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En este capítulo se recordarán y fijarán conceptos básicos en relación con la energía, así como su medida y valores de referencia que permitan su comprensión en términos prácticos y cotidianos.
También se presenta una visión más profunda de las manifestaciones de la energía y de sus transformaciones, así como del rendimiento asociado a las mismas.
El contenido de este tema allana el camino para comprender mejor el papel de las energías renovables en el futuro energético del planeta.
En este tema se realiza un amplio y somero repaso por todas las fuentes de energía presentes en el planeta Tierra, con una introducción a la energía en el Universo del cual forma parte.
Se hace especial hincapié en las transformaciones de la energía solar que llega a la Tierra, y que en último término conforman la inmensa mayoría de las energías disponibles, tanto fósiles como renovables.
La presentación de cada fuente energética se realiza siguiendo una estricta sistemática: Origen de la misma, potencial energético, formas de aprovechamiento, producción a nivel mundial, consumo y duración prevista.
Se realiza también un somero análisis de la situación energética mundial, que en último término indica la importancia crucial que las energías renovales van a representar para el futuro de la humanidad.
Es importante que el estudiante acuda a las fuentes bibliográficas indicadas para ampliar estos conocimientos.
En este tema se realiza un amplio repaso sobre los diferentes sistemas empleados para lograr las transformaciones energéticas que convierten las energías primaria en energía final, incluyendo los rendimientos asociados a las mismas.
También se analiza el binomio producción-demanda, clave para entender las limitaciones en el uso masivo de las energías renovables, incluyendo algunas ideas sobre sistemas de almacenamiento de energía.
En este capítulo se introducen dos aspectos de la explotación de las fuentes energéticas de gran actualidad: sus efectos sobre el ecosistema (suelo, aire y agua) y los costes asociados, no solo los costes de las propias fuentes, sino también los originados por los cambios en el ecosistema (costes externos).
Se hace ver que la no introducción de estos costes externos en los precios de la energía está retrasando la introducción masiva de las energías renovables y del ahorro energético, en una espiral de consecuencias catastróficas para la humanidad.
En este capítulo se presentan aspectos básicos respecto del origen, la medida y valoración energética del Sol. Asimismo, se comentan algunos conceptos de radiación, se describen los componentes más comunes de los sistemas técnicos empleados para la captura y transformación de la energía solar térmica y los sistemas de aprovechamiento y almacenamiento energético. También se especifican, las principales infraestructuras necesarias para la puesta en marcha y explotación de los diferentes tipos de plantas termoeléctricas, así como los costes asociados a las mismas.
Finalmente, se indican aspectos relacionados con la incidencia que las instalaciones de aprovechamiento de la energía solar térmica pueden tener sobre el medio ambiente y se señala la situación actual de esta tecnología energética.
La energía solar fotovoltaica se basa en la utilización de células solares o fotovoltaicas, fabricadas con materiales semiconductores cristalinos que, por efecto fotovoltaico, generan corriente eléctrica cuando sobre los mismos incide la radiación solar. El silicio es la base de la mayoría de los materiales más ampliamente utilizados en el mundo para la construcción de células solares.
La corriente eléctrica generada a partir de la energía solar fotovoltaica tiene actualmente distintas aplicaciones. Por un lado se encuentran las aplicaciones más tradicionales, cuyo objetivo es proporcionar energía eléctrica a zonas aisladas con deficiencias en el abastecimiento eléctrico convencional (electrificación de viviendas generalmente aisladas, bombeos, sistemas de señalización vial, sistemas de comunicaciones, sistemas agroganaderos, etc.).
Un segundo tipo de aplicación consiste en la inyección de energía eléctrica en las redes eléctricas. En un tercer bloque pueden incluirse aquellas aplicaciones específicas, las cuales abarcarían desde el suministro de energía a satélites artificiales hasta la alimentación de automóviles, relojes, radios o calculadoras de bolsillo.
La energía eólica es la energía cinética del viento. Para el aprovechamiento de dicha energía se han desarrollado a lo largo de la historia diferentes sistemas tecnológicos. Durante siglos, la aplicación clásica de la energía capturada por las máquinas eólicas ha sido la molienda de grano y el bombeo de agua. Sin embargo, en la actualidad, la aplicación más generalizada de la energía contenida en el viento es la producción de electricidad mediante «aerogeneradores» que, aprovechando el conocimiento de múltiples disciplinas, se diseñan, construyen y operan con las tecnologías más avanzadas y se conectan, frecuentemente configurando los denominados «parques eólicos», a algún tipo de red eléctrica.
En este capítulo se presentan aspectos básicos respecto del origen, la medida y valoración energética del viento. Asimismo, se comentan algunos principios de aerodinámica de las turbinas eólicas, se describen los componentes más comunes de los sistemas técnicos empleados para la captura y transformación de la energía cinética del viento y los sistemas de aprovechamiento y almacenamiento energético. También se especifican, de forma sintetizada, las infraestructuras necesarias para la puesta en marcha y explotación de las instalaciones eólicas y los costes asociados a las mismas.
Finalmente, se indican aspectos relacionados con la incidencia que las instalaciones de aprovechamiento de la energía eólica pueden tener sobre el medio ambiente y se señala la situación actual de esta tecnología energética.
La evolución, desde los inicios del siglo XX hasta nuestros días, del aprovechamiento de la energía hidroeléctrica mediante minicentrales ha sufrido altibajos. Sin embargo, actualmente, como consecuencia de diversos factores, tales como las crisis energéticas de los años 1970, las trabas que representan los impactos medioambientales al desarrollo de grandes centrales hidroeléctricas, etc., ha vuelto a impulsarse.
En este capítulo se presentan aspectos básicos respecto del origen, la medida y potencial de esta fuente energética renovable. También, se comentan las opciones técnicas de las minicentrales hidroeléctricas y se describen las infraestructuras y componentes más comunes de las instalaciones. Asimismo, se comentan los costes asociados a este tipo de aprovechamiento energético renovable.
Finalmente, se indican aspectos relacionados con la incidencia que las instalaciones de aprovechamiento hidroeléctrico pueden tener sobre el medio ambiente y se señala la situación actual de esta tecnología energética.
La biomasa, desde el punto de vista medioambiental, podría considerarse como una sustitución directa de los combustibles fósiles, particularmente del carbón, ya que se quema o gasifica de una manera análoga a como lo hace el carbón y, como el carbón, produce emisiones atmosféricas, principalmente dióxido de carbono. Sin embargo, existen diferencias importantes. La biomasa vegetal cuando crece toma dióxido de carbono de la atmósfera durante el proceso de fotosíntesis. Por tanto, durante el ciclo completo de crecimiento, cosecha y combustión existe un equilibrio neto entre la adición y sustracción de dióxido de carbono a la atmósfera. Sin embargo, la principal diferencia entre biomasa y carbón consiste en que la biomasa no contiene sulfuros y, por tanto, las centrales de gas procedentes de biomasa no precisan de tratamientos para eliminar los dióxidos de sulfuro antes de liberar las emisiones a la atmósfera.
En este capítulo se presentan aspectos básicos respecto del origen de este tipo de fuente energética y sobre su potencial.
Además, se describen los diferentes tipos de sistemas que se utilizan para aprovechar la energía de la biomasa.
También, se indican aspectos relativos a los costes de inversión y mantenimiento de este tipo de plantas, así como cuestiones relacionadas con la incidencia que las instalaciones de aprovechamiento de la energía de la biomasa pueden tener sobre el medio ambiente.
Por último, se señala la situación actual de esta tecnología energética.
Existen tres sistemas principales de transformar la energía geotérmica en electricidad, siendo cada uno de ellos apropiado para un tipo específico de campo geotérmico.
Además, se describen los diferentes tipos de sistemas que se utilizan para aprovechar la energía geotérmica en función de las características del campo geotérmico.
También, se indican aspectos relativos a los costes de inversión y mantenimiento de este tipo de plantas, así como cuestiones relacionadas con la incidencia que las instalaciones de aprovechamiento de la energía geotérmica pueden tener sobre el medio ambiente.
La energía que contienen las olas depende de la velocidad del viento y de la distancia que las olas viajan con él. Cuanto mayor sea la velocidad del viento y más larga la distancia recorrida por la ola con el viento soplando sobre ella, mayor será la energía que el agua absorbe.
Los sistemas de transmisión de potencia pueden clasificarse en tres tipos: los que utilizan alta presión hidráulica, generalmente aceite; los que emplean baja presión hidráulica, normalmente agua de mar; y los que usan turbinas de aire. La mayoría de estos sistemas suelen diseñarse para generar electricidad, aunque existen algunas propuestas para usar la energía mecánica para desalinizar agua de mar.
En este capítulo se presentan aspectos básicos respecto del origen de este tipo de fuente energética renovable y sobre su potencial.
Además, se describen los diferentes tipos de dispositivos que se utilizan para aprovechar las olas en la orilla o en la cercanía de ella y los aparatos que se sitúan fuera de la costa.
También, se indican aspectos relativos a los costes de este tipo de plantas, así como cuestiones relacionadas con la incidencia que las instalaciones de aprovechamiento de la energía de las olas pueden tener sobre el medio ambiente.
Además, se describen los diferentes ciclos de trabajo y efectos de las centrales mareomotrices de los estuarios, así como los componentes de estas instalaciones.
También se señalan algunos conceptos sobre los dispositivos utilizados para el aprovechamiento de las corrientes marinas generadas por las mareas.
Además, se indican aspectos relativos a los costes de este tipo de plantas, así como cuestiones relacionadas con la incidencia que las instalaciones de aprovechamiento de la energía de las mareas pueden tener sobre el medio ambiente.
Asimismo, se describen los tres sistemas de trabajo que utilizan las OTEC para aprovechar este tipo de energía.
También se comentan algunas instalaciones que se han propuesto y/o realizado en el mundo y se indican ventajas e inconvenientes sobre las posibles zonas de ubicación de estas plantas.
Además, se indican aspectos relacionados con los costes de este tipo de plantas, en función de la potencia instalada y de su ubicación, así como aspectos relacionados con la incidencia que las instalaciones de aprovechamiento de la energía maremotérmica pueden tener sobre el medio ambiente.
La implantación progresiva de fuentes de generación de pequeño y mediano tamaño, complementario con el sistema utilizado hasta ahora, dará lugar a un nuevo paradigma de generación distribuida, en el que la eficiencia eléctrica sea la nota dominante.
Las redes inteligentes van a suponer un cambio radical en el modelo en el que la energía y la información se genere, se distribuya y se consuma, incorporando sistemas de lectura y medida a distancia, para saber los hábitos de los consumidores, e intentar que poco a poco el consumidor se involucre en la gestión de su propio consumo de energía, con el fin de mejorar su propio rendimiento energético, y así poder en su conjunto optimizar el sistema eléctrico.
