2.3 LAS ENERGÍAS RENOVABLES

Las fuentes de energías renovables se pueden definir como aquellas fuentes que de forma periódica se ponen a disposición del hombre y que éste es capaz de aprovechar y transformar en energía útil para satisfacer sus necesidades, es decir, se renuevan de forma contínua en contraposición con los combustibles fósiles como petróleo, carbón, gas y uranio, de los que existen unas determinadas cantidades disponibles agotables en un plazo más o menos largo.

Las energías regenerativas son una fuente de abastecimiento inagotable, ya que en su origen proceden en su mayoría del Sol. Esto no significa que las energías renovables deban asociarse al aprovechamiento directo de la energía solar; sino que el Sol produce una serie de fenómenos naturales que, a su vez, dan origen a los recursos en los que se basan los diferentes tipos de reservas de las mismas. No solo la alarma medioambiental ha conseguido que se tenga en cuenta a las energías renovables como una alternativa al suministro energético, sino también la preocupación por una independencia energética y la escasez de recursos fósiles han sido los grandes precursores.

Se están dando pasos importantes para preparar el terreno, la educación y la información. La imagen de arriba muestra la duración que tendría cada fuente de energía, suponiendo que ella sola cubriera todas las necesidades energéticas de nuestra civilización y estas se mantuvieran al nivel actual de consumo.

La demanda de energía crece de manera imparable. En los últimos treinta años su consumo se ha duplicado, lo cual ha traído consigo el aumento de emisiones de anhídrico carbónico a la atmósfera y el previsible agotamiento de las fuentes tradicionales de energía: los combustibles fósiles. Según algunas estimaciones, nos quedaría petróleo barato y gas para cincuenta años y carbón para varios cientos.

Existen, sin embargo, otras fuentes de energía limpias y renovables; veamos hasta que punto conviene su utilización.

Nuestro planeta recibe del sol un flujo constante de energía que es el causante directo o indirecto, juntos con los campos gravitatorios lunar y terrestre, do todas las otras fuentes de energías renovables. Para aprovecharlas, tenemos la tecnología adecuada, pero falta desarrollar su uso y comercialización para que resulten rentables y, por tanto competitivas con respecto a las fuentes tradicionales; hasta ahora han sido marginadas por necesitar una inversión inicial fuerte. En nuestro país debido a sus condiciones geográficas y climáticas, tienen una buena perspectiva de desarrollo.

2.3.1 ENERGÍA HIDRÁULICA

El agua que fluye desde un nivel superior a otro inferior posee una determinada energía cinética susceptible de ser convertida en trabajo.

Se aprovecha la energía hidráulica para generar electricidad, y de hecho fue una de las primeras formas que se emplearon para producirla. El aprovechamiento de la energía potencial del agua para producir energía eléctrica utilizable, constituye en esencia la energía hidroeléctrica. Es por tanto, un recurso renovable y autóctono. El conjunto de las instalaciones y la infraestructura para aprovechar este potencial se denominan central hidroeléctrica.

Hoy en día, con los problemas medioambientales, se ven las cosas desde otra perspectiva. Esto ha hecho que se vayan recuperando infraestructuras abandonadas dotándolas de nuevos equipos automatizados y turbinas de alto rendimiento. En consecuencia, el impacto ambiental no es más del que ya existía o por lo menos inferior al de una gran central. A estas instalaciones, con potencia inferior a 5.000KW se les denomina mini hidráulicas.

Es la más extendida dentro de este grupo de energías. Utiliza los saltos de agua embalsada, de manera artificial, mediante presas por ejemplo, o natural como los lagos, para que caiga sobre unas turbinas que inician la transformación de esta fuerza mecánica en corriente eléctrica. Entre sus ventajas se cuenta que no contamina, y, entre sus inconvenientes, que la producción debido a variaciones de la cantidad del agua, no siempre es constante y produce alteraciones ecológicas.

2.3.2 ENERGÍA SOLAR

La mayor parte de las energías renovables son derivadas de la energía solar. Se puede aprovechar esa energía de manera directa o indirecta. Cuando se habla del uso directo se puede distinguir dos formas. De la radiación solar se puede obtener calor (energía solar térmica) y electricidad (energía solar fotovoltaica. Estos dos procesos no tienen nada que ver entre sí, ni en cuanto a su tecnología ni a su aplicación.

La energía solar fotovoltaica se obtiene con paneles o módulos solares fotovoltaicos, construidos con un material cristalino semiconductor, el silicio. Los paneles convierten en electricidad entre un 9% y un 14% de la energía recibida del Sol. Por los costes altos de la producción de los paneles se limita el uso a lugares remotos, los cuales son difíciles / costosos de conectar a la red eléctrica. Una aplicación creciente en los últimos años es el bombeo de agua. Así se puede resolver el problema de abastecimiento de electricidad en un sistema no dependiente de la disposición energética en un cierto momento.

Un sistema de aprovechamiento de la energía solar muy extendido es el térmico. El medio para conseguir este aporte de temperatura se hace por medio de colectores.

El colector es una superficie, que expuesta a la radiación solar, permite absorber su calor y transmitirlo a un fluido. Existen tres técnicas diferentes entre sí en función de la temperatura que puede alcanzar la superficie captadora. De esta manera, podemos clasificar los colectores según su temperatura de operación como:

• Temperatura baja, captación directa, la temperatura del fluido está por debajo del punto de ebullición

• Temperatura media, captación de bajo índice de concentración, la temperatura del fluido es mayor a 100ºC

• Temperatura alta, captación de alto índice de concentración, la temperatura del fluido es mayor a 300ºC

La energía solar térmica se obtiene con los colectores solares o paneles solares térmicos, que convierten en calor entre un 40% y un 60% de la energía recibida. El colector solar está compuesto por dos tubos principales unidos entre sí por una serie de tubos paralelos de menor diámetro. Estos últimos suelen llevar unas aletas unidas o soldadas que transmiten el calor hacia el tubo, por el que circula un fluido (normalmente agua) que transporta el calor obtenido.

Toda la superficie de tubos y aletas expuesta a la radiación solar lleva un tratamiento que aumenta la absorción de la radiación. Para conseguir un mayor rendimiento, todo el conjunto se introduce en una caja con un cristal en la cara superior y un aislamiento en la cara inferior, que disminuyen la pérdida de energía hacia el exterior.

En la práctica totalidad de las culturas se ha sacado partido, de forma natural, a la energía solar. La Revolución Industrial relegó a un segundo plano su utilización, y no fue hasta la década de los años setenta (tras la grave crisis del petróleo) cuando se volvió a mirar al sol y comenzó a desarrollarse la tecnología necesaria ara su aprovechamiento. A partir de la energía solar se puede obtener la energía térmica o eléctrica (fotovoltaica).

2.3.3 ENERGÍA EÓLICA

La Tierra recibe una gran cantidad de energía procedente del Sol. El 2 % de ella se transforma en energía eólica. La energía eólica se deriva del calentamiento diferencial de la atmósfera y de las irregularidades de relieve de la superficie terrestre. La potencia obtenida es directamente proporcional al área barrida por las palas y al cubo de la velocidad del viento. Por la dependencia de la velocidad del viento se instalan los sistemas generalmente frente al mar o en zonas de alta montaña:

Potencia: P = ½ ρ A v2 cP

ρ = densidad del aire

A = área barrida por la turbina

v = velocidad del viento

cP = coeficiente de potencia (entre 0 y 0,6)

Los modelos de molinos de viento básicamente se dividen en dos grupos:

• molinos de eje vertical (Savonius, Darrieus...),

• Y de eje horizontal.

Ambas formas de modelos constan básicamente de las mismas partes:

• rotor con palas

• torre

• anclajes

Las formas de mayor utilización son las de producción de energía eléctrica y mecánica, bien sea para autoabastecimiento de electricidad o bombeo de agua.

Dentro de la rama de molinos para la producción de energía eléctrica se puede hablar de un desarrollo hacia máquinas de una potencia aproximada de 1.500 Kw. y una altura de unos 50 m. Estos aerogeneradores grandes son conectados a la red potente eléctrica que absorbe las inestabilidades. Pero también se instala un gran número de aerogeneradores de fracciones de Kw. para el uso de una sola familia con un abastecimiento de electricidad a través de baterías. Normalmente los generadores requieren de rotores rápidos y por eso son de 2 o 3 alabes.

Las máquinas eólicas para el bombeo de agua requieren de rotores más lentos y con más torque para el arranque y funcionamiento de las bombas, por eso tienen más de 3 alabes.

Se ha establecido una escala, llamada Beaufort, que clasifica los vientos en función de su velocidad.

Se basa en capturar la energía del viento para transformarla en energía eléctrica o mecánica. La mayor parte de la que se genera en nuestro país procede del Parque Eólico de Tarifa. Esta energía presenta ventajas de tipo medioambiental: no produce residuos ni lanza emisiones al aire. Sin embargo dependiendo del tamaño de la instalación y de su emplazamiento, produce una serie de alteraciones en el medio físico como pueden ser el impacto visual, peligro para las aves al poder chocar con la instalación, ruido y erosión.

2.3.4 BIOMASA

La más amplia definición de biomasa sería considerar como tal a toda la materia orgánica de origen vegetal o animal, incluyendo los materiales procedentes de su transformación natural o artificial. En esta definición se recogen varios tipos de materiales, cada uno con una relevancia energética propia. Estos son:

• Residuos forestales y agrícolas

• Residuos biodegradables

• Residuos sólidos urbanos

Con la ayuda de la radiación del sol las plantas y la atmósfera entran dentro del ciclo del carbono. Las plantas absorben CO2 del aire y el agua. Con la energía recibida del sol forman sus propias células: la biomasa. Cuando se usa la biomasa como combustible se libera energía a través de la oxidación del carbono y el ciclo se cierra.

El poder calorífico de la biomasa depende principalmente de su composición química y el contenido de humedad. La composición química depende del tipo de planta. La humedad se debe disminuir a una cantidad mínima para el máximo aprovechamiento.

La biomasa se puede utilizar en una combustión directa (después del secado) o indirecta a través de la gasificación (secado, destilación, reducción, gasificación. La gasificación significa un aumento en complejidad para conseguir el combustible pero después el transporte y el uso resultan mucho más fáciles.

Los combustibles fósiles son derivados de materiales biológicos; sólo que han sido alterados muy profundamente y no forman parte del ciclo carbono actual. Debido a esto y a su horizonte de reformación no se puede hablar en su caso de una energía renovable.

Los residuos forestales, agrícolas y, en general todos son los subproductos con un origen biológico constituyen lo q se denomina biomasa. A partir de ella, y mediante diversos procesos, se puede conseguir un aprovechamiento energético, bien en forma de combustible, bien por combustión directa de esos residuos. Constituye la energía renovable más consumida en nuestro país, ya que se trata de un recurso abundantísimo en la naturaleza. Por otro lado, fue la más utilizada por el ser humano hasta la aparición de los combustibles fósiles; de hecho, en el Tercer Mundo es prácticamente la fuente principal de energía primaria.

La tecnología actual se orienta a la generación de combustibles y a la comercialización de la electricidad producida a partir de la biomasa, por lo que ésta comienza a ser rentable. Se están empleando plantas de crecimiento rápido, como cardo, sorgo, colza o el girasol y, además de combustible se obtienen alcohol y aceites vegetales.

Su impacto medioambiental es mínimo en el caso de los cultivos para producción de biomasa. Si bien su combustión emite CO2, durante el crecimiento de la planta ésta absorbe, con lo que el balance global de emisión es cero.

2.3.5 LA ENERGÍA GEOTÉRMICA

Nuestro planeta guarda una enorme cantidad de energía en su interior. Un volcán o un géiser es una buena muestra de ello.

Son varias las teorías que tratan de explicar las elevadas temperaturas del interior de la Tierra. Unas sostienen que se deben a las enormes presiones existentes bajo la corteza terrestre; otras suponen que tienen origen en determinados procesos radiactivos internos; por último, hay una teoría que lo atribuye a la materia incandescente que formó nuestro planeta.

Diversos estudios científicos realizados en distintos puntos de la superficie terrestre han demostrado que, por término medio, la temperatura interior de la Tierra aumenta 3ºC cada 100m. de profundidad. Este aumento de temperatura por unidad de profundidad es denominado gradiente geotérmica. Se supone que variará cuando alcancen grandes profundidades, ya que en el centro de la Tierra se superarían los 20.000ºC, cuando en realidad se ha calculado que es, aproximadamente, de 6.000ºC.

La forma más generalizada de explotarla, a excepción de fuentes y baños termales, consiste en perforar dos pozos, uno de extracción y otro de inyección. En el caso de que la zona esté atravesada por un acuífero se extrae el agua caliente o el vapor, este se utiliza en redes de calefacción y se vuelve a inyectar, en el otro caso, se utiliza en turbinas de generación de electricidad. En el caso de no disponer de un acuífero, se suele proceder a la fragmentación de las rocas calientes y a la inyección de algún fluido.