Generalidades

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1.1 Generalidades

La energía renovable, también conocida como alternativa o blanda, abarca una serie de fuentes energéticas que se regeneran de manera natural y que son prácticamente inagotables en el tiempo (Fig. 1.1). Comprenden:

1 - Biomasa. La biomasa es el conjunto de la materia biológicamente renovable (madera, celulosa, carbón vegetal, etc.) cuya energía procede del Sol y que puede obtenerse en estado sólido por combustión o bien en estado líquido mediante la

fermentación de azúcares, o gaseoso, a través de la descomposición anaeróbica (en ausencia de oxígeno) de la materia orgánica. El proceso de aprovechamiento de la energía de la biomasa puede ser tan simple como cortar árboles y quemarlos, o tan complejo como utilizar la caña de azúcar, el girasol u otros cultivos y convertir sus azúcares en combustibles líquidos.

Fig. 1.1 Fuentes energéticas renovables

2 - Eólica. Se aprovecha la energía del viento moviendo las palas de un aerogenerador.

3 – Geotérmica. Es producida por el gradiente térmico entre la temperatura del centro de la Tierra y la de la superficie. A profundidades de 3 a 5 km circulan corrientes de agua subterráneas junto a rocas calientes, con lo que puede aprovecharse su energía, sea en calefacción residencial, o bien inyectando agua que pasa a vapor a alta presión y mueve turbogeneradores.

El sistema geotérmico de calefacción/refrigeración aprovecha la inercia térmica de la tierra a profundidades que van de 2 hasta 150 m, trabajando temperaturas del terreno entre 0 y 20ºC según la latitud de los países (en España unos 15ºC). La climatización se realiza aprovechando la diferencia de temperatura entre el subsuelo y el ambiente, a través de un colector instalado bajo tierra, que aprovecha en invierno la temperatura más alta del suelo para la calefacción y en verano, la temperatura más baja del subsuelo para la refrigeración.

4 – Hidráulica. Se aprovecha la energía potencial del agua de los ríos mediante presas que permiten almacenarla y descargarla a un nivel más bajo para generar energía en la planta hidroeléctrica (turbinas y generadores).

5 – Oceánica. Mareas, olas, térmica y corrientes marinas. Las mareas cuando suben permiten retener el agua en esclusas y cuando bajan el agua puede ser liberada de forma parecida a como se hace en las centrales hidroeléctricas. Las mareas deben ser fuertes, al menos de 5 m de altura entre la marea alta y la baja, lo que limita la extracción de energía a unos pocos lugares del mundo.

Las olas en movimiento contienen energía (cinética y potencial) que, a través de dispositivos adecuados, puede ser aprovechada para mover turbinas y generar corriente eléctrica.

Energías renovables

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La energía térmica de los océanos aprovecha las diferencias de temperatura entre las aguas superficiales y las profundas. Estos sistemas permiten además obtener agua potable, generar hidrógeno por electrolisis y usos de acuacultura gracias a la gran cantidad de nutrientes que se encuentran en las profundidades marinas.

Las corrientes marinas proporcionan energía con turbinas fijadas adecuadamente en el seno de la corriente.

6 – Solar. Hay centrales térmicas solares y plantas fotovoltaicas que aprovechan la radiación solar. Las primeras transforman la radiación solar en energía calorífica, bien de forma sencilla exponiendo al Sol una superficie metálica pintada de negro que calienta el agua en contacto térmico con dicha superficie, o bien concentrando la energía solar mediante espejos parabólicos sobre tubos o depósitos de agua o aceite, que vaporizan el agua accionando una turbina que genera electricidad.

En las plantas fotovoltaicas, la luz solar (fotones) incide sobre celdas de silicio creando una diferencia de potencial entre los dos polos de la celda, que, al ser conectados, generan una corriente eléctrica. La Tierra recibe del Sol una cantidad de energía de 173000 TW y la energía media recibida por una sección perpendicular en la capa más externa de la atmósfera terrestre es de 1370 w/m2, que es la llamada constante solar.

7 – Fusión Nuclear. Se basa en la energía que se libera de la unión entre los átomos. Intervienen dos isótopos del hidrógeno, el tritio (3H), que se extrae del litio (muy abundante en el agua) y el deuterio (2H), que se encuentra en el hidrógeno en la proporción del 0,15%. Sus núcleos tienen la mínima fuerza de repulsión al ser los átomos más ligeros. Debe aplicarse una gran energía para conseguir su unión, lo que se logra con calor formándose plasma con una temperatura interior de millones de grados, que en la naturaleza se alcanza en las supernovas. Lo realmente difícil es construir el reactor que soporte estas temperaturas tan elevadas. La energía conseguida es alta y cada kilogramo de hidrógeno produce del orden de 70000000 kWh.

La energía nuclear de fusión se consigue con confinamiento magnético (reactor Tokamak y Stellarator) y confinamiento inercial. El proyecto ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) formado el 24 de mayo de 2006, por la Unión Europea, Rusia, Estados Unidos, Japón, China, Corea del Sur e India utiliza un reactor Tokamak.

De hecho la energía nuclear de fusión no es una energía renovable1 ya que consume materiales como el litio (abundante en el agua) y el deuterio (0,15% en el hidrógeno). Sin embargo puede decirse que la abundancia de estas materias en la naturaleza es prácticamente inagotable.

En la figura 1.2 pueden verse aspectos de las energías renovables.

1 Por lo tanto no se dedicará en el libro un capítulo a su estudio.

Aerogenerador

Viento

Aerogenerador

Viento

b - Energía eólicaa - Energía biomasa

Generalidades

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Obra de toma

Tubería a presión

Subestación Vaso (presa)

Ventilación

Casa de máquinas

Pozo de oscilación

Túnel de desfogue

d - Energía hidráulica

f - Energía olase-Energía mareas

Agua caliente de la superficie

Agua fría del fondo

g - Energía térmica oceánica h - Corrientes marinas

Energía disponible: 300000 kWh/año Potencia =120 kW

50 m

30 m

12 m

Energía disponible: 300000 kWh/año Potencia =120 kW

50 m

30 m

12 m

c-Energía geotérmica

Energías renovables

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Fig. 1.2 Energías renovables

Se tendrá en cuenta, que aunque una fuente de energía sea renovable, no implica que sea limpia (no contaminante), que no impacte el medio natural y que se preste a un desarrollo sostenible. Por ejemplo, la energía eólica causa un fuerte impacto en el medio natural (visual y acústico).

1.2 Antecedentes

El inicio de las energías renovables arranca de la prehistoria, cuando el hombre aprendió a utilizar la energía del viento como propulsión de los barcos a vela. La energía hidráulica la aprovechó desde el año 1000 a de C. usando molinos de molienda de cereales movidos por el caudal de los ríos, y en la época de Cristo y la Edad Media utilizando grandes ruedas hidráulicas o norias. La energía solar empezó a usarla a finales del siglo pasado.

El primer uso documentado aparece en el siglo III antes de Cristo, durante el saqueo de Siracusa en la Segunda Guerra Púnica, en que Arquímedes utilizó grandes espejos para reflejar y concentrar los rayos solares sobre las velas de las naves romanas prendiéndoles fuego.

Más adelante aparecieron el carbón, el petróleo y el gas natural, como energías fósiles, baratas y con un alto poder energético, que inicialmente parecieron inagotables

i - Central térmica solar j - Energía solar fotovoltaica

k - Reactor de fusión nuclear (Proyecto ITER)