Energía sostenible. Sin malos humos (parte 2: consumo)

En el artículo anterior “Energía sostenible. Sin malos humos (parte 1: generación)”, estimamos que las energías renovables en España podrían generar hasta unos 182 kilovatios-hora (kWh) por persona y día. Sin embargo, para comprender si es mucho o poco, necesitamos saber cuánta energía consumimos. Además, intentaremos identificar qué actividades son las que mayor consumo energético implican, con el objetivo de poder reducirlo y alcanzar un modelo energético sostenible. A continuación, realizamos algunas estimaciones (no son datos oficiales) de estos consumos. En el libro podrás ver estos cálculos en más detalle y compararlos con datos oficiales. ¡Vamos allá!

Empecemos con el transporte de personas. Basta con salir a la calle para darnos cuenta de que uno de los iconos de la civilización moderna es, sin duda, el coche con una sola persona en su interior. La distancia media recorrida al día por un español es de 22 kilómetros (km). Pongamos que el consumo medio es de unos 7 litros a los 100 km. Ya sólo nos queda saber la energía por unidad de combustible (la gasolina y el diésel tienen en torno a 10 kWh/l, con lo cual este coche consumiría 70 kWh/100 km). Empleando todos estos datos, llegamos a la conclusión de que, en nuestras unidades favoritas, cada persona consume de media unos 16 kWh al día para moverse en coche. Esta sería la energía necesaria para recorrer esos 22 km. Y tú, ¿cuántos kilómetros recorres de media al día?

Coche con conductor

¿Qué ocurriría si, en vez de usar los tradicionales coches de combustión, empleásemos coches eléctricos? El motor tradicional tiene una eficiencia del 25%, lo que quiere decir que el 75% de la energía que consume se disipa en forma de calor. En cambio, el motor eléctrico es mucho más eficiente, llegando a eficiencias de más del 80%, incluyendo la carga y descarga de las baterías. Por lo tanto, el consumo se reduciría a unos 5 kWh por persona y día de electricidad. Esta electricidad la podemos generar a partir de fuentes renovables y, además, podemos cargar los coches cuando haya más recurso y posponer su carga en momentos de menor generación.

Continuando con el transporte, ¿a quién no le gusta tomarse unas vacaciones y visitar otros países? Coger un avión se ha convertido para algunas personas en un gesto cotidiano, pero ¿somos realmente conscientes del consumo energético asociado? Curiosamente, un avión lleno tiene un consumo por persona y kilómetro inferior al de un coche ocupado por una sola persona (unos 40 kWh/100 km por cada persona). No obstante, un único vuelo intercontinental de ida y vuelta (de unos 14.000 km), supone un consumo de 12.000 kWh o 33 kWh/día si repartimos el consumo a lo largo de un año. ¡Más que el transporte en coche de todo un año! Pero no todo el mundo vuela. Mirando los kilómetros que se recorren en avión, podríamos estimar que la media española disminuye hasta unos 2 kWh por persona y día, pero no nos olvidemos del importante gasto energético que tiene un solo vuelo.

Pasemos ahora a otro gran bloque del consumo: el de la climatización de edificios. Podemos estimar cómo el mayor gasto es el de calefacción con unos 12 kWh por persona y día y el del aire acondicionado, de 0,6 kWh/p/d. Puede llamar la atención que el aire acondicionado sea tan bajo, pero hay que tener en cuenta que muchas casas en España no requieren de aire acondicionado. Si a esto sumamos el agua caliente sanitaria, con 1,4 kWh/p/d, tenemos que añadir a la pila de consumo 14 kWh por persona y día.

Radiador

¿Podemos reducir el consumo también en el caso de calefacción? La respuesta es que sí. Para ello, podemos atacar por tres vías: bajar el termostato, aislar los edificios y olvidarnos de quemar gas para calentarnos. La primera medida puede parecer un gesto inútil, pero, en realidad, es impresionante: por cado grado que bajes el termostato, ¡las pérdidas de calor se ven reducidas en un 10%! La segunda vía, el aislamiento, puede suponer un ahorro mucho mayor, aunque también a un coste más elevado si hablamos de reformar una casa, aunque resulta algo indudablemente rentable en viviendas de nueva construcción. Finalmente, la tercera medida consiste en cambiar las calderas de gas, que tienen una eficiencia del 90%, por bombas de calor, con un rendimiento (o COP) del 400%. Y en este caso, estamos otra vez electrificando el consumo, que, además, es gestionable, facilitando así la integración de la generación renovable.

Continuando con los consumos que hay en nuestra casa y trabajo, nos queda comentar los que actualmente sí son eléctricos: la luz, los electrodomésticos y aparatos electrónicos. Realizando cálculos similares a los anteriores, llegamos a la conclusión de que el consumo en luz es de 2 kWh por persona y día, y el de electrodomésticos y aparatos electrónicos, de 6 kWh/p/d. Como el lector podrá apreciar, estos consumos son bastante más pequeños que los vistos anteriormente. Podríamos intentar reducirlos, pero cualquier acción en este campo tendrá mucho menor efecto que intentar mejorar nuestra forma de movernos o calentarnos.

Otra importante fuente de consumo es nuestra propia alimentación. Una dieta de unas 2.600 kcal diarias equivale a unos 3 kWh/d/p, aunque, debido al uso de fertilizantes en agricultura, por ejemplo, y a que parte de esa comida es carne o productos procesados, el consumo real acaba siendo de unos 12 kWh/p/d.

Si a estos números le sumamos nuestras estimaciones de energía consumida en todos los objetos que compramos (incluidos sus envases) y el coste energético de transportarlos, llegamos a 95 kWh por persona y día. En realidad los datos oficiales del IDAE (Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía) del Ministerio para la Transición Ecológica dicen que el consumo de energía primaria es de 85 kWh por persona y día. ¡Buenas noticias! El consumo actual es inferior al potencial renovable, pero recordemos la gran industrialización del terreno que es necesaria para abastecer todo este consumo con energías renovables. En la tercera parte, veremos cuánto podemos llegar a reducir el consumo y cómo sería un posible plan de generación en España.

Energías

Figura 1. Consumo actual estimado (95 kWh/p/d) y generación optimista (182,4 kWh/p/d) y pesimista (47 kWh/p/d) disponible en España por persona.

Nota: Este artículo está basado en el libro “Energía sostenible. Sin malos humos“, la adaptación al caso de España del exitoso libro “Sustainable energy – Without the hot air” de David MacKay, que se puede conseguir en https://es-sinmaloshumos.com/

 

Esta entrada al blog ha sido elaborada por los investigadores del Instituto de Smart Cities (ISC) de la Universidad Pública de Navarra Leyre Catalán Ros, Julio Pascual Miqueleiz y Javier Samanes Pascual

Energía sostenible. Sin malos humos (parte 1: generación)

¿Puede España ser sostenible energéticamente manteniendo su nivel actual de bienestar? Podrías pensar que hace falta ser un experto para responder a esta pregunta, pero nada más lejos de la realidad. Puedes formarte tu propia opinión al respecto de manera sencilla simplemente comparando cuánto se consume en nuestro país y cuánto se podría generar mediante fuentes renovables

Lo primero que haremos, dado que los datos energéticos de un país son enormes, es introducir una unidad mucho más fácil de manejar: los kilovatios-hora (kWh) por persona y día (kWh/p/d) o, en otras palabras, la energía que consume una persona durante un día. Gracias a esta unidad, podremos diferenciar más fácilmente lo importante de lo superfluo. Y ahora sí que sí, empecemos.

Cuando pensamos en energías renovables, las primeras que nos vienen a la cabeza son la fotovoltaica o la eólica. ¿Quién no ha visto una planta solar o un parque de aerogeneradores mientras conduce? Ahora bien, ¿cuánto podríamos llegar a generar con dichas tecnologías?

La energía fotovoltaica consiste en la transformación directa de la luz del sol en electricidad gracias a los paneles fotovoltaicos. En valor medio, la potencia solar bruta en un tejado orientado al sur en España es de 235 W/m2 (vatios por metro cuadrado). Si consideramos que un buen panel fotovoltaico tiene una eficiencia del 20%, pero que pierde un 25% de eficiencia debido a que, al calentarse, pierde eficiencia, por suciedad, por ejemplo, obtenemos que, si cubrimos totalmente una superficie orientada al sur, podemos obtener, en término medio, 35 W/m2. De este modo, para saber cuánta energía podemos obtener con fotovoltaica en España, simplemente tenemos que decidir cuánta superficie estamos dispuestos a ocupar. Por ejemplo, si consideramos 12,5 m2 de tejado por persona, podemos obtener con fotovoltaica 10 kWh por persona y día. Y si en vez de conformarnos únicamente con los tejados, nos lanzamos a poner varias huertas solares ocupando el 1,5% de la superficie de España, podemos obtener 57 kWh por persona y día adicionales. Para este último cálculo hemos tenido en cuenta la distancia entre paneles y que, al generar en gran escala, se suele optar por paneles más baratos y menos eficientes, lo que da lugar a una densidad de generación de unos 16 W/m2.

Paneles solares

Figura 1. A la izquierda, paneles fotovoltaicos en un tejado. A la derecha, planta fotovoltaica.

En el caso de la eólica, podemos hacer unos cálculos similares analizando cuánta potencia se puede extraer de media del viento y viendo la superficie disponible. La potencia que podemos extraer del viento varía con el cubo de la velocidad y se puede calcular mediante una sencilla fórmula. Considerando una velocidad media de 5 m/s (metros por segundo) a la altura del aerogenerador, se puede extraer del viento, en término medio, 1,3 W por cada metro cuadrado de terreno, teniendo en cuenta la eficiencia de los propios aerogeneradores, así como la distancia entre ellos, independientemente de su tamaño. Una vez que conocemos dicho valor, nos queda decidir qué superficie vamos hay que cubrir con aerogeneradores. Para estimar el potencial de la eólica, supongamos que empleamos un 10% de la superficie del país (lo cual puede ser exagerado). En ese caso, seríamos capaces de generar 33 kWh por persona y día. Hemos supuesto una superficie diez veces mayor que para el caso de la fotovoltaica, pero, si se tiene en cuenta la separación necesaria entre aerogeneradores y la infraestructura indispensable para el funcionamiento de los parques, realmente se estaría ocupando en torno al 1%.

Aerogenerador

Figura 2. Aerogenerador.

Si, además, también nos atrevemos a instalar aerogeneradores en el mar, donde el viento es más fuerte y estable, nuestras previsiones de generación mejoran: podemos obtener un 50% más de potencia por unidad de área. Para el caso de eólica marina de baja profundidad (hasta 60 metros), una tecnología que ya ha demostrado ser rentable, podríamos obtener 2,4 kWh por persona y día utilizando de nuevo el 10% de la superficie disponible. Y si nos lanzamos a por la eólica de alta profundidad, con la cual tenemos disponible una superficie mucho mayor, podríamos llegar a 26 kWh por persona y día cubriendo el 5% de la superficie.

Parque eolico

Figura 3. Parque eólico marino de baja profundidad situado en el mar del Norte.

Según lo visto hasta ahora, podríamos generar casi 130 kWh por persona y día gracias a la fotovoltaica y la eólica. Si, además, añadimos el potencial de biomasa, de hidroelectricidad y de energía solar térmica, podríamos ver que pueden llegar a generarse 182,4 kWh por persona y día utilizando únicamente fuentes renovables.

Este número muestra el gran potencial de las renovables en nuestro país, pero puede reducirse mucho si tenemos en cuenta el rechazo social que los proyectos de renovables a gran escala generan en parte de la sociedad. He aquí unos ejemplos: “Los parques eólicos estropean el paisaje y son perjudiciales para las aves”, “los paneles fotovoltaicos, solo para los tejados; no estoy dispuesto cubrir una superficie equivalente a la que ocupan las carreteras”, “la biomasa, únicamente con residuos de agricultura y maleza del bosque”, “hidroeléctrica, únicamente a pequeña escala; la gran hidráulica daña irreversiblemente el ecosistema”, “la eólica marina afectará al turismo”…. Es cierto que, en un principio, hemos podido llegar a ser muy optimistas, pero el objetivo era mostrar que realmente, si se quiere, hay potencial renovable para abastecer gran parte de nuestra demanda. Sin embargo, en caso de aceptar todas estas objeciones sociales, la generación renovable puede reducirse drásticamente, a unos 47 kWh/p/d.

Pero ¿es 47 poco? ¿es 182 mucho? Es necesario que pasemos a la parte de consumo para ser capaces de comprender esos datos. ¿En qué consumimos energía? Lo veremos en la segunda parte.

Consumo energia

Figura 4. Reducción del consumo y fuente de energía para abastecerlo.

Nota: Este artículo está basado en el libro “Energía sostenible. Sin malos humos“, la adaptación al caso de España del exitoso libro “Sustainable energy – Without the hot air” de David MacKay, que se puede conseguir en https://es-sinmaloshumos.com/

 

Esta entrada al blog ha sido elaborada por los investigadores del Instituto de Smart Cities (ISC) de la Universidad Pública de Navarra Leyre Catalán Ros, Julio Pascual Miqueleiz y Javier Samanes Pascual