Energía  y  Telecomunicaciones  Tema  6.1.  Energías  renovables  (I)  

Introducción  

Alberto  Arroyo  Gu?érrez  

Mario  Mañana  Canteli  

Raquel  MarGnez  Torre  

Jesús  Mirapeix  Serrano  

Cándido  Capellán  Villacián  

Departamento  de  Ingeniería  Eléctrica  y  Energé5ca  

Este  tema  se  publica  bajo  Licencia:  Crea5ve  Commons  BY-­‐NC-­‐SA  4.0  

Solving the clean energy problem is an essentialpart of building a better world. We won’t be able tomake meaningful progress on other challenges – likeeducating or connecting the world – without secureenergy and a stable climate. Yet progress towards asustainable energy system is too slow, and the currentsystem doesn’t encourage the kind of innovation thatwill get us there faster.

Mark Zuckerberg, on joining Bill Gates to launch the Breakth-rough Energy Coalition to invest in new clean energy technologies(30 November, 2015)

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Image by Joe Heller: Heller Syndication, c©2016 (Free for classroom use.)

Queda prohibida, salvo excepcion prevista por en la Ley, cualquier forma dereproduccion, distribucion, comunicacion publica y transforamcion de esta obrasin contar con autorizacion de los titulares de propiedad intelectual. La infraccionde los derechos mencionados puede ser constitutiva de delito contra la propiedadintelectual (arts. 270 y sgts. Codigo Penal).

Energıa y TelecomunicacionesMirapeix Serrano, Jesus

DERECHOS RESERVADOSc© 2017 Jesus Mirapeix Serrano

Universidad de Cantabria39005 Santander

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Tema 6. Energıa y Telecomunicaciones: Energıas

Renovables (Parte 1: Introduccion)

Resumen

En esta parte de la asignatura se va a realizar una introduccion a las energıasrenovables, comenzando por una presentacion de aspectos clave que han llevadoal desarrollo de este tipo de fuentes de energıa, analizando el contexto actual anivel mundial, europeo y nacional, y siguiendo con una busqueda de la relacionque exite entre este campo de conocimiento y las telecomunicaciones.

Si esta presentacion formal no te ha convencido, mıralo de esta for-ma: hablaremos del agotamiento de los combustibles fosiles, de Trump yel cambio climatico, de las primas a las renovables y de aerogeneradoresque “estallan”.

En partes sucesivas se presentaran de manera breve las ((otras)) fuentes deenergıa renovable, ya que este curso se centrara fundamentalmente en la energıasolar fotovoltaica, tratando tambien de manera menos extensa la energıa eolica.

Los objetivos fundamentales de esta parte de la asignatura son los siguientes:

Conocer conceptos fundamentales relacionados con las energıas renovables(tales como cambio climatico, desarrollo sostenible, descarbonizacion, ga-rantıa de capacidad, almacenamiento de energıa en la red electrica, genera-cion distribuida, etc.)

Conocer la situacion actual de las EERR en en mundo, en europa y enEspana

Entender (y saber aprovechar) la relacion existente con las telecomunicacio-nes

Apuntes de Energıa y Telecomunicaciones: Energıas Renovables 1 de junio de 2017

Indice

1. Introduccion 51.1. Tipos de Energıa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.2. Definicion Energıa Renovable . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.3. Energıa Sostenible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.4. Tipos de EERR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.4.1. Tipos de EERR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111.5. ¿Por que surgen las EERR? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.5.1. Agotamiento de los combustibles fosiles . . . . . . . . . 141.5.2. Dependencia energetica (Seguridad en el suministro de

energıa) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151.5.3. Desarrollo Sostenible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.5.4. Demanda energetica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.5.5. Cambio Climatico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

1.6. Panorama Actual: EERR en el contexto mundial . . . . . . . 371.7. Panorama Actual: EERR en el contexto europeo . . . . . . . . 471.8. Panorama Actual: EERR en Espana . . . . . . . . . . . . . . 541.9. Panorama Actual: Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . 601.10. EERR: polıticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

1.10.1. Las primas a las EERR . . . . . . . . . . . . . . . . . . 631.10.2. Funcionamiento del Mercado Electrico . . . . . . . . . 67

1.11. EERR: almacenamiento de energıa en la red electrica . . . . . 691.12. Telecomunicaciones y EERR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

1.12.1. Alimentacion de sistemas de telecomunicaciones . . . . 781.12.2. I+D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 801.12.3. Sensorica aplicada a infraestruturas renovables . . . . . 801.12.4. Calibrado dinamico de lıneas de alta tension . . . . . . 861.12.5. EERR y Telecomunicaciones: Conclusiones . . . . . . . 89

1.13. Introduccion a las EERR: Conclusiones . . . . . . . . . . . . . 89

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1. Introduccion

1.1. Tipos de Energıa

Antes de adentrarnos en el concepto de ((Energıa Renovable)), puede serinteresante tanto “refrescar” el concepto de energıa como explicar los dife-rentes tipos de energıa que deben ser considerados.

La RAE define ((Energıa)) como: “Capacidad para realizar un trabajo. Semide en julios. (Sımb. E).”

Cuando hablamos de energıa, por ejemplo en el contexto de las energıasrenovables, podemos cometer el error de confundir los terminos y pensar quesiempre estamos hablando de energıa electrica. Efectivamente, los parqueseolicos o los grandes huertos fotovoltaicos estan pensados para la generacionde energıa electrica, pero la energıa solar termica puede basarse unicamenteen la generacion de calor, por ejemplo para calentar el agua caliente sanitariade una vivienda.

Sera conveniente entonces diferenciar entre energıa primaria, energıafinal y energıa util:

Energıa primaria: energıa recien generada que entra en el sistema (economi-co). Estamos hablando del petroleo extraıdo de un pozo o de la corrienteelectrica que genera un panel fotovoltaico

Energıa final: energıa en la forma que es adquirida por ciertas entidadespara su utilizacion, como por ejemplo la electricidad o los combustiblesya procesados como la gasolina o el keroseno.

Energıa util: energıa que es finalmente empleada para generar un bieno servicio. Por ejemplo, la energıa que usa un ordenador para funcionar

En algunos de los temas que se abordaran en esta introduccion, sera im-portante no confundir entre energıa primaria y energıa electrica. Por ejemplo,la cifra de cobertura de las energıas renovables en nuestro paıs varıa muy sig-nificativamente si hablamos de cobertura de energıa primaria (o de consumofinal bruto) (entorno al 12 %) o de energıa electrica (entorno al 40 %).

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Cuestion 1.1: Energıa Primaria y Energıa Electrica

Un dato interesante: ¿Sabrıas estimar el tanto por ciento de energıaprimaria que, a escala mundial, es convertida a energıa electrica?Trata de encontrar este dato por medio de alguna fuente fiable.

1.2. Definicion Energıa Renovable

Para realizar una primera aproximacion al concepto de energıas renova-bles (EERR), puede ser interesante analizar brevemente su definicion, ya quede este modo podemos llegar a intuir cuales son las caracterısticas clave deestos ((nuevos)) tipos de energıa.

Antes de continuar leyendo trata de realizar el siguiente ejercicio: ¿Comocrees que deberıa continuar la siguiente frase?:

“Se denomina energıa renovable a la energıa que. . .”

Una posible definicion podrıa ser la siguiente: “Se denomina energıa re-novable a la energıa que se obtiene de fuentes naturales virtualmente inago-tables, ya sea por la inmensa cantidad de energıa que contienen, o porque soncapaces de regenerarse por medios naturales.”

¿Que conceptos aparecen en la definicion?: fuentes naturales, virtual-mente inagotables y regeneracion natural.

Aunque esta definicion puede considerarse perfectamente valida, puederesultar interesante acudir a textos academicos (artıculos cientıficos) y ana-lizar brevemente otras definiciones:

Energy obtained from the continuous or repetitive currents of energyrecurring in the natural environment (Twidell and Weir, 1986)

Energy flows which are replenished at the same rate as they are “used”(Sorensen, 2000)

Podemos comprobar como estas definiciones son muy similares a la vistacon anterioridad. Sin embargo, existe un matiz aun por descubrir. Veamospor ultimo otra definicion de energıa renovable (y de energıa no-renovable):

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Energıa Renovable: Energıa obtenida de flujos de energıa naturales ycontinuos (repetitivos) que se producen en nuestro entorno

Energıa No-Renovable (Brown Energy): Energıa obtenida de almace-namientos estaticos de energıa que permanecen “ocultos” salvo por laaccion del hombre

En estas definiciones aparece claramente un nuevo concepto: las fuentes deenergıa renovable estan ahı, en nuestro entorno y a nuestro alcance: lo unicoque tenemos que hacer es “recolectarlas”. Por contra, las fuentes de energıano-renovable (pensemos en los combustibles fosiles, por ejemplo), exigen laaccion del hombre para su obtencion, ya que estan “ocultas”.

Ahora que ya tenemos mas claro el concepto de energıas renovables, po-demos identificar sin lugar a dudas la central de la Figura 1 como “no re-novable”. Espera un momento: ¿Has leıdo el pie de la figura? ¡Se trata deuna central geotermica! Y la geotermia, como veremos en el siguiente tema,es una energıa renovable. De hecho, en algunos paıses europeos como Islan-dia, es una fuente de energıa clave. Conviene, por lo tanto, desterrar algunostopicos y pensar que las EERR no van a estar exclusivamente vinculadas aaerogeneradores o paneles solares fotovoltaicos.

1.3. Energıa Sostenible

Tras revisar el concepto de EERR, puede resultar conveniente introducirel concepto de “sostenibilidad” por medio de la energıa sostenible, que seentiende como el tipo de energıa que:

No disminuye de manera notable con un uso continuado

No implica emisiones contaminantes significativas u otros riesgos me-dioambientales

No implica la perpetuacion de riesgos para la salud o de injusticiassociales

Vemos que aparecen nuevos conceptos que, aunque intuitivamente sue-len asociarse a las EERR, desde el punto de vista formal no tienen por quecontemplarse, como que no impliquen emisiones u otros riesgos medioma-bientales significativos.

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Figura 1: Vapor emitido por la central geotermica en Nesjavellir (Islandia). (Imagen dedominio publico realizada por Gretar Ivarsson)

1.4. Tipos de EERR

Cuando se habla de EERR, rapidamente surgen ejemplos como la energıaeolica o la solar fotovoltaica, sin embargo, existen otras fuentes de EERRcon una importancia muy significativa, en algunos casos incluso superior alas mencionadas en, por ejemplo, la contribucion a la generacion electrica enmuchos paıses.

En Espana, el IDAE (Instituto para la Diversificacion y Ahorro de laEnergıa) es el encargado de las polıticas relacionadas con las EERR. El ob-jetivo generico del IDAE es:

“dar apoyo a las tecnologıas orientadas a la descarbonizacion de lageneracion electrica”

¿Que es la descarbonizacion? Siginifca, no solo abandonar el carboncomo fuente de energıa, sino en general el uso de combustibles fosiles (carbon,petroleo y gas natural) en favor de la implantacion de EERR con el objetivo

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de disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero (hablaremos sobreeste tema mas adelante).

El IDAE fija los objetivos de cobertura por parte de las EERR en rela-cion a la demanda tanto al consumo final bruto de energıa como de energıaelectrica, partiendo de la normativa y directrices europeas. En el contextodel Plan 2005-2010, las areas renovables consideradas por el IDAE fueron:

Energıa Eolica

Energıa Solar Termica

Energıa Solar Termoelectrica

Energıa Solar Fotovoltaica

Biomasa

Biogas

Biocarburantes

Para el siguiente periodo, definido por el Plan 2010-2020, las areaspasaron a ser las siguientes:

Energıa Eolica

Energıa Solar Termica

Energıa Solar Termoelectrica

Energıa Solar Fotovoltaica

Biomasa

Biocombustibles

Geotermia

Hidraulica

Energıas derivadas del mar

No es objeto de esta parte de la asignatura el entrar a analizar en detallelas diferentes tecnologıas no renovables. Sin embargo, a modo de ejemplose presentan cuatro centrales “convencionales” de generacion en la figurasiguiente:

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Figura 2: Ejemplos de centrales de generacion mediante tecnologıas no renovables.

Una central termica convencional emplea diferentes combustibles (carbon,fueloil, gas natural o combinaciones) para generar electricidad medianteun ciclo termodinamico agua-vapor (turbina de vapor).

Una central nuclear genera energıa electrica empleando como combusti-ble material fisiable (susceptible de realizar el proceso de fision nuclear)como uranio o plutonio. En el proceso lo que se busca es generar calorpara producir el movimiento de alternadores mediante un ciclo termo-dinamico convencional (turbina de vapor). En la fision nuclear un ato-mo pesado se descompone o “rompe” en atomos mas ligeros, liberandoenergıa en el proceso.

En una central de ciclo combinado la electricidad se genera mediantela energıa termica del combustible que es transformada en electricidadmediante dos ciclos termodinamicos: el correspondiente a una turbinade gas, generalmente gas natural, mediante combustion y el convencio-nal de agua/turbina de vapor.

En una central de cogeneracion se obtiene simultaneamente energıa electri-ca y energıa termica util (vapor, agua caliente sanitaria). Una ventaja

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Figura 3: Potencia instalada en el sistema electrico espanol a 31 de diciembre del 2015 ver-sus cobertura de la demanda. Imagen y datos extraidos del documento “Avance del infor-me del sistema electrico espanol 2015” (pagina 37). http://www.ree.es/sites/default/files/downloadable/avance_informe_sistema_electrico_2015_v2.pdf

de la cogeneracion es su mayor eficiencia energetica, ya que se aprovechatanto el calor como la energıa mecanica o electrica de un unico proceso.

1.4.1. Tipos de EERR

Vamos a adelantarnos a la seccion de “Panorama Actual”y vamos a hacerun primer analisis de la potencia (nominal) instalada en Espana en funciondel tipo de tecnologıa empleada, teniendo en cuenta fuentes de energıa tantorenovables como no-renovables. Hay que tener en cuenta que cuando habla-mos de potencia instalada no estamos hablando de energıa generada, esimportante no confundir estos terminos, ya que pueden dar lugar a conclu-siones erroneas1.

En la Figura 3 puede apreciarse como la tecnologıa principal en referenciaa la potencia total instalada fue la de ciclo combinado, seguida de cerca por

1Si estas leyendo estos apuntes, debes tener esta diferencia clara. Si no es ası, consultapor favor cualquier fuente que consideres oportuna antes de continuar

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la eolica y la hidraulica. Si nos fijamos ahora en la grafica de la derecha, queindica la cobertura de la demanda anual por cada una de las tecnologıas,vemos como el primer puesto lo ocupa ahora la energıa nuclear, seguida porel carbon y la eolica.

Cuestion 1.2: Generacion electrica en Espana

Atendiendo a los datos presentados en la Figura 3, trata de responderjustificadamente a las siguientes cuestiones:a) ¿Puede considerarse la energıa hidraulica una energıa renovable?b) La energıa hidraulica ¿se mantendra constante a lo largo de los anos?c) ¿Sabrıas cuantificar la contribucion total de los combustibles fosiles?d) ¿A que se refiere la generacion ((de bombeo))?

En relacion con este tema, puede resultar interesante conocer la potencianominal “tıpica” de las principales tecnologıas involucradas en la generacionelectrica. Mientras que una central nuclear puede situarse en el entornode los 1000MW, una de ciclo combinado puede estar alrededor de los800MW y una termica de carbon en los 500MW. Pasando a las tec-nologıas renovables, una central hidraulica puede tener una potencia deentre 100 y 400MW, bajando a 50MW para un parque eolico o centraltermosolar, y bajar a unos 5MW para una gran instalacion fotovoltaicaconectada a red.

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Importante 1.1: Potencia instalada y generacion

¿Tienes clara la diferencia entre potencia nominal instalada y la cobertu-ra final de cada tecnologıa a la demanda anual? Fijemonos en el ejemplode la energıa nuclear: ¿Por que teniendo una potencia nominal relativa-mente pequena resulta ser la principal tecnologıa en la cobertura de lademanda?

Piensa que la potencia total instalada hace referencia a la capacidadtotal para generar energıa electrica, pero no tendran por que emplearseen todo momento todas las centrales a su maxima capacidad. En el casode la energıa nuclear existe el condicionante de que parar estas centralesresulta tremendamente costoso, por lo que suelen estar siempre en fun-cionamiento. Otros factores, como la contaminacion medioambiental deciertas tecnologıas mas antiguas, pueden influir tambien en su empleo ycontribucion final al sistema.

Importante 1.2: Potencia instalada: EERR

Las cifras anteriores se refieren a instalaciones tıpicas. Por ejemplo, enNevada (Crescent Dunes) existe una instalacion termosolar de 110MW:http://www.solarreserve.com/en/global-projects/csp/crescent-dunes.

En el Reino Unido existe el proyecto de construir un parque eolicooff-shore de 1.2GW:http://www.sciencealert.com/the-world-s-biggest-wind-farm-will-soon-be-built-off-the-uk-coast.

Sin embargo, la potencia media en Espana por parque eolico (hayaproximadamente 1100 instalados) es de unos 20MW:http://www.aeeolica.org/es/sobre-la-eolica/la-eolica-en-espana/potencia-instalada/

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1.5. ¿Por que surgen las EERR?

Una vez que hemos analizado el concepto de energıa renovable, e inclusoconocemos ya algunos datos sobre su contribucion en Espana a la generacionelectrica, puede ser un buen momento para reflexionar sobre el porque de sunacimiento y relevancia actual.

Se trata, sin lugar a dudas, de un problema complejo que no tiene unaunica respuesta. Algunos de los factores clave en este ambito pueden ser lossiguientes:

Agotamiento de las reservas de combustibles fosiles

Seguridad en el suministro energetico

Cambio climatico y Desarrollo sostenible

Aumento de la demanda energetica mundial

1.5.1. Agotamiento de los combustibles fosiles

¿Realmente se van a agotar las reservas de combustibles fosiles? Los es-tudios realizados al respecto son concluyentes. Las reservas de combustiblesfosiles son finitas y teniendo en cuenta la tasa de consumo actual las esti-maciones indican que las reservas de carbon podrıan durar unos 120 anos,las de petroleo unos 45 y las de gas natural unos 60. Estos datos indican unescenario en el cual es probable que veamos la desaparicion de estas fuentesde energıa en un futuro cercano.

Cuestion 1.3: ¿Realmente se va a acabar el petroleo?

Se trata evidentemente de un tema controvertido con opiniones en mu-chas casos encontradas. En estos casos, una buena practica para salir dedudas y alejarse de fuentes poco fiables es recurrir a estudios cientıficos(artıculos en revistas internacionales, comunmente conocidos como pa-pers).Prueba a buscar en Google Scholar algun artıculo sobre este tema ycontrasta sus conclusiones con los datos mencionados.Nota: la inmensa mayorıa de la produccion cientıfica mundial se realizaen ingles.

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Por otro lado, el problema no reside solo en el posible agotamiento defuentes como el petroleo, sino tambien en el analisis que se deriva de la grafi-ca de la IEA (International Energy Agency). Esta grafica indica los esfuerzosa realizar en los proximos anos para mantener el nivel de produccion de com-bustibles fosiles. Como puede apreciarse, la produccion de los pozos actuales(“petroleo facil”) se espera que disminuya drasticamente en los proximosanos. Esto implica que tendran que explotarse y descubrirse nuevos pozos,con un esfuerzo economico muy superior al realizado en la actualidad (enmuchos casos hablamos de yacimientos en el Artico o en emplazamientos enlos oceanos alejados de la costa).

Figura 4: Produccion de combustibles fosiles en los proximos anos. Fuente: InternationalEnergy Agency.

En este contexto, las energıas renovables surgen en parte por la necesi-dad de mantener (probablemente serıa mas correcto decir “aumentar”) laproduccion de energıa mundial para dar cobertura a una demanda en cons-tante crecimiento, adelantando el que parece sera obligado cambio de modelobasado en los combustibles fosiles.

1.5.2. Dependencia energetica (Seguridad en el suministro de energıa)

Cuando hablamos de seguridad relacionado con el abastecimiento de energıanos referimos principalmente al concepto de dependencia energetica. Existenmuchos paıses, como Espana, que no disponen de los recursos o infraestruc-tura necesarios para auto-abastecerse. Por ello, en muchos casos existe la

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necesidad de comprar recursos o energıa a otros paıses. Sin embargo, esto esuna situacion a evitar, ya que diferentes condicionantes geo-polıticos puedenafectar a la seguridad del suministro (que se cumpla con lo acordado) asıcomo a los precios. Ejemplos de estas situaciones las tenemos hoy en dıa enOriente Medio (Siria, Irak, etc.) ası como en el conflicto ruso-ucraniano y elsuministro de gas a buena parte de Europa.

Importante 1.3: Dependencia Energetica: Espana

La dependencia energetica de Espana se cifra en el entorno del80 %, al no disponer de significativas reservas de combustibles fosiles.Esta situacion, junto con las condiciones geograficas optimas de nuestropaıs en relacion a la explotacion de los recursos solares, eolicos o deri-vados de los oceanos (corrientes, olas, gradiente termico), podrıa llevara la conclusion de que una inversion en EERR serıa interesante paraEspana.

1.5.3. Desarrollo Sostenible

Al margen de la demanda energetica, existe otro concepto fuertementeligado a las energıas renovables y a su relevancia en la actualidad: el desa-rrollo sostenible2. Una posible definicion serıa la siguiente:“Vivir, producir y consumir de modo que se satisfagan las necesidades actua-les sin comprometer la posibilidad de que las generaciones futuras satisfaganlas suyas” (Brundtland, 1987)El concepto de desarrollo sostenible esta ıntimamente relacionado con elde cambio climatico, que vamos a analizar con mas detalle un poco masadelante. Y a su vez, estos conceptos se relacionan con las energıas renova-bles, ya que estas constituyen una alternativa natural al uso de combustiblesfosiles (y en cierta medida tambien a la energıa nuclear). El uso de combusti-bles fosiles presenta varias consecuencias negativas, como el agotamiento derecursos naturales, la polucion del aire (y los efectos medioambientales o enlos seres vivos asociados) o la lluvia acida, entre otros3.

2En la seccion 1.3 ya se ha revisado el concepto de Energıa Sostenible3Es importante destacar que estos efectos adversos tambien son provocados por otras

tecnologıas, incluidas algunas renovables.

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1.5.4. Demanda energetica

¿Existe relacion entre las EERR y la demanda energetica? Indudablemtesı. Analicemos algunos datos para fundamentar esta respuesta.

Figura 5: Evolucion del consumo mundial de energıa desde 1820 hasta la actualidad (de-recha).Evolucion del consumo mundial de energıa per capita. Fuente: Gail Tverberg. OurFinite World. 12/03/2012.

En primer lugar, resulta obvio que la demanda de energıa4 ha crecido demanera significativa en las ultimas decadas. El fuerte crecimiento demografi-co que se ha vivido en este periodo no justifica por sı solo este hecho, comodemuestra la figura de la derecha (Figura 5), donde se puede apreciar la evo-lucion de la demanda de energıa primaria per capita.

Un analisis interesante en este punto reside en estudiar la contribucionde las diferentes fuentes de energıa a la cobertura de la demanda mundial deenergıa primaria: ¿que conslusiones pueden derivarse de esta grafica (Figu-ra 6)?

En primer lugar, destaca el hecho de que el consumo de energıa ha ex-perimentado un fuerte crecimiento en los ultimos anos, haciendo que todaslas fuentes de energıa hayan aumentado sus contribuciones (quizas con la ex-cepcion de la energıa nuclear5). El segundo aspecto destacable reside en que

4En este caso hablamos de energıa primaria5Los peligros ponteciales derivados de la energıa nuclear, anadidos a la controversia

social y polıtica que suscita, son probablmemente los principales responsables de este

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Figura 6: Detalle de la evolucion del consumo mundial de energıa desde 1971 has-ta 2014. TPES: Total Primary Energy Supply (Suministro total de energıa prima-ria) / TOE: Tonne of Oil Equivalent (Tonelada de petroleo equivalente (unidad deenergıa equivalente a 11 630 kWh). Fuente: BP: Key World Energy Statistics 2016:http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/KeyWorld2016.pdf

la demanda energetica mundial se ha cubierto hasta la fecha fundamentalen-te a traves de los combustibles fosiles (petroleo, carbon y gas natural, porese orden). Por ultimo, las energıas renovables han comenzado a tener unacontribucion significativa solo en los ultimos anos, practicamente a partir delano 2000.

Resulta tambien muy interesante el analisis de la Figura 7, donde sepresenta una comparativa del % de cobertura de las diferentes fuentes deenergıa en 1973 y en 2014. Puede apreciarse como el retroceso del petroleo,que disminuye casi un 15 %, es cubierto tanto por el gas natural, como por elcarbon y la energıa nuclear. En menor medida han contribuido tambien lasenergıas renovables (eolica, solar fotolvoltaica y de concentracion, etc.) que

estancamiento

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llegan al 1.4 %.

Figura 7: Detalle de la contribucion a la cobertura de energıa primaria mun-dial en 1971 y en 2014. Fuente: BP: Key World Energy Statistics 2016:http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/KeyWorld2016.pdf

Queda claro que las figuras anteriores estan referidas a la cobertura deenergıa primaria pero, ¿que ocurre si nos fijamos exclusivamente en la gene-racion de energıa electrica? ¿Cambiara significativamente la contribucion delas diferentes fuentes de energıa?

Como puede apreciarse en la Figura 8, la generacion electrica tambienesta dominada por los combustibles fosiles, aunque la energıa hidraulica y lanuclear cobran mayor importancia en este contexto.

Nuevamente, el analisis de la evolucion de la estructura de generacionelectrica resulta sumamente interesante (Figura 9). Por un lado resulta sig-nifcativo el descenso del petroleo frente al carbon (se mantiene) y el gasnatural (con un aumento del 10 %). Por otro lado, resulta evidente que laenergıa hidraulica, la nuclear y, en menor medida, las renovables (al mar-gen de la hidraulica), tienen un mayor protagonismo que en el marco de lageneracion de energıa primaria.

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Figura 8: Detalle de la contribucion a la generacion electrica mun-dial en 1971 y en 2014. Fuente: BP: Key World Energy Statistics 2016:http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/KeyWorld2016.pdf

Figura 9: Detalle de la contribucion a la generacion electrica mun-dial en 1971 y en 2014. Fuente: BP: Key World Energy Statistics 2016:http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/KeyWorld2016.pdf

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Importante 1.4: El coste de los combustibles fosiles

¿Que es mas caro: el petroleo, el gas natural o el carbon?Para responder a esta pregunta no basta solo con conocer el precio delbarril de petroleo (35$), sino tambien su capacidad de generar energıa(6.1GJ/barril). El coste del petroleo estarıa entonces en 5.7$/GJ,mientras que el del carbon serıa 1.6$/GJ y el del gas natural 2.5.Como referencia, si suponemos un precio medio del kWh (electricidaden los hogares) de 0.13$/kWh, esto nos lleva a una cifra de 36$/GJ.

Figura 10: Detalle del precio de la energıa electrica para un consumidor domestico a 2 denoviembre del 2016. Fuente: http://tarifaluzhora.es/

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1.5.5. Cambio Climatico

Indudablemente, el cambio climatico (climate change, tambien conocidocomo calentamiento global (global warming)), es a dıa de hoy uno de los prin-cipales impulsores del desarrollo e implantacion de las energıas renovables.Resulta complicado resumir brevemente los conceptos fundamentales sobreeste tema tan controvertido, ya que existen libros, pelıculas (como la famo-sa An Incovinient Truth de Al Gore, o el reciente documental abanderadopor Leonardo di Caprio Before the Flood) y cursos enteros dedicados a ello(por ejemplo Climate Change: The Science, ofrecido en la plataforma edX:http://courses.edx.org/courses/course-v1:UBCx+Climate1x+1T2016/info).

Pese a todo, en el limitado contexto de esta asignatura, en las siguientespaginas se abordaran algunos de los aspectos clave para ofrecer una pa-noramica lo mas clarificadora posible.

Cambio Climatico: El Efecto Invernadero. El efecto invernadero (green-house effect) esta relacionado con la radiacion que entra y sale de nuestraatmosfera, ası como con la capacidad de ciertos gases (CO2, vapor de agua,metano, etc.) de influir notablemente en estos procesos.

Importante 1.5: Efecto Invernadero

En ocasiones el efecto invernadero tiene una connotacion negativa debidoal cambio climatico asociado a la accion del hombre (aumento de laemision de gases de efecto invernadero desde la revolucion industrial); sinembargo, sin el efecto que ejerce la atmosfera sobre parte de la radiacionsaliente, nuestro planeta no serıa el mismo, ya que las temperaturasserıan muy inferiores. Esto es, ha de existir una cierta concentracionde gases en la atmosfera para hacer la temperatura en nuestro planeta“agradable” ... el problema es el “exceso” de estos gases.Algunos cientıficos han estimado el efecto invernadero en unos 33K. Sinembargo, se trata de una aproximacion basica y de un tema controvertidoen sı mismo, como se puede apreciar en el artıculo del profesor RobertG. Brown de la Duke University: Earth’s baseline black-body model –“a damn hard problem” https://wattsupwiththat.com/2012/01/12/

earths-baseline-black-body-model-a-damn-hard-problem/

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Figura 11: Radiacion transmitida por la atmosfera terrestre (radiacion entrante (rojo)y saliente (azul)). Fuente: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7c/Atmospheric_Transmission.png/

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La Figura 11 muestra en la parte superior tanto la radiación entrante como saliente. Puede observarse como el rango de longitud de onda asociado a la radiación entrante (proveniente del Sol) es claramente inferior a la saliente. Estamos hablando de un rango que comprende el ultravioleta (UV), visible e infrarrojo cercano. El 70-75 % de la radiación que proviene del Sol atraviesa la atmósfera, siendo filtradas fundamentalmente componentes asociadas al UV. Por el contrario, la radiación que “escapa” de la Tierra a través de la atmós-fera se genera por que nuestro planeta está ((caliente)), lo que hace que emita radiación a longitudes de onda mucho mayores.

Importante 1.6: Ley de Wiem

Todo cuerpo caliente emite radiacion: la ley de Wiem establece una rela-cion entre la temperatura de dicho cuerpo y la longitud de onda asociada.La relacion entre temperatura y λ es inversa. Observando la figura Fi-gura 11 puede observarse como la radiacion del Sol esta asociada a unatemperatura de aproximadamente 5500K, mientas que la de la Tierra seestima en 258K.

En la parte central de la figura se ha representado el espectro total de ab-sorcion y scattering (dispersion) generado por la contribucion de los diferentesgases de efecto invernadero (GHGs: Green-House Gases). El espectro indi-vidual de cada uno de ellos (Vapor de agua, CO2, oxıgeno y ozono, metano,NOx (oxidos de nitrogeno)) aparece en la parte inferior. Puede apreciarsecomo el principal GHG es el vapor de agua. Logicamente, cuanto mayor seala concentracion de cada gas, mayor sera su efecto de bloquear la radiacionsaliente (a mayor concentracion de GHGs, mayor temperatura de la Tierra).

Cambio Climatico: Feedbacks positivos y negativos. El estudio delcambio climatico es tremendamente complejo, ya que, entre otras factores,involucra a multitud de disciplinas cientıficas. Un ejemplo ilustrativo de estacomplejidad es un analisis de los feedbacks o retroalimentaciones que se de-rivan de diversos factores y que pueden tener un efecto positivo o negativosobre el cambio climatico. En este contexto, cuando hablamos de feedbackpositivo querra decir que se tratara de un efecto que “refuerza” el cambioclimatico, mientras que uno negativo lo contrarrestara (sera positivo paraevitar el calentamiento global).

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Importante 1.7: Para aprender mas

The National Academies Press ha publilcado un libro que se puede des-cargar gratuitamente titulado ((Understanding Climate Change Feed-backs)). Enlace de descarga: https://www.nap.edu/download/10850

Feedbacks positivos.

Vapor de agua: El vapor de agua es un buen ejemplo de lo anteriormentecomentado. Por un lado, el vapor de agua se puede considerar comofeedback positivo, ya que si la concentracion de GHGs aumenta en laatmosfera, esto implicara un aumento en la temperatura del planetaque, a su vez, provocara una mayor evaporacion del agua en los oceanoslo que aumentara aun mas la temperatura. Por otro lado, el vaporde agua tambien contribuye a la formacion de nubes bajas, las cualesreflejan parte de la radiacion solar incidente, tratandose por lo tanto deun feedback negativo. Aunque el primer efecto se suele considerar masimportante, el segundo anade incertidumbre y complica el desarrollode modelos fiables.

Nubes altas: Si el vapor de agua resulta en la formacion de nubes al-tas, estas tienen el efecto de bloquear mas la radiacion infrarroja (IR)saliente que la luz visible entrante, por lo que implican un aumento detemperatura.

Liberacion de GHGs: Varios gases de efecto invernadero estan atrapa-dos en diferentes reservas, como por ejemplo en los oceanos o en latundra o permafrost siberiano. Un aumento en las temperaturas impli-carıa un deshielo acelerado de este permafrost (un millon de kilometroscuadrados en el oeste de Siberia) y una mayor liberacion de metano ouna mayor liberacion del CO2 contenido en los oceanos, contribuyendoambos efectos al calentamiento global.

Efecto albedo: El albedo (del latın albus (luz blanca)) puede definir-se como la radiacion reflejada por una superficie. En este contexto, elalbedo de la Tierra se definira como la cantidad de energıa reflejadaen relacion con la radiacion total incidente, por lo que este parametro

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variara entre 0 y 1. El valor medio del albedo para la Tierra es de 0.367.Tal y como se puede apreciar en la siguiente figura, el hielo tiene unamayor reflectividad que otro tipo de superficies, por lo que su contribu-cion total sera mayor. De esta manera, si un aumento de temperaturasdisminuye la superficie de hielo en el planeta, esto incrementara la ab-sorcion de la radiacion incidente, propiciando ası un mayor aumento delas temperaturas.

Deforestacion: Sequıas, fuegos y desertizacion son fenomenos que afec-tan a las masas forestales del planeta. Todos ellos implican la liberacionde grandes reservas de CO2 fijadas en la vegetacion a la atmosfera, loque logicamente favorece el calentamiento global.

Figura 12: Albedo (promedio) en condiciones de cielo despejado. Fuente: http://

www-cave.larc.nasa.gov/cave/fsw-sfcalb/.

Feedbacks negativos.

Radiacion de cuerpo negro: La radiacion emitida por la Tierra se pue-de modelar como si esta fuera un cuerpo negro (un material ideal que

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absorbe toda la radiacion incidente y emite tambien radiacion elec-tromagnetica dependiendo de su temperatura). La cantidad total deenergıa es directamente dependiente de la temperatura segun la siguien-te expresion: F = gT 4. Esto implica que si aumentase la temperaturade la Tierra, esta emitirıa una mayor cantidad de energıa EM (en lazona del IR), favoreciendo una reduccion de la temperatura.

Nubes bajas: Si un mayor nivel de vapor de agua derivado de mayorestemperaturas deriva en la formacion de mas nubes bajas, estarıamos ha-blando de un feedback negativo, ya que estas nubes reflejan y absorbenparte de radiacion incidente en el rango visible (entre aproximadamente400 y 700nm).

Efecto “fertilizador” del CO2: mayores niveles de CO2 en la atmosferaestimularıan un mayor crecimiento de plantas, que a su vez absorberıanmas CO2 y limitarıan el efecto del calentamiento global. Evidentementeeste efecto tiene que ser considerado junto con los otros derivados demayores niveles de CO2 para obtener una evaluacion global.

Eliminacion espontanea del CO2 en la atmosfera: Existen varios fenome-nos naturales que deberıan llevar a una mayor absorcion de CO2 porparte de los oceanos si aumentase el nivel de CO2 en la atmosfera.Ejemplos de estos procesos son el desgaste quımico de rocas y la for-macion de conchas. Sin embargo, estamos hablando de procesos queoperan en escalas temporales muy grandes, por lo que su influencia enel cambio climatico no esta clara.

Cambio Climatico: Gases de efecto invernadero. El efecto de lasGHGs o gases de efecto invernadero ya ha sido comentado con anterioridad.En la siguiente tabla puede observarse la evolucion que han seguido los 4principales gases de efecto invernadero desde la epoca pre-industrial hastala actualidad. Como puede apreciarse, tres de estos cuatro gases estaban yapresentes en la atmosfera, pero su nivel ha aumentado significativamente, nosolo debido a la combustion de combustibles fosiles (razon principal), sinotambien a causa de los efectos derivados de la ganaderıa, la agricultura y ladeforestacion. El parametro “fuerza radiativa” indica que el nivel de CO2contribuye con 1,46W/m2 adicionales a la irradiancia aportada por el Sol

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(aproximadamente 1000W/m2). El CO2 constituye por tanto aproximada-mente el 75 % del potencial de calentamiento global asociado a los GHGs.

GHG Pre-industrial Actualidad Fuerza radiativa (W/m2)CO2 280 ppm6 387 ppm 1.46Metano 700 ppb 1745 ppb 0.48NO2 270 ppb 314ppm 0.15CFC-12 0 533ppt 0.17

Tabla 1: Gases de efecto invernadero.

Figura 13: Evolucion de los niveles de CO2 medidos en la isla de Mauna Loa (Ha-waii) (Keeling Curve). Fuente: Delorme - Own work. Data from Dr. Pieter Tans,NOAA/ESRL and Dr. Ralph Keeling, Scripps Institution of Oceanography. Licencia CCBY-SA 4.0. https://en.wikipedia.org/wiki/Mauna_Loa_Observatory#/media/File:Mauna_Loa_CO2_monthly_mean_concentration.svg

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La Figura 13 es muy interesante, no solo por su valor cientıfico, sinotambien por su relevancia historica. Se trata de las primeras medidasque revelaron el problema del aumento en los niveles de CO2 y su relacioncon el cambio climatico. Las medidas las comenzo en 1960 Charles DavidKeeling, de ahı que la grafica se denomine Keeling Curve. Puede apreciarseque, al margen de la tendencia anual (en azul), se ha prepresentado tambienla tendencia estacional (en rojo y en el detalle en la parte superior izquierda).Las variaciones estacionales se deben al efecto de la fotosıntesis (disminucionen el nivel de CO2) y la caıda y descomposicion de hojas y restos similares.

Figura 14: Evolucion de la temperatura media de la superficie de la Tierra. Fuente: NASA.Licencia CC BY-SA 3.0 https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Instrumental_

Temperature_Record_(NASA).svg

Cambio Climatico: Variacion de la temperatura global y sus cau-sas. Existe un amplio consenso en la comunidad cientıfica internacional enque el calentamiento de la superficie de la Tierra experimentado en las ultimasdecadas, en particular desde 1960, es debido fundamentalmente al aumentoen los niveles de los gases de efecto invernadero en la atmosfera. El aumentode unos 0.6oC en la temperatura en los ultimos 30 anos (ver Figura 14) im-plicarıa que, de continuar esta tendencia, la temperatura media del planetaaumentarıa unos 2oC a lo largo del siglo XXI.

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Figura 15: Modelos de la evolucion de la temperatura media de la superficie de la Tierra.Fuente: NASA. Licencia CC BY-SA 3.0 https://commons.wikimedia.org/wiki/File:

Instrumental_Temperature_Record_(NASA).svg

¿Por que los cientıficos afirman conocer las causas del calentamiento glo-bal? Por un lado se han desarrollado diferentes modelos que permiten evaluarlos cambios de temperatura en funcion de multiples causas, tanto “naturales”como provocadas por el ser humano. Como se puede apreciar en la Figura 15,el modelo analizado representa de manera fiable los cambios medidos en latemperatura media del planeta en las ultimas decadas, siendo los GHGs elfactor mas relevante a partir de 1960. Aunque el tema es sin lugar a dudascomplicado y controvertido, existen otras evidencias que apoyan esta tesis,como el hecho de que un calentamiento global motivado fundamentalmentepor el efecto invernadero implica un mayor calentamiento por la noche que

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por el dıa, o en invierno que en verano o que la estratosfera se enfrıe en con-traste con las capas bajas de la atmosfera.

Cambio Climatico: Predicciones para el siglo XXI. Si bien esta claroque los peligros asociados al cambio climatico han conseguido movilizar tantoa gran parte de la opinion publica como a muchos gobiernos, no esta claroaun el efecto que acuerdos como el Acuerdo de Parıs7 tendra en el nivel deemisiones de CO2 en los proximos anos. Lo que si esta claro es que, si no sereducen dichas emisiones, las consecuencias pueden ir mas alla de lo esperado.Diferentes equipos investigadores de todo el mundo han desarrollado modelospara estimar el aumento de temperatura que sufrirıa la Tierra si las emisionescontinuan como hasta ahora. Los resultados de la Figura 16 muestran comolas predicciones oscilan entre 1.8 y 6oC8.

Figura 16: Predicciones sobre la evolucion del cambio climatico suponiendo un es-cenario sin reduccion de emisiones. Fuente: Global Warming Art. Licencia CCBY-SA 3.0 https://en.wikipedia.org/wiki/Global_warming#/media/File:Global_

Warming_Predictions.png

7https : //en.wikipedia.org/wiki/ParisAgreement8Puede apreciarse como la discrepancia entre las estimaciones es significativa, lo que

da una idea de la complejidad de tratar de modelar este problema.

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Cambio Climatico: argumentos de los escepticos. Como ocurre conmuchos otros temas de alcance para la opinion publica, las causas esgrimidaspor los cientıficos con respecto al cambio climatico no han convencido a todoel mundo. Existen aun “escepticos” que aluden a los siguientes argumentospara proponer explicaciones alternativas:

Efecto “isla” en las ciudades: este efecto se refiere al hecho de queun buen numero de las medidas de temperatura se realizan medianteestaciones localizadas en entornos urbanos, donde se supone que lastemperaturas aumentan de manera proporcional al tamano del nucleourbano. Sin embargo, los estudios realizados en papers cientıficos tratande corregir este efecto, cuyo impacto en cualquier caso se considerareducido9.

Las medidas de los satelites muestran un enfriamiento: en un primermomento si existieron discrepancias en este sentido, pero esta aparentecontradiccion fue debida a la no consideracion de una serie de correc-ciones necesarias en la instrumentacion empleada.

Las temperaturas disminuyeron a mediados del siglo XX, a pesar deque los niveles de CO2 aumentaron: efectivamente, hacia 1940 (verFigura 14 las temperaturas disminuyeron durante varios anos mientraslos niveles de CO2 aumentaban. La explicacion que los cientıficos handado a este fenomeno se basa en la contribucion de los aerosoles ala atmosfera (derivados de la combustion de combustibles fosiles (verFigura 15)). El efecto de estas partıculas (por ejemplo los aerosoles desulfatos) es el de favorecer la formacion de nubes y contribuir a un((oscurecimiento)) global, esto es, impedir la llegada de radiacion desdeel Sol a la Tierra, favoreciendo una disminucion de las temperaturas.Parece ser que el efecto de los aerosoles fue superior al de los GHGsdurante estos anos.

Los modelos empleados no son fiables: evidentemente exiten discre-pancias entre diferentes modelos (como ocurre con la prediccion me-teorologica), pero todos ellos se basan en leyes de la fısica conocidas,

9Consultar artıculo de Peterson et al.: http://journals.ametsoc.org/doi/abs/10.1175/1520-0442(2003)016%3C2941:AOUVRI%3E2.0.CO;2

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se han validado frente a observaciones realizadas y han realizado pre-dicciones acertadas, como el enfriamiento estratosferico o un mayorcalentamiento en el Artico.

¡Ni tan siquiera podemos predecir el tiempo que hara la semana queviene!: en realidad el pronostico meteorologico tiene poco que ver con elpronostico del clima a largo plazo, donde la influencia de las variaciones((aleatorias)) a corto plazo desaparece. Un buen ejemplo es comparar laprediccion de evolucion demografica en un paıs a largo plazo frente alnumero de nacimientos en un hospital determinado durante una semana(donde acertar con una cifra aproximada sera mas complicado).

El calentamiento global es parte de un proceso natural cıclico: si bien sesabe que causas naturales como las variaciones en el comportamientodel Sol pueden ser impulsores de cambios climaticos, como ha ocurridoen el pasado en nuestro planeta, resultarıa difıcil tratar de justificar porque el aumento de la concentracion de GHGs en la atmosfera no deberıacausar un mayor calentamiento. Los estudios del IPCC (Intergovern-mental Panel on Climate Change)10 incluyen rangos de incertidumbrepara sus predicciones, indicando que cualquier prediccion exacta puedeser discutida; pero las predicciones de ausencia de calentamiento nosuelen ir acompanadas de dichas consideraciones.

Los niveles de CO2 en la atmosfera son la consecuencia y no la causadel calentamiento global: un aumento de las temperaturas implica unaumento de los niveles de CO2 como consecuencia de las aportacionesde los oceanos y el permafrost, por ejemplo. Esto ha ocurrido en elpasado en nuestro planeta. Sin embargo, existen multitud de evidenciasque indican que el ser humano ha contribuido de manera significativaal aumento de la concentracion de este gas en la atmosfera.

Un clima mas calido y mayores niveles de CO2 serıan beneficiosos: sibien esto podrıa ser cierto para algunas regiones especıficas, en terminosgenerales, y teniendo en cuenta consideraciones adicionales como elaumento del nivel del mar, de la acidez de los oceanos o de eventosmeteorologicos extremos, no parece que el calentamiento global vaya a

10https://www.ipcc.ch/

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ser beneficioso ni para el ser humano ni para los ecosistemas que nosrodean.

No existe consenso cientıfico sobre el cambio climatico: esta afirmaciones una de las mas socorridas a la hora de cuestionar el papel del hom-bre en el calentamiento global. Sin embargo, existe un consenso casiunanime en la comunidad cientıfica internacional, lo que es de desta-car teniendo en cuenta la cantidad de instituciones y lo heterogeneode los campos de investigacion involucrados. Una buena referencia eneste sentido es el artıculo publicado por Cook et al. en 201311, donde,habiendo analizado 11944 publicaciones cientıficas, se concluye que elconsenso sobre el origen antropocentrico del cambio climatico se puedeestimar en un 97,2 %.

Importante 1.8: Donal Trump y el Cambio Climatico

Un buen ejemplo de escepticismo sobre el cambio climatico lo representaDonald Trump, elegido presidente de los EEUU el 9 de noviembre del2016. Durante su campana electoral ha indicado en numerosas ocasionesque eliminara todos los fondos que su paıs dedica a la lucha contra elcambio climatico. En el ano 2012 publico un tweet indicando que elconcepto del calentamiento global es un complot elaborado por China:

“The concept of global warming was created by and for the Chinesein order to make U.S. manufacturing non-competitive”

Cambio Climatico: conclusiones. El objetivo de las paginas anterioreses el de tratar de aportar un poco de luz sobre un tema tremendamentecomplejo y controvertido.

Que el cambio climatico existe y que ha sido fundamentalmente provo-cado por el hombre son hechos asumidos por una muy amplia mayorıa de lacomunidad cientıfica internacional.

Que el calentamiento global implica serios riesgos para el ser humanoy los ecosistemas que nos rodean parece obvio. Por ello, desde hace anosdiversos organismos y gobiernos han desarrollado iniciativas plasmadas en

11http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/8/2/024024

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diferentes acuerdos, como el Protocolo de Kyoto o el Acuerdo de Parıs, paratratar de luchar contra este fenomeno. Las energıas renovables son un factorclave en la transformacion que debe sufrir (y que de hecho ya esta experi-mentando) el sector energetico y la sociedad en general en la lucha contra elcambio climatico. Las emisiones directamente relacionadas con la generacionde energıa electrica y calor se pueden estimar en el 25 % del total.

Figura 17: Emisiones (2010) de GHGs por fuente y sec-tor. Fuente: ECOFYS. http://www.ecofys.com/files/files/

asn-ecofys-2013-world-ghg-emissions-flow-chart-2010.pdf

El diagrama de la Figura 17 muestra un analisis de las emisiones globalesde GHGs por fuente y sector. Se observa claramente como los combustiblesfosiles contribuyen con un 65 % al total de emisiones, mientras que el 35 %restante se cataloga como “emisiones directas”. En esta categorıa se puedenenglobal las emisiones asociadas a los sectores agrıcolas y ganaderos (porejemplo emisiones de metano por parte del ganado (varias toneladas cadadıa), a las transformaciones de uso del campo (arboles talados) o a las emi-siones asociadas a los residuos (para estudiar con mas detalle el diagrama seha incluido el link en el pie de la figura).

Las energıas renovables parecen, por tanto, predestinadas a tener un pro-

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tagonismo signifcativo en el cambio energetico que se vivira en las proximasdecadas con el probable abandono de los combustibles fosiles.

Por ultimo, en los ultimos anos se esta realizando un gran esfuerzo entecnologıas que permitan, no ya reducir las emisiones de GHGs a la atmosfe-ra, sino la captura de dichos gases, en particular del CO2 de la atmosfera.Estamos hablando de estrategias activas para la reduccion de los niveles deestos gases, donde no solo hay que considerar su captura sino tambien sualmacenamiento (en yacimientos geologicos, en los oceanos, etc.). El exitode este enfoque dependera de diversos factores, desde el apoyo economicoque reciban estas iniciativas a la solucion de problemas tecnologicos como lapotencial peligrosidad de las reservas de CO2.

El IPCC ha elaborado un documento sobre este tema titulado “Carbondioxide capture and storage” que puedes encontrar en el siguiente enlace:https://www.ipcc.ch/pdf/special-reports/srccs/srccs_wholereport.

pdf

Importante 1.9: Cambio Climatico: Recursos

Existen infinidad de recursos relacionados con el cambio climatico. Porejemplo, tras su famoso documental “An Incovenient Truth”, la siguien-te charla TED de Al Gore puede resultar interesante: https://www.ted.com/talks/al_gore_the_case_for_optimism_on_climate_change. Re-cientemente se ha publicado en YouTube el documental dirigido porMartin Scorsese y protagonizado por Leonardo di Caprio “Before theFlood”: (Trailer: https://www.youtube.com/watch?v=6UGsRcxaSAI)

Cuestion 1.4: Iniciativas contra el Cambio Climatico

Se han mencionado dos acuerdos internacionales relevantes: el Protocolode Kyoto y el reciente Acuerdo de Parıs.¿Sabes cuando se acordo y cuando entro en vigor el primer acuerdointernacional disenado para luchar contra el calentamiento global?

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1.6. Panorama Actual: EERR en el contexto mundial

Una vez revisados algunos conceptos basicos como la definicion de energıasrenovables, el porque de su origen y de su relevancia en la sociedad actual, hallegado el momento de revisar la situacion actual de las energıas renovablesen el marco del sector energetico mundial y en nuestro paıs.

Vamos a revisar los actores principales del sector, ası como a ver que pesotienen las energıas renovables dentro de la generacion electrica en Espana,la relevancia de cada renovable y algunos conceptos basicos para entendermejor la situacion regulatoria actual.

Un primer dato importante, que de hecho ya hemos analizado en ciertamedida en el apartado 1.5.4, es la relevancia de las EERR en la coberturaa nivel mundial del consumo final de energıa (podemos entenderlo como lacobertura de energıa primaria).

Figura 18: Porcentaje de cobertura de las EERR en relacion al consumo global de energıaprimaria (2014). Fuente: REN21 (Informe 2016). http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2016/06/GSR_2016_Full_Report.pdf

Vemos que un 19.2 % de ese consumo global esta cubierto por las energıasrenovables, pero con ciertas salvedades: Un 8.9 % esta asociado a “biomasatradicional”12. Hablamos de usos para calefaccion y cocina en lugares remotos

12La biomasa es la utilizacion de la materia organica como fuente energetica. Por su

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o rurales o en paıses en desarrollo. El 10.3 % restante se asigna a las “reno-vables modernas”, dentro de las cuales podemos establecer una clasificacionen usos de generacion de energıa (p.ej. electrica), calefaccion/climatizacion,transporte y servicios en instalaciones aisladas/fuera de red.

Figura 19: Porcentaje de cobertura de las EERR en relacion al consumo global deenergıa electrica (fianles 2015). Fuente: REN21 (Informe 2016). http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2016/06/GSR_2016_Full_Report.pdf

¿Como varıa la contribucion de las EERR si en vez de hablar de energıaprimaria nos centramos en la cobertura de la demanda de energıa electrica?Las cifras son similares en lo referente al reparto entre combustibles fosilesy energıas renovables, aunque la contribucion de estas ultimas aumenta eneste caso. Lo que sı varıa de manera significativa es el reparto dentro de ese23.7 %13 de generacion electrica renovable. En este caso logicamente desapa-rece la “biomasa tradicional” y 3/4 partes de esa electricidad proviene deenergıa hidraulica (centrales hidroelectricas), con aportaciones menores de la

amplia definicion, la biomasa abarca un amplio conjunto de materias organicas que secaracteriza por su heterogeneidad, tanto por su origen como por su naturaleza. En elcontexto energetico, la biomasa puede considerarse como la materia organica originadaen un proceso biologico, espontaneo o provocado, utilizable como fuente de energıa. Estosrecursos biomasicos pueden agruparse de forma general en agrıcolas y forestales. (Fuente:APPA)

13un dato interesante es que el dato para 2014 fue del 22.8 %, por lo que el aumento en1 ano ha sido significativo

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energıa eolica, solar fotovoltaica, etc.

Figura 20: Tasa de crecimiento de la capacidad instalada para diferentes EERR y de pro-duccion de biocombustibles (desde finales del 2010 a la actualidad). Fuente: REN21 (In-forme 2016). http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2016/06/GSR_2016_Full_

Report.pdf

Al margen de los datos “brutos”, tambien resulta fundamental el com-prender las tendencias de crecimiento en los ultimos anos de las diferentestecnologıas renovables. Este analisis nos aporta informacion sobre la relevan-cia de cada una de estas tecnologıas y sobre su madurez tecnologica (verFigura 20).

Resultan especialmente significativos los datos asociados a la energıa so-lar fotovoltaica y a la solar de concentracion (tambien denominada solartermica o termo-electrica; CSP (Concetration Solar Power)), ya que sus ta-sas de crecimiento son muy relevantes. Este hecho se debe probablementea que, entre otros factores, estas tecnologıas estan en la actualidad llegan-do a un punto alto de madurez (relacionado con el concepto de paridad de

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red1415) https://www.ted.com/talks/al_gore_the_case_for_optimism_

on_climate_change?language=es.

La energıa eolica, por ejemplo, presenta un crecimiento mas modesto, pe-ro estamos hablando de una tecnologıa mas madura.

Veamos ahora cuales son los principales “actores” en el contexto inter-nacional. La Figura 21 muestra los 5 primeros paıses en capacidad totalinstalada o generacion para las diferentes tecnologıas (datos actualizados afinales de 2015).

Del analisis de estos datos puede deducirse que tanto China como USA sonlos principales actores a nivel mundial, ocupando las 2 primeras posicionespara diferentes tecnologıas. Sin embargo, estamos hablando de paıses con unagran extension geografica y demografica.

Un estudio interesante en este sentido puede ser el de analizar los mismosdatos pero normalizados por el numero de habitantes (per capita). En estecaso (ver tercera fila: Renewable power capacity per capita (capacidad reno-vable instalada per capita)) la foto que se obtiene es muy distinta, ya quelos 5 paıses que lideran la clasificacion son europeos, con Espana en 4 lugar.Otros datos destacables son que Espana aparece como primer paıs mundialen instalaciones CSP (solar termoelectrica) o que Alemania y Dinamarca li-deran las clasificaciones de energıa solar fotovoltaica y eolica (per capita),respectivamente.

El caso de Alemania merece una reflexion detenida, habida cuenta de susrecursos solares (irradiancia media anual, por ejemplo) en comparacion conotros paıses como Italia o Espana (profundizaremos en este tema en el capıtu-lo dedicado a la energıa solar fotovoltaica). Por ultimo, es tambien resenableel hecho de que Espana aparece en 5o lugar en capacidad total instalada eoli-ca.

14La paridad de red se define como la condicion que se da cuando una fuente de gene-racion de energıa electrica (en este caso renovable) es capaz de producir electricidad a uncoste inferior o igual al precio del mercado mayorista.

15Este concepto aparece explicado en la charla TED de Al Gore (a partir de 14:30,subtıtulos en castellano

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Figura 21: 5 primeros paıses en capacidad total instalada o generacion para las diferentestecnologıas (datos actualizados a finales de 2015). Fuente: REN21 (Informe 2016). http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2016/06/GSR_2016_Full_Report.pdf

Si se comparasen los datos presentados en la Figura 21 con los del ano an-terior (2015)16, podrıa observarse como Espana ha experimentado un ciertoretroceso, ya que figuraba en 4 posicion a nivel global (filas 2 y 3, capacidadexcluyendo la energıa hidraulilca y capacidad per capita) y tambien cuartaen capacidad eolica. La explicacion a esta situacion podemos encontrarla enel contexto de crisis vivido por nuestro paıs en los ultimos anos y, en parti-cular, por la reciente incertidumbre regulatoria en relacion con las EERR.

16Informe REN21 2015: http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2015/07/

REN12-GSR2015_Onlinebook_low1.pdf

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Figura 22: Capacidad renovable instalada a nivel mundial, Union europea (EU-28) y laasociacion de paıses BRICS y en los 7 paıses lıderes en EERR a nivel mundial. Fuen-te: REN21 (Informe 2016). http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2016/06/GSR_2016_Full_Report.pdf

Atendiendo a la capacidad total de cada paıs considerando todas las tec-nologıas renovables salvo la hidraulica, la clasificacion resultante serıa la mos-trada en la Figura 22, con China en primer lugar, seguida de USA, Alemania,Japon, India, Italia y Espana. En la edicion anterior de este informe Espanafiguraba en 5a posicion, practicamente con la misma capacidad que Italia ypor delante de Japon e India.

Para entender el porque de esta situacion vamos a analizar la evolucionen los ultimos anos de los sectores solar fotovoltaico y eolico. En el primercaso puede observarse (Figura 23) como la evolucion de las instalaciones fo-tovoltaicas ha seguido un patron de fuerte crecimiento en los ultimos anos,siendo los actores principales Alemania, China, Japon, USA e Italia.

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Figura 23: Evolucion de la capacidad solar fotovoltaica instalada entre los anos 2005 y 2015.Fuente: REN21 (Informe 2016). http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2016/06/GSR_2016_Full_Report.pdf

La siguiente grafica (Figura 24) permite cuantificar el crecimiento en lasinstalaciones fotovoltaicas en los primeros 10 paıses clasificados por la capa-cidad total instalada. Puede apreciarse como, mientras que algunos paısespunteros como China, Japon o USA experimentan crecmientos muy signifi-cativos, Espana es el paıs que menos crece de entre los 10 primeros, con unmero 0.1 %. En los datos del ano anterior (informe del 2015) el crecimientoen Espana fue del 0 %.

Cuestion 1.5: Evolucion de la energıa solar fotovoltaica

Los datos presentados parecen indicar que el crecimiento de la energıasolar fotovoltaica ha sido muy significativo en los ultimos anos.

¿Existira una relacion entre el aumento en la capacidad instalada yel precio asociado a dichas instalaciones, en particular al precio de lospaneles solares fotovoltaicos?

Nota: puedes encontrar ayuda en el vıdeo de Al Gore: https://www.ted.com/talks/al_gore_the_case_for_optimism_on_climate_change

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Figura 24: Incremento en la capacidad solar fotovoltaica instalada en los primeros 10 paısesen 2015. Fuente: REN21 (Informe 2016). http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2016/06/GSR_2016_Full_Report.pdf

Analicemos ahora la evolucion de la energıa eolica. Al igual que en el ca-so fotovoltaico, el crecimiento en la ultima decada ha sido muy significativo,con incrementos en la capacidad total mundial instalada muy notables en losultimos anos (Figura 25).

Si nos centramos ahora en el crecimiento eolico de los 10 actores princi-pales a nivel mundial vemos de nuevo como Espana, situada en este caso enquinto lugar entre la India y UK, es el unico paıs de esta clasificacion que noha aumentado su capacidad en el ultimo ano (2015).

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Figura 25: Evolucion de la capacidad eolica instalada entre los anos 2005 y 2015. Fuen-te: REN21 (Informe 2016). http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2016/06/GSR_2016_Full_Report.pdf

Figura 26: Incremento en la capacidad eolica instalada en los primeros 10 paıses en 2015.Fuente: REN21 (Informe 2016). http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2016/06/GSR_2016_Full_Report.pdf

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Cuestion 1.6: Situacion actual de las EERR en Espana

Queda claro que Espana es uno de los actores principales en el con-texto internacional de las EERR. Sin embargo, en los ultimos anos elcrecimiento se ha estancado, especialmente en sectores clave como elfotovoltaico y el eolico.

¿A que se debe esta situacion? Busca informacion al respecto y tratade justificar tu respuesta.

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1.7. Panorama Actual: EERR en el contexto europeo

Para comprender mejor la situacion de las EERR resulta necesario ana-lizar tambien el contexto europeo, ya que pueden existir particularidadesque hagan que el uso de las EERR difiera significativamente entre zonasgeograficas o paıses en funcion de la disponibilidad de los diferentes recursosrenovables o las polıticas adoptadas.

Figura 27: Cobertura de la demanda de energıa primaria en la UE-28 en 2004 y 2014. Fuen-te: Eurostat (Febrero 2016). http://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php/Energy_from_renewable_sources

La Figura 27 presenta un analisis muy interesante, indicando la evolucionde la cobertura de las EERR sobre la demanda de energıa primaria para losdiferentes paıses de la Union Europea. Ademas se ha representado el % decobertura en 2004 (barra verde claro) frente al 2014 (barra veder oscuro), loque permite observar la evolucion individual y global de la union. El objetivoestablecido por cada paıs para el ano 2020 aparece marcado con un punto encolor verde claro.

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Resulta llamativa la aparente desigualdad entre paıses como Suecia yFinlandia frente a otros como Begica y el Reino Unido. Espana se situa amitad de tabla, con una cobertura actual (sobre el consumo total de energıaprimaria) del 16.2 %, siendo el objetivo marcado para el ano 2020 del 20 %.

El objetivo de la UE en este sentido esta tambien marcado en el 20 %, sibien algunos paıses se han marcado objetivos mas ambiciosos (Suecia, Fin-landia, Dinamarca, Austria, etc.). Resulta particularmente llamativo el casode Islandia y Noruega (paıses no pertenecientes a la UE) con objetivos del64 y 67.5 % y coberturas actuales del 77.1 y 69.2 %.

Cuestion 1.7: El caso de Noruega e Islandia

Investiga, a traves de fuentes fiables, cuales son los factores clave delsistema energetico de ambos paıses para poder alcanzar unas cuotas tanaltas de cobertura por parte de las EERR.

Analiza las tecnologıas usadas y los valores asociados tanto para lacobertura del consumo de energıa primaria como para la generacionelectrica.

Por ultimo, indica si la generacion es estacional o se mantiene cons-tante a lo largo del ano.

Al margen de estos datos resulta tambien necesario conocer las distintasfuentes que dan cobertura a la demanda de energıa primaria. Como puedeapreciarse en la Figura 28, los combustibles fosiles (gas, petroleo y carbon)cubren mas del 70 % de la demanda. La evolucion en las ultimas decadas hasido significativa, con una fuerte reduccion del carbon y un aumento notablede la contribucion de las EERR.

Dentro de la contribucion de las EERR, el reparto entre las diferentestecnologıas es muy distinto en funcion de si se analiza su contribucion a lademanda de energıa primaria o a la generacion de energıa electrica.

En el primer caso (Figura 29) la fuente predominante es la biomasa (ma-dera y otros biocombustibles solidos), seguida por la energıa hidraulica y porla eolica, que ha experimentado un fuerte crecimiento en los ultimos anos.

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Figura 28: Distribucion de la cobertura de la demanda de energıa primaria en la UE-28(evolucion 1990-2013). Fuente: Eurostat

Figura 29: Evolucion de la cobertura de la demanda de energıa primaria mediante EERRen la UE-28 (evolucion 1990-2014). Fuente: Eurostat (Febrero 2016). http://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php/Energy_from_renewable_sources

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Figura 30: Generacion bruta de energıa electrica mediante fuentes renovables en la UnionEuropea (evolucion 1990-2013). Fuente: Eurostat (Febrero 2016). http://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php/Energy_from_renewable_sources

En el caso de la generacion de energıa electrica (Figura 30) esta distribu-cion cambia significativamente, pasando la energıa hidraulica al primer lugarseguida por la energıa eolica.

Comparativamente, Espana se situa entre los primeros paıses europeosen contribucion de las EERR a la generacion electrica (ver Figura 31)17.Nuevamente, resulta llamativo el contraste entre los bajos valores asociadosa algunos paıses como el Reino Unido, Francia o Polonia; frente a la granaportacion de las renovables en paıses nordicos como Islandia o Noruega.

17en los valores de la figura no se tiene en cuenta la generacion hidraulica de bombeo

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Figura 31: Contribucion de las EERR sobre la produccion electrica en Europa (2015).Fuente: ENTSO-E. Data portal y Statistical Facsheet 2015. Espana REE. http://www.ree.es/sites/default/files/downloadable/inf_sis_elec_ree_2015.pdf

Con todo lo visto anteriormente, las cifras analizadas para el caso parti-cular europeo no difieren significativamente de los valores presentados a nivelmundial. La UE ha realizado un esfuerzo por potenciar las EERR, fijandocomo objetivo para el ano 2020 el conseguir una cobertura del 20 % del con-sumo final bruto de energıa. Este objetivo parece factible dada la evolucionseguida hasta la fecha.

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Figura 32: Diagrama de Sankey del sistema energetico europeo. Fuente: Statistical Of-fice of the European Union (Eurostat). http://www.eea.europa.eu/data-and-maps/

indicators/overview-of-the-european-energy-system-3/assessment

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Cuestion 1.8: Diagrama de Sankey del sistema energetico europeo

Tras los datos vistos sobre la cobertura de la demanda de energıa pri-maria y electrica en la UE y el papel desempenado por las EERR, eldiagrama de Sankey (Figura 32, puedes acceder a traves del enlace indi-cado para una mejor visualizacion) es una herramienta fantastica paraanalizar en un unico grafico las fuentes de energıa primaria empleadasy donde son usadas. Responde a las siguientes preguntas:

a) ¿A que se refiere el concepto net imports?b) ¿Que es el district heating?c) ¿Por que existen las conversion losses?

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1.8. Panorama Actual: EERR en Espana

Como se ya menciono en la Seccion 1.4, en Espana el IDAE es el orga-nismo encargado de establecer las polıticas relacionadas con las EERR. Enla actualidad el plan vigente es el Plan de Accion de Energıas Renovables2011-2020, con unos objetivos del 20 % de aporte de las EERR al consumofinal bruto de energıa y una contribucion mınima del 10 % de las EERR alsector del transporte18.

Figura 33: Evolucion de la cobertura mediante EERR del consumo bruto final en Espana.Fuente: Statistical Office of the European Union (Eurostat).

La evolucion de las EERR en Espana ha sido positiva en los ultimos anos(ver Figura 33), llegando a una cobertura del consumo final bruto de un16.2 %. Sin embargo, dada la coyuntura actual de paron e incertidumbre enel sector, no esta claro si el objetivo del 20 % para el ano 2020 podra serfinalmente alcanzado.

Las siguientes graficas muestran como el consumo de energıa primaria yla demanda de energıa final19 en Espana son cubiertas mediante las diferentes

18Segun el Plan de Energıas Renovables 2011-2020, basado en la Directiva 2009/28/CE)se establecen objetivos especıficos de contribucion de las renovables en el sector electrico,de calefaccion y refrigeracion y transporte.

19Recordar la definicion de ambos conceptos expuesta al comienzo de la seccion Intro-duccion.

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Figura 34: Cobertura de la energıa primaria en Espana (2014). Fuente: Minetur.

Figura 35: Cobertura de la energıa final en Espana (2014). Fuente: Minetur.

fuentes de energıa. Puede apreciarse como la situacion es relativamente simi-lar al contexto global, con una clara dependencia de los combustibles fosilesque asciende aproximandamente a un 75 % del consumo de energıa primaria.

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En la Figura 35 el valor que aparece asociado a las EERR puede pareceren contradiccion con la Figura 33, donde el valor de aportacion de las EERRen 2014 es de aproximadamente un 16 %. Al 7 % indicado en la Figura 35habrıa que sumarle el 40 % de la produccion de energıa electrica que en nues-tro paıs proviene de fuentes renovables.

Si nos fijamos ahora exclusivamente en la generacion de energıa electricaen nuestro paıs, el panorama cambiara significativamente. En primer lugar,la contribucion de las EERR sube de manera notable, situandose en el en-torno del 40 % en los ultimos anos.

Figura 36: Evolucion de la produccion de energıa electrica renovable y no-renovableen Espana. Fuente: Avance del informe del sistema electrico espanol (2016) (Informede REE). http://www.ree.es/sites/default/files/downloadable/avance_informe_sistema_electrico_2016.pdf

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Figura 37: Evolucion de la produccion de energıa electrica renovable en Es-pana. Fuente: Avance del informe del sistema electrico espanol (2016) (Informede REE). http://www.ree.es/sites/default/files/downloadable/avance_informe_sistema_electrico_2016.pdf

De hecho, en los anos 2013 y 2014 se supera el 40 %, llegando a un 42.8 %.Sin embargo, la contribucion de las EERR baja de manera significativa en elano 2015 en mas de 5 puntos (aunque en el 2016 vuelve a recuperarse). ¿Quees lo que ha ocurrido? ¿Se habran cerrado huertos solares debido al famoso“impuesto al Sol”? ¿Los parques eolicos habran generado menos debido aun menor numero de dıas de vientos favorables? La solucion la vemos en laFigura 37.

Puede apreciarse como la contribucion de la energıa hidraulica descien-de de manera significativa entre los anos 2014 y 2015, debido a una menorcantidad de precipitaciones. Curiosamente la potencia hidraulica instalada

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aumento en un 4.6 %, pero la generacion disminuyo un 27.5 %. Las reservashidroelectricas del conjunto de embalses en nuestro paıs se situo en un 46.6 %de la capacidad total disponible, lo que supone un 17 % menos que en el anoanterior20.

Figura 38: Evolucion de la produccion de energıa electrica no-renovable en Es-pana. Fuente: Avance del informe del sistema electrico espanol (2016) (Informede REE). http://www.ree.es/sites/default/files/downloadable/avance_informe_sistema_electrico_2016.pdf

Este deficit de generacion electrica fue contrarrestado por un aumento enel uso del carbon, lo que a su vez ha implicado un aumento en las emisiones

20Un termino que puede emplearse en este contexto es el de producible hidraulico, quepuede definirse como la cantidad maxima de energıa electrica que teoricamente se podrıaproducir considerando las aportaciones hidraulicas registradas durante un determinadoperıodo de tiempo y una vez deducidas las detracciones de agua realizadas para riego opara otros usos distintos de la produccion de energıa electrica

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de CO2 asociadas a la generacion electrica en nuestro paıs (efecto ya corre-gido con los nuevos datos asociados al 2016: ver Figura 39).

Figura 39: Evolucion de las emisiones de CO2 asociadas a la generacion electricaen Espana. Fuente: Avance del informe del sistema electrico espanol (2016) (Informede REE). http://www.ree.es/sites/default/files/downloadable/avance_informe_sistema_electrico_2016.pdf

Si se analiza la distribucion de la generacion electrica en Espana (en elano 2016) entre las diferentes tecnologıas, vemos como la produccion estu-vo encabezada por la energıa nuclear (22 %), seguida de cerca por la eolica(19.2 %)21. Cabe destacar que la energıa eolica fue la principal fuente degeneracion electrica en Espana en el ano 2013 (con un 20.9 % de cobertura).

21El carbon experimento una fuerte bajada del 2015 (20.3 %) al 2016 (13.7 %))

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Figura 40: Distribucion de la potencia instalada (superior) y de la generacion electrica(inferior) en Espana (2016). Fuente: Avance del informe del sistema electrico espanol (2016)(Informe de REE). http://www.ree.es/sites/default/files/downloadable/avance_informe_sistema_electrico_2016.pdf

1.9. Panorama Actual: Conclusiones

En los ultimos apartados se ha revisado la situacion actual de las EERRen el contexto mundial, europeo y espanol. Este analisis nos ha permitidoconocer las diferentes tecnologıas renovables relevantes en la actualidad ysu contribucion a la cobertura del consumo final bruto y a la generacionelectrica.

Se ha estudiado la evolucion de las EERR en los ultimos anos, compro-bando como, en terminos generales, su importancia ha ido claramente enaumento, tendencia que se espera que se acentue en un futuro cercano.

No cabe duda de que las energıas renovables, tanto la mas tradicionalhidraulica, como la eolica o las solares fotovoltaica y termica/termoelectrica,van a ser actores principales en el marco energetico de los proximos anos.

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Esta tematica, con diferentes retos tecnologicos, medioambientales, polıticosy sociales, promete ser realmente apasionante.

Antes de analizar en profundidad la relacion entre las EERR y las tele-comunicaciones, vamos a repasar dos aspectos fundamentales: las polıticasrelacionadas con las EERR y las tecnologıas de almacenamiento de energıaen la red electrica.

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1.10. EERR: polıticas

A estas alturas ya tenemos un conocimiento claro sobre que es una energıarenovable, por que surgen las EERR y sobre como estan situadas en el con-texto global y en nuestro paıs. Quizas sea este el momento de hacer unasbreves reflexiones sobre “otros” aspectos de las EERR. Vamos a plantearnosalgunas preguntas:

¿Son necesarias las EERR? Si se quiere conseguir una descarbonizacion22

de nuestra sociedad en general y de nuestra generacion de energıa ytransporte en particular, sin lugar a dudas las EERR son necesarias.

¿Que ventajas nos ofrecen las EERR? Principalmente la perspectiva deun desarrollo sostenible, lo que no parece posible con el actual modelobasado en los combustibles fosiles.

¿Presentan algun incoveniente las EERR? Es obvio que sı: su depen-dencia del recurso y su caracter fluctuante son una de sus principalesdesventajas, ya que no permiten una generacion planificada y contro-lada. Por otro lado, estamos hablando en muchos casos de tecnologıasno maduras, aunque este problema parece ya superado, al menos par-cialmente, en el caso de la energıa eolica o la solar FV. Esta inmadurezimplica unos costes mas elevados y una necesaria inversion en I+D.

¿Por que no somos ya 100 % renovables? La transicion hacia un mo-delo 100 % renovable no es sencilla. Para empezar tenemos que dis-poner de los recursos (Sol, viento, olas, mareas, etc.) necesarios. Porotro lado hay que sufragar el coste de estas instalaciones que, en mu-chos casos, pueden ser mas caras que las convencionales (en ejemploscomo la energıa solar FV o la eolica ya se ha llegado a la paridadde red: coste de generacion igual o inferior a las tecnologıas conven-cionales). Ademas, la intermitencia del recurso puede hacer necesariorecurrir a otras tecnologıas, como la nuclear, que ofrezcan una genera-cion continua y controlada, al menos mientras no existan tecnologıasque permitan la acumulacion de grandes cantidades de energıa en lared electrica.

22Eliminar la dependencia de los combustibles fosiles.

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¿Quien paga el coste de las EERR? Esta es una pregunta importante yde gran vigencia en nuestro paıs. Las EERR han necesitado (y nece-sitaran en el caso de, por ejemplo, las energıas derivadas del mar) unimpulso inicial. Pensemos en la energıa FV hace unos anos, cuando losprecios de los paneles FV eran mucho mas caros que ahora (muy porencima de 1euro/Wp) y realizar una planta de generacion FV no erarentable. ¿Quien iba a realizar este tipo de instalaciones si con ellas nose conseguıa un retorno economico? La respuesta vino dada en formade las famosas primas a las EERR.

1.10.1. Las primas a las EERR

Las denominadas comunmente como primas a las EERR son un regi-men de retribucion especial que algunos gobiernos han usado para estimularel desarrollo e implementacion de ciertas tecnologıas renovables en sus res-pectivos paıses.

La idea es sencilla: supongamos que es el ano 2007 y yo quiero favorecer eldesarrollo de la energıa FV en mi paıs, pero me encuentro con el problema deque esta tecnologıa no es aun lo suficientemente madura como para que lasempresas apuesten por ella, ya que sencillamente no sale rentable. El costede estas instalaciones es muy alto y, desde el punto de vista de negocio, espreferible apostar por una central termica o de ciclo combinado, por ejemplo.

¿Que puede hacerse? El gobierno correspondiente puede tratar de esti-mular esa tecnologıa mediante primas, esto es, asegurando a las empresas unprecio superior al de mercado (si el kWh se paga a X, el kWh fotovoltaicose paga (por ejemplo) a 5X ). Este enfoque ha sido el que adoptaron muchospaıses, como Alemania, Espana, Italia.

Veamos el caso de Espana: los Reales Decretos RD 661/2007 y 1578/2008fijan las retribuciones especiales para las EERR y para los sistemas de coge-neracion (ver Figura 41). Como vemos en el RD 2008, las primas a energıaFV fueron las mas altas, estableciendose una diferenciacion en funcion de lapotencia de la instalacion y de su tipologıa: instaladas sobre tejado (Rooftop)o sobre el suelo, en formato “huerto solar” (Ground-mounted).

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RD 661/2007

RD 1578/2008

Figura 41: Retribuciones a las EERR segun los Reales Decretos RD 661/2007 y 1578/2008(Elaboracion propia).

Un primer punto a destacar es que, en el caso FV, estas retribucionesparecen querer estimular solo las instalaciones conectadas a red, dejando delado las autonomas o aisladas (lo veremos en su momento en el apartadodedicado a la energıa solar).

Por otro lado, ¿son precios razonables o quizas muy elevados? La historiaya tiene una respuesta para esta pregunta, probablemente causada tambienpor el contexto de la grave crisis economica que comienza en los anos 2007/08:la retribucion fue probablemente excesiva, teniendo en cuenta que reales de-cretos posteriores rebajaron sustancialmente su cuantıa, incluso con efectoretroactivo23, anulandose posteriormente la posibilidad de beneficiarse de es-te regimen a nuevas instalaciones.

23Esto significa que una instalacion FV realizada en 2008 que debıa tener una primapor kWh generado determinada, se vio afectada por el cambio regulatorio recibiendo pos-teriormente una retribucion inferior, con el consiguiente efecto sobre su amortizacion yrentabilidad.

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Figura 42: Retribuciones especiales a la energıa solar FV en Italia. Fuente datos: http://ec.europa.eu/eurostat/web/energy/data/database. (Elaboracion propia).

Cuestion 1.9: Primas a la FV

Desde el punto de vista cuantitativo, las primas establecidas en el RD2008: ¿son altas o bajas? Justifica tu respuesta con datos del coste degeneracion electrica en Espana en el 2008 y en la actualidad.

En este punto tambien es interesante tomar otras referencias, por ejemploel caso italiano. Si analizamos las primas (feed-in tariff ) aplicadas en Italiavemos como su cuantıa es sensiblemente inferior, existe una mayor categori-zacion por potencias (y tecnologıas innovadoras, no mostradas en esta figura)y se diferencia entre instalaciones aisladas (self-consumption) y conectadas ared (standard feed-in) (ver Figura 42).

Si analizamos la evolucion de las instalaciones FV por ejemplo hasta elano 2013 (ver Figura 43), podemos ver como Espana pasa de estar en la 2a

posicion mundial en 2009, gracias al impulso inicial de las primas, a quedar

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claramente relegada, muy por detras de Italia ya en el ano 2013, con casi uncuarto de potencial FV.

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

Potencia Solar Fotovoltaica Instalada

Alemania

China

Japón

Italia

U.S.A

España

MW

p

Fotovoltaica

Figura 43: Evolucion de la potencia FV instalada a nivel mundial hasta el ano 2013. Fuente:http://ec.europa.eu/eurostat/web/energy/data/database (Elaboracion propia).

Otro concepto importante para entender las polıticas de estimulacion ydesarrollo de las EERR es el de Balance Neto, destinado a potenciar las ins-talaciones en viviendas y, con ello, a llevar el concepto de generacion electricacentralizada a un modelo distribuido. Trataremos este tema en el apartadodedicado a la energıa solar FV.

Cuestion 1.10: Periodo de amortizacion para instalaciones FV

Supon una instalacion FV de 1MWp en tejado. Trata de encontrar cualpuede ser su coste orientativo y determina el plazo de amortizacion te-niendo en cuenta las primas espanolas segun el RD2008 y las italianas.Comenta brevemente el resultado obtenido.

66

1.10.2. Funcionamiento del Mercado Electrico

Por ultimo, para cerrar este breve apartado sobre las polıticas relacio-nadas con las EERR, vamos a ver como funciona el mercado electrico ennuestro paıs, ya que tambien tiene una importante influencia en el impulsode las EERR e, incluso, en el precio de la electricidad que finalmente pagamos.

¿Como funciona el mercado electrico espanol? ¿Como se fijan esos pre-cios diarios para la energıa electrica que luego consumimos? El mercado decompra-venta electrico esta gestionado por OMEL (Operador del Mercadode Electricidad). El 80 % de la electricidad esta generada por 5 grandescompanıas: Endesa, Iberdrola, Union Fenosa, EdP y Viesgo.

El operador del sistema en Espana (encargado de la continuidad y sumi-nistro de energıa) es REE (Red Electrica Espanola), que tiene el mono-polio del transporte.

La distribucion y comercializacion es realizada en un 90 % por filiales delas grandes companıas. Cada dıa, OMEL opera la subasta para las 24 horasdel dıa siguiente, entrando en primer lugar aquellas energıas mas baratas, se-guidas de los distintos sistemas de produccion hasta que se cubre la demandaproyectada.

La subasta de energıa se realiza diariamente a traves de internet, fijandoseel precio en el punto de cruce de las curvas de oferta y demanda, aunque enalgunas situaciones especiales esto puede variar (ofertas complejas).

Cuestion 1.11: Subasta de energıa: ofertas complejas

En la subasta de energıa, ¿cuando se dan esas condiciones para las ofertascomplejas? Explıcalo brevemente.

¿Como funciona la subasta del mercado electrico?En primer lugar acceden las nucleares, debido a que su regulacion

por medio de parones y arranques serıa muy costosa. En segundo lugarlas energıas renovables, en virtud a una normativa que busca promoversu desarrollo y debido a su incapacidad para almacenar el recurso correspon-diente (viento, Sol, etc.). Las renovables tienen asegurado un precio regulado,por lo que generan un efecto de abaratamiento en la subasta. En reali-dad, no son solo las renovables las que pertenecen al denominado regimen

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Figura 44: Ejemplo de subasta para las 9 de la manana del 16 de julio del 2015: curvas agre-gadas de oferta y demanda (ordenes de venta en marron y compra en azul). Fuente: blogPublico (fuente original OMIE). http://blogs.publico.es/econonuestra/2015/09/

05/repitan-conmigo-las-renovables-abaratan-el-precio-de-la-electricidad/.

especial, sino tambien la co-generacion y los residuos (entendidos en su to-talidad: renovables y no-renovables).

La ultima fuente en cubrir la demanda marca el denominado precio mar-ginal, que sera el precio al que el resto de fuentes de energıa seran retribuidas.Esto hace que las centrales nucleares e hidroelectricas perciban ingresos mu-cho mayores a los asociados a sus costes, al estar muchas ya amortizadasdebido a su antiguedad. Por otro lado, si la demanda de consumo es escasay la oferta nuclear y renovable muy alta, el precio que se marcara entoncessera 0, ya que es el precio de entrada fijado para estas energıas en el pool,para darlas prioridad.

68

1.11. EERR: almacenamiento de energıa en la red electrica

Ya sabemos que en Espana existen centrales de generacion electrica dediferentes tecnologıas: nuclear, hidraulica, ciclo combinado, eolicas, etc. RedElectrica de Espana (REE)24 se encarga de la operacion del sistema electricoespanol, esto es, trata de garantizar en todo momento la seguridad y la con-tinuidad del suministro electrico en toda la penınsula, ası como en Canarias,Baleres, Ceuta y Melilla.

Para ello es necesario que exista un equilibrio entre la generacion y lademanda en tiempo real, dado que no existen aun tecnologıas que permitanel almacenamiento de grandes cantidades de energıa en la red electrica. REErealiza por lo tanto una prevision de la demanda y una posterior monitoriza-cion en tiempo real de la generacion y transporte para asegurar que en cadamomento existe dicho equilibrio. En caso de desviaciones, REE manda orde-nes en tiempo real a los distintos centros (por ejemplo a los parques eolicos)para que se pueda ajustar la generacion.

Importante 1.10: Demanda y Produccion en tiempo real

La web de REE permite el seguimiento en tiempo real de la demanday produccion en tiempo real, con informacion muy interesante sobre laestructura de generacion, CO2 asociado, etc.a

ahttp://www.ree.es/es/actividades/demanda-y-produccion-en-tiempo-real

En la Figura 45 podemos ver por ejemplo las curvas de demanda y ge-neracion, ası como al estructura de generacion para el 1 de abril del 2017.Puede apreciarse a simple vista como la eolica presenta una contribucion sig-nificativa (38.8 % a las 18:20) seguida por la nuclear (24.5 % de la generaciontotal: 7071 MW)). En la Figura 46 se presenta el detalle de la evolucion dela estructura de generacion.

24Web de REE: http://www.ree.es/es/actividades/

operacion-del-sistema-electrico

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Figura 45: Ejemplo de informacion en tiempo real sobre demanda y generacion en elsistema electrica espanol. Datos para el 1 de abril del 2017). Fuente: REE.

Figura 46: Detalle de la estructura de generacion en tiempo real del sistema electricaespanol. Datos para el 1 de abril del 2017). Fuente: REE.

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El hecho de que no existan a dıa de hoy tecnologıas maduras para laacumulacion de energıa a gran escala en la red electrica supone de hecho ungran inconveniente para las EERR.

Pensemos en las EERR fluctuantes: en la energıa eolica por ejemplo. Envez de tener que regular su generacion en dıas de mucho viento, lo ideal serıapoder acumular la energıa generada excedente de tal manera que pudiese serutilizada a posteriori. La intermitencia de estas EERR es uno de sus prin-cipales inconvenientes, tanto por la necesidad de disponer de otras fuentesde generacion no fluctuantes (no podrıamos depender a dıa de hoy de unsistema basado solo en eolica y solar, por ejemplo), como por la necesidad deadecuar la red de transporte a los posibles picos de generacion producidos enmomentos puntuales.

Relacionado con este tema surge el concepto de Garantıa de Capaci-dad: este concepto se podrıa definir como la disponibilidad de una deter-minada tecnologıa de proporcionar la potencia instalada en un determinadomomento (Figura 47). Evidentemente las energıas en las que el recurso puedepresentar importantes fluctuaciones, como la eolica y la fotovoltaica, presen-tan una garantıa de capacidad muy baja, lo que supone un problema desdeel punto de vista de la generacion electrica al no disponer de sistemas dealmacenamiento.

En los ultimos anos, el interes e investigacion en tecnologıas de almace-namiento ha aumentado significativamente, existiendo diferentes solucionestecnologicas prometedoras. Hay que destacar de hecho que la hidraulica debombeo o reversible25 es a dıa de hoy la unica tecnologıa madura que permiteel almacenamiento de energia electrica en la red.

En el documento del IDAE Evolucion tecnologica y prospectiva de costesde las EERR26 se presenta un estudio muy interesante sobre las tecnologıas dealmacenamiento, estableciendo las siguientes categorıas: mecanicas, termicas,electromagneticas y electroquımicas (ver Figura 48).

En este estudio del IDAE se presenta tambien una comparativa muy in-

25Lo veremos en detalle en el capıtulo dedicado a “otras EERR”.26http://www.idae.es/uploads/documentos/documentos_11227_e2_tecnologia_

y_costes_7d24f737.pdf

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Figura 47: Garantıa de capacidad asociada a diferentes tecnologıas de ge-neracion electrica. Fuente: IDAE (Evolucion tecnologica y prospectiva de cos-tes de las EERR). http://www.idae.es/uploads/documentos/documentos_11227_e2_tecnologia_y_costes_7d24f737.pdf

Figura 48: Tecnologıas de almacenamiento de energıa en la red electrica. Fuente: IDAE(Evolucion tecnologica y prospectiva de costes de las EERR). http://www.idae.es/

uploads/documentos/documentos_11227_e2_tecnologia_y_costes_7d24f737.pdf

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teresante entre las diferentes tecnologıas (ver Figura 49), atendiendo a sumadurez tecnologica, el coste de la energıa, posibles limitaciones en los em-plazamientos (pensemos en el caso de la hidraulica de bombeo, por ejemplo),la posible oposicion publica prevista y el apoyo polıtico.

Figura 49: Analisis comparativo entre las diferentes tecnologıas de almacenamiento deenergıa en la red electrica. Fuente: IDAE (Evolucion tecnologica y prospectiva de cos-tes de las EERR). http://www.idae.es/uploads/documentos/documentos_11227_e2_tecnologia_y_costes_7d24f737.pdf

Veamos algunos de los comentarios recogidos en el estudio del IDAE enrelacion a algunas de estas tecnologias de almancenamiento:

Hidraulica de bombeo La hidraulica de bombeo es el almacenamiento conmayor base instalada global. Su funcionamiento es muy simple, ya quese basa en la utilizacion de bombas para transportar agua desde el nivelbase hasta un deposito elevado. La energıa almacenada como energıapotencial de agua se conserva en un deposito elevado, que se recuperadejando que el torrente de agua vuelva al nivel de base a traves degeneradores de turbina.

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Las ventajas de esta tecnologıa son su escalabilidad total y su altaeficiencia de ciclo del 80 %. Sin embargo, su potencial se encuentra li-mitado por las barreras de expansion de la capacidad energetica debidoa la disponibilidad limitada de emplazamientos adecuados en muchospaıses.

La valoracion general es que se trata de una tecnologıa madura y fiablepero con un alcance real limitado para nuevos proyectos y con dificultadde funcionamiento en emplazamientos calidos (evaporacion).

CAES Las tecnologıas CAES y (A)-CAES implican sistemas, en principio,potencialmente aptos para la nivelacion de la carga a gran escala. Sufuncionamiento se basa en el uso de bombas para el almacenamientode aire comprimido en tanques o emplazamientos. Es decir, la energıase almacena como energıa mecanica en forma de aire presurizado, enel caso del CAES, o de calor en la (A)-CAES, que posteriormente sedescarga sobre turbinas para generar electricidad. Las ventajas de es-ta tecnologıa son la escalabilidad total de la capacidad energetica ysu potencial como solucion economica para el almacenamiento a cortoplazo. Sin embargo, su eficiencia en el ciclo, esto es, la diferencia entrela energıa almacenada y producida es baja (40-55 % CAES vs 60-70 %(A)-CAES) lo que conlleva que los principales retos tecnologicos futurosse centren en la mejora de la compresion de calor y el almacenamientode calor presurizado.

La valoracion general es que se trata de una tecnologıa comercial conI+D en curso, preferida para la nivelacion de carga a gran escala conbajos niveles de eficiencia.

Almacenamiento de Hidrogeno Los emplazamientos de hidrogeno sonuna buena solucion para el almacenamiento a largo plazo. Su funcio-namiento se basa en la electrolisis para la generacion del H2 (y O2)y el posterior almacenamiento del H2, bien en emplazamientos o tan-ques, lo que permite una posterior generacion electrica (y calorıfica) enturbinas o celdas de combustible.

Las ventajas de esta tecnologıa son la mayor densidad energetica entrelas grandes soluciones de escala ( 65 veces mayor que el A-CAES) yque supone la solucion mas economica para el almacenamiento a largoplazo de energıa. Sin embargo, es una tecnologıa que en la actualidad

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mantiene bajas eficiencias (¡40 %) y que demanda la construccion degrandes emplazamientos.

La valoracion general es la de una tecnologıa que podrıa suponer unasolucion potencial para la potencia de la carga base a partir de parqueseolicos a gran escala, pero que todavıa esta en una etapa conceptual,en las que solo se han probado soluciones parciales.

Sales fundidas El almacenamiento termico para CSP (Concetrated SolarPower o Energıa Solar Termica/Termoelectrica) a traves de las salesfundidas. Esta tecnologıa se basa en la utilizacion de la energıa solarconcentrada para calentar sales fundidas de forma indirecta (a travesde petroleo sintetico en CSP de cilindro parabolico) o directamente(en las configuraciones de torre de potencia). Para la descarga, el caloralmacenado se transfiere a electricidad a traves de una turbina de vapor.El sistema de dos tanques es la solucion moderna mas tıpica por la cuallas sales fundidas son bombeadas del tanque “frıo” al intercambiadorde calor y despues hasta el tanque caliente.

La principal ventaja de esta tecnologıa es que no hay conversion aenergıa electrica antes del almacenamiento, lo que favorece la eficienciadel ciclo. Sin embargo, se trata de una opcion no apta para las solucionesdescentralizadas, ya que la sal puede congelarse durante los periodosde baja radiacion.

Por tanto, nos encontramos frente a una tecnologıa madura con I+Den curso que se limita principalmente a las plantas de energıa solar deconcentracion, con un potencial uso en otras tecnologıas que todavıaesta siendo evaluado (en particular, se esta estudiando para el contextode las tecnologıas de CAES).

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Para finalizar esta parte mencionaremos el proyecto “Almacena” de REE,con el que se pretende conseguir una capacidad de almacenamiento de 1MWmediante la utilizacion de baterıas de celdas prismaticas de Ion-Litio27.

Despues de haber analizado la situacion actual de las EERR, llega elmomento de descubrir que las telecomunicaciones presentan diversos vınculoscon las EERR. Esto hace aconsejable que los profesionales que van a trabajaren dicho sector tengan una serie de conocimientos basicos que les puedanpermitir el diseno de sencillas instalaciones renovables o incluso de emplearsus conocimientos en sistemas de comunicaciones o sensores en este entorno.

Figura 50: Imagen ilustrativa del proyecto Almacena de REE. Fuente: REE

27http://www.ree.es/es/red21/idi/proyectos-idi/proyecto-almacena

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Cuestion 1.12: Tecnologıas de Almacenamiento

Por limitaciones del temario no podemos explicar detenidamente lasdiferentes tecnologıas. Busca informacion sobre alguna de las tecnologıasno comentadas y explica brevemente su principio de funcionamiento.

Alternativamente, busca mas informacion sobre alguna de las 4 tec-nologıas descritas, indicando por ejemplo proyectos reales de aplicaciono seleccionando algun artıculo cientıfico que consideres interesante y ex-plicando brevemente su contenidoab.

aTen en cuenta que las busquedas de artıculos cientıficos siempre es recomenda-ble realizarla en ingles, al encontrarse la mayor parte de las publicaciones en dichoidioma.

bPara buscar artıculos cientıficos puedes recurrir a bases de datos cientıficas comoGoogle Scholar https://scholar.google.es/ o Engineering Village http://www.

engineeringvillage.com/, por ejemplo.

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Figura 51: Ejemplo de instalalacion fotovoltaica y eolica vinculada a una estacion TDTen Uceda (Guadalajara, Espana). http://www.idna.es/es/que_hacemos

1.12. Telecomunicaciones y EERR

Este apartado va a estar dedicado a explorar los diferentes nexos de unionque pueden establecerse entre las EERR y las telecomunicaciones.

1.12.1. Alimentacion de sistemas de telecomunicaciones

Si tratasemos de pensar sobre estas posibles relaciones, probablemente laprimera que nos vendrıa a la mente serıa el uso de pequenas instalacionessolares fotovoltaicas o incluso mini o micro-eolicas para la alimentacion desistemas de telecomunicacion. Un ejemplo tıpico serıa la alimentacion de unaEBT (estacion base de telefonıa movil) (BTS: Base Transceiver Station),considerando bien la alimentacion de todo el sistema o bien solo de algunaparte especıfica, como un posible sistema de refrigeracion28.

Aunque de manera natural pensamos en este tipo de instalaciones, si-tuadas en emplazamientos donde en ocasiones el acceso al tendido electrico

28Podeis consultar el proceso de diseno y dimensionamiento de una instalacion FV paraalimentar a una BTS en el siguiente Proyecto Fin de Carrera: Diseno de una instalacionfotovoltaica para una estacion base en Teruel, Espana http://repositorio.unican.es:

8080/xmlui/bitstream/handle/10902/9106/386732.pdf?sequence=1&isAllowed=y

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Figura 52: Sistema de aforo automatico desarrallado por el Grupo de Ingenierıa Fotonicade la Universidad de Cantabria.

puede ser complicado, y vinculadas a la telefonıa movil, TDT, internet, etc.;existen otros ejemplos vinculados al ambito de las telecomunicaciones peroen un contexto totalmente distinto, ilustrado por la Figura 52.

¿Que vemos en la imagen? Se trata de un sistema de aforo automati-co, basado en sensores magneticos y empleados para la medida del traficoen puntos especıficos para el posterior dimensionamiento de carreteras, ro-tondas, etc. Por su emplazamiento en la carretera, la alimentacion de estosdispositivos mediante cables no serıa conveniente, motivo por el que se ex-ploro la posibilidad de un sistema de alimentacion basado en un laminadofotovoltaico de capa fina29, que se aprecia en la imagen.

29Las diferentes tecnologıas de celulas fotovoltaicas se estudiaran mas delante en estecurso

79

1.12.2. I+D

El profesional de las telecomunicaciones tambien puede tener mucho queaportar en el campo de la investigacion y desarrollo en el ambito renovable,por ejemplo en la mejora de la eficiencia de las celulas/paneles fotovoltaicos.El laminado fotovoltaico, donde se produce la conversion de los fotones in-cidentes a los electrones que formaran la corriente electrica deseada, no essino una union P-N, tradicionalmente formada por Silicio pero que, con elavance tecnologico, ha ido involucrando nuevas materiales. En este campo,ası como en el de la optica implicada, se estan realizando grandes esfuerzospor superar las limitaciones existentes, que situan la eficiencia maxima desistemas comerciales por debajo del 16-18 % a dıa de hoy.

Ademas, muchos sistemas solares termicos/termoelectricos o de concen-tracion (CSP: Concentration Solar Power) requieren de sistemas de segui-miento (solar tracking) sofisticados, en muchos casos ayudados por sensoresque monitorizan variables como la irradiancia del Sol.

Pero el ambito de las telecomunicaciones no se limita solo al mundo solar:los grandes parques eolicos requieren de una monitorizacion constante y entiempo real de la produccion y del estado de los aerogeneradores. Para ello sesuelen emplear multitud de sensores y sistemas de comunicaciones basadosen redes de fibra o, incluso, en comunicaciones inalambricas30.

1.12.3. Sensorica aplicada a infraestruturas renovables

Cuando hablamos de “sensorica” o de sistemas sensores, estamos hablan-do de sistemas derivados del ambito de las telecomunicaciones que puedenservir para monitorizar, idealmente en tiempo real, instalaciones, sistemas oestructuras asociadas con las energıas renovables.

Un ejemplo tıpico de aplicacion lo tenemos en la inspeccion de instala-ciones FV mediante el uso de la termografıa infrarroja. Esta tecnologıase basa en el uso de camaras con sensores que permiten capturar la radiacionen el infrarrojo (IR). Como sabemos, esta radiacion esta asociada al calor o,mejor expresado, cualquier cuerpo caliente emite radiacion infrarroja (comoocurre con la Tierra y el efecto invernadero) cuyas caracterısticas dependeran

30Ejemplo de artıculo cientıfico en el que se trata este tema: “Wireless Monitoring of Ur-ban Wind Turbines by ZigBee Protocol: Support Application Software and Sensor Modules” http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212017314004186

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Figura 53: Ejemplo de inspeccion termografica de una instalacion FV. Fuen-te: Infratec http://www.infratec-infrared.com/thermography/application-area/

predictive-maintenance/photovoltaic-thermography.html

de su temperatura y su emisividad.

Como veremos en la seccion dedicada a la energıa solar FV, los puntoscalientes o hot-spots suponen un serio problema para los modulos FV, sien-do necesaria su inspeccion periodica (p.ej. 2 veces al ano). En la Figura 53podemos ver la inspeccion termografica de una instalacion FV en un tejado.Puede apreciarse como la temperatura de algunas celulas es mas elevada,indicando que, en vez de generar energıa, estan actuando como resistenciasdisipando energıa en forma de calor.

Tambien existen ejemplos muy interesantes de monitorizacion asociadosa otras EERR, como la energıa eolica. El coste de un aerogenerador31, sibien variable, puede situarse de manera aproximada en el entorno de 1 millon

31El ejemplo se refiere a un aerogenerador de gran tamano, como los empleados tıpica-mente en los campos eolicos

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Figura 54: Imagen del ensayo de un aerogenerador en el que un fallo tiene consecuenciasfatales. Fuente: YouTube https://youtu.be/CqEccgR0q-o. Licencia YouTube estandar.

de euros. Una pala de un aerogenerador (los europeos suelen ser tripala),dependiendo de las caracterısticas, materiales y dimensiones, puede tener uncoste de unos 200.000 euros.

Evidentemente, asegurar la integridad estructural de este tipo de ele-mentos es fundamental, tanto para evitar un mal funcionamiento como parapoder detectarlo con la suficiente antelacion como para poder reaccionar yevitar situaciones catastroficas como la que se puede apreciar en el si-guiente vıdeo: https://youtu.be/CqEccgR0q-o.

En el vıdeo puede apreciarse como, aunque finalmente toda la estructura,incluida la torre, acaba destruida, el primer elemento que se rompe y generael posterior desenlace es una de las palas, probablemente porque se ha some-tido al rotor a un viento demasiado intenso y los mecanismos de regulaciono frenado de emergencia no han funcionado correctamente. En este sentidopodemos preguntarnos: ¿de que material esta construida la pala de un ae-rogenerador? Frente a lo que pudiera pensarse en un primer momento, laspalas no son metalicas, sino que estan fabricadas con lo que se denomina ma-teriales compuestos, como la fibra de carbono. Estos materiales hacen que la

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Figura 55: Imagen del ensayo estructural de una pala de aerogenerador de 88.4 metros delongitud. Fuente: LM Wind Power. Fotograma del vıdeo YouTube: https://youtu.be/5m-jwwM3qRs

pala sea “flexible” y que haya que realizar test en instalaciones especializadaspara verificar su correcto diseno y funcionamiento. En el siguiente vıdeo sepueden observar algunos de los test a los que se somete a una de las palasmas largas del mundo (88.4 metros, con un area de barrido del rotor superiora 3 campos de futbol), donde se observan claramente las grandes deformacio-nes que puede llegar a sufrir la estructura: https://youtu.be/5m-jwwM3qRs.

Durante los ensayos se emplean tıpicamente sensores electricos que permi-ten medir la deformacion sufrida por la pala. Sin embargo, existe tecnologıabasada en fibra optica que permite medir en tiempo real y de manera dis-tribuida (no en un unico punto, sino a lo largo de toda la fibra) la respuestade la pala en cada momento. Estamos ante un ejemplo de monitorizacion deuna infraestructura renovable mediante un sistema sensor directamente rela-cionado con las telecomunicaciones (Figura 56). De hecho, el sistema sensorde fibra puede conectarse con la red de fibra de comunicaciones del parqueeolico.

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Figura 56: Imagen de la instalacion de un sensor de fibra optica en la pala de un aeroge-nerador. Fuente: Grupo de Ingenierıa Fotonica de la Universidad de Cantabria

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Para completar el ejemplo, hablaremos de una tipologıa de parque eolicomuy relevante en los ultimos anos, las instalaciones off-shore. Este termino serefiere a conjuntos de aerogeneradores instalados no en emplezamientos te-rrestres, sino en el mar, tıpicamente a unos pocos kilometros de la costa. Enestos parques cobra especial importancia el denominado cable de vertidoque lleva la energıa generada desde los aerogeneradores a la costa. Un proble-ma en este cable implicara que se perdera parte (o toda) la energıa generada,pero ¿como localizar un problema en un cable de vertido submarino?

Cuestion 1.13: Brainstorming tecnologico

Antes de continuar leyendo, trata de pensar en posibles soluciones tec-nologicas que permitan la deteccion y localizacion de un posible fallo enun cable de vertido de una instalacion off-shore.

¿Permitirıa la tecnologıa seleccionada la deteccion y localizacion delfallo en tiempo real?

Importante 1.11: Arduinos, Raspberries ...

La eclosion en los ultimos anos de soluciones hardware sencillas y debajo coste como Raspberry Pi o Arduino ha hecho que a dıa de hoy seabarato y relativamente sencillo disenar e implementar un sistema quepueda monitorizar una instalacion FV, por ejemplo.

Puedes ver un ejemplo en el Trabajo Fin de Grado de Oscar LopezSistema de monitorizacion ambiental basado en hardware open-sourcealimentado mediante energıa fotovoltaica: https://repositorio.unican.es/xmlui/bitstream/handle/10902/5011/367725.pdf?sequence=1

La respuesta podemos encontrarla de nuevo en los sistemas sensores distri-buidos de fibra optica. Estos sistemas, por ejemplo los basados en el scatteringde Brillouin32, permiten no solo la medida de deformaciones en estructuras,

32Los fenomenos de scattering o esparcimiento de la luz se producen por diferentescausas, por ejemplo cuando los fotones se encuentran con partıculas en su camino quehacen que la luz varıa su direccion. Este efecto, en particular el scattering de Rayleigh, esel responsable de que veamos el cielo azul (y el Sol amarillo): ¡el Sol en realidad es blanco!

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sino tambien de temperatura. Dado que un fallo en el cable de vertido setraducira probablemente en un punto caliente (una rotura del cable tambienserıa facilmente detectable), estamos ante una solucion optima derivada delmundo de las telecomunicaciones.

Importante 1.12: Structural Health Monitoring

El campo de la monitorizacion de infraestructuras no se limita ni muchomenos al ambito de las EERR, sino que cobra pleno sentido en el campode la ingenierıa civil. Hablamos de obras con un coste muy alto y dondeel conocer el estado de la estructura puede incluso ayudar a prevenirposibles catastrofes. Puentes, presas, carreteras, edificios ... el numerode ejemplos donde este tipo de tecnologıa cobra sentido es muy amplio.En el siguiente vıdeo se puede apreciar como un puente (construido enEspana como parte del trazado del AVE) entra en resonancia debido a lascaracterısticas del viento de la zona: https://youtu.be/QTK7siHbAEk.Este es uno de los fenomenos que justifica la necesidad de monitorizacionde este tipo de estructuras.

Como curiosidad, el fenomeno de resonancia, conocido por el famo-so caso del Takoma Bridge (https://youtu.be/3mclp9QmCGs) tambiense emplea como mecanismo fundamental en unos aerogeneradores muyparticulares que no tienen palas.

Trata de encontrar informacion sobre estos aerogeneradoresy explica commo es posible que capturen energıa eolica sinpalas.

1.12.4. Calibrado dinamico de lıneas de alta tension

Uno de los principales problemas asociados a las EERR, en concreto a suintegracion al mix electrico tradicional, es su caracter fluctuante. La energıaeolica y la solar fotovoltaica, por mencionar los dos ejemplos mas significa-tivos, dependen de sendos recursos (viento y radiacion solar directa) que noson constantes, y cuya prediccion en muchos casos no es sencilla.

En este contexto, y teniendo en cuenta la imposibilidad de acumular gran-des cantidades de energıa en la red electrica, el dimensionamiento de la redelectrica de transporte se presenta como un reto importante. Los cables con-ductores de dicha red estaban dimensionados para las centrales de generacion

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Figura 57: Imagen de la instalacion de sensores meteorologicos en una lınea de alta tension.Fuente: Departamento de Ingenierıa Electrica y Energetica de la Universidad de Cantabria

convencionales, pero ahora se enfrentan a que, en momentos puntuales, surequerimiento de capacidad puede aumentar significativamente en momentospuntuales, por ejemplo cuando haya viento.

¿Como enfretarnos a este problema? Evidentemente, una solucion directaserıa la sustitucion de las infraestructuras antiguas por otras con una mayorcapacidad, pero el coste de estas acciones serıa muy significativo. Un enfoquemucho mas elegante y eficiente lo aporta la tecnologıa mediante sistemas desensores que permitan actuar en tiempo real (en la Figura 57 se aprecia lainstalacion de sensores meteorologicos en una lınea de alta tension).

La pregunta a plantearse es: ¿es la capacidad de transportar energıa deuna lınea de alta tension una caracterıstica estatica? La respuesta es NO. Laampacidad33 nominal del conductor puede en realidad superarse sin peligro

33Hablaremos de ampacidad ya que la tension de trabajo es fija.

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Figura 58: Ejemplos de datos obtenidos en el proceso de calibrado dinamico de lıneas dealta tension. Fuente: Departamento de Ingenierıa Electrica y Energetica de la Universidadde Cantabria

en ciertos momentos, ya que es dependiente de la temperatura, esto es, laampacidad nominal esta calculada para una temperatura determinada.

Pero esta temperatura podra variar en funcion de la corriente que circulepor los cables, la radiacion solar que reciban en un determinado momento, lavelocidad del viento (que tendra un efecto de refrigeracion), etc. Si monitori-zamos en tiempo real esos parametros con un conjunto de sensores y somoscapaces de transmitir esa informacion tambien en tiempo real, se podra recal-cular la ampacidad dinamica de la lınea para poder transportar mas energıaque la inicialmente prevista.

En la Figura 58 se puede apreciar como la ampacidad dinamica puedesuperar claramente a la nominal del conductor (figura superior) y como unamonitorizacion de la velocidad del viento y de la temperatura del conductorpermite concluir que existe una correlacion inversa entre ambos parametros(imagen inferior).

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1.12.5. EERR y Telecomunicaciones: Conclusiones

Dado el contexto del presente curso, en el ultimo apartado hemos inten-tado descubrir algunos vınculos que relacionan las EERR y las telecomuni-caciones. Desde la alimentacion de sistemas de telecomunicacion mediantepequenas instalaciones fotovoltaicas o eolicas, a la alimentacion de sistemassensores, la monitorizacion de infraestructuras renovables o el entorno de laI+D, se han presentado diferentes ejemplos, desde lo mas conocido a aplica-ciones probablemente novedosas para el estudiante.

1.13. Introduccion a las EERR: Conclusiones

En este apartado de la asignatura nos hemos centrado en comprender queson las EERR y por que surgen. En relacion a este ultimo punto, hemos tra-tado de comprender en mayor profundidad el denominado cambio climatico,o calentamiento global. Tambien hemos presentado la situacion actual de lasEERR alrededor del mundo, con un enfasis especial en Europa y Espana.Hemos analizado tambien por que las polıticas de los gobiernos son impor-tantes para las EERR y hemos estudiado los sistemas de almacenamiento deenergıa en la red electrica, tratando de comprender por que son claves en eldesarrollo futuro de las EERR. Por ultimo, hemos presentado varios ejemplosde la relacion que existe entre las EERR y las telecomunicaciones en diferen-tes aspectos, como los sensores aplicados a infraestructuras renovables.

Una vez finalizada la introduccion a esta parte de la asignatura, dispone-mos ya de un conocimiento suficiente como para enfrentarnos en los siguientescapıtulos a conceptos basicos de fuentes de energıa renovable tales como lahidraulica, las energıas derivadas del mar, la biomasa o la geotermia. Losultimos dos capıtulos estaran dedicados a la profundizacion en la energıasolar fotovoltaica y, en menor medida, en la eolica.

89

Indice de figuras

1. Vapor emitido por la central geotermica en Nesjavellir (Islan-dia). (Imagen de dominio publico realizada por Gretar Ivarsson) 8

2. Ejemplos de centrales de generacion mediante tecnologıas norenovables. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3. Potencia instalada en el sistema electrico espanol a 31 de di-ciembre del 2015 versus cobertura de la demanda. Imagen ydatos extraidos del documento “Avance del informe del siste-ma electrico espanol 2015” (pagina 37). http://www.ree.es/sites/default/files/downloadable/avance_informe_sistema_

electrico_2015_v2.pdf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114. Produccion de combustibles fosiles en los proximos anos. Fuen-

te: International Energy Agency. . . . . . . . . . . . . . . . . . 155. Evolucion del consumo mundial de energıa desde 1820 has-

ta la actualidad (derecha).Evolucion del consumo mundial deenergıa per capita. Fuente: Gail Tverberg. Our Finite World.12/03/2012. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

6. Detalle de la evolucion del consumo mundial de energıa desde1971 hasta 2014. TPES: Total Primary Energy Supply (Sumi-nistro total de energıa primaria) / TOE: Tonne of Oil Equi-valent (Tonelada de petroleo equivalente (unidad de energıaequivalente a 11 630 kWh). Fuente: BP: Key World EnergyStatistics 2016: http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/KeyWorld2016.pdf 18

7. Detalle de la contribucion a la cobertura de energıa primariamundial en 1971 y en 2014. Fuente: BP: Key World EnergyStatistics 2016: http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/KeyWorld2016.pdf 19

8. Detalle de la contribucion a la generacion electrica mundial en1971 y en 2014. Fuente: BP: Key World Energy Statistics 2016:http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/KeyWorld2016.pdf 20

9. Detalle de la contribucion a la generacion electrica mundial en1971 y en 2014. Fuente: BP: Key World Energy Statistics 2016:http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/KeyWorld2016.pdf 20

10. Detalle del precio de la energıa electrica para un consumidordomestico a 2 de noviembre del 2016. Fuente: http://tarifaluzhora.es/ 21

90

11. Radiacion transmitida por la atmosfera terrestre (radiacionentrante (rojo) y saliente (azul)). Fuente: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7c/Atmospheric_Transmission.

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