196

UNIDAD

Para terminar el bloque relacionado con las energías, en esta Unidad sedesarrollan las renovables: es el futuro que debe convertirse, por múltiples razonesque irás viendo a lo largo de su estudio, en un presente que permita vivir y, almismo tiempo, que permita la vida en la Tierra.

De la misma forma que en la Unidad 6, es especialmente importante que enésta tengas presente el mapa conceptual durante su estudio; te ayudará a entenderlas peculiaridades de todas en conjunto y de cada una por separado: suscaracterísticas comunes y aquello que las hace distintas.

La mayor o menor viabilidad de las energías no renovables en el momentopresente, las posibilidades de desarrollo a medio plazo y la importancia relativalas conocerás en el texto de la presente Unidad.

Fuentes de energía renova-bles8

INTRODUCCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .198

1. ENERGÍA HIDRÁULICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .199

2. LA BIOMASA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .204

3. ENERGÍA EÓLICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .206

4. ENERGÍA SOLAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .212

4.1. Energía solar térmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .213

4.2. Energía solar fotovoltaica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .215

5. OTRAS ENERGÍAS RENOVABLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .219

6. ENERGÍA DE FUSIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .221

Í N D I C E D E C O N T E N I D O S

Para terminar el bloque relacionado con las energías, en esta Unidad sedesarrollan las renovables: es el futuro que debe convertirse, por múltiples razonesque irás viendo a lo largo de su estudio, en un presente que permita vivir y, almismo tiempo, que permita la vida en la Tierra.

De la misma forma que en la Unidad 6, es especialmente importante que enésta tengas presente el mapa conceptual durante su estudio; te ayudará a entenderlas peculiaridades de todas en conjunto y de cada una por separado: suscaracterísticas comunes y aquello que las hace distintas.

La mayor o menor viabilidad de las energías no renovables en el momentopresente, las posibilidades de desarrollo a medio plazo y la importancia relativalas conocerás en el texto de la presente Unidad.

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ENERGÍA ELÉCTRICA

ENERGÍA TÉRMICA ENERGÍA MECÁNICA

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con estas características comunes

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FUENTES DEENERGÍA RENOVABLE

con estas características comunes

198

FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES

8UNIDAD

IntroducciónEn contraposición a las fuentes de energía que tratamos en la Unidad anterior,

entendemos como fuentes de energía renovables aquéllas que no se agotan, esdecir, su ritmo de producción –aunque todo el planeta se sirviera exclusivamente deellas– es superior al de consumo. No se agotan porque, en última instancia proce-den del Sol y, en este sentido, te remitimos a la introducción de la Unidad 6.

Si comparas esta tabla con la de la introducción de la Unidad 7, observarás queventajas (en verde) e inconvenientes (en rojo) están invertidas.

La razón para el fomento del uso de las energías renovables es triple:

La primera tiene un carácter económico: la alta dependencia que el mundo tienedel petróleo y la inestabilidad que caracteriza el mercado internacional y los preciosde este producto.

El riesgo evidente de agotamiento de las fuentes de energía no renovables, talcomo vimos en la Unidad anterior. (En concreto, y por lo que al petróleo se refiere,los datos más optimistas no auguran reservas aprovechables más allá del presentesiglo).

El claro y demostrado deterioro medioambiental que producen las fuentes deenergía no renovables, con incidencia igualmente sobre la salud y la vida de todoslos seres vivos.

¿Cuáles son, pues, los motivos para frenar el uso de las energías renovables?Única y exclusivamente de carácter económico por parte de las empresas que tie-nen intereses en la explotación y en las tecnologías de transformación de las ener-gías no renovables. (Aunque sin excesiva profundidad, de lo que se ha dicho enlas Unidades 4 y 7 acerca de las transformaciones que se hacen de los crudos yde la energía de fisión nuclear, puedes haberte hecho una idea de la complejidadde dichas tecnologías y del esfuerzo, intelectual y económico necesario para sudesarrollo).

A las fuentes de energía renovables se les dio inicialmente el nombre de “ener-gías alternativas” por su escasa incidencia en el cómputo global de producción y con-sumo. Aunque se sigue utilizando este término, está cada vez más en desuso.

Los detractores de las energías renovables argumentan inconvenientes centra-dos en su bajo rendimiento y la necesidad de extensiones muy grandes de terrenopara conseguir cantidades significativas de energía. Esto es cierto actualmente, perotambién lo es, como indicábamos en la Unidad 6, que las primeras máquinas de

Atributos comunes de las fuentes de energías renovables

No existe ningún riesgo de agotamiento a corto o medio plazo.

Su uso contribuye a la conservación del medio ambiente y a la preservación dela salud de los seres vivos.Salvo excepciones, sus aplicaciones son únicamente energéticas.

Las tecnologías para su explotación, transformación y utilización están en vías dedesarrollo.

199

vapor tenían rendimientos inferiores al 1%. Es decir, uno de los aspectos más impor-tantes de cualquier desarrollo tecnológico es la mejora de su eficiencia y es éste unode los aspectos en los que más se incide en el desarrollo de las nuevas tecnologíasde aprovechamiento de las energías renovables. Por lo que se refiere a la ocupaciónde terrenos, éstos abundan en el planeta y, en cualquier caso, este inconveniente espequeño si lo comparamos con las ventajas que supone en cuanto a su contribucióna evitar el deterioro de la Tierra y de los seres vivos que habitan en ella.

Que existe en la inmensa mayoría de los niveles sociales concienciación e inte-rés por el fomento del uso y desarrollo de las energías renovables es un hechoincuestionable. En este sentido es muy significativo el hecho de que el Consejo deMinistros español aprobó, el 30 de diciembre de 1999, el Plan de Fomento de lasEnergías Renovables, que supondrá, hasta el año 2010, una inversión de 10.000millones de €, lo que supondrá la creación de unas 1000 empresas y de alrededorde 50.000 puestos de trabajo. El objetivo es alcanzar 16.650 Mtep de energía prima-ria de fuentes de energía renovables, es decir un aumento de 9.600 Mtep compara-do con el consumo de energía renovable de 1998.

No obstante, y al igual que hicimos en la unidad anterior, veremos, a lo largo dela Unidad, los inconvenientes o dificultades –potenciales y reales– que tiene el usode estas fuentes de energía. (Ya hemos dicho que hay que pagar un “precio” por eluso de la energía, que contribuye al bienestar de la humanidad; de lo que se trata esde que sea el menor posible).

1. Energía hidráulicaEl objetivo de un aprovechamiento hidroeléctrico es transformar en energía eléc-

trica la energía potencial de una masa de agua mantenida a desnivel entre un embal-se y la central eléctrica situada aguas abajo. En ésta, la turbina acoplada a un gene-rador convierte la energía mecánica del salto de agua en energía eléctrica.

Esto implica la creación de un obstáculo (presa) en el cauce fluvial, que llevaasociado un cambio del régimen natural del río con efectos ambientales tanto positi-vos como negativos. El funcionamiento de una central hidroeléctrica implica un cier-to impacto ambiental, pero los principales efectos están directamente relacionadoscon la construcción de la presa y el régimen de operación del embalse.

La presa –un muro grueso construido de hormigón– almacena el agua que, ade-más de servir para producir electricidad, tiene normalmente otras funciones parale-las, como la de regular los caudales de los ríos, contrarrestar inundaciones, prevenirla falta de agua para riego y abastecer a poblaciones e industrias cercanas.

Las razones para el fomento del uso de las energías renovables son de carácter económico,de conservación del entorno y de preservación de la vida y la salud de los seres vivos.Existe en España un ambicioso Plan de Fomento de las Energías Renovables que estáincidiendo de forma positiva en su desarrollo y utilización.

R e c u e r d a

200

FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES

8UNIDAD

La masa de agua de un embalse se conduce por medio de una tubería a los ála-bes de una turbina a pie de presa para que mueva un generador eléctrico, aprove-chando el desnivel de la presa.

La hidroelectricidad es un ejemplo interesante de las sucesivas conversionesde manifestaciones de la energía:

En España hay más de 1000 centrales hidroeléctricas en funcionamiento, sien-do la mayor de todas la de Alcántara (Cáceres) sobre el río Tajo, con una potenciade 915 Mw. Las centrales hidroeléctricas representan en nuestro país una fuentede energía que no hemos de importar y suponen un “pulmón” que aporta elastici-dad –ya que pueden funcionar o no en función de la demanda– y supone ahorrode otras como carbón, petróleo, gas natural y nuclear, buena parte de las cuales,además del mayor impacto medioambiental, son combustibles que hemos deimportar.

Esquema de una central hidroeléctrica.

Fotografía de la turbina de la central hidroeléctricade Ribarroja (Tarragona), en fase de construcción.Puedes hacerte idea de sus dimensiones si observas lapersona que aparece en la misma.

1- Agua embalsada2- Presa3- Rejas filtradoras4- Tubería forzada5- Conjunto de grupos

turbina-alternador6- Turbina7- Eje8- Generador9- Líneas de transporte

de energía electrica10- Transformadores

1

87 6

5

4

3

2

10

9

Presa de Guadalmena (Cádiz) en fase de construcción.

201

Mucha más importancia de lo que a primera vista pudiera parecer tienen las lla-madas Centrales Minihidráulicas, que aprovechan la fuerza del agua igual que lasgrandes centrales y se instalan en pequeños saltos de agua, cursos de ríos e inclu-so en canales de riego. Sus potencia pueden oscilar entre 1 Kw y 5 Mw. La electri-cidad producida se utiliza para el suministros a zonas próximas –la mayoría de lasveces rurales– y los excedentes, si existen, se llevan a la red general de abasteci-miento y transporte. Aunan todas las ventajas de las grandes centrales y muy pocosde sus inconvenientes.

La minicentral más importante de las existentes en España es la de la presa deLas Cogotas, (Ávila), que, con una inversión de 2,4 millones de € produce el 7,8 %de la energía eléctrica que consume esa provincia (4.160 hogares). Incluye una con-ducción de agua de 500 metros y 2 metros de diámetro.

Las dos mayores presas del mundo son las de Itaipú, sobre el río Paraná en lafrontera entre Paraguay y Brasil, con 12.600 Mw de potencia y 18 turbinas para gene-rarlos, y la de Las Tres Gargantas, en el río Yangtzé (el tercero más largo del mundo)en China.

No es casualidad que esta Unidad comience con el estudio de esta fuente deenergía, pues aunque está considerada como renovable (por la fuente que utiliza)

La radiación electromagnética procedente del sol es absorbida por los océanos, convirtiéndose en calor. sensible.

El calor sensible calor latente al evaporarse el agua nubes lluvia en las zonas montañosas.

La energía potencial del agua energía cinética al descender el

agua hasta el nivel del mar.

La energía potencial del agua energía cinética de las turbinas en

la central hidroeléctrica.

La energía eléctrica se transporta hasta los usuarios, quienes la pueden convertir en calor, luz o energía mecánica, según el uso.

La energía cinética de las turbinas se convierte e n energía eléctrica en el generador de la central.

La radiación electromagnéticaprocedente del sol es absorbi-da por los océanos, convirtién-dose en calor.

La energía eléctrica se transportahasta los usuarios, quienes lapueden convertir en calor, luz oenergía mecánica, según el uso.

La energía cinética de las tur-binas se convierte en energíaeléctrica en el generador de lacentral.

La energía potencial del agua energía cinética de las tur-

binas en la central hidroeléctri-ca.

La energía potencial del aguaenergía cinética al descen-

der el agua hasta el nivel delmar.

El calor sensible calorlatente al evaporarse el agua nubes lluvia en las

zonas montañosas.

202

FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES

8UNIDAD

también está considerada como no renovable debido al impacto medioambiental quecausa la construcción de presas y embalses.

Algunos datos acerca de la presa de las Tres Gargantas –la mayor del mundo,con diferencia– puede servirnos para generalizar las repercusiones de todo tipo quetienen las centrales hidroeléctricas y las presas que hay que construir para obtenerelectricidad.

La presa de las tres gargantas

La potencia eléctrica generada es de 18.200 Mw –dispone de 26 turbinas–es decir, equivale a 14 presas como la mayor de España.

La superficie del embalse es de 576 Km2, en el que pueden almacenarse39.300 millones de m3 de agua, equivalente al 77% de la capacidad total detodos los embalses españoles juntos.

La presa tiene 186 metros de altura máxima, 126 metros de espesor máxi-mo y más de 2 Km de longitud.

El coste de la presa ha sido de unos 30.000 millones de €.

Ha obligado a desplazarse a más de un millón de personas ya que sus luga-res de residencia han sido anegados por las aguas.

Han quedado inundadas 31.000 hectáreas de cultivos, 1.000 Km de carrete-ras y 1.600 empresas.

El sistema fluvial inundaba estacionalmente extensas zonas a causa delas crecidas incontroladas, con lo que deterioraba la calidad del agua de

La figura ayuda a entender las dimensiones de la presa de las Tres Gargantas, tanto enaltura como en superficie anegada (observa la escala que aparece en el ángulo inferiorizquierdo).

203

los ríos debido a los sedimentos en suspensión, destruía explotacionesagropecuarias y abría profundos surcos en la tierra, provocando dañosconsiderables y miseria. La construcción del embalse ha liberado a granparte de la cuenca de estos destrozos y ha garantizado la utilización deotros recursos.

Al quedar el agua bajo control, se ha frenado la erosión y mejorado el usodel agua y de la tierra.

Ha proporcionado vías de comunicación fluviales, suministro regular deagua, y hasta servicios recreativos.

La energía eléctrica suministrada ha supuesto fundamentalmente la sus-titución del carbón (50 millones de toneladas al año), con la disminuciónconsecuente del efecto invernadero, lluvia ácida y residuos sólidos, apar-te del ahorro económico del no consumo de otros combustibles.

La vegetación terrestre sumergida se descompone y éste proceso pertur-ba el balance de oxígeno disuelto afectando a la fauna acuícola que exis-tía y apareciendo otra más adaptada a las nuevas condiciones.

Está estimulando el crecimiento económico en el corazón de la región deYangtzé al eliminar uno de los principales obstáculos de su desarrollo, laescasez de energía, atrayendo iniciativas empresariales chinas y extran-jeras tanto de los sectores industrial y agrícola (de base y transformaciónconservera) como de servicios.

Las inundaciones del río antes de la construcción de la presa y el conse-cuente control de las aguas supusieron, a lo largo del siglo XX, la pérdidade más de 800.000 personas.

El represamiento de las aguas supone la lenta pero continua acumulaciónde depósitos arrastrados por el río, lo que supone que, según datos esti-mativos, su vida útil será de algo más de un siglo.

(Los datos proceden de publicaciones de la Agencia Internacional de laEnergía y de la Consejería de Cultura de la Embajada de China en Madrid).

La construcción de grandes presas es una cuestión muy controvertida a nivel internacional:La cuantificación de sus ventajas e inconvenientes hacen que el balance pueda caer aun lado u a otro.Las minicentrales hidroeléctricas, por el contrario, tienen cada día más defensores a todoslos niveles sociales y económicos.

R e c u e r d a

204

FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES

8UNIDAD

2. La biomasaLa biomasa, desde el punto de vista energético, se considera como el conjunto

de la materia orgánica, de origen vegetal y animal, que es susceptible de ser utiliza-da con finalidades energéticas.

Conviene que recordemos, para situarnos en el ámbito de la biomasa, que prác-ticamente toda la materia viva que hay sobre la Tierra tiene su origen en la transfor-mación de ciertas sustancias inorgánicas en orgánicas por parte de las plantas, yatengan éstas su hábitat en espacios terrestres o marinos. La energía que utiliza esta“factoría” es la luz solar. A través de la cadena alimentaria de los distintos seres vivos,incluidos los microorganismos, casi toda la biosfera se nutre de esta captación origi-nal de energía.

El ser humano, desde tiempos muy remotos, ha sabido beneficiarse del valorenergético de la biomasa para calentarse, secar productos o alimentarse. Ésta, juntocon la energía directa del sol y la fuerza muscular han sido, durante largos períodosde tiempo, las principales fuentes de energía y el soporte material de su desarrollo.En la actualidad, la consideración de la biomasa como fuente de energía limpia y casiinagotable se hace bajo nuevos criterios y enfoques:

El balance de CO2 emitido es neutro. La combustión de la biomasa, si serealiza en condiciones adecuadas, produce agua y CO2, pero la cantidademitida de este último gas, principal responsable del efecto invernadero, fuecaptado por las plantas durante su crecimiento, es decir, el CO2 de la bioma-sa forma parte de un ciclo entre la atmósfera y la vegetación, sin que supon-ga incremento de ese gas en la atmósfera con tal de que la vegetación serenueve al mismo ritmo que se degrada.

No emite contaminantes con contenido en azufre ni en nitrógeno –respon-sables de la lluvia ácida– ni, apenas, partículas sólidas.Una parte de la biomasa que se utiliza para fines energéticos procede dematerias residuales que es necesario eliminar. El aprovechamiento energé-tico supone convertir un desecho en un recurso.Los cultivos energéticos sustituirán a los cultivos excedentarios en elmercado de alimentos. Esto puede ofrecer una oportunidad nueva al sectoragrícola.La biomasa es una producción totalmente descentralizada, basada en unrecurso disperso en el territorio, no concentrado como las grandes plantasenergéticas, que puede tener gran incidencia social y económica en elmundo rural.Disminuye la dependencia externa del abastecimiento de combustibles.La tecnología para su aprovechamiento cuenta con un buen grado de des-arrollo para muchas aplicaciones: las respuestas tecnológicas actualesestán dirigidas a optimizar el rendimiento energético, minimizar los efectosambientales de los residuos aprovechados y de las propias aplicaciones yposibilitar nuevas aplicaciones. Se viene aplicando la biomasa a instalacio-nes como hornos cerámicos, secaderos –tal como vimos, por ejemplo, en laUnidad 5– y calderas. En el ámbito industrial existe disponibilidad suficientepara mejorar sensiblemente los rendimientos y diversificar los servicios.

205

Por lo que hace referencia a España, y directamente relacionado con el Plan deEnergías Renovables que citamos en la introducción de esta Unidad, la contribuciónde las distintas formas de biocombustibles sólidos al incremento esperado para elaño 2010, de consumo de biomasa con fines energéticos es la siguiente:

Fuente: Plan de Fomento de las Energías Renovables en España. I.D.A.E.,Diciembre 2001.

TIPO DE BIOMASA ktep %Residuos forestales (150.000 hectéreas x 3 tep/ha) 450 7,5Residuos agrícolas leñosos (850.000 ha x 0,39 tep/ha) 350 5,8Residuos agrícolas herbáceos (1.350.000 ha x 2,88 tep/ha) 1.350 22,5Residuos agroindustriales 500 8,3Cultivos energéticos 3.350 55,8TOTAL 6.000 100

PRODUCTOS UTILIZADOS COMO BIOMASA PARA USOS ENERGÉTICOS.

Residuos forestales procedentes de podas, limpiezas y talas.Residuos agrícolas, integrados por restos de podas de cultivos leñosos, pajade cereales, zuros de maíz, etc.Residuos de industrias agrícolas: huesos de aceitunas, cascarillas de arroz,cáscaras de frutos secos, restos de industrias envasadoras, etc.Residuos de industrias forestales: recortes de madera, serrines, etc.Cultivos energéticos –es decir, cultivos que hacen con el fin de destinarlos acombustibles– tanto leñosos como herbáceos.Productos biodegradables de procedencia agroganadera, el principal de loscuales es el estiércol. En países con gran dependencia agrícola supone un porcen-taje apreciable de su producción energética.Efluentes de la industria agroalimentaria.Lodos de depuración de aguas residuales.Emisiones de gas de vertederos controlados. Es el producto conocido comobiogás: restos orgánicos, residuos de cosechas y otros materiales, acumulados endepósitos llamados digestores, se descomponen (fermentan) por la acción demicroorganismos, y la mezcla de gases producidos se puede almacenar o trans-portar para ser usada como combustible.Excedentes agrícolas, entre los que merecen especial importancia el etanol ymetanol (bioalcohol) utilizado como combustible directo, para producir electricidady como aditivo en los motores de combustión interna (automóviles).Aceites minerales usados.Incluye también los materiales procedentes de la transformación natural oartificial de la materia orgánica, entre los que se encuentran los residuos sóli-dos urbanos, conocidos con las siglas R.S.U., cuyo aprovechamiento estácada día más en boga en los países desarrollados que son, por otra parte, losque más materiales de este tipo generan.

206

FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES

8UNIDAD

Dos casos muy ilustrativos de diferentes aplicaciones de la biomasa –por sucarácter pionero y la energía que producen– son los siguientes:

3. Energía eólicaEnergía eólica es la que se obtiene a partir del viento. La energía cinética trans-

portada por los vientos procede, como todas las manifestaciones, de la energía solar.Con las tecnologías actuales lo que se produce es una transformación de la energíacinética del viento en energía mecánica, que a su vez se transforma en energía eléc-trica mediante un generador.

Central térmica de Lucena (Córdoba) Central térmica de Sangüesa (Navarra)

Genera vapor a partir de la biomasa de laindustria oleícola, aplicado para la produc-ción de electricidad.Está asociada a una almazara (molienda deaceituna y producción de aceite) y unaextractora de aceite de orujo, que producenunas 15.000 toneladas/año de residuos.La almazara se autoabastece de combusti-ble. El kg. de combustible se sitúa, aproxi-madamente, en 0,01 €, pudiendo mantener-se la rentabilidad de la planta con precios dehasta 0,025 €. (La inversión necesaria hasido de 9.600 €/Kw).La central cubre las necesidades energéti-cas de la almazara y produce un importanteexcedente que se vende a la red eléctrica.La ingeniería, aportada por numerosasempresas nacionales y europeas, permitirásu desarrollo para otras aplicaciones.Producción de vapor de la caldera: 12.000Kg/h, a 17 bar y 320 ºC.Potencia neta: 1,8 Mw.

Se alimenta con paja, proporcionada por losagricultores de una zona de 75 Km de radio.La combustión de la misma produce vapor quealimenta un generador eléctrico.La energía que produce y que sustituye a laobtenida a partir de carbón evita la emisión a laatmósfera de unas 200.000 toneladas de CO2.Dado que el combustible procede de residuosagrícolas, toda su producción se vende a la redeléctrica.La tecnología ofrece innovaciones muy intere-santes en el proceso de combustión, en elmanejo de los distintos tipos de paja (trigo ymaíz), y en los sistemas de depuración dehumos.Consumo de combustible: 19 T /hora.Producción de vapor de la caldera: 103.000Kg/h, a 92 bar y 540 ºC.Potencia neta: 25 Mw.

La biomasa es una fuente de energía con evidentes ventajas de uso, y por razones diferentes,tanto en los países desarrollados como en los no desarrollados.Entre las ventajas de la biomasa está la sustitución de fuentes de energía fósiles y su ampliadiversidad de aplicaciones.

R e c u e r d a

207

Esta forma de utilización de la energía del viento es la que ha experimentado ungrado de desarrollo y penetración más significativo entre las nuevas tecnologías deaprovechamiento de las energías renovables, debido a tres factores fundamentales:

La idea de usar el aire en movimiento como fuente de energía no es algo nuevo.La primera utilización de la capacidad energética del viento la constituye la navega-ción a vela. En ella, la fuerza del viento se utiliza para impulsar un barco. Barcos convelas aparecían ya en los grabados egipcios más antiguos (3000 a.C.). Los egipcios,los fenicios y más tarde los romanos tenían que utilizar también los remos para con-

trarrestar una característica esencial dela energía eólica, su discontinuidad.Existen también pruebas de que enChina y Babilonia se usaron molinos deviento 20 siglos a.C. Pero el viento cam-bia de intensidad y de dirección demanera impredecible, por lo que habíaque utilizar los remos en los periodos decalma o cuando no soplaba en la direc-ción deseada. Hoy, cuando se utilizanmolinos para generar electricidad, seusan los acumuladores que la suminis-tran cuando el viento no sopla.

Otra característica de la energíaproducida por el viento es su infinita dis-ponibilidad, y que es función directa dela superficie expuesta a su incidencia.En los barcos, a mayor superficie vélicamayor velocidad. En los parques eóli-cos, cuantos más molinos haya, máspotencia genera la central. Las limitacio-

nes son: en los veleros, de carácter mecánico; el aumento de superficie vélica puedeproducir la rotura del mástil o que vuelque. En los parques eólicos las únicas limita-ciones al aumento del número de molinos son las urbanísticas.

Molino es una máquina que transforma el viento en energía aprovechable. Estaenergía proviene de la acción de la fuerza del viento sobre unas aspas oblicuas uni-das a un eje común giratorio, que puede conectarse a varios tipos de maquinariapara moler productos agrícolas, bombear agua o generar electricidad. En los dos pri-meros casos se les suele conocer con el nombre de molinos de viento, mientras quesi el fin es generar electricidad se les suele denominar aerogeneradores o generado-res de turbina de viento.

Los molinos movidos por el viento tienen un origen remoto. En el siglo VII d.C.ya se utilizaban molinos elementales en lo que hoy es Irán para el riego y moler elgrano. En estos primeros molinos, la rueda que sujetaba las aspas era horizontal yestaba soportada sobre un eje vertical. A pesar de que no resultaban demasiado efi-caces, se extendieron por China y Oriente Medio.

Buen rendimiento Abundancia de lugares favorables Mantenimiento simple

Esta curiosa foto corresponde a la de un petrole-ro japonés. Ahorra combustible mediante el uso com-binado de vela y motores. Las velas, rígidas, se plie-gan verticalmente cuando no se usan; una vez exten-didas se mueven automáticamente. Motores eléctri-cos, gobernados por un ordenador, las orientan con elmejor ángulo respecto al viento para su óptimo apro-vechamiento. De alguna forma es volver a los oríge-nes de la vela, pero en lugar de combinar vela yremos, combina motor de combustible fósil y vela.

208

FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES

8UNIDAD

En Europa los primeros molinos aparecieron en el siglo XII en Francia e Inglaterray se distribuyeron por el esto del continente. Eran unas estructuras de madera, conoci-das como torres de molino, que se hacían girar a mano alrededor de un poste centralpara levantar sus aspas al viento.

El molino de torre se desarrolló en Francia a lo largo del siglo XIV. Consistía en unatorre de fábrica coronada por una estructura rotativa de madera que soportaba el eje delmolino y la maquinaria superior del mismo. Estos primeros ejemplares tenían una seriede características comunes: de la parte superior del molino sobresalía un eje horizontal;de éste partían de cuatro a ocho aspas, con longitudes que variaban entre tres y nuevemetros. Las vigas de madera se cubrían con telas o planchas de madera: la energíagenerada por el giro del eje se transmitía, a través de un sistema de engranajes, a lamaquinaria del molino emplazada en la base de la estructura. (Este es el tipo de molinoque D. Quijote confundió con gigantes).

Además de emplearse para el riego ymoler el grano, los molinos construidosentre los siglos XV y XIX tenían otras apli-caciones, como el bombeo de agua en tie-rras bajo el nivel del mar, serrerías demadera, fábricas de papel, prensado deaceituna para producir aceite, o para triturartodo tipo de materiales. En el siglo XIX sellegaron a construir en Holanda unos 9.000molinos.

El uso de turbinas de viento para gene-rar electricidad comenzó en Dinamarca afinales del siglo XIX y se ha extendido portodo el mundo. Los molinos para el bombeode agua se emplearon a gran escala duran-te los asentamientos en las regiones áridasdel oeste de los Estados Unidos (tantasveces vistos en las películas de este géne-

ro). Hasta la década de los años 30 del siglo pasado (en que se extendieron las redesde transporte de electricidad) pequeñas turbinas de viento generadoras de electricidadabastecían a numerosas comunidades rurales.

Para determinar la ubicación de una central eólica hay que tener en cuenta funda-mentalmente dos aspectos:

El contenido energético del viento –la potencia que se puede obtener de él– varía conel cubo de su velocidad, es decir, al duplicarse ésta multiplicamos por ocho la poten-cia obtenida. Por tanto, el mayor rendimiento se obtendrá en los lugares de mayorvelocidad (aunque una velocidad constante mejora ese rendimiento). Además, lavelocidad aumenta con la altura, mientras que en las zonas con obstáculos se inter-fiere y altera su potencia y dirección.El grado de estabilidad (uniformidad) del viento: dado que pueden presentarse situa-ciones de variaciones imprevistas que harían arrancar y parar el molino alternativa-mente, se diseñan con ciertas características de aprovechamiento, que dependen delrégimen máximo y mínimo de rotación. En caso de niveles excesivos de viento el sis-tema suele desactivarse para evitar que los dispositivos estén sometidos a esfuerzos

Típico molino de viento para bombeo de agua.

209

demasiado grandes y se deterioren en períodos de tiempo cortos. (Estas activacio-nes y desactivaciones reguladas se consiguen con el uso de embragues, que vere-mos en la Unidad 10).Generadores eléctricos. Se calcula que, de no existir trabas de índole fun-

damentalmente política derivadas de las presiones de las grandes empresaspetroleras, a mediados de nuestro siglo podría obtenerse hasta un 10 % de laelectricidad mundial de generadores de energía eólica. Los aerogeneradores tie-nen varios componentes: el rotor convierte la fuerza del viento en energía rotato-ria del eje; una caja de engranajes aumenta la velocidad y un generador transfor-ma la energía del eje en energía eléctrica. En algunas máquinas de eje horizon-tal la velocidad de las aspas puede ajustarse y regularse durante su funciona-miento normal, así como cerrarse en caso de viento excesivo. Otras emplean unfreno aerodinámico que, con vientos fuertes, reduce automáticamente la energíaproducida. Las máquinas que se están instalando en la actualidad comienzan afuncionar cuando el viento alcanza una velocidad en torno a 19 Km/h, logran sumáximo rendimiento con vientos entre 40 y 48 Km/h y dejan de funcionar cuandolos vientos alcanzan los 100 Km/h. Los lugares ideales para la instalación de losgeneradores de turbinas son aquellos en los que el promedio anual de velocidaddel viento es de, al menos, 21 Km/h.

La energía eólica, que no contamina el medio ambiente con gases, ni produ-ce lluvia ácida ni agrava el efecto invernadero, es una valiosa alternativa frente alos combustibles no renovables (pensemos que para producir 1 Mw de electrici-dad en una central térmica de carbón se liberan 2000 Tm de CO2).

Para construir cualquier planta generadora de electricidad es necesario con-sumir (invertir) una energía. En una central eólica con una vida media de 20 años,la energía producida es 80 veces superior a la energía utilizada para su construc-ción, mantenimiento, explotación, desmantelamiento, y desguace. En otras pala-bras, un aerogenerador sólo tarda de dos a tres meses en recuperar toda la ener-gía utilizada en su construc-ción y explotación.

Los aerogeneradoreshan crecido de maneraespectacular, tanto en tama-ño como en potencia produ-cida. Un aerogeneradormoderno con un diámetro derotor de 54 m y un genera-dor de 1.000 Kw produciráentre 2 y 3 millones de kilo-vatios hora al año. Estoequivale al consumo anualde electricidad de 500 u 800hogares europeos. En enerode 2002 existían en Europamás de 17.000 aerogeneradores, cubriendo el consumo doméstico de electricidadde unos 10 millones de hogares. En todo el mundo han sido instalados 24.000Mw. Esto equivale a la cantidad total de potencia nuclear que había instalada entodo el mundo en 1971.

Parque eólico. En otros casos, la distribución de los aeroge-neradores es lineal.

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FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES

8UNIDAD

La energía eólica está ganando terre-no tanto en los países desarrollados comoen aquéllos que están en vías de desarro-llo. En los países desarrollados la energíaeólica está demandada sobre todo porsus cualidades no contaminantes.En lospaíses en vías de desarrollo su populari-dad está relacionada con el hecho de quelas turbinas pueden ser instaladas rápida-mente, y con que no requieren un sumi-nistro posterior de combustible. La indus-tria eólica mueve actualmente unos 6.000millones de €, con un futuro extremada-mente brillante, particularmente cuandolas políticas energéticas de protección almedioambiente están ganando terrenointernacionalmente.

El precio de la energía eléctrica pro-ducida por este medio resulta ya competi-tivo con otras fuentes de generación deenergía con tecnologías consolidadas.

Un dato significativo es la evoluciónde la potencia instalada (en Mw) con fuen-tes de energía eólica entre los años 1990y 2001:

Fuente: BTM Consultant.

Como se puede apreciar de los datos reflejados en la tabla, la Unión Europea esel mayor productor de energía eólica (el 71,9 % referido al año 2001), y el incremen-to de la potencia instalada es superior también al resto del mundo.

Un desglose con los datos más significativos de los 17.319 Mw instalados por laUnión Europea en el año 2001 es el siguiente:

Fuente: EWAE

Alemania España Dinamarca Resto U.E.

Potencia instalada 8.754 3.373 2.417 2.775

Porcentaje 50,5 19,5 14,0 16,0

Habitantes (millones) 83 40 5,35 248,7

Mw/millón de habitantes 105,5 84,3 451,8 11,2

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001

U.E. 439 629 844 1211 1583 2515 3469 4772 6458 9645 12882 17319

MUNDO 1743 1983 2321 2801 3531 4821 6104 7636 10153 13932 18449 24100

Esta fotografía, obtenida en el parque eólicode La Muela (Zaragoza) nos da idea de lasdimensiones de los aerogeneradores actuales.

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La producción de energía eólica en la Unión Europea está concentrada entres países: Alemania, España y Dinamarca. En términos absolutos, Alemania esel mayor productor y en términos relativos es Dinamarca, estando España, enambos casos en segundo lugar.

El desarrollo de las tecnologías para la producción de energía eólica ha per-mitido alcanzar en Europa un grado próximo a la competitividad con las fuentesfósiles tradicionales y, como todas las renovables, aporta además beneficiosmedioambientales, estratégicos y sociales.

Acogiéndose al Planpara el Fomento de lasEnergías Renovables queya hemos citado, nuestropaís es pionero tanto entecnología como en insta-laciones de parques eóli-cos. Afortunadamente, laenumeración de los par-ques eólicos que estánfuncionado o en fase deejecución o de proyectoen España nos ocuparíamucho espacio, perodigamos, a título de ejem-plo, que en Navarra exis-te un plan para que, en

2010, el 50 % de su consumo eléctrico proceda del viento. En el año 2003 exis-ten parques eólicos en todas las Comunidades Autónomas.

Se argumentan dos inconvenientes sobre la instalación de molinos eólicos: elimpacto paisajístico y la destrucción de la avifauna. El primero es, evidentemen-te, una cuestión de estética (Ilustración 8); en cuanto al segundo, real, estádemostrado que mueren muchas más aves en los tendidos eléctricos actualesque las que morirían si se multiplicaran por 8 el número de molinos instalados enel planeta.

Curiosa perspectiva de Copenhague. En muchos países supe-ditan una teórica estética paisajística a las ventajas de utilización deenergías renovables, en este caso eólica.

Características fundamentales de la energía eólica son: los buenos rendimientos obtenidos,la simplicidad del mantenimiento y el impacto paisajístico que producen los molinos.

La energía eólica es la que más proyección de futuro tiene (no la de mayor implantaciónactual entre las renovables) por sus buenas posibilidades de ser económicamente rentable.

R e c u e r d a

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FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES

8UNIDAD

4. Energía solarEl Sol, fuente de vida y origen de las demás formas de energía que el hombre

ha utilizado desde los albores de la historia, puede satisfacer todas las necesidades,si aprendemos a aprovechar de forma racional esa energía que recibe continuamen-te nuestro planeta.

La energía que llega del Sol a la superficie terrestre es más de 5000 veces laque, según las previsiones de incremento, vamos a consumir en el año 2050.

España, península e islas, por su privilegiada situación y climatología, se ve favo-recida respecto al resto de los países europeos, ya que sobre cada metro cuadradode nuestro suelo inciden al año unos 1.500 Kw.h de energía, cifra similar a la demuchas regiones de Centro y Sudamérica. Esta energía puede aprovecharse direc-tamente, o bien ser convertida en otras formas útiles como, por ejemplo, electricidad.

No sería racional no aprovechar, por todos los medios tecnológicamente posi-bles, esta fuente de energía gratuita, limpia e inagotable, que puede liberarnos defi-nitivamente de la dependencia del petróleo u otras alternativas poco seguras, conta-minantes o, simplemente, agotables.

Evidentemente existen problemas y dificultades que hay que afrontar y superar.Aparte de las dificultades que una política energética solar avanzada conllevaría porsí misma –debido en buena parte a las presiones de los grandes intereses económi-cos que hay detrás de las energías fósiles que obliga a no “cerrar esos grifos”– espreciso tener en cuenta que esta energía está sometida a continuas fluctuaciones ya variaciones más o menos bruscas. Por ejemplo, la radiación solar es menor eninvierno, precisamente cuando más la solemos necesitar.

Es de vital importancia proseguir con el desarrollo de las tecnologías de capta-ción, acumulación y distribución de energía solar, para conseguir las condiciones quela hagan definitivamente competitiva, a escala planetaria.

Las tendencias actuales, lógicas, encaminadas al aprovechamiento y control defuentes de energía que sustituyan a las tradicionales, son los estudios e investigacio-nes sobre el uso de la energía solar. Es un hecho que hasta comienzos del pasadosiglo la agricultura dependía de las bestias de carga alimentadas por granos de ali-mentos derivados del Sol. Todos los grandes exploradores utilizaron la energía solar–en forma de energía del viento– en sus viajes por el mar alrededor de todo elmundo. Los combustibles fósiles, inicialmente el carbón y después el petróleo y elgas natural no llegaron a ser tan importantes como la energía solar hasta el últimocuarto del siglo XIX.

A principios del siglo XXI la solar es una fuente significativa de energía, estandoclasificada detrás de los tres grandes combustibles fósiles que acabamos de citar,por delante de la energía nuclear, representando, aproximadamente, un 10% delconsumo mundial.

¿Qué puede hacerse con la energía solar?Básicamente, recoger de forma adecuada la radiación solar obteniendo calor y

electricidad. El primero se logra mediante los colectores térmicos y la segunda, através de las células o módulos fotovoltaicos. Ambos procesos tienen muy poco quever entre sí, tanto por su tecnología como por su aplicación.

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4.1. Energía solar térmicaEn los sistemas de aprovechamiento térmico, el calor recogido en los colec-

tores puede destinarse a satisfacer numerosas necesidades: agua caliente para con-sumo industrial o doméstico, calefacción en domicilios, hoteles, colegios, fábricas,oficinas, etc. Existen asimismo piscinas climatizadas que utilizan energía solar térmi-ca durante una buena parte del año. (En la localidad cacereña de Aldeacentenerafunciona la mayor instalación solar para climatización de una piscina cubierta: los 286m2 de paneles calientan 550 m3 de agua).

También, y aunque pudiera parecernos extraño, otra de las aplicaciones ya ini-ciadas y más prometedoras de las aplicaciones térmicas de la energía solar es larefrigeración durante las épocas cálidas, que es cuando más energía solar recibi-mos, disponiendo para ello de un “foco cálido” que puede tener perfectamente su ori-gen en unos colectores instalados en tejados o azoteas. Las aplicaciones agrariasson muy amplias. Con invernaderos solares pueden obtenerse mayores cosechas ymás tempranas o tardías. Es normal oír a dueños o responsables de explotacionesagrícolas que los secaderos –utilizados para secar productos como pimientos, maíz,guisantes, tabaco, etc.– consumen mucha menos energía al combinarlos con un sis-tema solar; es una verdad a medias, porque no es que se consuma menos energía,sino que una parte de ella, la procedente de los colectores térmicos solares, no figu-ra en la factura de la Compañía suministradora de energía (en la factura de la luz).

Otros sistemas de aprovechamiento térmico se utilizan para hacer funcionarplantas de purificación o desalinización de aguas, sin recurrir a ninguna otra fuentede energía.

La energía solar térmica puede ser perfectamente complementada con otrasenergías convencionales, para evitar la necesidad de grandes y costosos sistemasde acumulación. Así, una casa bien aislada puede disponer de agua caliente y cale-facción solares, con el apoyo de un sistema a gas que únicamente funcionaría en losperíodos sin sol. El importe de la “factura de la luz” sería sólo una fracción del quealcanzaría sin la existencia de la instalación solar.

La fotografía corresponde a una instalación solar de agua calien-te sanitaria con apoyo a calefacción y refrigeración para laEmpresa Municipal de Limpieza y Medio Ambiente en Getafe(Madrid). Los colectores solares, como puede apreciarse, ademásde dar sombra a los automóviles en el aparcamiento, suministranagua caliente sanitaria para las duchas utilizadas diariamente porunos 100 operarios, para las máquinas de limpieza de los contene-dores de basura de los camiones de recogida y, por último, apoyanal sistema de calefacción y refrigeración de la nave. La energía pro-ducida supone aproximadamente un 75 % de la total necesaria,ahorrándose anualmente 25.000 litros de fuel o 23.000 m3 de gasnatural. Como consecuencia, la instalación se paga sola con elahorro que se va produciendo mes a mes, y se calcula que evitauna 80 toneladas anuales de emisiones de CO2 que irían a parar ala atmósfera.

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FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES

8UNIDAD

Los colectores solares.

Los sistemas de colector solar utilizan su potencia calorífica para calentar unlíquido, que posteriormente será empleado para diversos usos, algunos de los cua-les –los más habituales– acabamos de citar.

Existen dos tipos de sistemas de colectores solares:

Colectores sin concentración, que reciben el sol directamente, sin ningún ele-mento auxiliar. Aunque su rendimiento es bajo, tienen la ventaja de su simplicidad,facilidad de construcción y escaso mantenimiento, porque la posibilidad de que apa-rezcan fallos técnicos es muy pequeña. El colector plano sin concentración constaúnicamente de los elementos siguientes:

El concepto de los paneles solares es inverso al de los radiadores de calefac-ción: Así como el radiador tiene una superficie metálica diseñada para emitir el máxi-mo de potencia calorífica a través de sus elementos, el panel solar tiene sus elemen-tos diseñados para captar el máximo de calor y transferirlo a los tubos.

El funcionamiento del colector solar sin concentración se basa en el efecto inver-nadero: la radiación solar que entra a través de la cubierta transparente incide direc-tamente sobre el sistema de conducción de agua –conectado al suministro de aguafría– y sobre la placa absorbente. Cuando el colector entra en funcionamiento por pri-mera vez, el sistema absorbe gran cantidad de energía ya que tiene que calentartodos los elementos y el agua del interior del serpentín, pero un vez se ha llegado aun punto (llamado de equilibrio dinámico) es la propia placa la que emite calor, delque sólo algo menos del 10 % se perderá por radiación a través de la cubierta devidrio. Es entonces cuando se mantiene un efecto invernadero en el interior de la cajacolectora, que es preciso mantener mediante un buen aislamiento. El rendimiento deestos sistemas oscila entre el 30 y el 50 %.

ELEMENTOS DE LOS COLECTORES PLANOS CONVENCIONALES

CIRCUITO DE CONDUCCIÓN DE AGUA

Consiste en una especie de serpentín de tubos metáli-cos por donde circulará el agua que se pretende calen-tar. De pequeño diámetro, para que el líquido que circu-la por él pueda calentarse en todo su recorrido.Fabricados con materiales buenos conductores delcalor, y se les pinta de negro para que no reflejen elcalor, sino que lo absorban.

PLACA DE ABSORCIÓNEl circuito se encuentra montado sobre la placa deabsorción, que es la que capta el calor y lo conduce alos tubos.

CUBIERTA y CAJA DE PROTECCIÓN

No sólo protegen físicamente todo el conjunto (lacubierta es de un vidrio especial muy transparente a laradiación solar) sino que sirven de aislante térmico,impidiendo que la energía captada y transferida al aguaque circula por los tubos se pierda a través de sus pare-des. Para ello la caja de protección va recubierta inte-riormente de un aislante del tipo de fibra de vidrio,material que vimos en la Unidad 5.

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Un sistema más avanzado de colector solar sin concentración es el colectorplano de vacío, de diseño muy similar al que acabamos de citar pero fabricado conmateriales que obtienen altos rendimientos y que poseen características especiales,tales como superficies selectivas (materiales que absorben los infrarrojos pero queno los emiten). Además, las pérdidas se minimizan mediante el vacío que se hace enla caja, lo que aumenta considerablemente el rendimiento. Su desventaja es elempleo de materiales más costosos y el riesgo de que se pierda el vacío de la caja.

Ambos sistemas de colector van equipados normalmente con acumuladores decalor que almacenan la energía calorífica no utilizada. El tipo de acumulador más uti-lizado es el clásico termo de agua caliente, para su posterior empleo en ausencia deradiación solar.

Colectores con concentración. En estos sistemas la luz solar se concentra sobrela zona que se desee calentar, lo que se realiza mediante espejos o lentes apoyadasen materiales selectivos, que calientan el líquido que circula por el interior de untubo, en el que incide la radiación concentrada del Sol, proporcionando un mejor ren-dimiento que los colectores sin concentración. El sistema tiene distintas variantes,pues los hay que, mediante detectores especiales, se orientan de forma que aprove-chen al máximo la radiación solar. Como podemos deducir fácilmente, estos colecto-res tienen mejor rendimiento, pero por el contrario su costo es superior y su mante-nimiento más complicado.

Merece la pena que citemos los hornos solares de torre central, que es un siste-ma más complejo de colector solar con concentración. Con esta tecnología puedenconseguirse temperaturas del orden de los 2000 ºC, con lo que se puede obtenerenergía calorífica aplicable a la transformación en energía mecánica, imposible conotros sistemas de concentración más sencillos, con los que no se superan los 130 ºC.

Las dos mayores ciudades españolas, Barcelona (1999) y Madrid (2003), hanestablecido Ordenanzas por las que, en todos los edificios de nueva construcción,deben instalarse paneles solares que cubran entre el 60 y el 75 % de la demanda deagua caliente de cada edificio. Sólo quedarán excluidos aquéllos que cubran esasnecesidades con otras fuentes de energía renovable de igual o menor impactoambiental.

4.2. Energía solar fotovoltaicaLos módulos o células solares ya producían electricidad en los primeros saté-

lites artificiales. Actualmente se perfilan como la solución definitiva al problema de laelectrificación rural con claras ventajas sobre otras alternativas pues, al carecer lospaneles de partes móviles, resultan inalterables con el tiempo, no contaminan ni pro-ducen ruidos, no consumen combustibles y no necesitan mantenimiento. Además, yaunque con menos rendimiento, funcionan también en días nublados, puesto quecaptan la luz que se filtra a través de las nubes.

La electricidad obtenida de esta forma puede consumirse directamente parasacar agua de pozos o para regar, suministrando la energía necesaria para accionarun motor eléctrico, o bien ser almacenada en acumuladores para usarse en horasnocturnas. Incluso es posible “inyectar” la electricidad sobrante a la red general,obteniendo un beneficio adicional (algo parecido a lo que se hacía con los sistemasde cogeneración que vimos en la Unidad 6).

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FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES

8UNIDAD

A modo de resumen. relacionamos a continuación las principales aplicaciones dela energía solar fotovoltaica:

Las células fotovoltaicas.

El elemento principal de un sistema de energía fotovoltaica es la célula solar foto-voltaica, hechas con dos láminas muy finas –de alrededor de 0,1 mm de espesor–de silicio, arseniuro de galio u otro material semiconductor en estado cristalino y purí-simo, convierten la radiación en electricidad de forma directa. Los paneles solaresestán constituidos por miles de ellas, para obtener las potencias deseadas.

APLICACIONES DE LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

Electrificación de viviendas rurales (se estima que el uso de la energía solar fotovoltaicaes rentable si la distancia a la red eléctrica más cercana es superior a los 500 metros).Bombeo de agua y sistemas de regadío. Junto con la anterior son las aplicaciones porexcelencia, con la ventaja adicional que la mayor demanda de agua suele coincidir conlos días más soleados.Equipos de estaciones y de comunicaciones: teléfonos de emergencia de las autopistas,repetidores, etc.Equipos de telemedida cuando éstos están alejados de la red eléctrica: equipos meteo-rológicos, medidas ambientales, etc.Señalización: boyas, balizas y luces para la navegación; señales de tráfico, semáforos,señalizaciones en vías de tren y en aeropuertos.Protección catódica de gasoductos y oleoductos. (Cualquier metal enterrado sufre losefectos de la corrosión. La protección catódica se consigue aplicando una pequeña dife-rencia de potencial entre la tubería metálica y el suelo. La utilización de energía solarfotovoltaica en este tipo de aplicaciones ha supuesto un gran avance para la seguridaddel estas instalaciones).Sistemas de seguridad y sirenas de emergencia.Cargadores de baterías para vehículos eléctricos.Electrificación e iluminación de cercas.Satélites artificiales.Calculadoras, teléfonos móviles y otros equipos electrónicos.Centrales de producción a gran escala de energía eléctrica: es el objetivo más importan-te desde el punto de vista cuantitativo.

En la actualidad, una central de energía foto-voltaica para uso industrial necesita disponer deespacios de terreno muy amplios.

Panel de células solaresfotovoltaicas utilizado en unainstalación doméstica.

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Cuando la energía luminosa incide sobre la célula existe un desprendimien-to de electrones que comienzan a circular libremente por el material, entre cuyosextremos se produce una diferencia de potencial entre 0,5 y 0,6 voltios, pudien-do lograrse una intensidad de unos 30 miliamperios por cada centímetro cuadra-do iluminado. Hemos convertido el dispositivo en una fuente de energía eléctri-ca, que permanecerá aportando energía indefinidamente mientras reciba ilumi-nación.

El sistema básico de generación de energía por medio de la luz solar puedeincrementar su rendimiento si se añaden dispositivos de control –orientación delos paneles hacia la mayor radiación solar– y se utilizan sistemas adecuados dealmacenamiento.

Como consecuencia de su mayor utilización ya se fabrican células solares agran escala, con el consiguiente descenso de los precios y facilitando, en conse-cuencia, el incremento de su uso.

Entre tantos ejemplos de instalaciones pueden resultar significativos los tressiguientes:

El primero es el de autoabastecimiento eléctrico mediante este sistema enuna finca del término municipal de Almogía (Málaga).

A fin de aprovechar la energía solar al máximo, se ha diseñado una estruc-tura que hace posible poner los módulos fotovoltaicos a diferentes grados deinclinación en las diferentes épocas del año. El sistema de captación está forma-do por un conjunto de 60 módulos fotovoltaicos con una potencia unitaria de 159W, colocados en un monte situado a 450 m de la vivienda de la finca. La poten-cia total es de 9540 W. La energía obtenida proporciona iluminación a la casa,hace funcionar los electrodomésticos y abastece el sistema de riego de la finca.Además, y en una instalación paralela, se llevó a cabo un sistema de aprovecha-miento solar térmico para abastecerse de agua caliente sanitaria para uso de lostrabajadores de la finca.

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FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES

8UNIDAD

Las dos ilustraciones siguien-tes nos muestran un automóvil dela marca Honda, capaz de superarlos 140 Km/h sin usar otra energíaque la solar, y el avión solar“Helios”, de la NASA, capaz devolar a 30.000 m de altura, que dis-pone de 65.000 células fotovoltai-cas.

Se puede pensar que los ejem-plos que acabamos de poner sonanecdóticos: pueden serlo los dosúltimos, no así el primero, ya que laenergía solar fotovoltaica se utilizamás cada día en instalaciones,sobre todo, agrarias. En cualquiercaso no debes olvidar lo que yahemos apuntado, que la primerasmáquinas de vapor conseguían

rendimientos inferiores al 1% y tenían muy pocacredibilidad. Se está ciertamente en los inicios,pero con grandes posibilidades de incremento deesta fuente de energía limpia e inagotable.

Las posibilidades de utilización de las energí-as renovables son muy amplias y variadas, com-binando distintas fuentes: existen centrales eóli-co-solares, tanto térmicas como fotovoltaicas,hornos solares, etc., y aparecen nuevas aplicacio-nes prácticas en intervalos cortos de tiempo.

Central para suministro industrial quecombina varios sistemas de paneles:colectores fijos, de concentración y foto-voltaicos.

De la radiación solar que llega a la Tierra podemos obtener calor y electricidad utilizandotecnologías muy diferentes.La energía solar térmica se obtiene mediante paneles solares y la fotovoltaica con célulasfabricadas con materiales semiconductores.Con las tecnologías actuales se necesitan grandes extensiones de terreno para conseguirpotencias significativas.

R e c u e r d a

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5. Otras energías renovablesAunque con menos incidencia en nuestro país que las que hemos visto hasta

aquí, citamos a continuación otros dos tipos de energías renovables con aplica-ciones en franco crecimiento.

Energía geotérmica.

La acción del calor interior de la Tierra sobre lagos o ríos subterráneos (acuífe-ros) produce agua caliente o vapor que pueden ser utilizados, dependiendo de suvalor energético, para generar electricidad o calor en instalaciones industriales odomésticas.

Los sistemas geotérmicos son considerados como los más prácticos, tantopor el rendimiento como por el mantenimiento. Si se utilizan para aprovechar elcalor, lo único que se necesita es canalizar y almacenar el agua caliente o elvapor que sale de la corteza. En las centrales eléctricas, la única pieza móvil esla turbina, lo que mejora la vida útil de todo el conjunto. Otra característica posi-tiva es la fuente de energía utilizada, siempre presente y que suele ser constan-te en el tiempo, con apenas fluctuaciones y, en caso de producirse éstas, prede-cibles, como ocurre con los géiseres, cuya cadencia de actividad/inactividad esperfectamente conocida.

Una central geotérmica consta, básicamente, de unaperforación realizada en la corteza terrestre. El funciona-miento es muy simple: dos tubos que se han introducido enla perforación practicada mantienen sus extremos en cir-cuito cerrado en contacto directo con la fuente de calor.Por un extremo del tubo se inyecta agua fría, que se calien-ta cuando llega al fondo y sube a la superficie a través deotro tubo que tiene acoplado una turbina con un generadorde energía eléctrica. El agua enfriada es devuelta denuevo por el primer tubo para repetir el ciclo.

En nuestro país existen zonas, en las Islas Canarias,cuyas características geológicas permiten un excelenteaprovechamiento, ya que pueden encontrarse temperatu-ras de cientos de grados a muy poca profundidad, aumen-tando así el rendimiento al disminuir las pérdidas que seproducen cuando la fuente de energía está más profunda.

En cierto modo una central geotérmica reproduce elfuncionamiento natural de los géiseres: en ese caso el

agua se introduce por las rendijas del subsuelo y, al alcanzar las zonas caldea-das del interior de la Tierra sube de temperatura hasta ebullición, retornando alexterior por los huecos que ofrezcan menos resistencia, dando lugar al llamativoespectáculo que todos hemos visto en reportajes o documentales.

Esquema de una cen-tral geotérmica

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FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES

8UNIDAD

Energía mareomotriz. La atracción del Sol y la Luna origina las mareaspueden ser aprovechadas para generar electricidad.

El primer paso práctico lo dio, en 1926, el ingeniero francés GeorgesClaude, quien presentó un pequeño ingenio con el que fue capaz de encenderuna lámpara mediante aprovechamiento de las diferencias de temperatura entrelas capas superficiales y profundas del mar.

En 1928 se puso en marcha una central piloto que funcionó a la perfección,y que generaba 50 Kw de potencia.

La ubicación de estas centralesdebe estar, para un mayor rendimien-to, en zonas con apreciables gradien-tes de temperatura entre zonassuperficiales y profundas, como ocu-rre en las proximidades de Abidjan(Costa de Marfil), donde existe unacentral con dos grupos, cada uno delos cuales genera casi 5.000 Kw.Parte de la energía producida se uti-liza para abastecer a una planta des-alinizadora de agua, con la que seobtienen 7.000 m3 de agua dulcecada 24 horas.

Otra forma de aprovechar la energía mareomotriz se basa en el sistema uti-lizado en los embalses de los ríos, buscando los lugares más adecuados paraello: el objetivo es retener el agua de las mareas cuando comienza a subir ymantenerla cuando comienza a descender hasta que hayan alcanzado un míni-mo. La energía potencial del agua acumulada se emplea para mover las turbi-nas, al igual que en las presas fluviales.

En la península de Valdés (Patagonia argentina) se encuentra la mayor cen-tral mareomotriz del mundo, aprovechando la importante diferencia de altura dela mar entre mareas altas y bajas en la zona.

Otra forma de energía marina aprovechable es la del oleaje. El principiopara su explotación está en la disposición de una gran red de boyas flotantesque giran alrededor de unos ejes fijos para que recuperen la posición inicialcuando el oleaje las empuje en sentido opuesto. Cada grupo de boyas tieneacoplado un generador que aprovecha su movimiento para convertirlo en elec-tricidad.

Los tres tipos de centrales tienen una dificultad común: las construccionestienen que poseer una robustez fuera de lo normal para evitar que se deteriorendebido a la fuerza de las olas. Esto hace que actualmente, y por este motivo,sean centrales excesivamente costosas, lo que no impide que se estén buscan-do soluciones para solventar este inconveniente.

Esquema de una central mareomotriz por dife-rencia de temperaturas. 1: bomba de aspiración deagua caliente superficial. 2: evaporador. 3: conductode vapor. 4: turbina. 5: generador. 6: condensador. 7:bomba de aspiración de agua fría del fondo. 8: tube-ría de aspiración de agua fría. 9: tubería de salida delagua utilizada.

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6. Energía de fusiónLa energía de fusión es, como pudiste deducir de la introducción de la

Unidad 6, la fuente de energía renovable por excelencia.

Actualmente, las plantas nucleares desarrollan su energía a partir de lafisión de núcleos pesados, como uranio y plutonio. Una alternativa es la pro-ducción de energía a partir de la fusión de núcleos ligeros en núcleos máspesados, con una disminución de la masa total. Esta disminución de masa apa-rece como energía de acuerdo con la relación de Einstein: E = m c2.

Un ejemplo es la fusión de dos núcleos de hidrógeno para convertirse enuno de helio: esto es lo que ocurre en el Sol y en la mayoría de las estrellas,así como en las bombas que conocemos con el nombre de bombas de hidró-geno.

Debido a que los núcleos tienen carga eléctrica positiva y se repelen entresí, las reacciones de fusión requieren temperaturas muy elevadas –para que laenergía cinética del núcleo sobrepase la repulsión mutua y pueda colisionar.Por esta razón se las conoce como reacciones termonucleares.

Hay en la Tierra una gran abundancia de isótopos naturales apropiadospara las reacciones de fusión, destacando el deuterio y el tritio. Éstos pueden,en teoría, producir millones de veces la energía de todos los combustibles fósi-les del mundo. La dificultad está en crear las condiciones adecuadas para lafusión. Las temperaturas deben ser muy altas, el plasma de los núcleos ioni-zados debe ser lo suficientemente denso y el tiempo durante el cual ocurren lasreacciones nucleares, lo bastante prolongado para que se lleve a cabo lafusión.

Aún no se ha conseguido a escala de laboratorio la fusión controlada, y espoco probable que llegue a ser una fuente significativa de energía hasta muyavanzado nuestro siglo. Es una vía de estudio importante, pues cuando selogre controlar adecuadamente la fusión y hacerla realidad a escala industrial,la humanidad tendrá en su poder la fuente primaria de energía, es decir, elhombre hará lo que está haciendo el Sol: la fuente de energía más limpia einagotable.

La instalación de centrales geotérmicas es especialmente interesante en zonas, comociertos parajes de las Islas Canarias, donde se tienen altas temperaturas a pocaprofundidad.

Puede obtenerse energía aprovechable de la energía de las aguas marinas de tres formasdistintas, aunque existen dificultades de tipo operativo (evitar el deterioro de lasinstalaciones por la fuerza de las olas) para que su uso sea rentable.

R e c u e r d a

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FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES

8UNIDAD

1.- Indica cuál o cuáles de estas afirmaciones acerca de las fuentes de energía renova-bles son ciertas:

a) No se agotarán por mucho uso que se haga de ellas.b) Sus tecnología de uso están muy desarrolladas.c) Su impacto ambiental y sobre la salud de los seres vivos es muy inferior al de las fuen-

tes de energía no renovables.d) Todas tienen su origen en la energía que recibimos del Sol.

2.- La energía hidroeléctrica es renovable porque:

a) El agua, cuya energía asociada nos sirve para obtener la energía eléctrica, es inagota-ble.

b) Contribuye a regular el caudal de los ríos, evitando inundaciones y una buena parte delas consecuencias de las sequías.

c) El agua de los embalses se utiliza frecuentemente para riegos de cultivos.d) Contribuye a mejorar el nivel de vida de las zonas rurales donde se instalan las centra-

les.

3.- Las centrales hidroeléctricas aprovechan directamente:

a) La radiación electromagnética del sol.b) El calor latente de evaporación del agua.c) La energía potencial del agua.d) La energía cinética de las turbinas.

4.- Es característico de la biomasa que:

a) Como las restantes fuentes de energía renovables, no produce emisiones de gases.b) Aprovecha productos de desecho y excedentes agrícolas para obtener energía térmica

o eléctrica.c) Aunque es renovable, su uso es perjudicial apara el entorno y los seres vivos porque

emite sustancias tóxicas.d) Su grado de utilización está en franco declive.

5.- Aprovechando la energía eólica podemos obtener:

a) Energía eléctrica y energía mecánica.b) Energía eléctrica y productos de uso industrial y doméstico.c) Energías eléctrica y calorífica.d) Energías eléctrica y radiante.

A c t i v i d a d e s

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6.- Los dos factores fundamentales que condicionan la ubicación de las centrales eóli-cas son:

a) La dirección predominante del viento y su velocidad.b) El tipo de terreno (llano o accidentado) y la velocidad del viento.c) El tipo de terreno (llano o accidentado) y la dirección predominante del viento.d) La velocidad y la uniformidad del viento.

7.- Indica cuál o cuales de las siguientes afirmaciones acerca de la energía solar sonciertas:

a) Tanto la solar térmica como la solar fotovoltaica tienen sistemas de captación energéti-ca muy similares.

b) Los sistemas de captación son muy diferentes.c) Con la solar térmica obtenemos energía calorífica y con la solar fotovoltaica, energía

eléctrica.d) Para un correcto aprovechamiento de ambas deben preverse acumuladores de energía.

8.- Los sistemas de obtención y utilización de energía solar térmica pueden comple-mentarse:

a) Sólo con sistemas de energía solar fotovoltaica.b) Con sistemas de energía solar fotovoltaica y energía eólica.c) Sólo con energía térmica procedente de la biomasa.d) Con cualquier otra fuente de energía, tanto si es de origen renovable como no renova-

ble.

9.- Indica cuál o cuáles de las siguientes afirmaciones son ciertas:

a) Los inconvenientes fundamentales para el desarrollo de las tecnologías de aprovecha-miento de las fuentes de energía renovables son de tipo económico.

b) La energía hidráulica está considerada como puente entre las energías renovables y lasno renovables.

c) Un buen aislamiento es fundamental para mejorar la eficiencia de las instalaciones enlas que se obtiene energía calorífica.

d) Con la energía nuclear de fisión se pretende reproducir lo que ocurre en el Sol.

A c t i v i d a d e s