Demanda y consumo de energía en España
En España, en el período 1996-2001, la demanda de electricidad se incrementó en el 35 %. Durante este mismo período, el crecimiento de la punta de demanda fue superior en un 44 %. En el año 2001, el consumo de energía eléctrica aumentó un 5,8 % sobre el año 2000, y alcanzó los 208.581 millones de kWh.
En 2001, la producción de energía eléctrica aumentó en el 5,6 % sobre el año anterior, hasta llegar a la cifra de 237.260 millones de kWh. La producción de origen nuclear alcanzó los 63.715 millones de kWh en 2001, que constituyó un máximo histórico. La producción nuclear supuso el 27 % del total de producción eléctrica, la hidráulica un 21,5 % y la térmica un 51,5 %.
En el capítulo de las energías renovables, aquéllas que se producen de forma continua, inagotable y respetuosa con el medio, el incremento ha sido espectacular, aunque siguen siendo muy minoritarias. Con todo, el Plan de Fomento de las Energías Renovables 2000-2010 prevé triplicar el consumo de energía de fuentes de biomasa y eólica y multiplicar por diez la procedente de biocarburos y solar.
Según el Club Español de la Energía, la posición de la industria eléctrica española se centra en apoyar las acciones encaminadas a asegurar el suministro energético, sobre fuentes diversificadas, en un mercado liberalizado y que funcione en condiciones de competencia, con un marco regulatorio que permita además atraer la participación de nuevas inversiones.
La energía hidroeléctrica
La energía hidroeléctrica o hidráulica consiste en el aprovechamiento energético de la caída de masas de agua de los ríos o embalses, producida por los desniveles que hay de forma natural o artificial (presas).
Esta forma de generación de energía tiene un peso relativamente importante en la estructura energética de muchos países y, mediante la construcción de la infraestructura necesaria para su utilización, permite generar, de manera limpia y con un elevado grado de autonomía, energía eléctrica sin consumo de combustibles fósiles.
EMBALSE DE PORMA
• Las centrales hidroeléctricas
En las centrales hidroeléctricas se transforma la energía potencial del agua embalsada en energía cinética del agua en movimiento. Cuando esta agua llega a las turbinas, la energía cinética se transforma en energía eléctrica.
Las partes principales de una central hidroeléctrica son:
- — La presa: Es la encargada de almacenar el agua y de provocar una elevación del nivel que permita canalizarla para su utilización hidroeléctrica.
- — El canal de derivación: Es el conducto que canaliza el agua desde el embalse. Éste puede ser abierto, como los que se construyen siguiendo la ladera de una montaña, o cerrado, a través de túneles excavados.
- — La cámara de presión: Es el punto de unión del canal de derivación con el conducto de presión. En esta cámara se instala la chimenea de equilibrio, que consiste en un depósito de compensación cuya misión es evitar las variaciones bruscas de presión causadas por fluctuaciones del caudal de agua.
- — El conducto de presión: Se encarga de conducir el agua hasta la cámara de turbinas. Los conductos de este tipo se construyen de diversos materiales en función de las presiones que han de soportar.
- — La cámara de turbinas: Es la zona donde se instalan las turbinas y alternadores. Las turbinas son máquinas compuestas esencialmente por un rodillo con palas unidas a un eje central giratorio. Su misión es transformar la energía cinética del agua en energía cinética de rotación del eje. El alternador, el eje del cual es la prolongación del eje de una turbina, se encarga de transformar la energía cinética de rotación del eje en energía eléctrica.
- — El canal de desguace: Devuelve al río el agua utilizada en las turbinas. Como esta agua sale a gran velocidad, se protegen las salidas y las paredes laterales con refuerzos de hormigón.
- — El parque de transformadores: Los alternadores actuales generan energía eléctrica a una tensión inferior a 20.000 V. En estas condiciones se producirían pérdidas considerables de energía en el transporte de la electricidad a largas distancias. Para evitarlo, se necesita elevar la tensión a valores superiores; de esta forma, la intensidad de la corriente disminuye y, junto con ella, la pérdida de potencia.
El aprovechamiento energético de los saltos de agua se consigue gracias a la presión generada por la diferencia de altura y el caudal disponible.
• Impacto ambiental
Desde una visión de protección ambiental, la construcción de una central hidroeléctrica tiene los siguientes aspectos positivos:
- — Presenta un mínimo impacto ambiental si se compara con la generación de electricidad a partir de combustibles fósiles.
- — No se emite CO2 a la atmósfera y, por consiguiente, no contribuye al aumento del efecto invernadero.
- — No se emiten óxidos de nitrógeno y de azufre y, por consiguiente, no se origina lluvia ácida.
- — No se originan productos tóxicos ni radiactivos.
Los posibles impactos ambientales, cuando se trata de instalaciones que aprovechan obras hidráulicas ya existentes, son prácticamente nulos, como ocurre, por ejemplo, en las minicentrales construidas a pie de presa o que aprovechan sistemas de abastecimiento de agua de antiguas instalaciones en desuso.
Energía solar
Las dificultades de abastecimiento energético que sufren la mayoría de los países ha tenido, como principal consecuencia, la puesta en marcha de planes específicos encaminados no sólo al empleo más racional de la energía, sino a la búsqueda de nuevos recursos energéticos.
Todo ello ha contribuido a dar un mayor peso al uso de fuentes de energía renovables tales como la solar, la eólica o la geotérmica. Las energías renovables resultan prácticamente inagotables y su impacto medioambiental es muy bajo. El desarrollo de tecnologías alternativas ha permitido una parcial reducción en el uso generalizado de procesos energéticos basados, exclusivamente, en los combustibles de origen fósil (gas natural y derivados del petróleo).
La energía proveniente del Sol se puede aprovechar para generar electricidad (conversión fotovoltaica) o bien se puede utilizar directamente, especialmente para calentar agua o edificios (uso térmico). Se trata de una energía prácticamente inagotable y de nulo impacto ambiental, por lo que actualmente se está potenciando su desarrollo.
''Recinto solar''
El Sol, como todo cuerpo que se encuentra a una temperatura elevada, emite radiación de forma continua. La energía radiante se propaga en forma de ondas electromagnéticas de distinta frecuencia y longitud de onda.
Del espectro electromagnético de la radiación solar tienen especial interés, en relación con las distintas aplicaciones, la región de las radiaciones infrarrojas, la de la luz visible y la de las radiaciones ultravioletas. Aproximadamente, un 90 % de la energía solar se emite dentro de la región de la luz visible y del infrarrojo. Cuando la luz solar atraviesa la atmósfera terrestre, tienen lugar fenómenos de difusión y absorción que, entre otros efectos de menor importancia, provocan una disminución de la intensidad de la radiación solar. Estos fenómenos dependen de dos factores básicos: de la trayectoria de los rayos solares y de la composición local de la atmósfera terrestre.
En la superficie terrestre se observan unos valores máximos que, según el lugar, la época del año y las condiciones atmosféricas, se sitúan entre 800 y 1.200 W/m2. Los valores máximos de insolación, valores medios anuales de intensidad solar por unidad de superficie expuesta al sol, se producen en las regiones situadas a una latitud próxima a los 40°.
La luz solar transporta energía, que calienta la Tierra y es la causa condicionante del clima y el tiempo atmosférico. El suelo, al ser calentado por la luz solar, irradia en el rango infrarrojo, ya que no posee suficiente energía para emitir en el visible. El suelo se calienta sólo durante el día, pero irradia al exterior día y noche, por eso la noche es más fría que el día.
• Colectores solares
Un cuerpo expuesto a la luz del sol se calienta debido a que absorbe una parte de la energía que recibe de la radiación solar. La energía radiante absorbida se transforma en calor y la temperatura del cuerpo aumenta. La elevación de la temperatura del cuerpo que recibe la radiación provoca la irradación de energía hacia el exterior.
Para utilizar este cuerpo como un colector o captador de energía, debe reducirse al mínimo esta radiación que genera el cuerpo. Para ello puede recurrirse a la propiedad que presentan los materiales, según la cual una misma superficie puede tener comportamientos térmicos distintos según el tipo de radiación que recibe. Por ejemplo, el vidrio y algunos materiales plásticos transparentes a la radiación visible son prácticamente opacos a la radiación infrarroja. Este efecto físico, conocido con el nombre de efecto invernadero, se aprovecha para aumentar los rendimientos de los colectores solares planos, elementos básicos de las instalaciones solares térmicas. Por tanto, si se cubre con una lámina de vidrio un cuerpo que absorbe fácilmente la energía solar, a medida que aumenta su temperatura, la radiación infrarroja emitida no puede atravesar el vidrio, ya que este material no es transparente a este tipo de radiación, y queda atrapada en el interior del colector solar, con lo que origina un aumento muy rápido de la temperatura del aire contenido en su interior. Se puede observar este efecto al entrar en un automóvil que ha estado estacionado largo tiempo al sol: la temperatura del interior es sensiblemente más elevada que la del exterior.
En una instalación solar los colectores tienen una función equivalente a la de una caldera en una instalación térmica convencional. La superficie de los colectores solares es muy variable, desde 0,5 hasta 4 m2, aunque para la mayoría de las aplicaciones domésticas se sitúan en torno a los 2 m2. Un colector consta de cuatro elementos básicos.
- — Superficie captadora: Suele fabricarse en cobre o en aluminio. Está formada por un conjunto de tubos o conductos por los cuales circula el agua que debe ser calentada. La capacidad absorbente de la superficie captadora puede aumentarse aplicándole un recubrimiento negro mate con pinturas especiales; de esta forma se consiguen valores de absorción próximos al 98 % de la radiación solar.
- — Cubierta transparente: Es una cubierta de plástico o vidrio que se coloca sobre la placa absorbente con el fin de reducir las pérdidas de energía térmica de un colector. Una lámina de vidrio, con bajo contenido de hierro, puede llegar a transmitir valores superiores al 85 % de la radiación solar incidente.
- — Aislantes térmicos: Son materiales de baja conductividad térmica que permiten reducir las pérdidas energéticas. Los más utilizados son la fibra de vidrio, la espuma rígida de poliuretano o el poliestireno expandido. Estos materiales suelen colocarse debajo de la superficie absorbente o en los laterales.
- — Carcasa: Contiene todos los elementos del colector. En general son metálicas y deben ser rígidas y resistentes a la intemperie. La capacidad para estancar la energía calorífica de un colector se consigue mediante juntas adecuadas entre la cubierta y la carcasa, que suelen ser de caucho o silicona.
Instalaciones térmicas a baja temperatura
Las instalaciones a baja temperatura pueden clasificarse en dos grandes tipos: activas y pasivas.
Sistemas activos
Se caracterizan por una separación neta entre el elemento captador de la energía solar, en la mayoría de las instalaciones un colector solar, y el resto de los elementos de la instalación como el depósito de almacenamiento, los intercambiadores de calor, los elementos de generación de energía auxiliar o los sistemas de control.
El sistema activo más simple es el de circulación de agua mediante termosifón, en el cual la colocación del depósito de agua fría por encima del nivel del colector solar provoca la circulación natural del agua por convección. En el caso de circulación forzada, el sistema tiene instalada una bomba impulsora que puede activarse a una determinada temperatura.
La instalación más habitual es la que permite que el agua caliente del depósito pueda abastecer la demanda de un día y medio sin sol. Ello obliga a la incorporación de una fuente de energía auxiliar (gas natural, electricidad, gasoil, etc.) que, en los días nublados, permita calentar el agua del depósito de almacenamiento.
En el hemisferio norte, los colectores solares deben colocarse orientados hacia el Sur, ubicación que permite el máximo aprovechamiento de las horas de sol. Desviaciones de unos 30 a 35° hacia el Este o el Oeste no influyen sensiblemente en su rendimiento. Su inclinación respecto a la horizontal ha de permitir que la radiación solar incida sobre la cubierta del colector en la dirección más perpendicular posible.
Como información práctica se puede indicar que una familia formada por cuatro personas, con un consumo promedio de agua caliente sanitaria de unos 50 litros por persona y día, necesitaría una superficie mínima de 4 m2 de colectores solares, en el supuesto que éstos estén situados a una latitud de 40°.
Los sistemas pasivos de utilización de la energía solar tienen dos características fundamentales: en primer lugar, la misma construcción arquitectónica funciona como captador-acumulador de la energía solar, y en segundo lugar, la energía se transporta sin utilizar medios mecánicos. Los elementos arquitectónicos que caracterizan un sistema pasivo son los acristalamientos, los muros macizos, las paredes aislantes y las aberturas fijas o móviles. Debido a que en el hemisferio norte la trayectoria del Sol sobre el horizonte sigue un arco a través del sur del cielo, en el cual la mayor altura del Sol sobre el horizonte ocurre a mediodía, las casas orientadas al Sur captan el sol directamente y la radiación solar penetra a través de las ventanas y calienta el espacio interior durante todo el día. Durante la noche las ventanas facilitan las pérdidas de calor, las cuales pueden reducirse mediante el uso de cortinas, postigos de madera, persianas y otros elementos aislantes.
Entre los sistemas pasivos de captación indirecta, el muro Trombe, llamado así en honor del científico francés Felix Trombe, es el más conocido. Consiste en un muro macizo y oscuro colocado sobre la fachada sur, detrás de una pared de vidrio. El muro Trombe absorbe energía solar durante el día, según sea el grosor del muro, y la transmite lentamente al interior de la vivienda. El espacio situado entre el muro y el vidrio está en comunicación con el interior de la vivienda mediante unas aberturas, situadas en la parte alta y baja de la pared, las cuales permiten la circulación continua de aire que facilita el efecto calefactor. Este sistema presenta un grave inconveniente al impedir, en esta zona de la vivienda, el paso de la luz hacia su interior. Para evitar esto, se pueden combinar las ventanas con un muro Trombe de dimensiones más reducidas.
Cuando se quieren conseguir temperaturas superiores a los 150 °C, es imprescindible concentrar la energía dispersa de la radiación solar en un área determinada. Para ello se utilizan otros dispositivos llamados concentradores solares, que permiten, mediante el uso de lentes o espejos con una óptica adecuada, alcanzar temperaturas muy elevadas. Por ejemplo, en el horno solar de Odeillo (sur de Francia), mediante un espejo en forma de paraboloide de revolución que se sostiene por una estructura del tamaño de un edificio de nueve plantas, se alcanzan temperaturas cercanas a los 4.000 °C.
El concentrador más simple y conocido es la lupa, pero también pueden utilizarse como lentes concentradoras las llamadas lentes de Fresnel, del mismo tipo que las que se emplean para focalizar la luz en los faros marítimos y en los aparatos de proyección de transparencias.
En lugar de lentes, es mucho más frecuente el uso de espejos reflectores con la forma geométrica adecuada para concentrar la radiación solar. Un espejo que tenga forma de paraboloide de revolución reflejará la radiación solar hacia el foco de la parábola generatriz. Para ello debe mantenerse el eje del paraboloide paralelo a la radiación solar incidente, lo cual obliga a seguir el movimiento aparente del Sol.
Las aplicaciones de los concentradores solares son diversas: climatización centralizada de grandes edificios, producción de energía térmica para los procesos industriales de altas temperaturas, desalinización del agua del mar, fundición de materiales a altas temperaturas o generación de vapor para producir electricidad.
• Energía solar fotovoltaica
Las aplicaciones de la energía solar fotovoltaica están relacionadas con el llamado efecto fotovoltaico. Se trata de un efecto que se origina al incidir la luz sobre materiales semiconductores, lo que provoca un movimiento de electrones. Mediante la adición de unas sustancias, llamadas dopantes, se provoca la aparición de dos regiones con concentraciones diferentes de electrones que originan un campo electrostático que provoca el movimiento de los electrones y, por tanto, corriente eléctrica.
El contacto metálico de la cara sobre la cual incide la radiación solar (contacto positivo) suele tener forma de rejilla, mientras que la otra cara (contacto negativo) está totalmente recubierta de metal. Una célula individual de tipo estándar, con una superficie de exposición solar de 75 cm2 y una iluminación suficiente, puede producir una diferencia de potencial de 0,4 V con una potencia de 1 W.
La electrificación doméstica es una de las aplicaciones más importantes de la energía solar fotovoltaica. También puede usarse la energía solar fotovoltaica para bombear agua de pozos, en los sistemas de alumbrado público, en las señalizaciones marítimas (faros y boyas) y aéreas (señales de altura y de pistas), en las carreteras (señales luminosas e indicaciones de peligro), y en los repetidores de señales de radio, telecomunicación.
Las centrales fotoeléctricas, utilizadas en la generación de energía eléctrica que puede integrarse en la red general de distribución, son instalaciones diseñadas para una gran potencia de captación, entre los 100 kW y varios MW. En su construcción suelen emplearse paneles fotoeléctricos de diseño específico, con potencias unitarias de hasta 500 W.
Energia fotovoltaica, distribución en una casa.
La energía eólica
El viento es una fuente de energía inagotable. La primera noticia histórica de su utilización está datada en torno a 5.000 años a.C., con la utilización de las velas para propulsar embarcaciones. Los dos elementos básicos para el movimiento de un barco de vela son la presión que ejerce el viento sobre las velas y la fuerza aerodinámica ejercida por el mástil.
El molino de viento, otro de los inventos que han aprovechado la energía eólica, es un dispositivo que utiliza las ráfagas de aire para mover unos engranajes más o menos complejos. Parece ser que los primeros se desarrollaron en Persia hacia el s. VII. En Europa, la primera mención de un molino de viento aparece en un documento papal de 1105 y a principios del s. XIII ya se encuentran molinos de viento en casi toda Europa.
• La energía eólica en la era tecnológica
La energía eólica o energía del viento tiene un peso relativamente importante en la producción de energía eléctrica. Su carácter limpio e inagotable la convierte en una fuente energética con unas inmejorables perspectivas de desarrollo en las zonas geográficas que cuentan con un régimen de vientos adecuado.
El aprovechamiento de la energía eólica se realiza en los denominados parques eólicos, mediante aerogeneradores con características, tamaños y potencias diversos.
• El viento
La desigual distribución de la radiación solar sobre la superficie de la Tierra genera masas de aire que se encuentran a muy distinta temperatura. La causa del movimiento de estas masas de aire se debe al fenómeno de la convección, que consiste en el ascenso del aire caliente ligero a las capas superiores, y en la sustitución del espacio dejado por aire frío. Las zonas de la tierra que más se calientan son los trópicos, porque en ellos los rayos solares inciden casi perpendicularmente. En estas zonas se producen intensas elevaciones de masas de aire, de anchura muy variable, que son una de las causas de las fuertes tormentas que se producen. El vacío creado por el aire ascendente es ocupado por otras masas de aire caliente que, como consecuencia de la rotación de la Tierra, es desviado hacia el oeste. De esta forma se establece, alrededor de todo el globo terrestre, entre los 25° N y los 25° S, una circulación permanente de vientos que se conocen con el nombre de alisios.
Alrededor de los 30° de latitud se encuentra, en ambos hemisferios, un cinturón de anticiclones o área de altas presiones. Estas zonas anticiclónicas se caracterizan por la ausencia de vientos y de humedad en el aire. Bajo este cinturón anticiclónico, de cielos muy despejados, se hallan los grandes desiertos. A latitudes más altas, entre los 30° y los 60°, existe una ancha banda de vientos muy variables que dependen, en gran parte, de la distribución de tierras y mares y, en gran medida, de la orografía del terreno; la dirección y intensidad que toman los vientos son muy variables, y se caracterizan por transportar frentes lluviosos.
En las regiones polares, los vientos están dirigidos hacia latitudes más bajas. Sobre los casquetes polares existen masas de aire frío, de densidad relativamente elevada, que se desplazan hacia el este en la dirección de regiones más cálidas. Mientras que los vientos de latitudes medias llegan a alcanzar velocidades muy altas, los vientos alisios y los polares presentan velocidades moderadas.
Los vientos locales
Los vientos que se generan y actúan sobre áreas pequeñas reciben el nombre de vientos locales. Su origen está asociado a la orografía del terreno sobre el cual se forman. Se pueden clasificar en dos grandes grupos: vientos de costa y vientos de valle y montaña. Los vientos de costa, de periodicidad diaria, se denominan brisas marinas y se originan por el desigual calentamiento de la tierra y el mar. Durante el día se dirigen de la tierra al mar, y durante la noche, en sentido contrario. En los vientos de valle y montaña, el mecanismo es similar al anterior. Durante el día el aire de los valles se calienta y asciende por las laderas dando origen, en las cimas de las montañas, a un tipo de nubes llamadas cúmulos. Por la noche, el proceso se invierte y el aire frío y denso baja hasta los valles.
El conocimiento preciso de la dirección y de la intensidad del viento es indispensable para la correcta ubicación de los generadores eólicos de corriente eléctrica.
Los aerogeneradores son máquinas capaces de transformar el viento en energía eléctrica final destinada al consumo individual o industrial. Se trata de máquinas rotativas de muy diverso tamaño, en las que las palas de captación del viento se encuentran sujetas a un eje. La posición de este eje sirve para clasificar los aerogeneradores en dos grandes grupos: aerogeneradores de eje vertical y aerogeneradores de eje horizontal.
Los más utilizados son los de eje horizontal, ya que pueden proporcionar potencias eléctricas muy variables, desde algunos vatios (W) hasta valores situados por encima del megavatio (MW). Las partes más importantes de un aerogenerador son:
- — El rotor: Transforma la energía del viento en energía mecánica útil para su posterior transformación en energía eléctrica. El rotor está formado por el eje de giro, las palas y el buje, que alberga el sistema de anclaje de las palas al eje. La superficie barrida por las palas, accionadas por el rotor, es una característica básica de cada aerogenerador. Los rotores de paso variable permiten que el anclaje de las palas al buje tenga un cierto movimiento de giro sobre su propio eje. Aunque presenta una mayor complicación técnica de fabricación y montaje, este movimiento favorece el rendimiento energético del aerogenerador.
- — El multiplicador: Tiene como función adaptar la baja velocidad de rotación del eje del rotor a la velocidad, forzosamente más elevada, del generador eléctrico incorporado. El par torsor disminuye conforme la velocidad se adapta a las exigencias del generador. En algunos aerogeneradores la función del multiplicador es sustituida por un sistema electrónico de control de velocidades.
- — El generador: Se encarga de transformar la energía mecánica proporcionada por el rotor en energía eléctrica que, o bien se integra a la red general de alta tensión o se envía a algún centro de consumo. Los aerogeneradores de pequeña potencia (hasta unos 100 kW) utilizan generadores de corriente continua llamados dinamos. Para potencias más elevadas (hasta los 500 kW) es habitual usar generadores de corriente alterna llamados alternadores, que pueden ser asíncronos o síncronos.
- — Los sistemas hidráulicos: Tienen como misión básica intervenir en la operación de frenado del rotor cuando las velocidades del viento alcanzan un límite que, para valores superiores, pondría en peligro la estabilidad mecánica del aerogenerador.
- — Los sistemas eléctricos: Permiten el funcionamiento de los equipos auxiliares formados por los motores de orientación, el grupo hidráulico, las tomas de corriente, la iluminación general y la alimentación de todo el sistema electrónico del aerogenerador.
- — Los sistemas de control: Aseguran el correcto funcionamiento del aerogenerador de acuerdo con los parámetros de trabajo fijados previamente y se encargan de obtener rendimientos energéticos óptimos. Los parámetros más importantes que deben ser controlados son la potencia captada y transformada, junto con la adecuada orientación del rotor y de las palas.
- — Las torres de sustentación: Se encuentran cimentadas al terreno mediante pilotes de hormigón armado cuyo tamaño y peso dependen de las características del terreno y de los esfuerzos mecánicos que deben soportar estos aerogeneradores. Las torres son metálicas, de estructura tubular o en celosía.
El sector eólico ha experimentado un aumento continuado de la potencia instalada y del desarrollo tecnológico asociado, y se ha afianzado como una fuente de energía alternativa. Las estadísticas indican que la potencia instalada creció, en el período comprendido entre principios de 1995 y finales de 1999, en un promedio anual situado entre el 30 % y el 40 % según los países, lo cual representa una potencia mundial total acumulada de unos 6.500 MW.
En el conjunto de la Unión Europea, la energía eólica tiene un peso relativamente importante en la producción de energía eléctrica. Uno de los países europeos pionero en la industria eólica es Dinamarca. A finales de 1999, disponía de más de 4.500 turbinas eólicas que suministraban unos 800 MW (entre un 4 % y un 5 % del consumo eléctrico). En los Países Bajos, gran parte de las instalaciones eólicas se utilizan en el bombeo de agua para desecar terrenos ganados al mar. La potencia instalada a finales de 1998 era de unos 450 MW. En Alemania se han desarrollado aerogeneradores de gran potencia y a finales de 1998 tenía una potencia instalada de 1.300 MW, y era el país europeo con mayor potencia eólica instalada. En el Reino Unido se ha pasado de unos 30 MW instalados en 1991 a unos 400 MW a finales de 1999. En España, las perspectivas tecnológicas sitúan, en el período comprendido entre finales de los años 1999 y 2015, un incremento de la potencia eólica instalada desde los 410,7 MW hasta los 2.800 MW.
Energía geotérmica
La energía geotérmica proviene del interior de la tierra y se manifiesta en forma de agua caliente o vapor. En general, en la corteza terrestre la temperatura aumenta, en promedio, 1 °C cada 30 o 35 m de profundidad. En determinadas zonas volcánicas, activas o no, estos valores se incrementan notablemente y llegan a constituir verdaderas anomalías geotérmicas que pueden ser, en determinadas condiciones técnicas, aprovechables para la producción de energía eléctrica. Así, por ejemplo, el agua caliente o termal y los géiseres son fenómenos naturales que se fundamentan en la captación de energía térmica por parte del agua de lluvia.
Una primera aproximación sobre la cantidad de calor geotérmico disponible bajo la corteza terrestre, en los primeros 10.000 m de profundidad de la litosfera, es de unas 3 · 1026 calorías, lo que representa unas 2.000 veces el total de la energía térmica contenida en las reservas totales de carbón de todo el mundo. La mayor parte de esta energía se encuentra demasiado difusa, y no puede ser aprovechada en instalaciones geotérmicas convencionales.
En Estados Unidos, en la zona de los géiseres del estado de California, se construyó en 1960 la mayor central geotérmica del mundo, con una potencia, en 1999, cercana a los 2.000 MW.
Numerosos países se han incorporado a la producción de electricidad de origen geotérmico, con un balance muy positivo, ya que cubren una buena parte de la demanda interna de energía. En Europa, se estima que en 2005 unos 965 MW de energía térmica se utilizarán para calentar viviendas e invernaderos y en el suministro de procesos industriales.
• Geología y geotermia
Los mecanismos capaces de explicar el origen geofísico de la energía térmica son muy diversos. Los más importantes son:
- — El calor generado por la contracción gravitatoria inicial.
- — El calor generado por la colisión con meteoritos o planetoides en el período de formación del planeta.
- — El calor generado por la desintegración radiactiva de elementos como el uranio, el potasio y el torio.
- — El calor disipado como consecuencia de la progresiva disminución de la velocidad de rotación de la Tierra.
Una hipótesis plausible es la que explica que los elementos radiactivos estaban distribuidos de una manera prácticamente uniforme en el interior de la Tierra. La energía térmica generada por éstos, la movilidad de los diferentes elementos geoquímicos y su distribución por orden de densidades fueron la causa de los cambios internos que, en los primeros 1.000 millones de años, tuvieron lugar en el interior de la Tierra, y que fueron los precursores de la actual distribución de capas geológicas.
Una gran parte de la energía geotérmica se disipa hacia el exterior a través de la superficie de la Tierra. La forma como se transmite esta energía en la litosfera, así como su magnitud y variación, es una información básica para la localización de emplazamientos geotérmicos técnicamente rentables. La litosfera es un envoltorio rígido capaz de soportar grandes esfuerzos tectónicos sin deformarse. Su grosor oscila entre los 50 y 150 km; en estas condiciones la transmisión de la energía térmica en forma de calor se realiza por conducción. Los valores medios del gradiente de temperatura en la litosfera indican que por cada 10 m de descenso se produce un aumento de temperatura entre 0,2 y 0,4 °C.
• Características de los yacimientos geotérmicos
Para que un yacimiento geotérmico pueda ser aprovechado de una manera rentable, es necesario que se den unas determinadas condiciones:
- — La fuente de calor activa se ha de encontrar a una profundidad que no supere un valor límite que, teniendo en cuenta la rentabilidad económica, no debería superar los 10.000 m de profundidad.
- — La existencia de un sistema acuífero que al calentarse, en contacto con la fuente de energía térmica, sirva de vehículo para el transporte de la energía. Esto presupone, al mismo tiempo, la existencia de una formación geológica (roca almacén), porosa y permeable, que permita la circulación del agua.
- — La presencia de una cubierta térmicamente impermeable que impida la dispersión de la energía térmica almacenada en forma de calor.
Los yacimientos geotérmicos, en función de las condiciones de presión y temperatura del fluido que transporta al exterior la energía térmica subterránea, se pueden clasificar en dos grandes tipos: los yacimientos de alta entalpía y los de baja entalpía.
Central geotermica
Energía de biomasa
La biomasa incluye la madera, plantas de crecimiento rápido, algas cultivadas, restos de animales, etc. Es una fuente de energía procedente, en último lugar, del sol, y es renovable siempre que se use adecuadamente.
La biomasa puede ser usada directamente como combustible. Alrededor de la mitad de la población mundial sigue dependiendo de la biomasa como fuente principal de energía. El problema es que en muchos lugares se está quemando la madera y destruyendo los bosques a un ritmo mayor que el que se reponen, por lo que se están causando graves daños ambientales: deforestación, pérdida de biodiversidad, desertificación, degradación de las fuentes de agua, etc.
También se puede usar la biomasa para prepara combustibles líquidos, como el metanol o el etanol, que luego se usan en los motores. El principal problema de este proceso es que su rendimiento es bajo: de un 30 a un 40% de la energía contenida en el material de origen se pierde en la preparación del alcohol.
Otra posibilidad es usar la biomasa para obtener biogás. Esto se hace en depósitos en los que se van acumulando restos orgánicos, residuos de cosechas y otros materiales que pueden descomponerse, en un depósito al que se llama digestor. En ese depósito estos restos fermentan por la acción de los microorganismos y la mezcla de gases producidos se pueden almacenar o transportar para ser usados como combustible.
El uso de biomasa como combustible presenta la ventaja de que los gases producidos en la combustión tienen mucho menor proporción de compuestos de azufre, causantes de la lluvia ácida, que los procedentes de la combustión del carbono. Al ser quemados añaden CO2 al ambiente, pero este efecto se puede contrarrestar con la siembre de nuevos bosques o plantas que retiran este gas de la atmósfera.
En la actualidad se están haciendo numerosos experimentos con distintos tipos de plantas para aprovechar de la mejor forma posible esta prometedora fuente de energía.
Esquema de obtención de la materia
