Esta energía no alcanza la superficie terrestre de manera constante; su cantidad varía de estación a estación,

durante las horas del día y depende de la nubosidad, del ángulo de incidencia y de la reflectancia de las

superficies.

La radiación solar es el flujo de energía que llega del Sol en forma de ondas electromagnéticas de diferentes

frecuencias (luz visible, infrarroja y ultravioleta). Cada objeto situado en la superficie terrestre recibe la radiación

solar de diferente forma. Dependiendo de cómo la reciban se puede hablar de los siguientes tipos de radiación:

L

Que cada uno diga lo que quiera: la mejor estufa es el

Sol.

- Gianni Rodani-

Figura 3-1. Sol

7 Estudio de utilidad de energías renovables y su implantación en el ámbito social.

Radiación directa: como su propio nombre indica, es la que llega directamente del Sol sin que su

dirección sufra ningún cambio. En los días soleados es cuando más radiación directa se absorbe. La

característica más relevante de la radiación directa es que proyecta una sombra definida en los objetos

opacos que la intercepta.

Radiación difusa: es aquella que proviene de la atmosfera, por dispersión de la radiación solar en ella.

En los días soleados esta radiación puede suponer aproximadamente el 15% de la radiación global, pero

este porcentaje aumenta en grandes cantidades si el día es nublado. Este tipo de radiación se caracteriza

por no producir sombra alguna respecto a los objetos opacos interpuestos. Las superficies horizontales

son las que más radiación difusa reciben, ya que “ven” toda la bóveda celeste, mientras que las verticales

reciben menos porque solo ven la mitad.

Radiación reflejada: es aquella que “rebota” en la superficie terrestre. La cantidad de radiación depende

del coeficiente de reflexión de la superficie, también denominado albedo. Las superficies horizontales

no reciben ninguna radiación reflejada, porque no “ven” ninguna superficie terrestre y las superficies

verticales, es decir, perpendiculares al suelo son las que más radiación reflejada reciben.

La suma de estas tres radiaciones da lugar a la radiación global conocida como la radiación solar que recibe un

metro cuadrado de superficie horizontal.

Figura 3-2. Radiación solar terrestre.

La forma de aprovechar toda esta radiación solar es a través de colectores. Existen diversos tipos, por ejemplo,

los colectores solares planos captan radiación directa y difusa mientras que, los colectores de concentración solo

captan la radiación directa. Este es el motivo por lo que los colectores de concentración se sitúan en zonas de

muy poca nubosidad y los colectores planos pueden situarse en cualquier localización siempre que la insolación

sea suficiente.

3.1 Antecedentes.

Antiguas civilizaciones como la egipcia y los babilonios ya manifestaron la importancia del sol. Sin embargo,

no fue hasta el siglo XVIII cuando encontramos los primeros sistemas de energía con el sol como fuente.

Todo empezó con pequeños experimentos a través de grandes lupas y espejos, a través de los cuales se

concentraban los haces de luz para producir energía. Este procedimiento llegó a “profesionalizarse” en el siglo

XVIII como método usado para fundir metales, aunque siempre de forma bastante experimental.

Hacia la segunda mitad del siglo XIX se comenzó a experimentar de forma seria en la posibilidad de aprovechar

la energía solar para fines prácticos. Muchos lo habían intentado antes, pero fue el ingeniero francés Augustin

Mouchot uno de los primeros en lograr construir una máquina capaz de conseguir extraer energía del sol de

forma práctica.

Mouchot soñó con domar la radiación solar para calentar agua, logrando así una energía alternativa a la tracción

animal y al vapor obtenido en la combustión del carbón. De sus esfuerzos nació en el verano de 1866 su primer

colector solar. Con el paso de los años fue mejorando su aparato hasta llegar a su generador solar de vapor que

Energía solar

8

fue presentado en la Exposición Universal de París de 1878. Para construir ese generador contó con la

inestimable ayuda de Abel Pifre, ingeniero de origen francés. La máquina fue un éxito, logrando premios y

reconocimientos de todo tipo. Lamentablemente para los dos visionarios, ningún industrial se interesó por

aquella tecnología.

El bajo precio del carbón era el motivo al que se aferraban los industriales para no invertir en generadores solares

de vapor. En aquella época se veía innecesario gastar tiempo y dinero en seguir al sol con complejos espejos

cuando se podía obtener energía barata procedente de la combustión de carbón. Lamentablemente ese

pensamiento ha durado mucho tiempo, motivo por el cual no se ha avanzado todo lo que podría haber sido

posible en el desarrollo de esta fuente de energía. Sea como fuere, Pifre no se dio por vencido y, deseando

mostrar las posibilidades de su tecnología, presentó su imprenta solar el 6 de agosto de 1882 en París. Dotado

de un espejo cóncavo de 3,5 metros de diámetro, con caldera cilíndrica de vapor en el eje, el motor solar de Pifre

fue capaz de mover en condiciones de nubosidad media durante toda la tarde una prensa de imprenta que

alumbró cerca de quinientas copias de un periódico compuesto especialmente para la ocasión, siendo su título

“Journal du Soleil”. La demostración fue impecable y asombró a los presentes, pero ningún inversor se animó a

apoyar al ingeniero.

Figura 3-3.Imprenta solar de Pifre.

No se puede olvidar, al hablar de energía solar, mencionar los paneles solares (principal forma actual de

aprovechamiento de este tipo de energía). Finales del siglo XIX y principios del XX algunos científicos como

Tesla o Einstein descubrieron secretos del efecto fotoeléctrico.

Pero, la llegada de la 2ª Guerra Mundial y la posterior Guerra Fría se tradujo en el gasto indiscriminado de

recursos y combustibles fósiles, dejando totalmente aparcado el desarrollo de la energía solar hasta mediados de

los años 70, con la crisis del petróleo surgió la necesidad de buscar alternativas.

Es un campo en el que se está creciendo a buen ritmo aunque su participación en la energía renovable global

todavía es pequeña.

3.2 Instalación de captadores.

A la hora de instalar cualquier captador de energía solar es indispensable realizar un estudio para determinar

tanto la localización como la colocación del mismo.

Es por ello necesario reparar con suma atención en los siguientes factores:

Valoración de la existencia de recurso en la zona.

Valoración de colocación.

9 Estudio de utilidad de energías renovables y su implantación en el ámbito social.

Criterios de integración urbanística o paisajística.

El estudio mencionado debe comenzar por valorar la existencia de recurso en la zona. Ocioso es decir que las

zonas con más horas de sol serán las elegidas para la instalación de los captadores. Para saber de qué cantidad

de energía solar disponemos, contamos con tablas de radiación solar del emplazamiento, las cuales pueden tener

datos distintos dependiendo de la fuente que consultemos. Lo mejor es recurrir siempre a tablas regionales,

aunque si no se dispone de ellas es válido utilizar tablas estatales o incluso europeas. Estas tablas aportan valores

tabulados que, aunque no sean exactos, permiten dimensionar las instalaciones solares. De este modo no es

necesario medir en cada emplazamiento la radiación solar a la hora de diseñar una planta.

Por ejemplo, para valorar la cantidad de radiación solar que incide en la península podemos recurrir a este mapa

de “Acceso a Datos de Radiación Solar de España” (ADRASE). En este visor puedes acceder a los datos

mensuales y anuales estimados de radiación solar global, así como a la franja esperada de máxima variabilidad.

Una vez elegida la localización de la planta es de vital importancia colocar los captadores de manera correcta

para que los rayos solares incidan lo más perpendicularmente posible. Para ello, si nos encontramos en el

hemisferio norte habrá que orientarlos hacia el sur o lo más al sur que sea posible. Por el contrario, si estamos

en el hemisferio sur la orientación será hacia el norte. La inclinación con la que se instalen también es relevante.

Si se colocan totalmente planos se captaría mucha radiación en verano pero en invierno el valor se reduciría

considerablemente. Lo recomendado es instalarlos más o menos con el grado de inclinación de la latitud terrestre

del lugar. Por ejemplo, si la planta se encontrara en Sevilla, lo ideal sería una inclinación de unos 40o ± 15o. Así,

se asegura una radiación anual máxima y más constante. Muchas veces se instalan en tejados de viviendas por

lo que su inclinación viene predeterminada y no se puede modificar. Así mismo, hay que hacer una valoración

de las sombras. Se deben tener en cuenta los accidentes geográficos, como puede ser una montaña, los edificios

y las construcciones. No se pueden colocar captores de forma que les de la sombra en algún momento del día.

Figura 3-4. Mapa de radiación solar España.

Energía solar

10

Gráfico 3-1. Factor de sombra.

Tabla 3-1. Porcentaje de pérdidas de áreas con sombras.

Puede verse un diagrama válido para España y paralelos equivalentes, que se complementa con tablas que

cuantifican las pérdidas de las áreas señaladas con letras. El ángulo β representa la posición que ocupa el colector

en el espacio, el ángulo de azimut, representado por α formado entre la perpendicular del colector y el meridiano

del lugar.

Suponiendo los ángulos β = 35º y α = 0º y considerando que las áreas sombreadas por obstáculos son A5, A6,

A10, B4, B6 Y B8, y todas parcialmente ocultas excepto B6, el porcentaje de irradiación global anual perdido

es:

% irradiación pérdida = 0.5 * A5 + 0.75 * A6 + 0.25 * A10 + 0.25 * B4 + B6 + 0.5 * B8 = 0.5 * 1.8 + 0.75 *

1.8 + 0.25 * 0.1 + 0.25 * 1.9 + 1.5 + 0.5 * 1 = 4.75%.

Tampoco pueden darse sombra entre ellos, es decir, las hileras deben colocarse con la distancia suficiente para

no taparse.

En la figura 2-5 puede verse a la distancia mínima a la que

pueden colocarse las hileras de colectores. Considerando un

mínimo ángulo de 20o entre el rayo solar que incide en la parte

superior de un panel y en la inferior del siguiente.

Figura 3-5. Distancia mínima entre grupos de colectores.

11 Estudio de utilidad de energías renovables y su implantación en el ámbito social.

Por último, no pueden pasarse por alto los criterios de integración urbanística o paisajística. La mayoría de las

veces los captadores se colocaran en cubiertas por lo que tenemos que tener en cuenta, a la hora de instalación,

este criterio y no únicamente pensar en el rendimiento de la planta. Hay que lograr crear una armonía con la

construcción o el paisaje y evitar, de este modo, que se produzca un gran rechazo social.

3.3 Energía solar térmica.

Los sistemas de energía solar térmica utilizan la radiación solar para producir energía calorífica a distintas

temperaturas. Los de bajas temperaturas tienen aplicación en edificios, principalmente para calentar agua para

la ducha, calefacción (suelo térmico) y cocina. Los de medias y altas temperaturas se utilizan para producir vapor

y electricidad, caso de las centrales termosolares.

La energía solar es de baja intensidad, necesitando de grandes superficies para su captación. Es intermitente ya

que la energía es cero por la noche, va aumentado desde la salida del sol hasta que llega a su cúspide al medio

día momento en el que empieza a disminuir hasta llegar de nuevo a cero en la puesta de sol. Además, no solo

depende de la hora del sol, ya que puede ser interrumpida por viento, lluvia, nieve, polvo, nubes o niebla. Por

ello, se requiere un sistema para almacenar toda la energía captada y que pueda ser usada en el momento que se

necesite.

Se puede llegar a cubrir un 60-70% de la demanda de agua caliente anual de un hogar con energía solar, así lo

obligan las normativas actuales. En los meses de verano se llega a cubrir el 100% pero en invierno la energía

captada es menor. Si la instalación cumpliera con el 100% de la demanda en invierno, en verano contaríamos

con problemas de sobrecalentamiento ya que la instalación estaría sobredimensionada.

Existen dos tipos de circuitos: abierto y cerrado. El abierto es más sencillo, solo cuenta con un circuito de

circulación de fluido térmico, normalmente agua. Tiene un buen rendimiento energético y un mantenimiento

simple. Se utiliza para el uso de agua sanitaria y el calentamiento de piscinas descubiertas. El inconveniente que

presenta es el riesgo ante heladas.

Figura 3-6. Sistema abierto.

Por el contrario, el sistema cerrado cuenta con dos circuitos independientes conectados a través de un

intercambiador de calor, el cual separa el fluido térmico que circula por el captador y el agua de consumo final.

El fluido térmico, que suele ser agua, contiene anticongelantes para prevenir en caso de heladas. Se instalan

termostatos en el intercambiador, que miden la temperatura de ambos circuitos y hacen que este funcione cuando

la diferencia de temperatura es superior a 5oC. Normalmente, en invierno, cuando pasan varios días lluviosos o

con poco sol, no se cuenta con la energía solar necesaria para abastecer la demanda de agua caliente. En estos

casos, el sistema cuenta con una fuente de calor externa, caldera de vapor o resistencia eléctrica, que eleva la

temperatura del agua al nivel deseado por el consumidor.

Energía solar

12

Figura 3-7. Sistema cerrado con bomba de circulación.

Nos centraremos en hablar de este tipo de circuitos.

3.3.1 Elementos.

Captadores. Es el elemento que capta toda la energía solar que llega al lugar. Básicamente se trata de

una placa metálica, con unos conductos soldados por los que circula un fluido, normalmente agua o

aire, pintados de negro (color que capta más los rayos solares). Permite extraer la energía captada del

sol en forma de incremento de temperatura del fluido.

Evidentemente, hay que intentar que se pierda la menor energía posible. Con este fin, los captadores

tienen una cubierta aislante en la parte no expuesta al sol y, en la parte expuesta al mismo, una cubierta,

habitualmente de plástico, transparente y así mejorar el rendimiento aprovechando el llamado “efecto

invernadero”. Este se da al penetrar los rayos solares en una capa transparente, reflejarse en la superficie

interior de la misma y al rebotar quedarse retenidos entre el captador y esta capa, acumulándose calor.

La eficacia del captador depende del cociente:

𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟

𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑓𝑙𝑒𝑥𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟

Los captadores deben poder soportan la carga de nieve o viento según las normas PNE-EN 1991-1-3 y

PNE-EN 1991-1-4.

El rendimiento de un captador solar en la conversión de la energía solar incidente en energía térmica

útil es:

ɳ =𝑄𝑢 (𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 ú𝑡𝑖𝑙)

á𝑟𝑒𝑎 (m2) ∗ 𝑖𝑟𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (𝑊𝑚2)

13 Estudio de utilidad de energías renovables y su implantación en el ámbito social.

Circuito primario. Se trata del circuito de tuberías por el cual circula el líquido que permite que se

caliente el agua que utilizamos. Este líquido contiene anticongelante y demás aditivos lo que permite

optimizar el funcionamiento de la instalación. Lleva adherido a él los diferentes elementos de fontanería

pertinentes: tuberías, purgadores, válvulas, etc. Va desde el captador hasta el acumulador.

Intercambiador. Es un elemento que puede ser independiente o puede estar integrado en el

acumulador. Una vez que la energía solar ha calentado el líquido que atraviesa el circuito primario, el

componente encargado de traspasar ese calor al agua es el intercambiador.

Acumulador. Este elemento ya ha sido mencionado anteriormente, como su propio nombre indica es

el encargado de acumular el agua que calienta el sistema para poder utilizarla cuando se requiera. Es

decir, es el elemento que permite hablar de captación de energía solar y consumo como dos conceptos

totalmente independientes.

La máxima radiación se da al medio día, pero es evidente que si este sistema tan solo nos permitiera

utilizar la energía captada en el mismo instante no sería una energía alternativa a tener en cuenta para

nuestra vida. El acumulador se ocupa de guardar el agua calentada por la energía solar durante el día y

que no pierda temperatura antes de su consumo. Normalmente tienen la forma de un termo clásico.

Sistema de soporte. Como hemos mencionado anteriormente, en ocasiones no se capta toda la energía

solar necesaria para abastecer nuestra demanda. En invierno, cuando hay varios días seguidos de lluvia

o nublados, acabamos con el agua caliente de la que disponemos y el sistema no recibe la energía

suficiente para seguir proporcionando más agua caliente. Por ello, es necesaria la presencia en la

instalación de algún sistema convencional, como puede ser un calentador de gas o un termo eléctrico.

Actualmente existen en el mercado sistemas de soporte diseñados especialmente para instalaciones

solares que permiten un mayor ahorro de energía.

Gráfico 3-2. Rendimiento de captadores solares.

Energía solar

14

Figura 3-8. Sistema de energía solar térmica.

3.3.2 Energía solar térmica de media temperatura.

Estos sistemas alcanzan valores de temperatura desde los 100 a los 600 ºC. Estas elevadas temperaturas

se obtienen por semi cilindros parabólicos de concentración que concentran el calor que le llega sobre

un tubo que contiene un fluido de transmisión de calor (aceite térmico u otro fluido) que circula hacia

un intercambiador de calor, que a su vez produce vapor para la turbine generadora de electricidad. Para

aprovechar al máximo el calor del Sol, el conjunto gira en torno al camino que describe el Sol.

Se emplea en la producción de vapor para procesos industriales y en la generación de energía eléctrica.

3.3.3 Energía solar térmica de alta temperatura.

Los sistemas térmicos de alta temperatura pueden llegar a más de 2000 ºC. Se utilizan en la generación

de electricidad en grandes instalaciones, como son las centrales termosolares. Utilizan reflectores para

enfocar la radiación solar sobre fluidos que transmiten el calor a calderas de vapor.

Existen dos sistemas: la torre de energía solar y los discos parabólicos. El primero de ellos, la torre de

energía solar, utiliza un receptor

central que se ubica en la parte más

alta de la torre que se encuentra

rodeada de espejos móviles

concentradores de la radiación solar

en el receptor y que siguen la

trayectoria del Sol. La torre receptora

absorbe la energía calentando un

fluido de transmisión pudiendo

alcanzar las altas temperaturas

mencionadas. Un sistema de

almacenamiento de a energía

calorífica del fluido portador de calor

alimenta una caldera de vapor.

En segundo lugar, los discos parabólicos. Se tratan de espejos cóncavos parabólicos con el receptor

montado en el foco. Alcanzan mayores concentraciones de energía y temperaturas más elevadas que el

Figura 3-9. Torre de energía solar.

15 Estudio de utilidad de energías renovables y su implantación en el ámbito social.

sistema anterior pero con potencias más bajas. Convierten directamente el calor a energía cinética a

través de motores Stirling.

Figura 3-10. Disco parabólico.

Los sistemas de energía térmica de alta temperatura, todavía no son viables económicamente para

conectarse a la red.

3.3.4 Ventajas e inconvenientes.

Como sabemos, la energía solar térmica es inagotable, renovable y limpia. No contamina, permite un

gran ahorro en electricidad, no afecta a la calidad del suelo donde se encuentra ni a la calidad del aire,

aumenta el valor de la vivienda donde se instale ya que, en un futuro próximo será una alternativa muy

valorada, respeta al medio ambiente y es fácil de instalar y mantener.

Ha desarrollado un gran avance en los últimos años. Tras el protocolo de Kioto, el código técnico de la

edificación ha establecido la obligación de implantar sistemas de agua caliente sanitaria que funcionen

con energía solar en las nuevas edificaciones.

Muchos gobiernos alrededor del mundo están dando subvenciones para el uso doméstico de la energía

solar térmica. Esta es una de las grandes ventajas ya que, en cierto modo, elimina el inconveniente de

la gran inversión que supone este tipo de instalaciones.

Elimina la dependencia de fuentes de energía tradicionales y la dependencia de las subidas de precio de

las mismas, lo que conlleva un ahorro en costes. Con una placa solar en tu vivienda, salvo escasos días

en los que no haya salido un solo rayo de Sol, no será necesario encender el termo eléctrico o conectar

la bombona de butano. Además, su almacenamiento y suministro no implican ningún tipo de peligro.

Aporta calidad de vida y comodidad.

A pesar de ser una muy buena opción, la energía solar térmica tiene algunas características criticables.

La primera que podemos comentar, ya que es la principal que viene a la mente, es la radiación. Como

bien sabemos el nivel de radiación varía dependiendo de la hora del día, de la estación del año y del

lugar en el que nos encontremos. Esto hace que haya casos en los que no sea una alternativa atractiva.

Además, implica que sea necesario complementarla con otro tipo de energía, para días nublados o

lluviosos. Aunque este factor dejará de ser un problema conforme se vaya avanzando técnicamente.

En segundo lugar, el espacio. Cuando se desea proporcionar energía para una población entera o para

grandes extensiones de terreno, es necesario disponer de mucho espacio libre.

Como hemos mencionado antes, el coste de instalación puede suponer una gran inversión que no todos

se puedan permitir. Este aspecto está intentado solucionarse con las subvenciones de las que se han

hablado y, concienciando a la población de que es importante evaluar el tiempo de recuperación de la

inversión inicial ya que puede no ser tan alto como se piensa.

Una de las desventajas más importantes y que, algunas veces, no se tiene en cuenta es el aspecto

urbanístico. No podemos negar que, estéticamente hablando, una placa solar no es el artículo de

decoración que todos queremos en casa. Aunque cada vez es más común ver hileras de casas y azoteas

con instalaciones de este tipo, no deja de ser un gran armatoste metálico que no puede ponerse en

cualquier sitio.

Energía solar

16

Actualmente, la energía solar térmica es aprovechada más para el consumo a pequeña escala, consumo sanitario

(calefacción, calentamiento de agua, etc.). En España en general y, en Andalucía en particular, dado el clima del

que disfrutamos, la energía solar térmica es una opción muy a tener en cuenta en todos los hogares.

3.4 Energía solar fotovoltaica.

La energía solar fotovoltaica tiene su origen en la luz del Sol. Utiliza los fotones (luz) adquiridos de esta estrella

para transformarse en energía eléctrica de corriente

continua por medio de células fotoeléctricas. El efecto

fotovoltaico se produce cuando la energía solar incide

sobre un material semiconductor en el cual se han creado

artificialmente dos regiones, positiva y negativa. La

positiva (P) contiene ínfimas cantidades de boro con

“orificios” cargados positivamente. Por el contrario, la

región negativa (N) contiene electrones adicionales. Es la

unión de estos dos materiales expuestos a la luz lo que

genera un campo electrostático constante, que produce

un movimiento de electrones, es decir, la corriente

continua, que fluyen al cerrar el circuito con una carga

externa.

La unión de varias células constituye el módulo fotovoltaico y el voltaje obtenido depende del diseño del mismo,

en cambio, la corriente eléctrica es función dela intensidad de la luz que incide y del área de la célula.

Evidentemente esta corriente es nula por la noche, crece desde la salida del sol alcanzando el máximo a mediodía

y se anula en la puesta de sol. El montaje en serie, paralelo o mixto de las células permite alcanzar la tensión y

corriente deseadas.

Sus aplicaciones pueden ser muy diversas, por ejemplo: rentabilidad económica o necesidad de electrificación.

El primer caso se da en grandes superficies industriales en las que se pueden instalar grandes superficies de

paneles fotovoltaicos. Se denominan instalaciones solares fotovoltaicas sobre el terreno. No están destinadas

para el autoabastecimiento, sino que toda la energía que se genera se vende a la red eléctrica. Son las

instalaciones solares fotovoltaicas conectadas a la red.

En su otra aplicación encontramos las instalaciones fotovoltaicas aisladas. Se dan en masías o pueblos aislados

en los que no llega la red eléctrica o, en su defecto, es muy caro hacerla llegar. En este caso, esta alternativa es

técnicamente factible y económicamente viable. En zonas remotas es mejor disponer de energía solar

fotovoltaica, la cual es totalmente autosuficiente, que de un generador de gasóleo el cual hay que rellenar cada

cierto tiempo y con los peligros que su traslado puede ocasionar. Este tipo de instalaciones no están conectadas

a la red eléctrica.

3.4.1 Elementos.

Placa solar fotovoltaica. Es el elemento que capta la radiación solar transformándola en energía

eléctrica. Está formado por un conjunto de celdas de silicio (aunque puede ser de otros materiales como

el telurio de cadmio, silicio amorfo, diseleniuro índico de cobre y el arseniuro de galio, el silicio es el

más comercial) conectadas entre sí. Este silicio, para poder utilizarse para la aplicación requerida en las

instalaciones fotovoltaicas, tiene que procesarse para dejarlo en su estado de pureza. Una vez es lo

suficientemente puro se le introducen impurezas de átomos de boro o estaño. Con este proceso, que ya

hemos mencionado antes denominado dopado, el silicio se convierte en un material semiconductor. El

silicio dopado se ve alterado por la radiación solar, y los fotones de la luz hacen que, al chocar con la

superficie de la celda, se genere una corriente eléctrica, en este caso, corriente continua.

Existen tres tipos de silicio:

o Monocristalino: rendimiento del 14-15%

Figura 3-11. Fenómeno fotoeléctrico.

17 Estudio de utilidad de energías renovables y su implantación en el ámbito social.

o Silicio policristalino: rendimiento del 12-13%

o Silicio amorfo: rendimiento del 6%

La diferencia de rendimiento se traduce también en una diferencia de precio siendo el más caro el

silicio monocristalino como resulta obvio.

Figura 3-12. Módulos fotovoltaicos.

Seguidor o estructura de soporte. Como ya explicamos al hablar de la energía solar térmica, las placas

fotovoltaicas también tienen mayor rendimiento cuanto más orientadas al sur y más inclinadas estén

dependiendo del lugar donde se encuentren. Es por esto que la figura del soporte tiene gran importancia

ya que es la estructura que aguanta los captadores y les da la inclinación adecuada. Hay veces que las

placas se encuentran instaladas en unos elementos móviles que van cambiando su orientación a lo largo

del día para conseguir aumentar el rendimiento del sistema, siguiendo al Sol en todo momento. Estos

elementos son los seguidores, que llegan a aumentar entre un 30 y un 40% el rendimiento de los

captadores.

Cableados para el transporte de electricidad y elementos de seguridad. Elemento que lleva la

energía generada hasta el punto de consumo o de conexión a la red eléctrica. Los elementos de seguridad

tratan de evitar posibles accidentes o electrocutaciones.

Acumulador. Al igual que con la energía solar térmica, si queremos autoabastecernos, nos hará falta

un elemento que guarde toda esa energía generada para su posterior uso. En este caso son sistemas de

baterías, normalmente de tipo plomo-ácido, parecidas a las de los coches.

Regulador. El regulador es el elemento encargado de, como su propio nombre indica, regular la carga

y descarga de las baterías para aumentar la vida de las mismas, es decir, que esta carga y descarga se

realice siempre de forma adecuada. Además, disponen también de funciones de seguridad y de

optimización de la producción eléctrica. Aparecen en instalaciones autónomas que disponen de

acumulador.

Inversor. La corriente producida por las celdas fotovoltaicas es corriente continua, el inversor es el

elemento encargado de transformar esta corriente continua en alterna para que pueda ser usada en los

enchufes de cualquier casa o para vender a la red.

Contador de energía eléctrica. Para las instalaciones que no son de autoconsumo, es decir, las que

hemos mencionado antes que venden toda la energía generada a la red, es necesario disponer de un

contador de energía eléctrica. Estos suelen ser iguales o muy similares a los que tenemos en casa.

3.4.2 Aplicaciones.

Como hemos dicho antes, es muy adecuada para la electrificación rural o de zonas aisladas donde no

llega la red eléctrica o hacerla llegar supone unos costes demasiado elevados. Además, cada vez son

más discretas y pueden introducirse en la estructura de la vivienda sin que produzca un gran impacto

visual y estético. Del mismo modo puede instalarse en cualquier vivienda urbana para autoabastecerse,

Energía solar

18

aunque al necesitar grandes superficies no es posible abastecer toda la demanda de un bloque de

edificios.

También son una Buena solución cuando hay que transmitir cualquier

tipo de señal o de información desde un lugar aislado, como pueden

ser reemisiones de señales de televisión, radioenlaces, telemetría y

estaciones meteorológicas.

En las ayudas a la navegación, ya sea en la propia navegación o en las señalizaciones, como pueden ser

faros, boyas, balizas, plataformas, señales de intensidad del viento y altura y frecuencia de las olas y

embarcaciones.

Para aplicaciones agrícolas y ganaderas, bombeo de agua para el regadío en los campos de cultivos,

prevención de incendios en la vigilancia forestal, electrificación de cercas para el ganado, etc.

Muy importante su uso en las redes de carreteras y autopistas para iluminar cruces, túneles, alimentación de

teléfonos de emergencia o puestos de socorro alejados delas líneas eléctricas, incluso para las señales de

tráfico, señalización de pasos a nivel o cambio de vías en ferrocarriles. Para el alumbrado en general,

iluminación de la vía pública o de parajes alejados, iluminación y control de invernaderos, etc.

Figura 3-13. Instalación solar fotovoltaica en vivienda.

Figura 3-14. Instalación solar fotovoltaica en

un repetidor de comunicaciones.

19 Estudio de utilidad de energías renovables y su implantación en el ámbito social.

Figura 3-15. Señalizaciones y alumbrado.

La industria espacial fue el arranque de la energía fotovoltaica y ha sido la gran impulsora del desarrollo de las

técnicas de la misma. Al estar montadas en el espacio, fuera de la atmósfera terrestre, los rayos solares no

experimentan pérdidas por lo que el rendimiento de los equipos es aproximadamente el doble que en la Tierra.

Aparte del ámbito espacial, en la industria se dan aplicaciones muy variadas desde la electrolisis para la

obtención de metales hasta la fabricación de acumuladores eléctricos, etc. Además, se han construido en los

últimos años algunas centrales fotovoltaicas que su suministro de energía puede ser equiparable y competir

frente a centrales tradicionales hidráulicas o termoeléctricas.

3.4.3 Ventajas e inconvenientes.

A simple vista podemos deducir que este tipo de energía alternativa solo plantea ventajas, pero

evidentemente esto no es así.

Claro que son muchas las ventajas que supone, en primer lugar recursos ilimitados, ya que procede del

Sol, y totalmente respetuosa con el medio ambiente. Continuamos por los costos de producción, los

cuales no son nada elevados al igual que las tareas de mantenimiento que aparte de baratas, son sencillas.

Si hablamos de los módulos, tienen la facilidad y utilidad de que pueden fabricarse de todos los tamaños

y su periodo de vida es bastante elevado, ascendiendo hasta los 30 años. Además, podemos añadir que,

se pueden integrar en cualquier tipo de estructura, ya sea una nueva construcción o una ya existente y

no implica un gran impacto visual a las alturas de tecnología en la que nos encontramos.

Aparte de todo esto, en mi opinión, la ventaja más importante aparece en las zonas remotas donde este

tipo de tecnología facilita la vida, y es la forma idónea de conseguir electricidad.

Por su parte, los inconvenientes también son a tener en cuenta. El principal es la necesidad de grandes

superficies para generar la energía suficiente para abastecer la demanda de la población. Como hemos

comentado, es idóneo para viviendas unifamiliares o bloques de pocos pisos pero, no para grandes

ciudades con altos bloques de viviendas y poca superficie donde implantarla instalación.

Los costos de la instalación son altos, requieren una gran inversión inicial con un largo periodo de

amortización que es difícil de asumir para la mayor parte de la población.

Actualmente, con el avance tecnológico que tenemos, un sistema que sigue dando problemas es el

acumulador. Hay falta de elementos almacenadores de energía económicos y fiables.

Evidentemente, la gran desventaja es que el Sol no es una fuente continua, hay épocas en las que las

radiaciones son más intensas, localizaciones e incluso días en las mismas en los que hay mayor

radiación. En definitiva, depende de un factor que no podemos controlar.

Por último, el gran inconveniente con el que nos encontramos o, mejor dicho, la barrera con la que

cuenta este tipo de energía (al menos en España), es el tiempo que deben esperar las pequeñas y

medianas instalaciones para que las compañías eléctricas las homologuen y compren su producción.

Hablaremos en profundidad acerca de esto en el siguiente punto.

Energía solar

20

3.4.4 Mantenimiento de instalaciones fotovoltaicas.

Como hemos mencionado, una de las ventajas de esta alternativa energética es su larga vida útil. Sin

embargo, para que esto se cumpla son necesarias una serie de acciones de mantenimiento para logar así

su máximo rendimiento, como son:

Limpieza periódica de los paneles, ya que estarán al aire libre expuestos a polvo y a

contaminación ambiental.

Revisar y controlar el estado de los soportes y anclajes. Su deterioro es grande dado que se

encuentran expuestos al viento, lluvia, nieve, hielo, etc. de forma constante.

Asegurar el correcto aislamiento y estanqueidad de las cajas de conexiones.

Vigilar el estado de los conductores que están en el exterior.

Verificar el estado de las puestas a tierra de las estructuras y soportes metálicos.

Verificar la zona de las baterías, especialmente las fugas que puedan darse.

Conservar las baterías según las instrucciones dadas por el fabricante de las mismas.

3.4.5 Energía fotovoltaica en España. El impuesto al Sol.

En España el 2007 fue el año en el que la energía solar fotovoltaica empezó a tomar fuerza ya que el

gobierno aprobó una serie de medidas que hacía que las inversiones en energía fotovoltaica tuvieran

una rentabilidad muy atractiva. Debido a esto se construyeron muchas plantas fotovoltaicas de grandes

dimensiones, en las que invirtieron diversas personas, confiando en la garantía del Estado. Fue un año

después, en 2008, cuando se retiraron gran parte de estas ayudas concedidas.

Se publicó hace poco menos de un año un documental titulado “Viaje por la gran estafa solar”, en él

cuenta cómo viven y se sienten actualmente las más de 60.000 familias españolas que invirtieron en las

plantas fotovoltaicas.

Palabras de BOE “la sociedad española actual demanda cada vez más la utilización de las energías

renovables y la eficiencia en la generación de electricidad como principios básicos para conseguir un

desarrollo sostenible desde un punto de vista económico, social y ambiental”. El anuncio decía “el Sol

puede ser tuyo”. “¿Cómo íbamos a desconfiar? Era un contrato con el Estado, firmado por el Rey. No

había nada más seguro. Lo hicimos y empezó nuestra ruina. Nosotros cumplimos, el Estado no.” César

Vea, actor que decidió, en 2007, emprender con una planta en la Rioja.

El plan establecía una serie de primas para compensar la alta inversión que harían las familias en una

tecnología prácticamente inédita entonces. La rentabilidad sería de entre un 7 y un 9% y los inversores

empezarían a ganar dinero pasados unos 10 o 12 años. La mayoría entró buscando un plan de pensiones

alternativo, por compromiso ecológico o porque parecía un negocio seguro.

El Gobierno, en mitad del “juego”, decidió revisar su propio plan. “Decidió cambiar las reglas del juego

a mitad de su propio partido” apunta Vea. En 2008 aparecieron los primeros recortes y ya, en 2010, se

recortaban en un 45% las ayudas a los huertos solares, el 25% a las instalaciones de placas grandes y un

5% a las placas solares pequeñas. Fue sólo el principio.

Entre 2007 y 2009 se instalaron en España 4.200 megavatios sólo de energía solar fotovoltaica, con una

inversión que rondaba los 25.000 millones de euros. A finales de 2008 la potencia ya multiplicaba por

diez las previsiones.

Fue una burbuja, algunos la comparan con la caída del ladrillo. Nadie supo frenarlo.

Al igual que César Vea, otras personas cuentan su experiencia. “El Estado pasó a pagarme exactamente

la mitad de lo que me pagaba cuando firmé el contrato con el banco pero yo sigo teniendo que pagar la

misma cantidad que me comprometí a pagar desde el minuto uno” asegura Jorge Puebla, quien instaló

una planta en unos terrenos de su familia en Valladolid.

21 Estudio de utilidad de energías renovables y su implantación en el ámbito social.

En Alburquerque se levantó en 2004 el que en su momento fue el mayor parque fotovoltaico de Europa.

La inversión rondó los 30 millones pero los beneficios acabaron siendo un 35% inferiores a las

estimaciones iniciales. La empresa tenía en 2008 cerca de un centenar de empleados, hoy tiene 14.

Al igual que ellos, cientos de familias más se sienten engañadas por su propio gobierno y únicamente

le dan explicación a esto asegurando que los han dejado en eta situación para que la sociedad vea que

este cambio no es posible, que nadie quiera instalar fotovoltaicas en el país, para que el modelo

energético que tenemos se mantenga más tiempo.

Esto lo corrobora el impuesto al Sol, establecido en 2015. Con él, los usuarios pagarán un impuesto por

cada placa solar que posean. Pero, ¿el Sol no era de todos? Algunos comparan esto con cosas tan

absurdas como “pagar al bar por cada café que te tomas en casa”.

En conclusión, ¿cómo un país como España, con la cantidad de horas de Sol que tiene, puede permitir

esto? Estamos desaprovechando una alternativa limpia, sostenible e ilimitada y manteniendo el

monopolio que poseen las eléctricas.

4 ENERGÍA EÓLICA.

a energía eólica tiene su origen en la fuerza del viento. Nos

permite obtener energía eléctrica a partir de las masas de

aire. El principal medio para obtenerla son los

aerogeneradores, a los que llamamos coloquialmente “molinos de

viento”. Estos, con sus aspas, transforman la energía cinética del

viento en energía mecánica la cual mueve un generador que produce

energía eléctrica. La energía del viento puede obtenerse tanto

instalando aerogeneradores en suelo firme o instalándolos en suelo

marino.

La energía eólica es la fuente de energía con mayor crecimiento en

todo el mundo de todas las energías renovables. Y, como se puede

comprobar, es un mecanismo sencillo que ya se usaba en la antigüedad

con los molinos de viento que utilizaban la energía mecánica

producida en moler granos de trigo, para el riego o el bombeo de agua.

Los aerogeneradores actuales son algo más complejos, se le añaden

mecanismos para obtener un mayor rendimiento del equipo y conseguir el objetivo final, una electricidad limpia

y sostenible.

4.1 Antecedentes.

Aunque a primera vista parezca no tener relación alguna, la primera vez que el hombre utilizó la energía eólica

fue en la navegación a vela. En los antiguos grabados egipcios se pueden observas las velas que representaban.

En China, en Persia y en Oriente Medio ya se utilizaban, antes de Cristo, molinos para las labores de extracción

mecánica que hemos mencionado antes: moler grano, riego y bombeo de agua. Eran molinos muy sencillos que

consistían en velas verticales unidas a un eje vertical. Fueron utilizados durante mucho tiempo.

L

No puede impedirse el viento, pero pueden construirse

molinos.

- Proverbio holandés-

Figura 4-1. Energía eólica.

23 Estudio de utilidad de energías renovables y su implantación en el ámbito social.

Los molinos de eje horizontal se construyeron en

Europa en el siglo XIII, aunque ya algo mejorados.

En el siglo XIV aparece el molino de torre. Consistía

en una torre fijada al terreno y con el rotor en la parte

superior, con aspas móviles que se orientaban al

viento mediante un eje horizontal con pequeñas aspas

perpendiculares a las aspas principales. Se le bautizó

como molino de cola.

En Holanda, ciudad conocida actualmente por sus

molinos, estos se utilizaron desde el siglo XIV que

solucionó sus problemas con el agua. Holanda, se

encontraba cubierta por el mar y, fueron los molinos

los que ayudaron a desecar todas las zonas inundadas.

En el S.XVIII, con el inicio de la era industrial y el uso del carbón llegaron a existir en Holanda 10.000 molinos

y en Dinamarca llegaron a operar 30.000. Fue esta la mejor etapa para este tipo de sistemas llegando a existir

más de 100.000 molinos de viento distribuidos por Europa. Los molinos multipala para bombeo aparecieron en

EEUU en el siglo XIX.

Fue en 1892 en Dinamarca cuando se empezó a generar energía eléctrica a partir de los molinos. A cargo del

profesor Lacour surgió un generador de 25 metros de diámetro con pocas palas pero giro muy rápido, generaba

un máximo de 25 kW.

Figura 4-3. Aerogenerador de Lacour.

A partir de ese momento empezaron a utilizarse pequeñas turbinas para generar electricidad en zonas rurales

formadas por hélices de avión y generadores de coche.

En 1924 Savonius diseña la turbina de eje vertical dotada de dos semicilindros huecos de igual diámetro, con

ejes separados paralelos al eje vertical de giro, con lo que la fuerza que el viento ejerce en ambas caras de cada

cilindro es distinta y así giran alrededor del eje.

En 1927 Darrieux desarrolla la turbina de eje vertical con aspas de perfil biconvexo aerodinámico, de 20 metros

de diámetro y unidas en sus extremos.

Figura 4-2. Molino de viento para moler trigo.

Energía eólica.

24

Figura 4-4. Turbina Savonius y Darrieux.

Poco más tarde empezaron a aplicarse perfiles aerodinámicos a las palas apareciendo así las palas de ángulo de

ataque variable que servían para regular la potencia captada. En 1973, con la crisis del petróleo y el estímulo del

estudio de fuentes alternativas, se crearon mapas para cuantificar el potencial eólico disponible y se construyeron

máquinas cada vez más potentes agrupadas en los parques eólicos que conocemos actualmente. En el año 2008

se instaló la mayor turbina española sobre una torre de 140 metros de altura, 100 metros de diámetro y 3MW de

potencia. Queda muy lejos de la turbina eólica más grande del mundo, con sede en Hawai, que tiene una altura

de un edificio de unas 20 plantas y unas palas de la longitud de un campo de fútbol.

4.2 Aerogeneradores.

Figura 4-5. Elementos de un aerogenerador.

Estas son las cuatro partes de las que consta todo aerogenerador, pasamos a verlas detalladamente:

Cimentación. Todos los aerogeneradores se instalan sobre hormigón que hace de anclaje en el terreno

y asegura estabilidad.

Torre. Es la parte de acero que aguanta las palas. Tiene que soportar tanto el conjunto aerogenerador

como el empuje del aire, por lo que debe ser de construcción robusta. Puede ser de dos tipos, de sección

circular o de celosía. De sección circular es la más común, como la que se ve en la figura 3.5, su coste

es más elevado pero aporta más garantías ya que soporta mejor las fuerzas a las que está sometida y el

propio peso de la instalación. La torre de celosía es como las torres eléctricas.

Rotor. Formado por las palas y el buje, que es la pieza que una las palas. Las palas han de estar muy

bien equilibradas entre sí, ya que es el elemento clave y el más delicado de la estructura. La punta de la

25 Estudio de utilidad de energías renovables y su implantación en el ámbito social.

pala es de vital importancia, su forma puede hacer que se obtenga un 5-6% más de energía,

condicionando el ruido que emite el aerogenerador.

Góndola. Parte trasera del aerogenerador, se encuentra tras el rotor y encima de la torre. En su interior

se encuentran todos los mecanismos necesarios para transformar el giro de las palas en electricidad.

Debe tener acceso fácil para realizar el mantenimiento periódico de todos estos elementos de

transmisión, control, regulación y generación de energía eléctrica. Su construcción es aerodinámica para

reducir pérdidas por frenado de la fuerza del viento en su estructura.

Está compuesto por:

o Multiplicador: su misión es la de pasar la velocidad lenta proporcionada por el rotor ala alta

velocidad que le interesa al generador.

o Eje motriz: también llamado eje de alta velocidad. Hace girar el rotor del generador. Se

encuentra entre el generador y el multiplicador.

o Acoplamiento o eje de baja velocidad.

o Generador.

o Conductores: cables que llevan la electricidad producida.

Figura 4-6. Elementos de la góndola.

Además, todos los aerogeneradores tienen en la parte superior de la góndola dos instrumentos que miden la

velocidad y la dirección del viento. Estos datos son enviados a unos ordenadores de control y cuando el viento

cambia de dirección se activan los sistemas mecánicos de orientación que disponen los aerogeneradores. De este

modo, la góndola gira y las palas se mueven con ella para ponerse de cara al viento y recibirlo

perpendicularmente, aprovechando así el recurso eólico al máximo. Esto también sirve como medida de

seguridad.

Todos los aerogeneradores tienen una velocidad de viento máxima admisible y, por encima de esta, no pueden

funcionar con seguridad ni con buenos rendimientos, lo que ocurre es que las palas y la góndola se desorientan

y dejan de girar. Del mismo modo, necesitan una velocidad mínima de viento para ponerse en funcionamiento.

Su rendimiento óptimo se da para velocidades del viento de unos 14 m/s.

Existen diferentes tipos de aerogeneradores que se pueden clasificar en función a la posición de su eje, respecto

a la posición en la que reciben el viento y al tipo de palas.

Respecto a la posición de su eje

a) De eje horizontal. Son los más utilizados y los que son instalados en los parques eólicos y en

instalaciones aisladas con pequeños aerogeneradores.

b) De ejes vertical. Se distinguen tres tipos de aparatos.

Darrieus. Dos o tres arcos giran alrededor de su eje.

Energía eólica.

26

Panemonas. Cuatro o más semicírculos unidos al eje. Bajo rendimiento.

Sabonius. Dos o más filas de semicírculos colocados opuestamente.

Respecto a la posición del equipo con referencia al viento

a) A barvolento. Cuando el rotor recibe el aire de frente. La mayoría de aerogeneradores instalados en

parques eólicos son de este tipo. El aerogenerador necesita dispositivo orientador para encararse al

viento.

b) A sotavento. El viento llega por el lado de la góndola, la cual tiene un diseño especial. Este tipo de

aerogeneradores no necesitan mecanismo de orientación ya que el aire lo posiciona de la forma correcta.

La construcción de las palas es especial para este tipo.

Respecto a las palas

a) Una pala. Supone una carga giratoria no distribuida, por ello no es normal este tipo de mecanismos

dado su gran desequilibrio.

b) Dos palas. Utilizadas para pequeños aerogeneradores.

c) Tres palas. Es el tipo más utilizado.

d) Multipalas. Empezó a utilizarse en EEUU para la extracción de agua de pozos.

4.3 Parques eólicos.

Los parques eólicos son las centrales en las que se genera electricidad transformando la fuerza del viento en

energía mecánica y luego en energía eléctrica.

Una gran instalación consta de varias decenas de aerogeneradores, pueden ser o no de la misma potencia,

distribuidos según las condiciones locales del viento. A partir de los mapas eólicos, se considera que una zona

donde la velocidad del viento es de 5 m/s durante más de 3.500 horas al año es adecuada para instalar un parque

eólico.

Un parque eólico, aparte de los aerogeneradores, consta también de un edificio principal con la labor de ser el

centro de control y maniobra, almacén de materiales de mantenimiento y conservación; oficina de control,

mando y telemando del parque; y estación de subestación con transformadores y equipos de protección. También

cuenta con una red interna de baja tensión que conecte cada generador con el centro de transformación

correspondiente y una red externa de media tensión que conecte el parque con la subestación del centro de

transformación de la red de distribución pública.

Los caminos de acceso que permiten llegar a cada aerogenerador son imprescindibles. Por él deben poder

circular con la máxima facilidad los vehículos que transportan las palas y las partes de la torre. Además deben

ser accesibles para poder llevar a cabo el mantenimiento del equipo.

El cableado será el encargado de unir los distintos aerogeneradores con el transformador del parque.

Normalmente todo este cableado necesario se coloca junto a los caminos de acceso.

Para que esta instalación tenga sentido es imprescindible transformar el voltaje de la electricidad generada al

voltaje de la línea eléctrica a la que esté conectado el parque, para ello se cuenta con un transformador. Tanto el

centro de transformación del parque como la conexión a la red eléctrica son factores determinantes de la

viabilidad técnica y económica del parque.

El edificio de gestión y control es un elemento auxiliar cuya implantación es muy importante para la explotación.

Permite controlar el funcionamiento del parque eólico y hacer un seguimiento detallado del estado de todos los

aerogeneradores en tiempo real. La producción de electricidad, la disponibilidad de máquinas, el estado de

mantenimiento de cada aerogenerador, las horas equivalentes de funcionamiento del parque que se tienen hasta

el momento lo que permite tener un control de la producción anual, la velocidad y dirección del viento, el

régimen de giro de los aerogeneradores, las posibles incidencias y alarmas de los centros de control de los

aerogeneradores, son algunos de los parámetros que controla.

27 Estudio de utilidad de energías renovables y su implantación en el ámbito social.

Figura 4-7. Parque eólico.

Antes de la construcción y puesta en marcha de un parque de esta índole hay que llevar a cabo un preciso y

detallado proyecto en el que se realicen, entre otros, los siguientes pasos:

Elección de la zona.

Estudio del potencial eólico de la zona.

Estudio del terreno.

Elección de la tecnología de generación que mejor se adapte a la zona.

Estudio del impacto medioambiental de la zona.

Estudio económico y rentabilidad del parque.

Efectuar el diseño de la zona. Acceso y ubicación de aerogeneradores, centro de control y elementos

auxiliares.

Estudio de la obra civil a realizar para el montaje de las torres.

Estudio de la línea eléctrica entre aerogeneradores y la subestación del parque.

Estudio de la línea que conecta con la red eléctrica general.

Gestión de permisos ante las administraciones.

En definitiva, un parque eólico es una gran instalación en la que, para su construcción y correcto funcionamiento

dentro de los parámetros de rendimiento establecidos, hay que tener en cuenta diversos factores y llevar a cabo

un estricto mantenimiento. Luego, en cambio, su funcionamiento es sencillo: el viento mueve las palas de los

aerogeneradores, las palas mueven un eje a baja velocidad, esta velocidad aumenta mediante un mecanismo de

sistema de engranajes de ruedas dentadas, que mueve el eje llamado motriz. EL eje motriz mueve al generador

y la corriente producida en este se transporta mediante cables.

4.4 Ventajas e inconvenientes.

El viento es gratis y con la tecnología actual puede ser capturado de manera eficiente haciéndola cada vez más

rentable. Como energía renovable que es, es limpia ya que una vez que se construye no causa gases de efecto

invernadero u otros contaminantes. Además es ilimitada, el viento nunca se acabará.

Las instalaciones son compatibles con otros usos del suelo. A pesar de que los aerogeneradores sean grandes,

cada uno ocupa sólo una pequeña parcela de tierra por lo que el resto se puede utilizar para otros usos como

pueden ser el agrícola o ganadero.

Energía eólica.

28

Una de las grandes ventajas es que puede ser una alternativa muy viable para zonas remotas a las que no llega

la red eléctrica. Estas zonas, en vez de conectar los aerogeneradores a la red de la que no disponen, se

autoabastecen con la energía generada de manera que producen su propio suministro.

La instalación es fácil de desmontar y la zona en la que ha estado instalada no queda dañada por lo que puede

recuperarse rápidamente.

Crea un beneficio económico para los municipios en los que se instala. Los ingresos municipales se incrementan

de forma notable, puesto que el 2-3% de la facturación del parque lo recauda el ayuntamiento en forma de

impuestos. Además crea numerosos puestos de trabajo tanto para la operación como para el mantenimiento del

parque, unas 6 personas por MW/año.

También, la presencia de un parque eólico en una zona hace que esta tenga una protección contra incendios

extra. La figura del personal de la explotación en los parajes naturales donde se implantan los parques y el

suministro obligatorio de agua del que tienen que disponer para apagar posibles incendios logran este beneficio.

La mayor desventaja con la que nos encontramos al hablar de instalaciones de este tipo es el impacto ambiental

que provocan, por ello vamos a hablar detalladamente de este punto.

4.4.1 Impacto ambiental.

Los parques eólicos, al igual que otros muchos proyectos, están sujetos al procedimiento de evaluación del

impacto ambiental de proyectos, por lo que debe obtenerse una autorización administrativa para poderlo

construir. Se instalan en los lugares donde más sopla el viento, es decir, colinas, puntos más altos de las montañas

y en las zonas costeras por lo que su impacto visual es mucho mayor.

En principio, no hay oposición a los aerogeneradores particulares de las granjas, pero los parques eólicos que

ocupan grandes extensiones causan impactos ambientales como son: visual, ruido, parpadeo de sombras,

destello, afectación de la vida animal, interferencias electromagnéticas y seguridad.

4.4.1.1 Impacto visual.

Se estudia la cuenca visual del proyecto, es decir, la zona del

territorio en qué la instalación será perceptible. Una vez se

conocen los posibles puntos de observación, se efectúan

fotometrajes para poder saber cómo será la apreciación de

las instalaciones desde cada zona. Se trata de un hecho

cultural y social, y es probable que la aceptación de este tipo

de instalaciones aumente con el tiempo.

Los aerogeneradores pueden disimularse mediante

plantaciones de árboles o similares próximos al observador,

y pintarse con determinados colores, o construirse con

estructuras que minimicen su presencia en el paisaje.

En la fase previa, se estima numéricamente la calidad del

paisaje y, como hemos dicho antes, predecir como cambiará

este después de instalar los aerogeneradores. Los criterios

que se aplican asignan valores numéricos a la afectación del paisaje: carácter visual existente, grado de

modificación visual, efecto visual horizontal, efecto visual vertical y distancia del efecto visual. Se obtiene un

valor acumulativo final que será la suma de los valores de todos estos criterios mencionados. Con él se califica

la importancia del cambio que se propone realizar en el terreno al instalar los aerogeneradores.

Tabla 4-1. Valor final del impacto visual.

Grado de efecto visual Valor (suma de criterios)

Severo 21 a 25

Sustancial 17 a 20

Moderado 13 a 16

Ligero 9 a 12

Despreciable 5 a 8

Figura 4-8. Impacto visual de aerogeneradores.

29 Estudio de utilidad de energías renovables y su implantación en el ámbito social.

4.4.1.2 Ruido.

El ruido depende de la forma que tengan las puntas de las palas del aerogenerador y de la velocidad de giro. En

la fase del estudio del proyecto del parque eólico se lleva a cabo una simulación acústica en el territorio, para

determinar los niveles de ruido que se tendrían una vez que este estuviera construido, comprobando así lo que

afectará a las viviendas de la zona.

Las turbinas del aerogenerador producen dos tipos de ruido: mecánico y aerodinámico.

La vibración mecánica se produce en la caja de engranajes y en los mecanismos de transmisión del movimiento

de las palas. El aislamiento de este tipo de ruido se logra encerrando los mecanismos en una caja aislante,

instalando montajes antivibratorios y amortiguadores o bien utilizando cajas de engranajes especialmente

diseñadas para que generen bajos niveles de ruido.

El ruido aerodinámico lo realiza el aire al pasar por la superficie de las palas, presentando una amplia gama de

frecuencias. Está relacionado con ruidos naturales como el viento soplando a través de los árboles. Los diseños

actuales de las puntas de las palas han reducido considerablemente el ruido producido.

4.4.1.3 Destello.

Lo producen los rayos del sol proyectándose sobre las palas de los aerogeneradores. Puede ser visible desde una

larga distancia y, dado su carácter intermitente, puede ser molesto para muchos observadores. Si el parque eólico

se encuentra próximo a una carretera los destellos pueden

distraer a los conductores y provocar algún tipo de accidente.

La intensidad del destello depende de: la elevación solar,

orientación de la turbina, paso de las palas, reflectividad de las

superficies de las palas y de la góndola y velocidad de rotación

de las palas.

Actualmente las palas se construyen con materiales que

presentan un aspecto superficial mate o apagado, al contrario

que las primeras palas de acero o aluminio.

Para evitar el problema de los destellos, las palas, la góndola y

la torre, deben estar pintadas con recubrimientos antireflectantes

y no instalar los aerogeneradores en puntos donde el reflejo de las palas pueda causar accidentes.

4.4.1.4 Parpadeo por sombra de las palas.

Es el efecto de la sombra móvil proyectada por la rotación de las palas sobre el observador, en particular si el

Sol se encuentra detrás del aerogenerador. En el atardecer las sombras ocupan una gran extensión pudiendo

llegar a casas y jardines de los alrededores. Esto puede provocar malestar de los vecinos incluso llegando a

náuseas, vómitos, migraña y episodios epilépticos.

La solución es colocar los parques eólicos a una distancia considerable de zonas habitadas o, en su defecto,

plantar árboles que actúen como barrera.

4.4.1.5 Seguridad.

Caída de hielo. En climas muy fríos con fuertes nevadas o posibilidad de formación de hielo, se presenta

el riesgo de posibles caídas de hielo con la turbina parada o en funcionamiento. Es muy importante

planificar la disposición del aerogenerador en el terreno desde el punto de vista del personal de

mantenimiento y de las personas o animales que puedan circular cerca de la torre.

Caída de rayos. Cada segundo descargan 100 rayos a nivel mundial y los aerogeneradores, dada su

altura, son susceptibles de ser afectados. Esto afecta principalmente a las palas. Para intentar evitar o

aminorar los daños ocasionados si esto sucediera, la mayoría de aerogeneradores cuenta con un sistema

de protección que dirige el rayo desde la punta de la pala hasta el cubo del rotor, de aquí a la góndola y

la torre y después hasta el suelo.

Aviación. Puede afectar a las operaciones de aviación por la estructura alta considerada como un

obstáculo vertical en los vuelos de baja cota y por las palas en rotación que pueden afectar a los aparatos

de navegación y otros equipos.

Figura 4-9. Efecto de destello.

Energía eólica.

30

4.4.1.6 Efectos electromagnéticos.

Se pueden presentar dos fenómenos electromagnéticos. El primero es debido a los campos electromagnéticos

producidos al generar electricidad. Estos efectos son muy limitados. De manera general, son demasiado débiles

para ser nocivos, por lo que no supone un problema.

El segundo fenómeno es producido por la estructura al dispersar señales de radio y televisión. Este problema

puede minimizarse modificando el equipo receptor.

Los campos magnéticos pueden quedar reducidos enterrando las líneas de transporte. Los conductores se

situarán de esta forma mucho más juntos lo que lleva a una mayor cancelación magnética de las fases.

La interferencia electromagnética puede también afectar las señales de las estaciones de televisión y radio y las

comunicaciones con microondas y de telefonía móvil. Ocasionalmente ocurren estas interferencias con algunos

receptores de televisión domésticos y se corrigen empleando receptores más direccionales.

4.4.1.7 Afectación de la vida animal.

Es uno de los principales aspectos negativos de un parque eólico. Para proteger la fauna es imprescindible llevar

a cabo un estudio que determine las medidas de protección para las especies que habitan en la zona o que pasan

en movimientos migratorios.

Para disminuir este efecto negativo, se intenta elegir emplazamientos, para la construcción de este tipo de

instalaciones, que eviten zonas migratorias y de alimentación de pájaros y aves.

Por ejemplo, en Tarifa (Cádiz), uno de los puntos principales de migración de aves a través del Mar

Mediterráneo, hubo muertes de aves. Aun así, la muerte de aves por esta causa ocupa un porcentaje mínimo (un

promedio de 3,1 pájaros al año).

Figura 4-10. Aves migratorias atravesando parque eólico.

Los ruidos o movimientos que producen los aerogeneradores también pueden afectar al comportamiento de aves

y otros animales que tienden a evitar andar o cazar en las cercanías al parque. Por tanto, estas áreas,

ecológicamente sensibles, no deben ser utilizadas para construir una instalación de este tipo. Aunque, a veces,

sean las más atractivas, ya que suelen ser áreas remotas de alta montaña.

Todos estos efectos hay que intentar mitigarlos compensando los impactos que deriven la construcción del

parque. Por ejemplo, creando nuevos hábitats para las especies desplazadas o plantando árboles y vegetación en

la zona.

Dejando a un lado todos los problemas del impacto ambiental, el otro problema principal es la falta de

homogeneidad que produce este tipo de instalaciones. Como hemos dicho, los aerogeneradores funcionan con

un mínimo viento determinado y, de igual forma, tienen que ser parados por seguridad cuando las corrientes de

aire sobrepasan otro límite establecido. Por tanto, el viento no es constante y, de este modo, no se puede generar

energía eléctrica de forma constante.

31 Estudio de utilidad de energías renovables y su implantación en el ámbito social.

Aun con todo esto, está comprobado que la energía eólica, si se lleva a cabo un buen estudio previo de impacto

ambiental del entorno, el peso de las ventajas es mucho mayor que el de sus inconvenientes.

4.5 Producción de energía eléctrica eólica.

Los últimos años han sido muy positivos en la evolución de esta tecnología. España está bien situada en el

desarrollo del aprovechamiento eólico y poco a poco cada vez la energía eólica va teniendo un peso más

significativo en la generación de energía eléctrica.

Se tiene muchas esperanzas puestas en este tipo de energía limpia, que está en todas partes. Hay que buscar las

zonas más rentables y la instalación de grandes aerogeneradores que den lugar a producciones significativas.

Gráfico 4-1. Potencia eólica instalada acumulada en el mundo.

5 ENERGÍA GEOTÉRMICA

a energía geotérmica utiliza el calor del interior de la tierra para calefacción, calentar agua o para

generar electricidad. Este calor interno, generado en la corteza profunda de la Tierra, es la causa de la

lava volcánica en las erupciones y del agua caliente de las fuentes termales. Además, también es causa

del movimiento de las placas tectónicas y de los movimientos violentos que provocan la aparición de grietas en

la Tierra.

La temperatura en el interior de la Tierra puede ser llegar

a temperaturas de hasta 7000 ºC, pero en capas más

cercanas al suelo terrestre disminuye hasta los 650-1200

ºC. Es en este punto, a unos 5 kilómetros, donde se

encuentran las formaciones geológicas denominadas rocas

secas calientes compuestas de granito. El objetivo es

aprovechar esta energía para ello se crean yacimientos.

Nuestro planeta Tierra al formarse concentró mucho calor

que se encuentra en su interior. Al completar su formación

empezó a liberar calor y con el paso del tiempo fue la

temperatura la que permitió la existencia de la vida en la

Tierra. El calor disipado se envía al universo.

La energía geotérmica no está distribuida en la Tierra de

modo uniforme, pero se encuentra en todas partes del

mundo. Entra aquí el concepto de gradiente geotérmico, entendiendo este como el número de metros que es

necesario “bajar” para que la temperatura aumente un grado.

El gradiente geotérmico medio para la corteza terrestre es de 1 ºC por cada 33 metros. Llegando a experimentar

su mínimo en 1 ºC por cada 100 metros y, su máximo, en 1 ºC por cada 11 metros. Aquí se comprueba que el

gradiente geotérmico es irregular y que, como hemos dicho, la energía geotérmica no está distribuida

uniformemente y depende de la zona. En España, por ejemplo, se encuentran temperaturas de 15 ºC a unos 5

metros de profundidad, aumentando conforme se va acercando al centro del planeta. Por razones técnicas y

económicas, sólo se pueden llegar a los 5 kilómetros de profundidad en la explotación.

L

Vivimos en la Tierra como si tuviéramos

otra a la que ir.

- Terry Swearingen -

Figura 5-1. Temperaturas en el interior de la

Tierra.

33 Estudio de utilidad de energías renovables y su implantación en el ámbito social.

Para que nos hagamos una idea, una roca de granito de 1 km3 a 200 ºC

proporciona unos 10 MW durante 20 años, si es enfriada a 20 ºC. Si, en cambio,

el enfriamiento se hace a 1 ºC, genera una energía equivalente a la de 70.000 Tm

de carbón.

El aprovechamiento de este tipo de energía se efectúa a través de vapor a alta

presión que se obtiene al inyectar agua al yacimiento desde la superficie. Si

extrajéramos el agua del acuífero sin utilizar inyección de agua externa no

estaríamos hablando de una energía totalmente renovable. Este hecho se da

porque las rocas tienen baja conductividad térmica y la recarga natural de agua

en el acuífero es lenta, por lo que, de este modo, sacaríamos calor del yacimiento

de forma mucho más rápida que la capacidad propia de reposición del acuífero. Hablaríamos entonces de un

recurso limitado y, por tanto, no sería una energía renovable.

5.1 Antecedentes.

El aprovechamiento de este tipo de energía se hace desde la prehistoria, aunque no se le hubiera dado nombre.

Hace más de 10.000 años ya utilizaban las aguas termales para darse baños, cocinar o calentarse. Un poco más

tarde empezaron a utilizar los minerales que contienen las aguas termales con fines médicos. Los griegos y,

posteriormente los romanos, dejaron ejemplos de la aplicación dela energía geotérmica en la calefacción urbana

y en las tradicionales termas y baños públicos convertidos en centros de ocio, salud y negocios.

Si a las aguas termales añadimos los volcanes y otros fenómenos similares hayamos el porqué de que el hombre

pensara que la Tierra posee altas temperaturas en su interior.

En el siglo XVI y XVII se excavaron las primeras minas, las primeras mediciones con termómetros se realizaron

en 1740 en una mina en Francia.

Pero no fue hasta 1827 cuando se llevó a cabo para explotación industrial, el uso de vapor de Gaiser para extraer

ácido bórico del volcán de lodo en Larderello, Italia. Años después, en 1904, se construyó en el lugar la primera

central eléctrica geotérmica, la cual aún sigue en funcionamiento.

Figura 5-4. Central geotérmica Larderello.

En 1920, el ferrocarril de la Toscana dejó de utilizar el carbón y se unió a la electricidad geotérmica.

Islandia, por sus condiciones particulares, en 1928 comienza a utilizar la energía geotérmica para la calefacción

de viviendas. Actualmente el aprovechamiento que realiza a esta fuente de energía supone el 60% del total de la

energía que consume.

A día de hoy, existen instalaciones puntuales para aprovechar esta energía aunque su número es bastante

reducido ya que es difícil encontrar el lugar idóneo para llevar a cabo la explotación la cual supone, además, una

inversión enorme de dinero.

Figura 5-2. Roca seca

caliente de granito.

Figura 5-3. Central de Larderello en la actualidad.

Energía geotérmica

34

5.2 Tecnología.

La tecnología que se utiliza es la llamada Roca Seca Caliente (Hot Dry Rock (HDR)). Consiste en abrir de nuevo

las fracturas naturales que existen en las bases de las rocas. Para ello se lleva a cabo una inyección de agua a alta

presión cuyo objetivo es expandir las fracturas y mover ligeramente las rocas. Al parar esta inyección de agua,

aumenta la permeabilidad de las rocas formándose de este modo espacio para permitir una buena circulación de

agua. Dependiendo de la temperatura conviene inyectar de nuevo el agua sobrante al yacimiento.

Antes de llevar a cabo esta reapertura de fracturas se realizan diversos estudios para explorar el yacimiento y

comprobar que es el emplazamiento idóneo para el mismo.

Se realizan estudios de prospección, para identificar la extensión de la explotación, en el que se practican

perforaciones de unos 2 kilómetros de profundidad. Se extraen muestras para ver las características de las rocas.

Se efectúa un estudio sísmico de la zona para determinar la existencia de roca granítica y las temperaturas

existentes a profundidades de 5 km. Con estos datos se deduce la temperatura que será de base para la

explotación y la energía que podrá extraerse por km3 de roca.

También debe valorarse la cantidad de agua de la que dispondrá el yacimiento, ya que si es escaseara habrá que

recargarla periódicamente por re-inyección de agua del vapor condensado.

Se procede a practicar perforaciones profundas y, en caso de que no se encuentren mantos freáticos naturales,

se crean depósitos permeables artificiales en la roca.

La explotación se realiza inyectando agua por el orificio de perforación, que al circular por el depósito permeable

y entrar en contacto con la roca de granito, pasa al estado de vapor y vuelve a la superficie a través de orificios

adyacentes al de perforación o por la tubería de salida. La potencia de salida puede incrementarse aumentando

el número de perforaciones del terreno.

5.3 Clasificación de fuentes de energía geotérmica.

Energía geotérmica de alta temperatura.

Se da en los emplazamientos en los que la temperatura del terreno supera los 150 ºC. Es muy difícil

encontrar zonas así, deben ser zonas muy activas de la corteza terrestre.

En estos casos produciremos electricidad mediante centrales eléctricas haciendo uso exclusivo de la

energía geotérmica, sin necesidad de ayuda de combustibles fósiles.

Energía geotérmica de media temperatura.

Para este tipo el terreno se encuentra entre 90 y 150 ºC. Con estas temperaturas se puede utilizar para

producir electricidad en centrales eléctricas pero, y es lo más común, ser utilizado como fluido de

calefacción.

Energía geotérmica de baja temperatura.

La temperatura está comprendida entre 30 y 90 ºC. Podremos tener aplicaciones de uso directo para

industrias o climatización, es decir, usos domésticos, urbanos y agrícolas.

Energía geotérmica de muy baja temperatura.

El terreno se encuentra con una temperatura inferior a los 30 ºC. Su principal uso, en este caso, es la

climatización mediante una bomba de calor.

Los yacimientos geotérmicos de alta y media temperatura son poco abundantes, son emplazamientos puntuales

en la corteza terrestre. Por esto, la tecnología de aprovechamiento a estas temperaturas está en fase experimental

y pocas veces resulta económicamente rentable para llevarla a cabo.

Las de bajas temperaturas son más comunes y su utilización depende más de si se dispone o no del terreno

necesario para poder construir los elementos necesarios para la instalación.

35 Estudio de utilidad de energías renovables y su implantación en el ámbito social.

5.4 Elementos.

Vamos a describir los elementos necesarios para instalaciones de bajas temperaturas utilizadas para calefacción

de viviendas:

Sondas de terreno. También reciben el nombre de intercambiadores. Son los elementos que permiten

captar la energía del suelo por lo que son el elemento primordial para la energía geotérmica. Consisten

en unas perforaciones en las que se coloca un tubo de plástico por el que circula un líquido, normalmente

agua o agua con aditivos, y finalmente se acaban rellenando con cemento geotérmico. El fin es crear

una tubería que tenga buenas propiedades de transferencia de calor. La temperatura del agua que circula

por este tubo de plástico acaba siendo igual a la del terreno, dada la gran longitud por la que circula.

Son el elemento más costoso de la instalación ya que, en algunas ocasiones, es necesaria maquinaria

específica para su implantación.

Existen dos tipos de sondas:

o Sondas horizontales: la tubería se entierra a una profundidad de un metro y medio

aproximadamente. A esta escasa profundidad, al igual que ocurre en el aire exterior, nos

encontramos una variación de temperatura a lo largo del año, aunque esta variación no sea tan

grande como en el aire exterior. Tienen un coste más reducido que las verticales.

o Sondas verticales: son usadas cuando no se dispone de terreno. Se perforan pozos con

profundidades desde los 50 hasta los 150 metros. Son más caros ya que, aunque la longitud de

la sonda sea menor, los costes de perforación del terreno son muy elevados.

Bomba de calor geotérmica. Es el aparato que posibilita enfriar o calentar una vivienda con la

temperatura del fluido que ha sido extraído del terreno. Las bombas de calor existen en la mayoría de

aires acondicionados nuevos, pero son de las que trabajan a mayor temperatura, y también consumen

más energía eléctrica. Las bombas de calor geotérmicas permiten extraer un fluido a diferente

temperatura con un bajo consumo eléctrico y aprovechando el fluido a temperatura constante que se

extrae del terreno. De este modo, es un elemento que supone cierto consumo energético pero este es

una cantidad mínima, respecto a otras alternativas de climatización existentes, se consigue entre un 40

y un 70% de ahorro respecto a las mismas.

Distribución en el interior de la vivienda. Lo ideal es que el fluido caliente o frio climatice la vivienda

por sistemas de suelo o techo radiante. Este tiene bajo su superficie un circuito por el que transita el

líquido transmitiendo su temperatura a toda la superficie del suelo o techo. El problema de este sistema

es su difícil implantación en viviendas ya existentes porque conlleva a ejecutar una gran obra. En

cambio, para nuevas construcciones es un sistema ideal ya que consume mucho menos que otro tipo de

climatización. Esto es debido a que estos sistemas trabajan a una temperatura entre 20 y 30 ºC mientras

que una estufa, por ejemplo, tiene que trabajar a 70 ºC.

Figura 5-5. Sistema de suelo radiante.

Energía geotérmica

36

5.5 Ventajas e inconvenientes.

Una de las ventajas de todas las energías renovables es que son ilimitadas. La energía geotérmica, aunque es una

renovable, no es del todo ilimitada. Hay que considerar que tiene fecha de caducidad aunque sea muy a largo

plazo, hablamos de millones de años.

A parte de esto, el resto de ventajas e inconvenientes que podemos citar están relacionados.

Supone un ahorro inmenso en consumo energético una vez que está implantada pero llevar a cabo una instalación

de este tipo requiere, a parte de una inversión enorme, un consumo energético abismal.

Una de las ventajas que más diferencia a esta energía frente a otras alternativas como puede serla eólica es que

no genera ruidos.

Sus instalaciones son de gran volumen lo que supone un impacto ambiental considerable, sobre todo si hablamos

de tuberías. En relación a ellas se encuentra también un inconveniente que atañe a la seguridad: puede dar lugar

a contaminación de aguas por arrastre de arsénico y amoníaco. También puede dar lugar a la emisión de ácido

sulfhídrico que se detecta por su olor característico a huevos podridos, y que en grandes cantidades no se percibe

y puede ser mortal.

Como hemos dicho, no tienen posibilidad de extracción en todos los lugares lo que limita mucho el desarrollo

de esta alternativa energética. Además, la energía térmica recuperada no tiene posibilidad de ser transportada a

distancia, debe aplicarse en la zona.

Otra desventaja son los problemas de corrosión en los materiales de sondeo.

En definitiva, es una energía alternativa puntual, a tener en cuenta en los lugares donde se dan las condiciones

favorables, como el caso de Islandia, pero no es una fuente de energía importante a nivel mundial.

Su principal inconveniente es la inversión inicial necesaria, mucho mayor que la de cualquier otro sistema, pero

que los menores costes de mantenimiento y los ahorros en la factura energética hacen que sea una alternativa

económicamente viable.

Se trata de una tecnología muy poco desarrollada pero con un potencial importante, sobre todo en el campo de

la climatización de edificación y producción de agua caliente ya que estos son uno de los gastos energéticos más

grandes del hogar.

5.6 Futuro.

En el desarrollo de la energía geotérmica, fue especialmente útil la experiencia de la industria petroquímica en

estudios sísmicos, en la modelización de acuíferos y en la evaluación de riesgos.

Como hemos mencionado, la explotación de la energía geotérmica presenta un alto riesgo de inversión

comparada con los demás sistemas de energías renovables. Los costes que se estiman inicialmente pueden

incrementarse desmesuradamente por la inseguridad y el desconocimiento sobre la explotación de los

yacimientos geotérmicos en cuanto a volumen del yacimiento, los fluidos, el flujo de calor, el tiempo útil de

explotación, los requisitos exactos de operación y mantenimiento, la lucha contra la corrosión, etc.

El estudio inicial que se lleva a cabo antes de la perforación puede hacerse también, para evitar riesgos, con el

objetivo adicional de explorar la existencia y posible explotación de reservas de gas natural.

Se prevé que la generación de electricidad por energía geotérmica aumentará un 45% para el 2020 dado que los

acuíferos están principalmente situados en países de desarrollo donde la demanda de energía eléctrica no para

de crecer. Sin embargo, por el alto riesgo de inversión que presenta unido a la bajada de combustibles fósiles,

hará que en 2020 el aumento sea solo del 10% aproximadamente.

6 ENERGÍA HIDRÁULICA

e denomina energía hidroeléctrica a la energía eléctrica que es transformada desde una fuente de energía

hidráulica. Las centrales donde esta energía hidráulica, también denominada hídrica, se convierte a

electricidad se llaman centrales hidráulicas.

Este tipo de energía tiene su origen en el movimiento del agua, lo que la hace depender de un recurso ilimitado,

como toda energía renovable. El agua de lluvia se retiene en embalses o se desvía por canales de derivación, por

lo que se dispone de energía potencial que se convierte en cinética al producirse una caída de agua desde cierta

altura a un nivel inferior. Esta energía producida hace que las turbinas se muevan y mediante estas y generadores

se produce energía eléctrica.

La electricidad generada en estas instalaciones a altos voltajes se transporta a grandes distancias mediante cables

de alta tensión y, una vez llega a su destino, se reduce su voltaje para poder ser distribuida a los lugares de

consumo.

Figura 6-1. Central hidroeléctrica.

S

El agua es la fuerza motriz de toda la naturaleza.

- Leonardo Da Vinci -

Energía hidráulica

38

Además de para generar electricidad, las centrales hidroeléctricas tienen la función de regular el caudal de los

ríos y almacenar agua en los periodos más húmedos del año para ser aprovechada en periodos secos. La

regulación del caudal permite programar y tener información sobre las avenidas en momentos de muchas lluvias,

evitando así accidentes y situaciones descontroladas. El almacenaje permite que se disponga de agua en las

cuencas pudiendo, de esta forma, abastecer las redes de suministro durante todo el año, incluso en periodos de

baja pluviometría.

6.1 Antecedentes.

Antiguamente el agua, al igual que otros elementos como el fuego, el aire y la tierra, era considerada un elemento

básico. Las civilizaciones se formaban en las proximidades de los ríos para poder disponer de esta necesidad.

La energía del agua fue utilizada ya por griegos y romanos para elevar el agua y mover ruedas de molinos

mediante el uso de norias. Al igual que la energía eólica, la mayoría de sistemas de este tipo que quedan son

simplemente como carácter demostrativo y no tienen aplicación real. Aunque si es cierto, que aún en algunos

lugares se sigue utilizando el sistema de norias para regadío de campos.

Figura 6-2. Noria en Abarán (Murcia).

Aun así, no fue un método muy utilizado y que se siguiera desarrollando, ya que se empleaba más el uso de

animales de carga o de esclavos que realizaban el movimiento de las grandes piedras que molían los granos.

Durante la Edad Media, las grandes norias de madera llegaban hasta los 50 caballos de vapor (cv) de potencia.

El británico John Smeaton desarrolló este tipo de mecanismo construyendo la primera rueda de fundición de

hierro.

La energía hidroeléctrica tuvo muchísima importancia durante la Revolución Industrial, impulsando la industria

textil, la del cuero y los talleres de construcción de máquinas.

En los inicios de la energía eléctrica, el accionamiento hidráulico fue la principal fuente de generación de energía

eléctrica aunque, las ruedas hidráulicas cayeron en desuso cuando apareció el motor o máquina de vapor,

alimentada con carbón.

Fue en Reino Unido, en Northumberland, donde se construyó la primera central hidroeléctrica en 1880. Poco

después se construyó una impresionante central en las cataratas del Niágara, para alimentar el alumbrado

público.

A principios del siglo XX, gracias a la aparición del generador eléctrico y a la mejora de la turbina hidráulica,

añadiendo el aumento de la demanda eléctrica, se construyeron numerosas centrales hidroeléctricas en el curso

de los ríos. Se utilizaban para cubrir pequeños núcleos de población e industrias ya que las presas proporcionaban

saltos de pequeño desnivel.

39 Estudio de utilidad de energías renovables y su implantación en el ámbito social.

Desde el siglo XX la tecnología no ha sufrido grandes avances, los mecanismos utilizados son similares a los de

antaño, lo único que cabe destacar son los distintos tipos de turbinas que mejoran el rendimiento de la central.

Se utilizan unas u otras dependiendo del caudal y del salto.

El agua se mantiene contenido por una presa, el caudal se controla y se puede mantener prácticamente constante.

Esta se transporta por unos conductos o tuberías forzadas, controlados con válvulas y turbinas para adecuar el

flujo de agua a la demanda eléctrica presente. El agua llega a alta presión a la turbina, entra en ella incidiendo

en sus álabes los cuales hacen que gire el eje que va conectado a un generador produciendo así la energía

eléctrica. Luego el agua sale por los canales de descarga.

Figura 6-3. Entrada de agua en la turbina.

6.2 Elementos.

Las centrales hidroeléctricas se pueden dividir en gran hidráulica y minihidráulica. Su funcionamiento es

básicamente el mismo y su diferencia radica en la potencia eléctrica que son capaces de generar. El límite actual

está en 10 MW, por debajo de esta potencia se considera minihidráulica.

Eliminando el ámbito legal y administrativo, nos encontramos con dos tipos de centrales: las centrales fluyentes

y las centrales de embalse o dique.

El primer tipo son las que no cuentan con un embalse asociado a ellas, aprovechan el desnivel natural que existe

en el descenso de los ríos y derivan parte de su caudal para generar electricidad. Funcionan con un desnivel muy

grande aunque no necesitan grandes caudales de agua. Por tanto, se forman en los cursos altos de los ríos, lugar

donde se dan estas dos características.

El segundo tipo, cuentan con un embalse donde almacenar el agua. Aquí no se dispone de un gran desnivel,

como mucho la altura de la presa, pero sí se tienen caudales muy grandes. Este tipo de centrales son adecuadas

para cursos medianos y bajos de los ríos.

Los elementos que forman estos dos tipos de centrales son similares cambiando la magnitud de cada parte, como

es lógico. Veremos a continuación los grandes elementos que las forman:

Presas. Son las barreras artificiales que se construyen en los cursos de los ríos para embalsarlos y retener

su caudal. Los motivos principales para construir presas son concentrar el agua del río en un sitio

determinado, regular el agua y dirigirla hacia canales y sistemas de abastecimiento, aumentar la

profundidad de los ríos para hacerlos navegables, controlar el caudal de agua durante periodos de

inundaciones y sequías, crear pantanos para actividades recreativas. Una misma presa puede

desempeñar más de una de estas funciones.

En el caso de las centrales fluyentes, se construye una pequeña presa en un tramo del curso del río que

se encuentre a cierta altura. Se deriva el agua a un canal de derivación que transporta el agua hasta la

cámara de carga, que explicaremos a continuación.

Energía hidráulica

40

En el caso de las centrales de embalse, le presa es uno de los elementos clave. Suelen ser de grandes

dimensiones y pueden ser de distintos tipos, dependiendo de la orografía y del tipo de terreno en el

punto deconstrucción. En este caso, el fin es almacenar grandes volúmenes de agua para poder tener

gran caudal disponible y así generar electricidad.

La primera presa de la que se tiene constancia se construyó en Egipto en el 4000 a.C. para desviar el

cauce del Nilo y proporcionar más terreno a la ciudad de Menfis. Muchas presas antiguas formaban

parte de un sistema de riego que transformaba regiones no productivas en fértiles. Muy pocas de estas

presas antiguas se mantienen en pie. La construcción de presas de altura y con capacidad de

almacenamiento considerable, prácticamente indestructibles, se hizo posible gracias al desarrollo del

cemento Portland, del hormigón, y al uso de máquinas para mover tierra.

Embalse o cámara de carga. Es la zona donde se almacena el agua para que esté disponible en el

momento que se requiera la generación de electricidad. En las centrales de embalse, como su nombre

indica, este elemento es clave, al igual que la presa, y ocupa mucha superficie. En las centrales fluyentes,

al trabajar con menor caudal, no es necesario un embalse, por lo que se utilizan las cámaras de carga.

Es un elemento con la misma función del embalse pero se le denomina así para poder hacer una pequeña

distinción entre los dos tipos de centrales.

Figura 6-4. Embalse de El Atazar (Madrid).

Tubería forzada. Elemento por el que circula el agua desde el embalse o cámara de carga hasta el

edificio donde se genera la energía eléctrica. En las centrales de embalse, la tubería forzada es casi

horizontal y sale de la parte inferior de la presa. En las centrales fluyentes, la tubería forzada tiene una

diferencia de desnivel considerable y desciende desde la parte más alta de las montañas hasta la central

de generación eléctrica. Por su longitud, las tuberías forzadas son más visibles en las centrales fluyentes

donde pueden llegar a recorrer kilómetros.

Central de generación eléctrica. Con los elementos descritos tenemos caudal suficiente a la presión

necesaria para poder generar electricidad. Pero para ello es necesario hacer pasar esa agua por una

turbina. Esta, simplemente, utiliza la fuerza del agua para girar y que, así, el generador eléctrico pueda

producir energía eléctrica aprovechando el movimiento de giro. Estos dos elementos se encuentran

instalados en el interior del edificio de la central de generación eléctrica.

41 Estudio de utilidad de energías renovables y su implantación en el ámbito social.

Existen, como hemos dicho anteriormente, diferentes tipos de

turbinas en función del tipo de central que tengamos. Las

turbinas Pelton son adecuadas para centrales fluyentes, ya que

tienen buen rendimiento en cursos de agua con un gran desnivel

y poco caudal. Esta es una turbina de acción, en la que toda la

energía potencial pasa a energía cinética. Su funcionamiento es

parecido al de un molino tradicional.

Por el contrario, para las centrales de embalse, se utilizan turbinas Kaplan.

Sus rendimientos óptimos se dan en cursos de agua con poca altura de

desnivel y un gran caudal. Son turbinas de reacción, semejantes a las hélices

de un barco, aprovechan la energía cinética del agua en movimiento.

Para las grandes centrales

hidráulicas se suelen utilizar

turbina Francis, otro tipo de

turbina de reacción que necesita caudales medianos y saltos

entre altos y medianos.

Estas tres turbinas mencionadas son las más comúnmente

utilizadas, aunque existen otras que también pueden usarse.

Tabla 6-1. Tipos de turbinas.

Altura del salto Turbina

Más de 100 metros Pelton, Turgo, Francis

Entre 20 y 100 metros Francis, Crossflow

De 5 a 20 metros Crossflow, Propeller, Kaplan

Menos de 5 metros Propeller, Kaplan

Red eléctrica. La central, para poder generar energía eléctrica, necesita un centro de

transformación y una línea eléctrica que permita sacar de la central la electricidad producida.

Esto puede ser complicado en centrales instaladas en emplazamientos de alta montaña, poco

accesibles.

Canal de descarga. Cuando ya no necesitamos más el agua utilizada se devuelve al río

mediante el canal de descarga.

Además de estas dos centrales descritas, existe otro tipo de centrales cuyo fin no es la generación de electricidad.

Son las centrales reversibles, se tratan de centrales hidroeléctricas que, aunque puedan funcionar haciendo pasar

agua por una turbina para generar electricidad del mismo modo que hemos descrito, su verdadero fin es actuar

como sistema regulador de la red eléctrica. Funcionan en sentido inverso, cogen agua de un embalse construido

a pie de la central eléctrica y la bombean hacia el embalse superior otra vez. En momentos en los que la red tiene

sobreproducción y sobra electricidad, estas instalaciones bombean agua hacia arriba. Cuando la red eléctrica

necesita apoyo debido a un pico de demanda, trabajan en sentido contrario y producen electricidad.

Figura 6-6. Turbina Pelton.

Figura 6-5. Turbina

Kaplan.

Figura 6-7. Turbina Francis.

Energía hidráulica

42

6.3 La minihidráulica.

Como su nombre indica, la minihidráulica, es una central hidráulica pero a pequeña escala. Como indicamos

antes, el límite entre una gran central y una pequeña está en los 10 MW y, es un límite puramente administrativo.

Es decir, la gran hidráulica no se considera de régimen especial por lo que, a pesar de ser una energía renovable,

no recibe ningún tipo de ayuda gubernamental. Es por esto que las grandes centrales no tienen un potencial de

desarrollo muy grande y, en cambio, la minihidráulica si va adquiriendo más importancia.

Figura 6-8. Central minihidráulica.

Los elementos que la forman son los mencionados en el apartado anterior pero, evidentemente los caudales con

los que trabaja son menores, igual ocurre con la longitud de las tuberías forzadas.

Las grandes centrales tienen un impacto ambiental considerable. Por el contrario, las centrales minihidráulicas

pueden ayudar al crecimiento de pequeñas comunidades alejadas de la red eléctrica, respetando el cauce del río

sin producir efectos negativos en la cuenca del río. Hablaremos del impacto ambiental que suponen en el

siguiente apartado.

Los lugares ideales para su implantación son cambios rápidos en los niveles de los ríos, ríos con mucha pendiente

y barreras naturales, lugares donde antaño se construían los molinos antiguos. En el caso de existir presa, esta

no debe sobrepasar los 15 metros de altura y, evidentemente los 10 MW.

En lugares donde el desnivel del suelo sea importante y países montañosos se reduce la dificultad de

aprovechamiento de este tipo de energía. En España, el desnivel es de unos 800 metros, por lo que no se consigue

un gran rendimiento. En cambio, en los Alpes, por ejemplo, se llegan a subidas de 3000 metros y bajadas de 200

metros en casi todos los lugares. En Noruega, el 98% de la energía eléctrica procede de la hidráulica.

Por último, respecto a las minihidráulicas, es importante saber que la normativa actual obliga a mantener un

caudal mínimo del río. Es decir, no se puede derivar todo el caudal hacia la turbina ni almacenarlo en presas, el

río debe contener en todo momento un caudal mínimo, denominado caudal ecológico. Sin esta medida los ríos

en los que existiera una central de este tipo quedarían muy afectados y podría darse la desaparición de ciertos

hábitats.

6.4 Ventajas e inconvenientes.

La principal desventaja que nos viene en mente al hablar de esta energía es el impacto ambiental que supone,

nota de ello es que en líneas anteriores de este documento ya se ha mencionado brevemente el tema.

La construcción de grandes centrales hidráulicas supone la inundación de valles, teniendo que desplazar a la

población en muchos casos. Esto ocurrió en China, con la construcción de la presa de las Tres Gargantas se

tuvieron que desplazar a 1.9 millones de personas. Es por esto que la mayoría de infraestructuras de esta índole

se construyen con regímenes dictatoriales, de hecho las grandes presas españolas fueron construidas durante el

régimen franquista.

43 Estudio de utilidad de energías renovables y su implantación en el ámbito social.

Además del desplazamiento de población que provocan, hay que tener en cuenta que es más adecuado instalar

este tipo de infraestructuras en los tramos altos de los ríos, es decir, en las zonas montañosas y más naturales del

territorio, donde existirá un media ambiente más rico y frágil. Aunque los impactos sean grandes, pueden

solucionarse tomando medidas correctoras, tanto en el diseño como en la construcción de la central. Una de estas

medidas es la construcción de minihidráulicas en vez de grandes centrales, en la parte norte de la península

encontramos presas que disponen de una zona con balsas a distintos niveles que permiten que los salmones

puedan remontar el río en periodo de cría. De este modo reducimos los efectos negativos que se producen en la

fase de explotación de la central.

Altera la biología de la zona, ocasionando la migración de animales acuáticos y aves. Incluso la desaparición de

ciertas especies vegetales. Una de las causas que ayuda a este hecho es que se pueden producir microclimas.

Además, el almacenamiento de grandes cantidades de agua en las presas da lugar a un humedecimiento

ambiental en el emplazamiento.

Se ha comprobado que los embalses que hay a lo largo del curso del río actúan como sistemas de retención de

sedimentos. Esto hace que a la desembocadura lleguen menos sedimentos y, en consecuencia, se puede llegar a

poner en peligro el mantenimiento de los deltas. Un ejemplo es el delta del Ebro. Además, por los embalses, las

aguas sufren estancamiento perdiendo así propiedades.

Aparte de que los emplazamientos adecuados sean los más naturales, son difíciles de encontrar dada la topografía

del terreno, por lo que cubrir las necesidades energéticas de todo el territorio con estas instalaciones es muy

complicado y las probabilidades de hacerlo son muy bajas, siempre se tendrá que contar con una fuente

alternativa.

Por último, al igual que en el resto de energías renovables, el principal problema común es la gran inversión

inicial que hay que realizar. Tanto para pagar terrenos, acondicionar la zona, hacer la presa, instalar la central,

montar el parque eléctrico y la red eléctrica. Además existe un elevado riesgo de catástrofes por rotura de presas.

Aunque su inversión inicial sea elevada luego el único gasto que necesita es para el mantenimiento ya que no

cuesta dinero la obtención de energía, ni su almacenamiento y canalización. Además no lleva consigo un

consumo de agua ya que, el agua utilizada en el proceso, se reintegra al curso del río.

Como ya expusimos, el único fin de este tipo de instalaciones no es solo la generación de energía, también tiene

otros usos. Pueden servir para realizar actividades de recreo en sus aguas e inmediaciones. Sirve para almacenar

y regular el curso de los ríos, abastecer a poblaciones, industrias y regadíos. Evita inundaciones en épocas de

mucha pluviometría, evitando situaciones de riesgo. Además, permite un mayor aprovechamiento de las grandes

avenidas de agua.

Se trata de una materia renovable, cuya utilización no produce contaminación, ni genera calor ni emite gases.

Su contaminación ambiental es prácticamente nula.

6.5 Futuro.

Se puede considerar que la tecnología de este tipo de instalaciones ha llegado a su desarrollo óptimo. Si es cierto,

que se pueden hacer avances en los generadores o turbinas empleados de forma que esto lograra una mejora en

el rendimiento de las explotaciones, sobre todo en las que se trabaja con poco caudal y no se llega totalmente a

las alturas deseadas en cada momento. Los estados proporcionan ayudas para la mejora de la técnica.

Actualmente la energía hidroeléctrica es la energía renovable más utilizada. Un 20% de la energía eléctrica

consumida en el mundo tiene origen en la hidroeléctrica, mientras que en los países de desarrollo el porcentaje

aumenta. Si comparamos esta energía con el resto de renovables los datos son contundentes: un 90% de la

producción total de renovable tiene origen en este tipo de energía.

En la actualidad Canadá, Estados Unidos y China son los mayores productores del mundo.

Durante los próximos años se estima que la energía hidroeléctrica seguirá siendo la líder en lo que a energías

renovables se refiere aunque, cada vez más, se le acerca la energía eólica que está sufriendo un gran desarrollo.

Por tanto, el futuro de la energía hidráulica es el de una energía madura, estable y eficaz, que tendrá un

crecimiento moderado y sostenido. Ayudado de las subvenciones de los estados para las minihidráulicas que

suponen menor impacto ambiental.

7 ENERGÍA OCEÁNICA

uestro planeta está constituido en su mayor parte por agua. El mar

cubre más del 70% de la Tierra y como colector solar capta

energía del Sol. Por ello, es una gran ventaja poder generar energía

eléctrica a partir de este medio del que tanto disponemos. Del océano

podemos obtener energía por diferentes fuentes:

Energía procedente de las mareas, denominada energía

mareomotriz. Es la más conocida y desarrollada.

Energía procedente de las olas, conocida como undimotriz.

La energía termomotriz es la que procede de las diferencias de

temperatura entre el agua a distinta profundidad.

Energía que se puede obtener de las corrientes marinas.

La diferencia de salinidad también puede dar lugar a generación de energía eléctrica.

Desde hace muchos años el hombre ha aprovechado todos los recursos que le aportaba el mar, ya fuera para

alimento, ocio, tesoros, sal, medicamentos, etc. Pero el aprovechamiento de la energía que nos proporcionan los

mares y océanos no está aún tan implantada como lo están otras energías renovables. No obstante cada vez se

están innovando y mejorando las técnicas para la explotación de este tipo de instalaciones ya que podrían aportar

grandes potencias energéticas para abastecer la demanda de una población.

El coste de operación de estos sistemas no es muy elevado de manera general, aunque sí es cierto que la

construcción de la implantación si supone una alta inversión, teniendo que soportar unos costes desorbitados.

Esto hace que no sea una energía competitiva respecto a otras ya que el coste del kWh tiene que ser elevado para

soportar la central. Este aspecto irá cambiando en beneficio de esta fuente de energía, los avances técnicos, el

aumento del apoyo de los gobiernos y el encarecimiento del precio de los combustibles fósiles conforme se

vayan agotando, harán que bajen los costos de instalación y poco a poco la energía obtenida de los océanos será

económicamente viable.

La energía de las mareas, producidas por la atracción de la Luna y del Sol sobre el mar, la aprovechan las

centrales mareomotrices. Su funcionamiento es similar al de las centrales hidroeléctricas puesto que aprovechan

el desnivel creado por las mareas para generar energía eléctrica a través de turbinas. La instalación de este tipo

de centrales no es rentable en todos los emplazamientos, únicamente en los que la diferencia entre la marea alta

y baja supera los cinco metros. Actualmente son las únicas centrales marinas de potencia elevada.

N

Si hay magia en este planeta, está contenida en el agua.

- Loran Eisely -

Figura 7-1. Globo terráqueo.

45 Estudio de utilidad de energías renovables y su implantación en el ámbito social.

El viento produce olas y, la energía undimotriz aprovecha la energía cinética de estas olas para producir energía

eléctrica. Para ello utiliza diversos dispositivos de conversión. Los sistemas más habituales se basan en una serie

de boyas que flotan en la superficie del mar. En el interior disponen de un mecanismo que permite, con la

oscilación de las olas, crear corriente eléctrica que se almacena o se transporta para su aprovechamiento. No es

necesario instalar estas boyas a grandes profundidades, se puede hacer cerca de la costa lo que permite que el

transporte de la energía sea más sencillo y barato.

La temperatura superficial del agua es diferente a la temperatura a mayor profundidad, este salto térmico sirve

para obtener energía a través de ciclos termodinámicos como pueden ser evaporación, expansión en una turbina,

enfriamiento y condensación de un fluido como el amoníaco.

Contamos también con la energía de las corrientes marinas. Anualmente se dan, en los océanos, unas corrientes

marinas que hacen que grandes masas de agua se trasladen de un lado a otro del planeta. Estos desplazamientos

dan lugar a grandes caudales de agua a cierta velocidad, llegando a alcanzar entre 9 y 14 km/hora en canales

entre pequeñas islas o en estrechos entre tierra e isla. Se instalan turbinas, semejantes a las eólicas, sumergidas

a 20 o 30 metros de profundidad que generan más energía que las eólicas debido a la mayor densidad del agua

respecto del aire. La implantación de este tipo de sistemas supondría la construcción de una infraestructura a

nivel mundial para poder evacuar posteriormente la energía generada. Este aspecto hace que la implantación

real de este tipo de tecnología sea políticamente muy difícil.

Por último, la energía obtenida a raíz del gradiente salino. Se utiliza la diferencia en la concentración de sal entre

agua dulce y agua salada del mar en zonas como deltas o fiordos. La electricidad se produce mediante

electrodiálisis inversa. En Italia, en Trapani, se instaló un prototipo que utilizaba salmuela en vez de agua dulce

y salada, siendo la concentración así mucho mayor. También se instaló otra planta piloto en Afsluitdijk, en los

Países Bajos, utilizando la diferencia de salinidad a ambos lados del dique. Está tecnología está aún en fase de

desarrollo e innovación.

7.1 Energía mareomotriz.

Figura 7-2. Central mareomotriz La Rance (Francia).

Esta tecnología e basa en una concavidad que puede ser natural o artificial. La idea es que esta concavidad se

llene cuando la marea suba y cuando la marea esté bajando, el agua va saliendo haciéndola pasar por una tubería

forzada seguida de una turbina que, al igual que en la hidroeléctrica, convierte la energía potencial de este

desnivel del mar en energía eléctrica. Necesita de una barrera que retenga gran cantidad de agua y que así puedan

moverse las turbinas.

Es la tecnología, dentro de la energía oceánica, más establecida con varios proyectos generando electricidad en

el mundo. Se espera que en 2021 esté operativo el proyecto “Swansea bay Tidal Lagoo” de 320 MW, en Reino

Unido.

Energía oceánica

46

En Francia, en La Rance, se construyó la primera central mareomotriz del mundo y actualmente es una de las

más grandes de todo el planeta. Abarca una superficie de unos 22 kilómetros cuadrados, con 24 turbinas

instaladas. Lleva en funcionamiento desde 1966, aunque su construcción empezó en 1961. La diferencia de

altura entre marea alta y marea baja es de unos 13 metros, esta gran diferencia de altura hace que se genere

600GWh al año, energía suficiente para abastecer a unas 130.000 viviendas.

Como podemos observar en la figura 6-3 de los

elementos de esta central de Francia que

estamos comentando, encontramos muchas

similitudes con las centrales hidroeléctricas.

Aparte de esta central, que es la más antigua

del mundo, no existen muchos otros

emplazamientos en los que sea rentable este

tipo de instalaciones. En la figura 6-4 vemos

los principales.

Figura 7-4. Principales lugares de energía mareomotriz.

Actualmente, las centrales mareomotrices que más potencia generan al año son las siguientes:

Tabla 7-1. Centrales mareomotrices existentes.

País

Año

Emplazamiento

Amplitud

media

marea (m)

Superficie

embalse

(km2)

Capacidad

instalada

(MW)

GWh/año

Francia 1966 Rance 8,17 17 240 540

Rusia 1968 Kislaya Guba 2,4 2 0,4 -

Canadá 1984 Annápolis,

Fundy

6,4 6 18 30

China 1961/80 Cuatro 7 1,8 1,2 -

China 1980/86 Jiangxia 7,1 2 3,2 11

7.1.1 Antecedentes.

El primer ápice de energía mareomotriz existente nos lleva a los molinos de marea, dotados del siglo XI. Los

primeros aparecieron en Francia y, estaban instalados en el centro de un dique que cerraba una ensenada. El

Figura 7-3. Elementos de la central mareomotriz de La Rance.

47 Estudio de utilidad de energías renovables y su implantación en el ámbito social.

embalse que se creaba de este modo se llenaba durante la pleamar y se vaciaba con la bajamar accionando una

serie de paletas. Estas fuentes de energía se abandonaron a finales del siglo XIX.

Se ha estudiado en varias ocasiones el problema del aprovechamiento de la energía de las mareas y se han llevado

a cabo varios proyectos y prototipos aunque finalmente todos han sido, por unas causas u otras, abandonados.

Los estudios que más lejos llegaron fueron los realizados por Estados Unidos y Canadá, en 1919, en los que la

conclusión final fue la construcción de una central en la frontera de ambos países, en la bahía de Fundy. La

elección de este lugar fue la acertada, de hecho actualmente se encuentra una planta mareomotriz en este

emplazamiento, ya que las mareas alcanzan amplitudes de alrededor de 20 metros y corrientes de marea que

llegan a los 3 m/s. Aún con todo esto a su favor, los estudios fracasaron quedándose a un lado y no fue hasta

1964 cuando volvieron a tenerse en cuenta.

La razón del rechazo principal de todos estos estudios y proyectos era el pensamiento de la población. Se pensaba

que el petróleo era la forma más rentable de generar energía y que seguiría así siempre. En cambio, con el giro

que dieron los precios de los crudos y su inestabilidad, se volvió a tener en cuenta esta energía alternativa de

futuro. Aun así, las expectativas no son muy favorecedoras, aunque son muchos ya los países que la han

introducido en sus planes de desarrollo energético.

7.1.2 Energía mareomotriz en España.

En España existe un alto potencial para el desarrollo de la energía mareomotriz en la costa cantábrica, además

de la cosa atlántica y las Islas Canarias, sumando todo ello más de 3.500 km de costa. El estudio en nuestro país

se lleva a cabo mediante el Instituto de Hidráulica de la Universidad de Cantabria que dispone, para realizar las

pruebas de investigación y experimentación, de un tanque conocido con el nombre de “Cantabrian Coastal and

Ocean Basin”, el cual tiene 44 metros de anchura y 30 metros de longitud, y puede simular olas de hasta 20

metros y vientos de 150 km/h.

Es el proyecto de esta índole que más lejos ha llegado en España es el Proyecto Magallanes. Apareció en el año

2007 en Redondela (Galicia). Se trata de obtener el método más eficiente y rentable para generar electricidad a

partir de las mareas, con una instalación robusta y sencilla, capaz de producir en cualquier área del mundo y con

un fácil y barato sistema de mantenimiento. Se trata de una plataforma flotante con el objetivo de no afectar al

fondo marino y no desequilibrar su flora y fauna, reduciendo de este modo el impacto ambiental.

Todo esto hace que posea unas ventajas con las que no cuentan otras instalaciones de este tipo y, puede que, se

tenga en cuenta como ejemplo a seguir en el desarrollo de este sector. Estas ventajas que mencionamos son:

Bajo coste de mantenimiento.

Buena relación entre costes de instalación y eficiencia.

Adaptación a todas las zonas marinas.

Bajo impacto ambiental.

7.1.3 Ventajas y desventajas.

Son, como hemos mencionado, muy similares a las centrales hidroeléctricas por lo que, al igual que ellas,

responden de forma rápida y eficiente a las fluctuaciones de carga del sistema interconectado. Como fuente

renovable que es, genera energía libre de contaminación y su energía base, las mareas, el agua que llevan estas

mejor dicho, son gratuitas e ilimitadas. Además, las mareas no dependen de la estacionalidad o anualidad,

pudiendo disponer de ella en cualquier momento.

Su coste de mantenimiento es muy reducido y la vida útil de la instalación es muy larga, podríamos decir que es

ilimitada aunque, evidentemente, esto no es así. La vida útil de la estructura si se puede considerar que sea

infinita pero, los equipos que permiten que se genere electricidad pueden tener una vida de unos 40 o 50 años.

Es autorrenovable, no contaminante, silenciosa, la materia prima, es decir la marea es de bajo coste, funciona en

cualquier clima y época del año, no presenta problemas de sequía como la hidráulica, dado que el promedio de

amplitudes de marea es prácticamente constante a lo largo del año y, puede proporcionar protección frente a

inundaciones en la costa debidas a las altas mareas, gracias a su capacidad de embalse.

Además, el aumento en los niveles bajos de agua y una reducción de las corrientes convierten ciertos

emplazamientos en los que se instalan en lugares atractivos para practicar deportes y actividades acuáticas. Si la

Energía oceánica

48

zona es muy extensa, se puede construir una carretera como vimos en la figura 6-2 de la instalación en La Rance,

Francia.

La desventaja principal es la más sonada en todas las energías renovables que hemos ido viendo a lo largo del

documento, su gran inversión inicial. En este caso, además del enorme aporte económico que supone, su

construcción e implantación es larga, hablamos de varios años en los grandes proyectos. Esto hace que se desista

esta alternativa en numerosas ocasiones y que su desarrollo y estudio haya estado anclado a lo largo del tiempo.

Otra de las desventajas más mencionadas es el impacto ambiental. Aquí nos enfrentamos a lo mismo. Una

construcción de esta índole conlleva cambios en el ecosistema, es por ello que hay que realizar un estudio previo

muy exhaustivo para poder reducir, en la mayor medida posible, la gravedad de este impacto. El volumen de

agua que fluye disminuye por lo que la salinidad se reduce también, como consecuencia se influye en la calidad

del agua y en el movimiento y composición de los sedimentos del fondo. Cualquier variación en la turbidez del

agua puede cambiar la productividad biológica primaria, con los efectos correspondientes en la cadena

alimentaria. Efecto negativo sobre la flora y la fauna, aunque con el tiempo pueden aparecer nuevas especies y

compensarlo.

Impacto visual y estructural sobre el paisaje costero, lo que puede reducir el turismo en ciertas zonas, en cambio,

desde mi punto de vista, si se lleva a cabo una buena gestión del tema, puede considerarse como un atractivo

turístico y hacer visitas en la instalación que permitan aumentar la concienciación de las personas y conocer el

funcionamiento de plantas de este tipo.

Localizar los emplazamientos en los que este tipo de instalaciones sean rentables es complicado, y no son

muchos los lugares en los que es posible. Así bien, aunque podría decirse que podría instalarse en cualquier zona

de costa, esto no es cierto ya que, como hemos dicho, si la amplitud de las mareas no supera las medidas

establecidas, no será rentable. En España, por ejemplo, el único lugar en el que compensaría una construcción

de una central mareomotriz sería en el estrecho de Gibraltar.

En conclusión, la gran inversión inicial necesaria junto con el tiempo de construcción y la dificultad de encontrar

emplazamiento, a lo que se le añade el gran impacto ambiental que conlleva, han repercutido en el estancamiento

de esta alternativa para generar energía. Poco a poco se estudia más en la materia y se encontrarán soluciones

para solventar las desventajas que conlleva y llegar a hacer de la energía mareomotriz una atractiva y competitiva

fuente de obtención de energía.

7.2 Energía undimotriz.

La energía undimotriz es la producida por el movimiento y la

fuerza de las olas. Las olas tienen la capacidad de desplazarse

grandes distancias con un mínimo de pérdida de energía. Puede

que no hayamos caído nunca en que el movimiento de las olas

supone una oscilación arriba y abajo de cierta amplitud que

puede aprovecharse.

Las olas tienen una enorme cantidad de energía cinética. Por

ejemplo, una ola de 1,5 metros de altura y periodo 10 segundos

representa una energía de más de 14,5 MW por kilómetro de

costa. Las olas suponen un recurso potencial mundial de

alrededor de 2.000.000 MW de potencia, una cantidad más que

considerable para tener en cuenta y potenciar su desarrollo.

El agua no solo se mueve de arriba abajo, sino que, en un oleaje

suave también se mueve hacia delante en la cresta de la ola (parte más alta, coronada de espuma por lo general)

y hacia atrás en el seno (parte más baja de la ola). Por lo tanto, las moléculas individuales del agua, tienen un

movimiento similar a un movimiento circular, subiendo cuando la cresta se aproxima, luego hacia delante con

la cresta, abajo cuando se atrasa y hacia atrás en el seno de la ola.

Las regiones más allá de los 30º de latitud sur, en las que los vientos son más fuertes, son las zonas del océano

en las que mayor cantidad de energía hay acumulada en las olas. Las costas del oeste de Escocia, Norte de

Canadá, Sudáfrica, Australia y la costa noroeste de Estados Unidos son las que mayor energía undimotriz

Figura 7-5. Olas.

49 Estudio de utilidad de energías renovables y su implantación en el ámbito social.

poseen. En la siguiente figura, podemos observar el potencial que se da de energía undimotriz en diferentes

zonas del mundo en KW por metro de frente de ola.

Figura 7-6. Potencial energético mundial de la energía de las olas.

Existen estaciones de toma de datos de las olas que se encuentran distribuidos por todo el mundo. En España es

el sistema de observación marina de Puertos del Estado el que se encarga de las mediciones a través de diversos

dispositivos como Redes Exterior y Costera de boyas, Redes de Mareógrafos, Estaciones meteorológicas

portuaria y radares de oleaje. El objetivo de estas redes es obtener, en tiempo real, información detalladas sobre

características físicas, como puede ser oleaje, corrientes, temperaturas, vientos, etc. de las aguas que bañan las

costas españolas.

La energía de las olas es máxima en alta mar pero esta va disminuyendo conforme se va acercando a la costa.

De hecho, solo permanece una décima parte de la energía que poseía en alta mar. En la siguiente tabla podemos

ver las distintas potencias y energía que se dan en las costas europeas dependiendo de la profundidad.

Tabla 7-2. Potencia y energía en las costas de Europa.

Profundidad (m)

Potencia

disponible (GW)

Energía

disponible

(TWh/año)

Potencia

recuperable

(GW)

Energía

recuperable

(TWh/año)

100 80 700 10 87

40 45 394 10 87

20 36 315 7 61

Línea de costa < 30 < 262 0,2 1,75

Total 191 1671 27,2 236,75

7.2.1 Antecedentes.

En el siglo XIII en China se empiezan a utilizar molinos movidos por el oleaje. Pero no fue hasta el siglo XIX

cuando un ingeniero, M. Fursenot, puso en práctica un dispositivo en las costas de Argelia el cual transformaba

las oscilaciones de las olas empleando un juego de levas y engranajes.

La primera patente apareció en Francia en 1799, inventado por Girard Messers. Se trataba de una balsa

construida como un flotador, con un cable que permitía mover un mecanismo para accionar bombas, sierras,

molinos y otras máquinas pesadas.

A partir de este momento se fue investigando e innovando en el aprovechamiento de esta energía aunque el

desarrollo fue lento, de hecho, incluso en la actualidad no se ha avanzado demasiado al respecto y las

instalaciones de esta índole son todavía escasas y de poco rendimiento.

En 1874, se diseñó una embarcación con aletas que aprovechaba el movimiento de las olas para la traslación de

la nave. Posteriormente se construyeron varios artefactos similares.

Energía oceánica

50

También se construyó una instalación en 1899 en Ocean Grove que utilizaba la energía de las olas por medio de

una placa receptora, que al estar unida a los vástagos de unas bombas elevaba el agua a un grupo de tranques

que se encontraban en altura.

En 1929 apareció el Rotor de Savonius que consiste en una rueda formada por dos semicilindros asimétricos

montados sobre un chasis. Fue el primer proyecto de aprovechamiento de la fuerza horizontal de las olas, se

realizó en Mónaco y fue inutilizado por la acción corrosiva del agua. Este artilugio es el mismo que se utilizó en

la energía hidráulica.

Un poco más tarde, en 1931, en el acuario del Museo Oceanográfico de Mónaco se bombeó agua a 60 metros

de altura con un aparato que aprovechaba la energía de las olas, funcionó durante 10 años pero acabó siendo

destruido por las propias olas.

El Pato de Salter, fue un invento impactante en la época. Fue en el año 1973 cuando el ingeniero Stephen Salter

presentó este proyecto que consistía en una estructura cuya sección trasversal tiene forma de leva, asemejándose

a un pato flotando en el agua. La zona de mayor diámetro permanece dentro del agua y en ella se ubica un grupo

de bombas que impulsan el agua a máquinas hidráulicas que están unidas a generadores eléctricos.

Figura 7-7. Pato de Salter.

Cristopher Cockerell lideró un equipo para el diseño

de un tipo de balsa capaz de aprovechar el movimiento

de las olas. Esto ocurrió en Southampton, al sur de

Inglaterra. La balsa se dividió en módulos para que

pudiese flotar y, al mismo tiempo, ejecutar las

funciones de variación de nivel. El movimiento de la

balsa provocaba la acción de émbolos que permitieran

bombear el líquido a la máquina hidráulica que estaba

acoplada a un generador eléctrico. En 1974 se creó la

sociedad Wave Power Limited para la

comercialización de estos trabajos. Se instalaron

prototipos cerca de la isla de Wight hasta llegar a

instalar una balsa que ocupaba aproximadamente la

misma área que ocupa una central termoeléctrica de

fuel petróleo de la misma potencia.

En Japón se desarrolló un artilugio bastante potente. Fue desarrollado por el ingeniero Yoshio Masuda y, al

invento, se le denomina “columna de agua oscilante”. Su funcionamiento es sencillo, se trata de un recipiente

en el que existen dos compartimentos que se llenan de agua del mar. Cuando la ola llega, el nivel del agua sube

comprimiendo el aire de la parte superior del compartimento, la cual alcanza altas velocidades y posteriormente,

pasa por una turbina unida a un generador eléctrico. Cuando el nivel baja, ocurre lo mismo pero a la inversa, se

hace el vacío y se aspira aire del exterior que circula por la misma turbina. Esto se puso en práctica con un buque

con orificios en su parte inferior que permitieran la entrada de las olas y turbinas en la parte superior que

generaran la energía. Este barco se encuentra anclado en la costa de Japón y produce 1,3MW que se transportan

Figura 7-8. Balsa de Cockerell.

51 Estudio de utilidad de energías renovables y su implantación en el ámbito social.

por un cable submarino hasta la costa. En 1977, un navío japonés fue pionero en utilizar este procedimiento para

generar electricidad.

Otro mecanismo similar para generar electricidad a partir de la energía de las olas fue el rectificador de Rusell.

Es una estructura amplia situada en el mar, cerca de la costa para ahorra en el transporte de la energía generada.

Se divide en dos tanques, uno inferior y otro superior los cuales se conectan por una turbina hidráulica conectada

a un generador. Cuando la ola llega, el agua penetra en el tanque superior por unas compuertas y pasa al tanque

inferior a través de la turbina para acabar saliendo por las compuertas del tanque inferior. Es sencillo ver el

funcionamiento en la siguiente imagen.

Figura 7-9. Rectificador de Rusell.

Paralelamente a la circulación del barco japonés que producía

electricidad, en la Real Universidad de Irlanda del Norte,

Allan A. Wells y Wittaker construyeron una boya que

producía energía eléctrica utilizando convertidores

neumáticos. Este sólo trabajó durante un año ya que sufrió

daños a raíz de diversas tormentas pero, actualmente se sigue

utilizando este mecanismo y existen cientos de boyas de

navegación que emplean convertidores neumáticos.

Las boyas de navegación fueron ideadas por Masuda, el

movimiento de las olas se utilizaba alternadamente para

aspirar y expeler el aire a través de una turbina de baja presión

que hace funcionar un generador eléctrico. Se produce solo

una pequeña corriente pero es suficiente para encender las

luces de la boya.

La Unión Europea financió la primera instalación comercial de extracción de energía de las olas que daba energía

a más de 400 hogares. Se desarrolló en Escocia, en Islay. Se utilizó un módulo LIMPET 500 que se basa en una

columna de agua oscilante y turbinas Wells. Se conseguía extraer una potencia de 15 a 25 kW/m lineal de ola.

Antes de realizar esta instalación, se mantuvo en funcionamiento durante 10 años una planta piloto de 75 kW.

7.2.2 Sistemas actuales de extracción.

Los sistemas actuales de generación de electricidad a partir de la energía de las olas pueden dividirse en:

Aparatos fijos en la costa.

Aparatos en aguas someras.

Aparatos en alta mar.

Figura 7-10. Boya de navegación de Masuda.

Energía oceánica

52

7.2.2.1 Aparatos fijos en la costa.

Deben estar bien fijados a sus bases para resistir tempestades y fuertes oleajes, lo que es un inconveniente dado

que están expuestos a muchos daños. Aunque tienen la gran ventaja de que, al estar en tierra, su acceso es más

sencillo que al de otras instalaciones. Además, facilitan su construcción, instalación y mantenimiento. No es

necesaria la utilización de cables de mucha longitud para transportar la energía generada. La tecnología costera

aporta muchos beneficios, como una manutención mínima y un ciclo de vida de 30 años.

Columna de agua oscilante (OWC).

No es un artilugio nuevo, ya que fue en Japón donde se dieron sus inicios. Actualmente se utiliza el mismo

sistema pero algo mejorado. Consiste en una estructura parcialmente sumergida en comunicación con el

mar por un orificio por debajo dela superficie. La oscilación de las olas hace subir la columna de agua en el

interior de la estructura, comprimiendo el aire que se encuentra en su espacio y descomprimiéndolo al bajar

el agua. La circulación del aire mueve una turbina Wells, cuya propiedad principal es que gira en el mismo

sentido sea cual sea la dirección del aire. La turbina es la encargada de hacer funcionar al generador que se

encarga de transformar todo este proceso en electricidad.

Figura 7-11. Funcionamiento columna oscilante.

El método de la columna de agua oscilante es el más sonado al hablar de energía undimotriz. De hecho, es

la técnica más desarrollada y a la que más rendimiento se le saca para la generación de electricidad a partir

de las olas del mar. Aun así, queda mucho camino que recorrer, perfeccionando las turbinas o el

conocimiento del rendimiento para los distintos tipos de olas.

En España ya disponemos de una instalación de este tipo. Se inauguró en 2011 en Mutriku (País Vasco).

Consta de 16 turbinas que llegan a generar una potencia de 480 kW, capaces de producir 970 MWh/año.

Todo se construyó sobre un dique de 440 metros de longitud. El coste total fue de 6,7 millones de euros de

los cuales la administración regional pagó 2,7.

Figura 7-12. Central undimotriz Guipúzcoa.

53 Estudio de utilidad de energías renovables y su implantación en el ámbito social.

La primera instalación comercial de generación de energía por olas del mar se construyó en la isla de Islay, en

Escocia. Se la denominó como LIMPET (Land Installed Marin Powered Energy Transformer) y fue conectada

en el año 2000 a la red eléctrica de Inglaterra. Se trata de un sistema similar al anterior mencionado. Genera una

potencia alrededor de los 500 kW, con lo que se podría alimentar a 400 hogares ingleses.

En Australia también existe un sistema de este tipo capaz de llegar a una potencia de 300 kW pero, el rendimiento

de esta instalación ha mejorado al construir una entrada parabólica y ahora se consigue una potencia de 2 MW

capaz de alimentar a 50 casas y ahorrar el consumo de 1000 toneladas de gas natural.

Además de estas instalaciones, hay otros lugares del mundo donde encontramos plantas de este tipo:

Tabla 7-3. Plantas de columna de agua oscilante.

Emplazamiento Características

Isla de Pico (Azores) Diseñado para planta piloto a escala real y para suministro de energía a

parte de la isla. Potencia de 400kW.

Unión FENOSA (Galicia)

Inicialmente era un pozo comunicado con el mar para la refrigeración

de la central térmica de Sabón (La Coruña) pero actualmente se utiliza

para generar electricidad ya que se situó un flotador en este pozo. Las

olas hacen subir y bajar el flotador que por una cadena mueve un

rectificador de giro, un multiplicador de velocidad y un generador.

Figura 6-13.

India en Vizhinjam (Kerala)

Isla de Dawansham (China) Instalada en 1989, de 20 kW

Sanze (Japón) Utilizada para investigación

Tofteshall (Noruega) Se destruyó por una tormenta

Haramachi (Japón) Dotado de válvulas rectificadoras para producir una potencia fija.

Figura 7-13. Unión FENOSA.

Guía de las olas a un depósito elevado (TAPCHAN).

Se instala un depósito en las rocas costeras y las olas entran

en él mediante un canal cónico cuya forma hace que aumente

la velocidad y con ello, la altura de la ola. De este modo el

agua cae en el depósito elevado a una diferencia de altura del

nivel del mar de 3 a 5 metros. El agua vuelve de nuevo al mar

moviendo una turbina hidráulica. Este tipo de centrales

deben situarse en lugares en los que las mareas sean bajas, lo

que hace que existan pocas aplicaciones comerciales del

sistema. Las siglas de TAPCHAN se refieren a tapered

channel, es decir, canal cónico.

Figura 7-14. TAPCHAN.

Energía oceánica

54

Aparato pendular.

Se trata de una caja instalada en el mar

y abierta por uno de los lados en el que

tiene una placa pendular. Las olas

mueven esta placa que acciona una

turbina hidráulica y un generador. Su

rendimiento varía mucho dependiendo

del periodo natural de las olas y se hace

máximo llegando al 100% cuando este

periodo es igual al del péndulo. Solo se

han construido aparatos pendulares de

pequeño tamaño, como el de Hokkaido

que se instaló en 1983.

7.2.2.2 Sistemas en aguas someras.

El problema de esta tecnología es el transporte de la energía eléctrica. Las instalaciones que se encuentran en la

costa no tienen problema a la hora de transportar la electricidad a las centrales pero no ocurre lo mismo en este

caso. A parte de la dificultad que pueda suponer el llevar a cabo esta tarea, también hay que tener en cuenta que

aumenta el coste de la instalación lo que puede, en algunos casos, hacerla inviable económicamente hablando.

Pato de Salter.

Se inventó en 1970 por Stephen Salter. Consiste en un flotador de sección en forma de pato que gira

alrededor de un eje cuando recibe movimiento de las olas. Este eje acciona una bomba de aceite, encargada

de hacer funcionar la turbina. Su problema es que los movimientos de las olas son lentos lo que dificulta la

generación de electricidad.

Balsa de Cockerell.

Es un mecanismo muy usado y relativamente sencillo. Un conjunto de balsas articuladas ascienden y

descienden aprovechando el movimiento de las olas y, de este modo, impulsan un fluido a un motor que

mueve el generador. Ya hablamos de ella en los antecedentes de esta energía alternativa.

Pelamis.

Parece una serpiente flotando en el mar ya que está formada por un conjunto de tubos unidos. Es la primera

instalación industrial en la costa oeste de Escocia. Está formada por secciones cilíndricas unidas unas a otras

por bisagras y con el movimiento de las olas crean una alta presión de aceite en acumuladores, estos liberan

la presión a bombas hidráulicas que accionan generadores eléctricos. Un cable umbilical recoge la energía

eléctrica y la lleva al fondo del mar y mediante un cable submarino llega hasta la costa. Es un sistema muy

fuerte ante tempestades ya que puede sumergirse y emerger sin sufrir daños.

Figura 7-16. Pelamis.

Figura 7-15. Aparato pendular.

55 Estudio de utilidad de energías renovables y su implantación en el ámbito social.

Boya IPS.

Aprovecha el movimiento de las olas accionando un tubo de aceleración, anclado elásticamente en el fondo,

que se mueve con relación a la columna de agua que contiene, con lo que este movimiento acciona un pistón,

que su vez acciona de forma mecánica o hidráulica el generador. El sistema se encuentra anclado en un

fondo de 50 a 100 metros, estando la mitad de la boya sumergida.

Figura 7-17. Boya IPS.

Archimedes.

Un tubo anclado en el fondo soporta

un flotador en forma de cilindro

invertido. Al encontrarse el conjunto

lleno de aire el flotador actúa como un

resorte amortiguador de aire. Con el

movimiento de las olas el flotador baja

cuando la ola pasa por encima y sube

cuando ya ha pasado, debido al aire

comprimido. UN generador eléctrico

lineal y un cilindro amortiguador con

nitrógeno son los que convierten el

movimiento en energía y amortiguan

la oscilación.

7.2.2.3 En alta mar.

En estos dispositivos nos encontramos con el mismo problema que los aparatos en aguas someras, el transporte

de la electricidad. Lo bueno es que no modifican la costa, suelen ser aparatos flotadores que usan aire o agua

salada para abastecerse.

Lo ideal es utilizar el agua salada a alta presión que encontramos en el fono donde se encuentra el anclaje, porque

así, además de generar electricidad se puede realizar alguno de los métodos de producción de agua potable o de

hidrógeno. Sin embargo, las condiciones de trabajo son extremadamente duras y nos encontramos con diversos

problemas. Aparte del ya mencionado, enviar la corriente eléctrica a tierra, podemos mencionar otros como la

fuerza a la que están sometidos los anclajes con las tormentas, la corrosión marina y la posibilidad de pérdida de

alguno de los elementos que componen la instalación lo que supone un gran peligro a la navegación.

Figura 7-18. Archimedes.

Energía oceánica

56

7.2.3 Ventajas e inconvenientes.

Evidentemente, igual que todas las energías renovables, su nula contaminación y su estado ilimitado es la ventaja

que le precede. Pero no solo nos encontramos con esto.

Una de sus principales ventajas es la creación de empleo. Decirlo así nos suena a que el resto de las energías

renovables de las que hemos hablado no lo crean, cosa que no es cierta pero, está lo hace de forma especial.

Estos sistemas de extracción de energía a través de las olas del mar potenciaran la industria naval por lo que, se

crearan muchos más puestos de trabajo en este sector en general.

La demanda de energía sufre un pico en invierno, este podría ser abastecido por la energía undimotriz. La

explicación a esto es bastante sencilla: la producción de energía de las olas sigue la variabilidad estacional de

más energía en invierno y menos en verano. En invierno existen muchas más tempestades que en el resto de

estaciones del año, lo que provoca olas de grandes dimensiones con apenas pérdidas energéticas por lo que son

más estables y predecibles.

Comparándola con la energía eólica, esta es 1000 veces superior lo que permite construir dispositivos más

pequeños para captar la misma energía. Esto es porque la densidad del agua es mayor a la del viento. Siguiendo

con esta comparación, la energía de las olas es muy constante mientras que la del viento, por el contrario, no lo

es. Si además introducimos en la comparación a la energía solar, esta es nula por la noche y depende del día del

lugar será mayor o menor en las horas de Sol.

La inversión para llevar a cabo la implantación y posterior construcción de instalaciones de este tipo no es muy

elevada comparada con otras energías alternativas.

Los dispositivos de energía undimotriz son, en su mayoría, silenciosos y con muy poco impacto visual. Además

pueden servir como rompeolas y protegen la costa. Pueden, también, dar lugar a zonas de recreo o deportes

náuticos.

La energía de las olas es competitiva en islas remotas, bombeo de agua y boyas de navegación.

Asimismo, es muy adecuada para la producción de hidrógeno y para la extracción de agua potable del mar.

Aunque hayamos mencionado bastantes ventajas, también podemos enumerar una serie de inconvenientes que

hacen que este tipo de energía no se acabe de desarrollar y de utilizar como una gran fuente para la producción

de electricidad.

En primer lugar, aunque mencionamos que el impacto ambiental no es igual que el que suponen otro tipo de

instalaciones no deja de ser algo negativo, sobre todo las construidas en la costa. Este impacto es visual y

estructural sobre el paisaje por una parte y, por otra, el efecto negativo que produce sobre fauna y flora, pudiendo

destrozar el ecosistema. Las aves migratorias y los peces de la zona son los más afectados, aparte de la flora que

haya que eliminar para construir la central. Por tanto, debe realizarse un estudio de impacto ambiental para evitar

en todo lo posible las consecuencias negativas.

En segundo lugar, los dispositivos instalados en el agua del mar son fácilmente dañables e incluso destruibles.

El agua salada disuelve las estopadas de goma o neopreno o los recubrimientos de protección. La goma se agrieta

y endurece, el teflón se desgasta, el acero se oxida, el cobre se disuelve, el aluminio desaparece. Además, la

vegetación marina se desarrolla y crece en todo lo que flota o está sumergido pudiendo dañarlo.

Fuera de todo esto, lo que más daña estos dispositivos son las tormentas. La energía cinética de la ola va poco a

poco destruyendo los flotadores y agrietándolos, incrementando su desgaste en las tormentas. El anclaje es el

que más sufre en estas situaciones, debe ser lo suficientemente fuerte como para seguir cumpliendo su función.

Este sistema necesita un exhausto mantenimiento y es aconsejable su cambio cada pocos años.

8 BIOMASA

s un combustible formado por materia orgánica renovable de origen vegetal resultante de procesos de

transformación natural o artificial en residuos biodegradables o cultivos energéticos. Nos permite, además

de deshacernos de desechos urbanos, agrícolas e industriales, de conseguir energía y combustible.

Figura 8-1. Energía biomásica.

La biomasa a pesar de ser una fuente energética aparentemente conocida por todo el mundo, ha quedado siempre

relegada a un segundo plano en relación a otras cuya aportación energética global es muy inferior. El creciente

interés del uso de la biomasa en estos últimos años viene dado principalmente por: la necesidad imperativa de

no depender de la importación de fueles y gases de otros países, la creación de empleo local, y la reducción de

las emisiones al medio ambiente. Podríamos definirla como una forma de obtención de energía a partir de

materia orgánica en procesos biológicos espontáneos o provocados. Los principales orígenes de dicha materia

orgánica son:

Madera. Con la combustión de la madera se produce calor que se puede utilizar bien para calefacción,

o bien para producción de electricidad mediante la producción previa de vapor.

Residuos orgánicos provenientes de la industria, el uso doméstico, o agricultura. La fermentación

de estos residuos da lugar a la formación de biogases de elevado poder calorífico.

E

Destruir un bosque tropical para obtener beneficios

económicos es como quemar una pintura del

Renacimiento para cocinar.

-Edward O. Wilson -

Biomasa

58

Cultivos energéticos (como el girasol o el cardo). Este tipo de cultivos son usados exclusivamente para

la producción de biomasa, debido a su rápido crecimiento y capacidad de regeneración.

De igual manera, esta biomasa puede ser utilizada para la producción de biocombustibles:

Biodiesel y biogasolina. Son utilizados como biocombustibles líquidos para vehículos o máquinas. Se

obtiene a partir de aceites vegetales y grasas animales. Para la obtención de estos aceites vegetales se

trituran las semillas, se extrae el aceite, y se le somete a un proceso de refinación. Estos biocombustibles

líquidos son rentables económicamente en la actualidad si lo comparamos con los combustibles fósiles,

por lo que es una alternativa válida a los mismos.

Biogás. Mediante la digestión anaerobia (ausencia de oxígeno) la celulosa de los excrementos se

degrada dando lugar a un gas que contiene un 60% de metano. Las fermentaciones anaeróbicas,

también llamadas metanogénicas, producen también gas metano. Este tipo de fermentación ocurren en

la naturaleza. A modo de ejemplo podemos citar el gas de los pantanos, donde las aguas estancadas con

residuos orgánicos, ausencia de aire, y bacterias anaerobias da lugar al desprendimiento de metano, o el

gas producido en la digestión de los animales bovinos.

Bioetanol. Es un alcohol que tiene muchas aplicaciones en diferentes campos como la alimentación, o

industria farmacéutica. Se puede obtener a partir de cosechas vegetales tradicionales (maíz y trigo, por

ejemplo). Se parte del almidón de estos productos que se descompone en azucares que se fermentan y

convierten en este tipo de biocombustible.

La producción de energía a partir de la biomasa puede ser eléctrica, eléctrica y térmica o solo térmica y representa

las tres cuartas partes de la energía eléctrica europea.

Como ya hemos indicado al principio, los biocombustibles no presentan una alternativa total a los combustibles

fósiles pero el uso de la biomasa como medio para la obtención de energía reporta beneficios a nivel energético,

económico, ambiental y social. Si analizamos algunas de las ventajas que puede reportarnos la biomasa, una de

ellas es que puede ser almacenada. Además, puede complementar a otras energías renovables cuya explotación

depende de factores meteorológicos, como pueden ser la energía solar y la energía eólica.

Cuando se produce la biomasa de forma sostenible y eficiente, lograremos el objetivo de reducir las emisiones

de gases de efecto invernadero, en comparación a los que producen los combustibles fósiles. Al mismo tiempo,

el uso de la biomasa reducirá ciertos riesgos derivados de la explotación de las energías como pueden ser el uso

de materias primas no sostenibles, la transformación del paraje natural, o la modificación del ciclo de vida.

8.1 Antecedentes.

La biomasa es utilizada desde los principios de la humanidad para calentarse y preparar alimentos, utilizando

leña. A día de hoy, sigue siendo la principal fuente de energía para más de 2.000 millones de personas en el

Tercer Mundo.

Hasta la Revolución Industrial el hombre utilizó este recurso energético, no sólo para calentarse y cocinar, como

hemos dicho, sino que, mediante el ser humano iba evolucionando, se le empezaron a dar otras utilidades a este

recurso energético. Se hacía cerámica, se producían metales y se alimentaba a las máquinas de vapor. De hecho,

fue esta la causa de que empezara a utilizarse el carbón como combustible sustitutivo. Cada vez era necesaria

mayor carga de energía en el mismo o, incluso, en menor tiempo por lo que se sustituyó el combustible utilizado

a mediados del siglo XVIII.

Desde ese momento el uso de la biomasa se fue reduciendo hasta mínimos históricos que coincidieron con el

uso masivo de los derivados del petróleo, ya que tenían un mayor poder calorífico y su precio era bastante bajo.

Actualmente, si a la filosofía renovable y no contaminante que existe se le suma el recurso limitado que es el

petróleo y que poco a poco llegará su fin, nos encontramos con una sociedad que utiliza cada vez más recursos

bioenergéticos ya que, las aplicaciones de la biomasa como fuente de energía alternativa son variadas,

59 Estudio de utilidad de energías renovables y su implantación en el ámbito social.

destacando la producción de energía térmica a través de la combustión de biomasa sólida y de biogás, la

generación de energía eléctrica y la producción de biocarburantes, dirigido sobre todo a los medios de transporte.

A todo esto se le añade la necesidad de reducir y eliminar la gran cantidad de residuos que producimos, siendo

mayor esta cantidad cada año que pasa. A estos se les tiene que hacer un riguroso tratamiento para que puedan

reducirse y eliminarse contaminando lo menos posible. Ya que hay que realizar este proceso, lo ideal es que

obtengamos una parte de ellos como fuente de energía.

8.2 Tipos de biomasa.

Se pueden hacer muchas clasificaciones de la biomasa ya que abarca un campo muy amplio al ser cualquier tipo

de materia que tenga origen inmediato con un proceso biológico. Puede tener su origen en los vegetales o en los

animales.

Si nos centramos en el punto de vista ecológico, podemos distinguir:

Biomasa primaria. El origen de los productos que derivan de aquí es la fotosíntesis. La forman la

biomasa vegetal, plantas, algas y seres autótrofos. Se incluyen aquí también los residuos agrícolas, como

son la paja, restos de podas, leña, etc.

Biomasa secundaria. La producen seres heterótrofos que utilizan en su nutrición la biomasa primaria.

Claros ejemplos son la carne y los deshechos de animales, también se incluyen aquí las deposiciones de

los animales herbívoros.

Biomasa terciaria. Los animales que se alimentan de biomasa secundaria son los que la producen.

Básicamente la forman la carne de los animales carnívoros que se alimentan delos herbívoros.

Esta es una primera clasificación en la que se diferencia en tres tipos distintos de biomasa de forma un poco

general, lo más habitual es pasar a una segunda clasificación y catalogar la biomasa según su origen,

encontrándonos con:

Biomasa natural. La producen los ecosistemas silvestres. Es aquella que se genera en los ecosistemas

naturales, sin ningún tipo de intervención por parte del ser humano. La leña o las ramas son el ejemplo

más significativo de este tipo de biomasa. El problema reside en que la explotación intensiva de este

recurso no respeta la protección del medioambiente, por lo que entraría en conflicto llamar a este tipo

de recurso como energía renovable.

Biomasa residual. Es la que se genera a partir de actividades humanas, ya sean estas agrícolas,

ganaderas o industriales. La eliminación de los residuos que originan estas, a veces, supone un

problema, por lo que convertirlos en un recurso para crear combustible sostenible es la mejor opción

que se encuentra. Convertimos un problema en un beneficio.

Es el tipo de biomasa más ventajosa, ya que no genera contaminación, no se daña el medio natural, los

costes de producción y transporte son bajos y, además, se generan puestos de trabajo necesarios para

desarrollar esta actividad.

Excedentes agrícolas. Hay excedentes agrícolas que por distintos motivos no se utilizan para la

alimentación ya sea humana o animal. El uso más interesante que se les da es como combustible en

plantas de generación eléctrica y también como biocombustibles.

Cultivos energéticos. Resultan relativamente novedosos. Son cultivos exclusivamente dedicados a la

producción de energía. Algunos de ellos son cultivo tradicionales muy conocidos como los cereales o

la caña de azúcar, en cambio, se ha ido más allá, y se han descubierto las grandes propiedades

energéticas de cultivos de cynara, petaca o sorgo dulce, entre otros.

En la siguiente tabla podemos observar las aplicaciones del aprovechamiento de diferentes materias primas

cuya fuente principal es la biomasa.

Biomasa

60

Tabla 8-1. Materias primas y productos que se obtienen.

Materia prima Producto Aplicaciones

Aceites vegetales

Cultivos oleaginosos Biodiesel

Aplicaciones mecánicas

(motores diésel)

Residuos vegetales Bioetanol Aplicaciones mecánicas

(motores de gasolina)

Residuos sólidos urbanos Biogás Aplicaciones térmicas y

eléctricas

Residuos ganaderos Biogás Aplicaciones térmicas y

eléctricas

Residuos forestales

Residuos agrícolas

Cultivos

Gas pobre, gas de

síntesis

Aplicaciones térmicas y

eléctricas

Residuos forestales

Residuos agrícolas

Pelets, cáscara de

almendra, orujo, etc.

Aplicaciones térmicas y

eléctricas

Los cultivos oleaginosos son aquellos formados por plantas oleaginosas, es decir, vegetales de cuya semilla o

fruto puede extraerse aceite. Ejemplo de ellos son los cultivos de soja, el maní, el girasol, el maíz y el lino.

8.3 Transformación en energía.

Son diversos los métodos empleados para transformar la biomasa en energía. Podemos considerar dos métodos,

termoquímico y biológico.

Métodos termoquímicos.

o Combustión. Se quema la biomasa con gran cantidad de oxígeno, dando lugar a energía

calorífica que se aprovecha en las viviendas, en la industria y para producir electricidad.

o Pirólisis. El procedimiento del carbón vegetal fue muy utilizado. Consistía en quemar leña en

una combustión incompleta con algo de oxígeno. Por este método se obtienen también

combustibles líquidos.

o Gasificación. Pequeña variación del método de carbón vegetal, mencionado anteriormente. En

este caso también se realiza una combustión incompleta a altas temperaturas pero, con este

método, dependiendo de si se le aplica aire u oxígeno puro se consiguen dos productos

diferentes.

Aplicando aire obtenemos gasógeno, es decir, gas pobre. Actualmente tiene la misión de

generar vapor y electricidad pero, se llegó a utilizar para mover automóviles.

Por otro lado, si aplicamos oxígeno puro en un gasificador al que añadimos también vapor de

agua, obtenemos un gas de síntesis que se puede transformar en combustible líquido.

Métodos biológicos.

Las moléculas se degradan a compuestos más simples y de alta densidad energética mediante el uso de

microorganismos. Se suele utilizar cuando la biomasa presenta gran cantidad de humedad. Los más

utilizados son:

o Fermentación alcohólica para producir etanol.

o Digestión anaerobia para producir metano. Este es el más utilizado en explotaciones de

ganadería, se instalan digestores en los que se degrada la celulosa procedente de excremento

de animales y, así, produce un gas que contiene más del 50% de metano.

61 Estudio de utilidad de energías renovables y su implantación en el ámbito social.

8.4 Biocombustibles y biocarburantes.

Asiduamente utilizamos estas dos palabras de manera incorrecta, ya que coloquialmente se relacionan a un

mismo significado cuando en realidad no es del todo cierto. Y es que los biocombustibles engloban a los

biocarburantes, es decir, un biocombustible es todo aquel que al quemarse produzca energía sin embargo,

únicamente recibe la denominación de biocarburantes cuando su utilización es directa a el movimiento de

motores. Ambos conceptos guardan entre sí una relación genérica específica.

Se obtienen a partir de procesos diversos en los que la biomasa es la materia prima. El objetivo de ellos es

sustituir a los carburantes fósiles tradicionales, reduciendo así la emisión de gases contaminantes de efecto

invernadero. Además, otra de las grandes ventajas que presentan es que los tradicionales tienen caducidad,

pudiendo eliminar con la biomasa este problema.

Para que esta alternativa siga en pie y de los resultados esperados hay que conseguir llegar a un equilibrio entre

la materia que se destina a consumo humano y animal y la destinada a fabricar biocarburantes. El fin es que no

exista escasez de suministros y que los precios de la materia prima agrícola no se pongan por las nubes,

manteniéndose dentro de unos límites razonables.

Los principales producidos son el bioetanol y el biodiesel, aunque donde más se dan es en países como Brasil,

Argentina y Estados Unidos ya que en el resto de países es una materia que aún está en vías de desarrollo. La

política respecto a los biocombustibles está siendo muy errática lo que lleva a la inseguridad de los agricultores

respecto a la continuidad de la rentabilidad delos productos y a que surjan inversores de plantas de

transformación. La Unión Europea, cada vez más, potencia el lanzamiento de este tipo de alternativas con

objetivos claros, aunque la mayoría se van diluyendo con el paso del tiempo sin llegar a importantes cotas.

8.5 Ventajas e inconvenientes.

Como toda transformación de energía, la biomasa tiene ventajas e inconvenientes. La ventaja que, al ser común

de todas estas energías que hemos comentado, más hemos mencionado es que es una energía renovable. En todo

el planeta existe la posibilidad de acceder a fuentes de biomasa como puede ser estiércol, basura y restos de

podas.

Dejando a un lado esta ventaja, nos encontramos con que la biomasa pone fin a un gran problema existente en

la vida humana, la eliminación de los residuos tanto orgánicos como inorgánicos que, en muchas ocasiones,

supone un problema. Además, cada vez generamos más cantidad de residuos por lo que contamos con abundante

biomasa en todos los lugares del mundo, sin necesidad de grandes infraestructuras de transporte para llevarlas a

un punto de destino.

No obstante, puede que la ventaja más importante sea

la neutralidad que tiene la biomasa respecto a las

emisiones de carbono. La biomasa entra de lleno en el

ciclo del carbono. El carbono de la atmósfera es

captado por las plantas durante la fotosíntesis y pasa a

formar parte de sus estructuras. Cuando la planta

muere o es quemada, ese carbono retorna a la

atmósfera. Puesto que es un ciclo, los siguientes

cultivos absorben el carbono una y otra vez, por lo que

se mantiene un equilibrio entre la cantidad de carbono

que el combustible de la biomasa libera a la atmósfera

y la cantidad que las plantas extraen de ella. Por este

motivo, los combustibles procedentes de la biomasa no

contribuyen al calentamiento global, y tienen la

consideración de combustibles limpios. En resumen,

es un proceso muy importante que no incrementa el

efecto invernadero puesto que, aunque se trate de una

combustión, no supone un incremento de CO2 a la

atmósfera.

Figura 8-2. Ciclo CO2 en biomasa.

Biomasa

62

Además, la biomasa en su combustión no desprende ni azufre ni hidrocarburos.

Como toda actividad, genera puestos de trabajo pero, en este caso, también abre la posibilidad de nuevas

oportunidades a ciertos cultivos.

Hemos mencionado las plantaciones energéticas, pues bien, una de sus grandes ventajas es que reducen la

erosión de los suelos. Asimismo, permiten la obtención de productos biodegradables.

Por último, podemos mencionar que previene los incendios en bosques, ya que la limpieza de los mismos evita

que se den sucesos de esta índole.

No cabe lugar a duda de que la biomasa es un sustituto claro de los combustibles fósiles. No puede obviarse que

se trata de una fuente renovable y limpia, que es a lo que debemos acercarnos cada vez más para ayudar al

desarrollo sostenible del planeta. No obstante, esta energía también presenta una serie de desventajas que no

pasan desapercibidas, siendo las causantes de que aún no hayan sustituido a los combustibles fósiles por

completo y sólo se contemplen como una ayuda a estos.

En primer lugar, no es sencillo recuperar toda la biomasa aunque sus cantidades sean abundantes, la dispersión

de la materia dificulta esta tarea, imposibilitándola en algunos casos. Además, no todos los productos biomasa

son recuperables.

En segundo lugar, la densidad energética de la biomasa no es demasiado elevada. Aunque esta varíe dependiendo

del producto, por lo general, la energía que se obtiene de la biomasa es mínima comparándola con la de los

combustibles fósiles y su rendimiento es mucho menor también.

Otro inconveniente que merece la pena destacar es el espacio necesario. Para hacer rentable el aprovechamiento

de esta energía en instalaciones industriales se necesita tratar grandes masas de producto, con la recolección,

transporte y almacenado que esto conlleva. Es decir, se necesitan grandes áreas para transformar la biomasa.

Muy importante es el impacto ambiental. Ocasionalmente se utilizan para este fin amplias zonas forestales o

selvícolas, destruyendo hábitats de gran valor ecológico y provocando la desaparición o el movimiento de

especies animales al destruir sus refugios y fuentes de alimento. Aparte de esto, la incineración puede resultar

peligrosa, ya que se producen sustancias tóxicas. Para evitar esto o reducir estas sustancias en gran parte, se

utilizan filtros y se realizan las combustiones elevadas temperaturas.

Respecto a los cultivos de biomasa con fines energéticos surge el problema de que lleguen a agostar los terrenos.

Por último, el precio. En ciertas zonas y en ciertas condiciones, la extracción de biomasa puede ser cara. Esto

suele ocurrir en proyectos de aprovechamiento que impliquen recolección, procesado y almacenamiento de

algunos tipos de biomasa. Si a esto le añadimos el barato coste de los combustibles fósiles, da lugar a la situación

en la que nos hemos encontrado a lo largo de los años. Si los combustibles fósiles están baratos, la rentabilidad

de estos procesos de recuperación no suele ser competitiva.

9 ACUMULACIÓN DE ENERGÍA

l objetivo principal de los sistemas de acumulación de energía es no tener que producirla en el mismo

momento en el que la demanda el consumidor. Por tanto, el almacenamiento de energía abarca todos los

métodos que utiliza el ser humano para guardar la energía y poder liberarla en el momento que sea

requerida de la misma forma energética o de otra diferente.

Dependiendo de la capacidad de almacenamiento podemos diferenciar tres tipos:

Almacenamiento a gran escala (GW). Básicamente se centra en las centrales hidroeléctricas

reversibles, es decir, por bombeo. También se da a gran escala el almacenamiento térmico.

Almacenamiento en redes (MW). Podemos citar pilas y baterías, condensadores y superconductores,

volantes de inercia.

Almacenamiento para el consumidor final (kW). En este caso los ejemplos pueden ser los mismos

al almacenamiento en redes.

La importancia del almacenamiento energético radica principalmente en tres factores: energías renovables,

reducción de la curva de demanda y, por último, las SmartGrid.

Es imposible hablar de energías renovables sin hablar de sistemas de almacenamiento de energía, son dos

conceptos inconcebibles por separado. Un mayor desarrollo de uno implica el mayor desarrollo del otro y

viceversa. El motivo de esto es que, la producción de energía mediante el uso de fuentes renovables es

imprevisible. No tendría sentido tener en cuenta, por ejemplo, la energía solar si no se pudiera almacenar de

algún modo la energía que genera para ser utilizada por la noche.

En lo que a la curva de demanda se refiere, el objetivo es aplanar la curva de la demanda para, de este modo,

aumentar la calidad de suministro. Esto conlleva una estabilidad del sistema que evita el sobredimensionamiento

del mismo. Es resumen, lo conseguido con esto es mejorar la eficiencia.

Una SmartGrid es un sistema que permite la comunicación bidireccional entre el consumidor final y las

compañías eléctricas. Consiste en una infraestructura eléctrica eficiente, fiable y segura basada en la

incorporación de tecnologías inteligentes. Estos sistemas convierten a viviendas o negocios en productores a

pequeña escala, pudiendo aportar energía a la red y también recibirla. Es muy probable que esto marque el futuro

eléctrico mundial.

En conclusión, una mayor utilización de las energías renovables unido al creciente impulso de las SmartGrid y

a la existencia de picos de demanda repercuten de manera directa en el creciente impulso de los sistemas de

almacenamiento de energía.

E

La Tierra proporciona lo suficiente para satisfacer las

necesidades de cada ser humano, pero no las de su

codicia.

- Mahatma Gandhi -

Acumulación de energía

64

9.1 El problema de la energía.

Nos encontramos en la conocida como era de la energía. Esto hace que sea necesaria una gran cantidad de la

misma para abastecer las necesidades actuales de la humanidad en la producción de bienes y servicios. En países

desarrollados se alcanza una cifra superior a 18.500 kWh por habitante y año. Aunque existen diversos factores,

la medición del consumo energético de una sociedad y la eficiencia de la transformación de la energía nos

permiten determinar su grado de desarrollo.

En los últimos años se ha experimentado un gran aumento del consumo de energía primaria y de las emisiones

de CO2, del orden de cinco veces lo existente hasta el momento mientras que, la población, solo se ha duplicado.

La problemática existente con la energía tiene estrecha relación con esto. En un lado nos encontramos con las

fuentes de energía fósil, baratas y ampliamente extendidas e investigadas, las cuales generan una contaminación

que la naturaleza no es capaz de absorber en su totalidad y, además, son un bien escaso. Frente a estas, nos

encontramos con la escasez producida por las energías renovables debido a su elevado coste, limitaciones de

tecnología, viabilidad de proyectos, etc.

En la siguiente tabla podemos observar la demanda de energía en España a fecha de hoy (4 de abril de 2018).

Gráfico 9-1. Demanda energética eléctrica en tiempo real.

El problema que presentamos queda evidente con este gráfico. Como podemos comprobar en la curva de la

demanda diaria existen dos picos durante el día, causantes de ellos son la actividad industrial y el sector servicios.

Del mismo modo, examinamos que por la noche la demanda de energía se reduce considerablemente originando

un valle entre las 12 y las 6 de la mañana aproximadamente. Si existe en estas horas una producción eólica

mayor de la que va a ser consumida, se reduce la generación de energía hasta ajustarla al consumo. Es decir,

estamos desperdiciando energía durante estas horas al no existir actualmente un sistema de acumulación viable

para guardar esta generación eólica. Una posible solución a esto sería el no bajar el ritmo de producción y

aprovechar estas horas para recargar los coches eléctricos aumentando así la curva de demanda durante la noche.

En España en particular, lo que impide seguir avanzando en este tema es la legislación. El Real Decreto de

Autoconsumo de 2015 y el llamado “impuesto al Sol” de 2013, el cual ya mencionamos al hablar de la energía

solar, lastran actualmente la expansión.

Realmente esto no influye directamente en el desarrollo de los sistemas de almacenamiento de energía ya que

los impuestos no recaen sobre estos pero si les afecta de manera indirecta. Estos impuestos repercuten en la

cantidad de instalaciones de autoconsumo, a mayores impuestos menos instalaciones y, por tanto, menos

sistemas de almacenamiento instalados (hablamos siempre de sistemas aplicados a pequeña escala, no a gran

escala como centrales de bombeo o almacenamiento de aire comprimido), menor será su inversión y su

comercialización.

65 Estudio de utilidad de energías renovables y su implantación en el ámbito social.

Indudablemente el autoconsumo y el abastecimiento de energías alternativas aumentarán en nuestro país, pero

parece que el ritmo de la progresión es demasiado lenta, estancado debido a leyes que impiden su crecimiento

natural.

9.2 Sistemas de almacenamiento.

Como hemos mencionado anteriormente, es de vital importancia la investigación en materia de sistemas de

almacenamiento de energía (SAE) para seguir el desarrollo en energías renovables. Pero, no es únicamente

importante la potencia que son capaces de almacenar, sino también el tiempo que podemos almacenarla hasta

su utilización, sin tener ninguna pérdida o las menos posibles.

La elección del tipo de almacenamiento se puede realizar basándonos en los siguientes factores:

Factor energético.

o Rendimiento del dispositivo de almacenamiento.

o Vida útil del sistema.

o Uso del sistema: salida del sistema de almacenamiento instalado.

o Cantidad de energía que se requiera almacenar.

o Almacenamiento a corto o largo plazo.

Factor económico.

o Precio por kW del sistema de almacenamiento.

o Precio por kW del sistema de transformación.

Factor social.

o Repercusiones que el sistema de almacenamiento tenga sobre las personas de su alrededor que

vayan a consumir dicha energía posteriormente.

Factor ambiental.

o Repercusiones ocasionadas sobre el medioambiente en todas sus etapas: fabricación,

instalación o utilización.

9.2.1 Sales fundidas.

Se trata de una sal que por acción del calor se funde. Cuando esta sal supera los 801 ºC cambia a estado líquido.

Las propiedades de este líquido son muy útiles: es estable, capacidad calorífica similar a la del agua y buena

fluidez. Además, cuando se solidifica de nuevo, su volumen se contrae. Esta es la principal diferencia y ventaja

que tienen las sales respecto al agua.

Se utilizan mucho en centrales solares térmicas, donde son empleadas como intercambiador de calor con el agua.

Básicamente, consiste en un conjunto de espejos giratorios (como vimos al hablar de la energía solar) que siguen

el curso del sol concentrando la luz en una torre. Esta torre dispone de un tanque metálico lleno de sales que,

gracias a los espejos y al sol que incide directamente sobre él, alcanza elevadas temperaturas. De este modo, las

sales se funden y fluyen por las tuberías hasta alcanzar un depósito aislado térmicamente. Paulatinamente, las

sales de este depósito circulan a través de un intercambiador de calor, donde poco a poco van perdiendo

temperatura aportándosela al agua. Con este sencillo procedimiento se genera el vapor necesario para mover

una turbina. Estas sales frías se redirigen a la torre central para volver a repetir el proceso. Este esquema lo

podemos ver claramente en la siguiente imagen.

Acumulación de energía

66

Figura 9-1. Esquema sales fundidas.

De este modo se puede dar electricidad durante 24 horas ya que, durante el día se almacena energía en las sales

fundidas para poder abastecer la red por la noche.

9.2.2 Central hidroeléctrica de bombeo.

La estructura es la de una central hidroeléctrica del mismo tipo de las que hemos mencionado en su

correspondiente apartado. Consiste en almacenar energía eléctrica en forma de energía potencial. Cuando hay

un excedente de producción de energía, se bombea agua desde un embalse a otro que se encuentra a mayor altura

aumentando la energía potencial de la masa de agua bombeada. Cuando se requiera un pico de energía eléctrica,

se deja caer el agua del embalse superior al que se encuentra situado a menor altura, haciendo pasar el agua por

una turbina generando así electricidad.

Este sistema es la primera fuente de almacenamiento de energía a nivel mundial. Su problema es la dificultad de

encontrar una ubicación correcta para su construcción ya que, es necesario espacio y topografía para poder hacer

dos embalses en un mismo cauce a dos alturas con una diferencia suficiente para que se pueda producir energía.

Aunque sea un sistema con una gran repercusión y ocupe un porcentaje alto, no puede ser el único a tener en

cuenta para acumular energía y hay que acompañarlo de algún otro tipo de almacenamiento.

9.2.3 Hidrógeno.

Es otro tipo de almacenamiento de energía a gran escala. Lo que se hace con el exceso de energía eléctrica es

generar hidrógeno mediante electrólisis del agua. Este se puede consumir, por ejemplo, en vehículos que

empleen pilas de hidrógeno o a un almacenamiento. Cuando se dé un pico de demanda y haya que abastecerla,

se puede llevar el hidrógeno a una etapa de metanización, mezclándolo con CO2 y reinyectándolo a la red de

Gas Natural o, incluso, inyectarlo en pilas de combustible.

Este sistema no permite únicamente almacenar la energía, sino que podemos llevarlo a muchas aplicaciones

disminuyendo de esta forma el riesgo en un hipotético mercado. Además, puede hacernos independientes

energéticamente de terceros países. Por ejemplo, si la energía generada procediese de fuentes renovables o, en

su defecto, de este u otros tipos de almacenamiento y, además los vehículos fuesen o bien eléctricos o

propulsados por hidrógeno, apenas necesitaríamos combustibles fósiles. Esto desemboca en no depender de

terceros países y de sus fluctuaciones geopolíticas, es decir, mayor estabilidad de nuestros precios.

67 Estudio de utilidad de energías renovables y su implantación en el ámbito social.

9.2.4 Almacenamiento de aire comprimido.

Se da en los valles energéticos (por las noches, generalmente). Aprovechando estos momentos en los que la

demanda es mínima, desviamos la producción sobrante a una central de compresión de aire y lo introducimos

en una especie de caverna subterránea construida especialmente para su aprovechamiento. También se utilizan

acuíferos o minas, incluso se pueden dar tanques sobre tierra. Cuando este depósito subterráneo está lleno o, por

el contrario, la demanda vuelve a crecer, cambiamos el sentido del flujo: extraemos el aire comprimido y lo

utilizamos para mover unas turbinas que generan energía eléctrica.

La mayor limitación de este sistema es la capacidad del depósito. Existen dos instalaciones de este tipo, una de

ellas en Alemania con una capacidad de 300.000 m3 repartidos en dos cavernas idénticas, y otra en Estados

Unidos la cual cuenta con una única caverna de 500.000 m3 de capacidad total.

Figura 9-2. Instalación de aire comprimido.

9.2.5 Supercondensadores.

El supercondensador no es más que una variación del condensador electrolítico, pero que posee una capacidad

de almacenamiento energético considerablemente mayor. Básicamente, son dispositivos capaces de almacenar

grandes cantidades de energía eléctrica en forma de cargas electrostáticas y cederla rápidamente en el momento

que sea necesario.

Se compone de dos electrodos de material de carbono de alta superficie, colectores de corriente, un electrolito

iónico y un disolvente. El mecanismo de almacenamiento se basa en la formación de la doble capa eléctrica por

difusión de los iones, sin que ocurran cambios químicos en los electrodos.

Son dispositivos con mayor potencia que las baterías, que no precisan de mantenimiento, son insensibles al frío

y poco contaminantes ya que no usan metales pesados.

9.2.6 Volantes de inercia.

Consiste en emplear un disco metálico que gira cuando se le aplica

un par motor. Mientras está dando vueltas, se intenta frenar con un

par resistente, conservando así energía en forma mecánica-cinética.

Este sistema es capaz de absorber potencias instantáneas elevadas,

por ellos es conveniente para la energía eólica. Poseen una larga vida

operativa, alrededor de los 20 años. El problema es que en la

actualidad son todavía muy costosos y debemos seguir investigando

y desarrollando este sistema.

A mayor masa ubicada a mayor distancia del centro de giro, mayor

energía almacenada. Aunque, resulta más rentable incidir en elevar

el número de revoluciones antes que aumentar la masa o las

dimensiones para lograr obtener mayor energía almacenada. Figura 9-3. Volante de inercia.

Acumulación de energía

68

9.2.7 Baterías de flujo de vanadio.

El vanadio se utiliza en las nuevas baterías con capacidad para almacenar grandes cantidades de energía casi

indefinidamente. Sería la solución ideal para las energías renovables porque, además, el vanadio se encuentra

en multitud de materiales en los vertederos industriales, siendo el elemento más abundante en la corteza terrestre,

aunque es difícil encontrarlo en su forma metálica natural.

Las baterías de flujo de vanadio son un tipo de baterías recargables que emplea iones de vanadio en diferentes

estados de oxidación, logrando así obtener energía potencial química.

Las baterías almacenan la energía y generan electricidad mediante una reacción entre dos materiales diferentes,

generalmente zinc y manganeso. Estos dos materiales se encuentran en estado líquido en las baterías de flujo y

separados por una pequeña membrana que les permite reaccionar pero no entrar en contacto. Ambos se bombean

en una especie de célula donde se genera la corriente eléctrica.

Por el contrario, las baterías de flujo de vanadio se benefician de la capacidad de este material de existir en

solución en cuatro diferentes estados de oxidación y utilizan la propiedad para hacer una batería que tenga un

único elemento electroactivo en lugar de dos. Con esto se elimina el riesgo de contaminación cruzada

otorgándole una ventaja competitiva a este tipo de baterías. A estas ventajas debemos añadirle la vida infinita de

los líquidos que dan lugar a costos bajos y escasos problemas de eliminación de residuos. Además, la batería se

extiende a toda la vida siendo potencialmente infinita.

Puede llegar a ofrecer capacidad casi ilimitada con el uso de tanques de almacenamiento de mayores

dimensiones, puede llegarse a dejar descargada durante largos periodos de tiempo sin producir efectos nocivos,

se recarga simplemente sustituyendo el electrolito si no hay fuente de alimentación disponible para cargarla y si

los electrolitos se mezclan accidentalmente, la batería no sufre ningún daño permanente. Estas son las principales

ventajas que presenta este novedoso sistema y que, como podemos comprobar, dota a las energías renovables

de una atractiva solución a sus problemas.

El gran problema que presentan es que son demasiado grandes y pesadas, lo que ha repercutido en su

introducción en el mercado. Por ello, se utilizan para almacenar grandes cantidades de energía estacionaria a

largo plazo, para abastecer zonas remotas o proporcionar energía de reserva.

9.2.8 Baterías de ion-litio.

Este tipo de dispositivo emplea como electrolito una sal de litio que consigue iones necesarios para la reacción

electroquímica reversible que tiene lugar entre el cátodo y el ánodo.

Son elementos con componentes muy ligeros, elevada capacidad energética, resistentes a la descarga y

funcionan con un elevado número de ciclos de regeneración. Todo esto ha permitido fabricar baterías ligeras, de

pequeño tamaño y variadas formas, con alto rendimiento. Las aplicaciones más comunes de estos dispositivos

son las conocidas por todos: industria electrónica.

El problema se presenta cuando se someten a elevadas temperaturas, que pueden ocasionar su destrucción por

inflamación o incluso explosión. Esto añadido a su rápida degradación, hace que sea necesario instalarles

dispositivos adicionales de seguridad que aumentan su coste y han sido las causantes de impedir que se utilicen

estos dispositivos para otras aplicaciones. Otros de los inconvenientes que presentan son su duración y la vida

útil que poseen, soportan únicamente un número limitado de cargas.

9.2.9 Pilas de combustible.

Las pilas de combustible son muy similares a las baterías de ion-litio con la diferencia de que no se agotan ni

necesitan recargarse de nuevo. Otra gran diferencia es que no almacenan únicamente electricidad, sino que

también producen calor y agua mientras que se le suministre el combustible que usan. Los reactivos se

encuentran almacenados fuera de la pila, de forma que la pila producirá trabajo siempre que haya flujo de

reactivos.

Sus partes se componen de un electrodo negativo, otro positivo e intercalado entre ambos un electrolito. El

electrolito permite el paso de iones pero no deja pasar a los electrones que se conducen para generar electricidad.

Su funcionamiento es básico. El combustible, suele ser hidrógeno o metanol, alimenta el ánodo y el aire alimenta

el cátodo. El hidrógeno se separa en protones y electrones que siguen diferentes caminos hasta el cátodo. Los

69 Estudio de utilidad de energías renovables y su implantación en el ámbito social.

electrones atraviesan un circuito externo que hace que se origine un flujo de electricidad. Los protones llegan al

cátodo a través del electrolito, donde se encuentran con el oxígeno obteniendo agua y calor.

10 ANÁLISIS ENERGÍAS RENOVABLES

urante todo el documento hemos estado hablado y explicando las distintas energías renovables

existentes, sus componentes, aplicaciones, etc. Hemos visto que todas tienen ventajas e

inconvenientes, incluso muchos de ellos son comunes a varias de las energías comentadas. Con todo

esto, ¿cómo elegir cual sería la mejor opción a implantar? Bien, evidentemente depende, como bien hemos dicho

en varias ocasiones, de la zona en la que se quiera establecer la instalación. No vamos a poner un complejo de

paneles fotovoltaicos en un lugar donde llueva la mayor parte del tiempo al igual que no se instaurará un parque

eólico en una ubicación con poco viento.

Eliminando este factor de ubicación, el objetivo de este análisis es clasificar los tipos de energías renovables en

relación a la sostenibilidad del planeta. Es decir, ¿cuál es la tecnología más sostenible?

Para ello, en primer lugar, vamos a realizar un análisis de decisión multicriterio, utilizando el Proceso Analítico

Jerárquico (AHP). Este se basa en la representación del problema mediante una jerarquía en la que se incluyen

los criterios a tener en cuenta y las distintas alternativas. Para ello se relacionarán todas las energías con todos

los criterios y se le asignará un peso a cada una de estas relaciones, siendo este representante de la importancia

relativa de ese criterio respecto a la energía con la que se le relacione.

Los criterios que vamos a tener en cuenta son los siguientes:

Contaminación.

Versatilidad en la localización.

Residuos.

Inversión inicial.

Impacto ambiental.

Continuidad del servicio.

Precio de la energía obtenida.

Todos ellos se considerarán en positivo por ejemplo, en el caso de la contaminación la máxima puntuación será

asignada a la alternativa que menos contamine mientras que en el caso de la continuidad del servicio la mejor

alternativa será la que ofrezca mayor continuidad.

Por otro lado, como hemos mencionado, las tecnologías que intervienen en el análisis son las mencionadas

durante todo el documento, es decir:

D

Una ocupación que sólo genera dinero, es una

ocupación pobre.

- Henry Ford -

71 Estudio de utilidad de energías renovables y su implantación en el ámbito social.

Energía solar.

Energía eólica.

Energía geotérmica.

Energía hidráulica.

Energía oceánica.

Energía biomásica.

Una vez aclarados los elementos con los que vamos a trabajar, vamos a pasar a describir el procedimiento. En

primer lugar vamos a ordenar los criterios en relación a su importancia. Para ello realizaremos una matriz de

ordenación alternativa.

En primer lugar realizaremos una comparación de criterios para, de este modo, obtener la importancia relativa

de cada uno de ellos. Para llevarla a cabo se le asignará, en la matriz, un valor a cada elemento entre 1 y 9 según

la siguiente escala:

Tabla 10-1. Escala de valores.

Valor Significado

1 Ambos criterios similares o iguales

3 Criterio i es preferible al j

5 Criterio i es claramente mejor que j

7 Criterio i es mucho mejor que j

9 Criterio i es absolutamente mejor que j

Los valores 2, 4, 6 y 8 se interpretan como niveles intermedios entre los especificados en la tabla anterior.

Cuando hablamos de i, nos referimos al elemento que se encuentra en la fila i, siendo j la referencia a la columna.

Eso da lugar a la siguiente matriz de la que obtenemos la importancia relativa de cada criterio.

Tabla 10-2. Matriz de comparación de criterios.

Contaminación Impacto

ambiental

Versatilidad

en la

localización

Precio

energía

obtenida

Continuidad

del servicio

Inversión

inicial Residuos SUMA Importancias

Relativas

Contaminación 2 3 5 5 7 8 30

0,29703

Impacto

ambiental 2 5 5 7 9 28

0,27723

Versatilidad en

la localización 2 3 6 7 18

0,17822

Precio energía

obtenida 1 5 6 12

0,11881

Continuidad

de servicio 4 5 9

0,08911

Inversión

inicial 3 3

0,02970

Residuos 1

0,00990

Una vez que disponemos de los pesos que tiene cada criterio para evaluar la sostenibilidad, pasamos a relacionar

cada tecnología con cada uno de los criterios. Para ello realizamos una matriz en la que asignamos valores de 0

a 5. El valor 5 lo llevará la considerada mejor alternativa para ese criterio y, así, irán reduciéndose los valores

siendo 0 el peor elemento. Este será el primer elemento encontrado en la matriz, la contribución total de cada

Análisis energías renovables

72

alternativa al cumplimiento de cada criterio. Para establecer cuál es la mejor alternativa y, por tanto, debe llevar

asignado el 5, nos basamos en los siguientes parámetros:

Para el criterio de contaminación ambiental nos guiamos por los datos de gramos de CO2 producidos

por cada kWh generado de energía.

Tabla 10-3. Contaminación producida por cada alternativa.

Solar Eólica Geotérmica Biomasa Oceánica Hidráulica

Contaminación

(g CO2/ kWh) 20 10 35 40 8 10

En el caso del impacto ambiental es difícil basarse en un solo concepto y obtener datos cuantitativos del

mismo, por tanto, lo hemos evaluado con la escala del 1 al 5 mencionada según la opinión de varios

expertos.

La versatilidad en la localización se basa en la renovable que más energía genere en lugares remotos.

Este dato es difícil de conocer, por tanto nos basamos en la alternativa más sencilla de implantar en

zonas no urbanizadas.

Para el criterio del precio de la energía obtenida, hemos consultado los datos de precio por cada kWh

generado en cada una de las energías alternativas del análisis.

Tabla 10-4. Precio energía obtenida por cada alternativa.

Solar Eólica Geotérmica Biomasa Oceánica Hidráulica

Precio energía

obtenida

(€/kWh)

0,07 0,1 3 0,02 0,18 0,06

Algo similar utilizamos para la continuidad del servicio. El máximo valor se le otorga a la energía que

más continuidad tiene, es decir, la que menos depende de los efectos naturales como puede ser sol o

viento.

Obtenemos datos de la inversión necesaria para la implantación de las distintas instalaciones para

adjudicar valores a este criterio.

Tabla 10-5. Inversión inicial necesaria para cada alternativa.

Solar Eólica Geotérmica Biomasa Oceánica Hidráulica

Inversión

inicial

(€/MW)

1.200.000 1.000.000 1.100.000 700.000 6.500.000 10.000.000

La generación de residuos la calculamos de la misma manera que la contaminación con la diferencia de

que no solo hablamos de CO2 si no que incluye cualquier residuo que genere la actividad.

El segundo elemento, consistirá en la multiplicación del valor asignado anteriormente y la importancia relativa

calculada en la matriz anterior.

Tabla 10-6. Matriz de decisión final.

Energía Solar Energía Eólica Energía

Hidráulica Energía Oceánica Energía Biomásica

Energía

Geotérmica

Contaminación 4 1,18812 4 1,18812 4 1,18812 5 1,48515 2 0,59406 2 0,59406

Impacto

ambiental 5 1,38614 3 0,83168 2 0,55446 3 0,83168 4 1,10891 2 0,55446

73 Estudio de utilidad de energías renovables y su implantación en el ámbito social.

Energía Solar Energía Eólica Energía

Hidráulica Energía Oceánica Energía Biomásica

Energía

Geotérmica

Versatilidad en

la localización 4 0,71287 4 0,71287 2 0,35644 1 0,17822 5 0,89109 2 0,35644

Precio energía

obtenida 4 0,47525 3 0,35644 4 0,47525 3 0,35644 5 0,59406 1 0,11881

Continuidad de

servicio 1 0,08911 2 0,17822 5 0,44554 4 0,35644 4 0,35644 4 0,35644

Inversión inicial 4 0,11881 4 0,11881 3 0,08911 3 0,08911 5 0,14851 4 0,11881

Residuos 5 0,04950 4 0,03960 3 0,02970 4 0,03960 1 0,00990 2 0,01980

Valor total 4,01980 3,42574 3,13861 3,33663 3,70297 2,11881

Con esta matriz obtenemos el valor total de cada alternativa, lo que nos otorga una ordenación de las energías

renovables analizadas en relación a la sostenibilidad del planeta que es el siguiente:

Tabla 10-7. Resultado del análisis.

1º Energía Solar

2º Energía Biomásica

3º Energía Eólica

4º Energía Oceánica

5º Energía Hidráulica

6º Energía Geotérmica

CONCLUSIONES

Este proyecto me ha dado la posibilidad de formarme más sobre un tema que siempre me ha parecido interesante.

He conocido en detalle cómo funcionan las diferentes tecnologías de obtención de energía a partir de renovables

y de muchas de las barreras con las que se encuentran en la actualidad. En especial, la energía oceánica de la que

me he llevado grandes sorpresas dado el desconocimiento que poseía de ella antes de elaborar este documento.

Además, he podido plantear un análisis con estas tecnologías y varios criterios elegidos para obtener la mejor

energía renovable en relación a la sostenibilidad del planeta, que en este caso ha sido la energía solar.

En nuestro país es una gran alternativa ya que, sobre todo en el sur, disponemos de muchas horas de Sol al año

y deberíamos aprovecharlas. Se trata de una energía limpia e inagotable. Desde mi punto de vista estaría mucho

más desarrollada e implantada si no existiera el comentado “impuesto al Sol”. Aunque no sea para producir

energía eléctrica, la energía termoeléctrica si es muy rentable y útil en el hogar y opino que todos ellos deberían

estar previstos de placas fotovoltaicas eliminando así los termos tradicionales para el uso de agua caliente. A las

grandes instalaciones fotovoltaicas les veo el inconveniente de la gran expansión de terreno necesaria para ellas,

a la vez que a la gran inversión que suponen, aunque esta podría subvencionarse a través de inversión estatal y,

con una buena política, sería recuperada.

Mi resumen de todo lo visto se reduce en dos cosas.

En primer lugar, es necesaria la implantación de energías alternativas para seguir manteniendo el planeta tal y

como lo conocemos. La contaminación de la Tierra y el agotamiento de combustibles fósiles es algo que está

ocurriendo aquí y ahora, y nadie más que nosotros mismos tenemos el poder de solucionarlo. Para ello es

necesaria mucha educación ambiental. Realmente esto es algo que tenía claro antes de empezar el proyecto pero,

conforme iba documentándome solo conseguía corroborar este pensamiento.

En segundo lugar, he aprendido que difícilmente tendremos un futuro mejor en el que únicamente obtengamos

energía de un solo recurso renovable, sino que cada tipo de energía renovable y de tecnología es apropiado a un

emplazamiento y a unas condiciones particulares. Disponer de diferentes alternativas es lo que permitirá

satisfacer la demanda energética de forma adecuada.

Aunque irá cambiando poco a poco, todavía el bajo coste de los combustibles fósiles dificulta la implantación

de las energías renovables. Hoy en día estas energías sólo cubren una pequeña parte del consumo energético

global. Aun así, he conocido el ingenio humano el cual ha permitido desarrollar distintas tecnologías, muchas

de ellas muy básicas y eficaces, con las que es posible obtener energía a partir de recursos renovables, locales e

inagotables. Es un campo que se encuentra en constante crecimiento y desarrollo y que, sin duda, supone la

alternativa real al abastecimiento de la energía necesaria para nuestro día a día, sin hipotecar las generaciones

futuras ni agotar recursos finitos que encontramos en la Tierra.

75 Estudio de utilidad de energías renovables y su implantación en el ámbito social.

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