Energía sostenible. Sin malos humos (parte 3: planes y costes)

De las partes 1 y 2 de esta serie de artículos, ya sabemos que el potencial renovable es de hasta 182 kWh/p/d (kilovatios-hora por persona y día), pero también vimos que, para conseguir tanta energía, había que ocupar una gran superficie de terreno con paneles fotovoltaicos, aerogeneradores y cultivos energéticos. Por suerte, el consumo, 85 kWh/p/d no es tan grande y, además, vimos que dos de los consumos principales, transporte y calefacción, pueden reducirse drásticamente mejorando el aislamiento de edificios, reduciendo el termostato, pasando de calderas de gas a bombas de calor y electrificando el transporte. Si además dejamos de generar electricidad mediante centrales que queman combustibles fósiles con eficiencias inferiores al 50%, y las sustituimos por energías renovables, podemos reducir nuestro consumo energético actual de 85 kWh por persona y día a 49 kWh por persona y día. ¡Muy buenas noticias!

 

Figura 1. Reducción del consumo y fuente de energía para abastecerlo.

 

En un siguiente paso, haremos, a modo de ejemplo, una propuesta para poder abastecer este consumo. No es ni la más ecológica, ni la más barata, ni la más popular. Solo es un ejemplo para que cada uno pueda hacerse su propio panorama futuro. A partir de aquí, únicamente tenemos que coincidir en una cosa: ¡el consumo deberá ser abastecido de una u otra forma!

Como se muestra en la Figura 1, este nuevo panorama será principalmente eléctrico (33 kWh/p/d). Este consumo de electricidad duplicaría el consumo eléctrico actual. Dejaremos que parte de la calefacción sea por biomasa (3 kWh/p/d) y solar térmica (5 kWh/p/d) y parte del transporte (aviación, por ejemplo) por biocombustibles (3 kWh/p/d). Como puedes ver, además, hay 5 kWh/p/d “gratis”, resultado de las bombas de calor, que transportan el calor de la calle hacia las casas.

Como puede comprobarse, usaremos mucho menos biomasa y biocombustibles que el potencial que vimos en el artículo sobre la generación, pero aún y todo requerirían una superficie de en torno al 12% de España o, aproximadamente, el equivalente al 29% de las tierras cultivadas. No obstante, parte de esta biomasa podría provenir de la limpieza de bosques.

En cuanto a la electricidad, está claro que nuestro mayor recurso es solar y eólico, pero tienen el gran inconveniente de no ser gestionables. Para complementar estas fuentes de generación, serán necesarias otras tecnologías gestionables, como la hidráulica (siendo realistas, unos 3 kWh/p/d), la incineración de basura y residuos agrícolas (podríamos disponer de 1 kWh/p/d), la solar termoeléctrica con almacenamiento (salvo que baje su coste lo dejaremos en unos 0,5 kWh/p/d) o fuentes de energía no renovable, como el carbón, el gas o la nuclear. Obviamente, nos gustaría minimizar el uso de estas fuentes no renovables.

Por otro lado, siendo realistas, producir justo el 100% de renovables y pensar que se va a poder aprovechar todo es muy optimista, porque el viento no siempre sopla y, por supuesto, no siempre luce el sol cuando lo necesitamos. Nos parece razonable sobredimensionar la generación renovable en un 20% para tener más disponibilidad, pero sería muy optimista pensar que solo con las fuentes gestionables renovables y con almacenamiento podríamos conseguir que la generación sea igual al consumo en todo momento. Por ello, además, proponemos algo de generación eléctrica con gas (1 kWh/p/d) y con carbón (1 kWh/p/d), pero asumiendo que parte del gas podría ser hidrógeno o biogás y que las centrales de carbón tendrían métodos de captura de CO2. Estos niveles de consumo serían aproximadamente la mitad de lo actualmente utilizado para generación eléctrica en España, y recuerda que habríamos eliminado el uso de gas en calefacción. A este ritmo, la contaminación sería bajísima y los recursos durarían cientos de años. No obstante, tener estas centrales dispuestas para cubrir la demanda en los momentos que falte eólica y solar, obliga a instalar más centrales que estarán buena parte del tiempo paradas. Deberíamos pasar de los 36 GW (gigavatios) actuales a unos 40 GW para pasar a generar la mitad de energía, lo cual significa tenerlas encendidas aproximadamente el 9% del tiempo (ahora lo están el 20%), lo que aumentaría el precio de la energía generada con estas fuentes. Por otro lado, sólo supondrían el 6% del “mix” (o combinación de fuentes de energía), por lo que no afectaría tanto al precio final.

Pero entonces, ¿cuánta solar y eólica instalaremos? Según este plan, 14 kWh/p/d de eólica y 21 kWh/p/d de fotovoltaica. Esto nos llevaría a tener unos 110 GW de eólica (4 veces lo actualmente instalado en España. Estos parques requerirían el 4,5% del territorio, aunque la ocupación real, lo que ocupa cada torre, sería unas 10 veces menor). Además, necesitaríamos unos 240 GWp de fotovoltaica (unas 6 veces la instalada en Alemania y que ocuparía en torno al 0,6% de la superficie de España. Buena parte cabría en los tejados). En total, se generará un 20% más de energía de la que se requiere, que, en parte, se podrá exportar a otros países o se podría usar para producir combustibles renovables u otras formas de acumulación de energía que ayudaría a su propia gestión.

 

Figura 2. Reducción del consumo y fuente de energía para abastecerlo.

 

Bueno, bien. Pongamos que aceptamos este plan pero, ¡¡tiene que ser carísimo!! Sí y no. Depende de con qué se compare. El cálculo exacto nos llevaría probablemente varios artículos más y, además, no somos economistas. Pero intentemos ver de cuánto podemos estar hablando. Hemos dicho que necesitaremos unos 110 GW de eólica (a 1€/W) y unos 240 GW de fotovoltaica (a 0,8 €/W), lo cual, teniendo en cuenta que en España ya hay 5,4 GW de fotovoltaica y 24 GW de eólica, costaría unos 275 mil millones de euros. El resto de centrales, líneas de transmisión, bombas de calor, etc. harían que el coste total ascendiera a unos 600 mil millones de euros. Si asumimos que estos proyectos tienen una vida útil de unos 20 años, estaríamos hablando de unos 30 mil millones de euros al año. Veamos… ¿qué otras cifras similares tenemos lo españoles? El PIB de España es de en torno a un millón de millones de euros y los Presupuestos Generales del Estado son de unos 350 mil millones de euros. Pero hay un gasto que es especialmente interesante. ¡En España llegamos a gastar casi 40 mil millones de euros al año en comprar combustibles fósiles a otros países! Así que es un coste asumible, ¡especialmente teniendo en cuenta el ahorro en combustibles!

Tenemos un plan energético sostenible que puede abastecer nuestro consumo con un coste razonable, sin embargo, ¿permite este plan generar la electricidad en el momento en el que se necesita? Tenemos que ser conscientes, por un lado, de que para alcanzar la sostenibilidad y reducir el consumo energético total, hemos duplicado el consumo eléctrico actual, y que, por otro lado, vamos a generar la mayor parte de la electricidad consumida empleando fuentes renovables como la eólica o la solar fotovoltaica, cuya producción depende del sol o del viento que haya en cada momento. La generación eléctrica tiene que ser exactamente igual al consumo eléctrico en todo momento. ¿Podremos logarlo con este plan?

En el vídeo que puedes ver a continuación se ha simulado el plan propuesto a partir de datos meteorológicos para toda España, y del perfil de consumo eléctrico obtenido a partir de los datos de Red Eléctrica de España, multiplicados por un factor de 2 para adaptarlos al nuevo escenario de consumo energético planteado anteriormente. Como podrás apreciar, se ha conseguido que la generación eléctrica siempre sea igual o superior a la demanda durante todas las horas de año, exportando la energía sobrante a nuestros vecinos. Hay muchos momentos en los que sobra energía fotovoltaica (especialmente, en las horas centrales del día de los meses más soleados). Esa energía sobrante se almacenará mediante centrales hidráulicas de bombeo o gracias a la batería de los coches eléctricos. Sin embargo, hay otros momentos con poco viento y sin sol en los que las energías renovables no pueden abastecer el consumo eléctrico, ni siquiera empleando la energía almacenada durante el día (especialmente durante las noches de los meses con menor radicación solar). En esos momentos, resulta clave contar con los combustibles fósiles de respaldo, que permitirán producir la energía necesaria hasta disponer de nuevo del recurso renovable.

En definitiva, podemos comprobar que es posible generar la electricidad en el momento necesario, basándonos principalmente en las energías renovables y utilizando los combustibles fósiles de forma sostenible como respaldo.

 

 

Gracias a esta serie de tres artículos has podido comprobar que es posible alcanzar un modelo energético sostenible a un precio razonable y que es técnicamente viable, así que ¿a qué estamos esperando?

 

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 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

La energía eólica que viene: eólica “offshore”

Estamos viviendo uno de los momentos más interesantes en la historia energética moderna: la transición desde un modelo energético basado en combustibles fósiles a uno articulado en torno a las energías renovables y la eficiencia energética. Las tecnologías renovables sobre las que se asienta este cambio de modelo energético son la eólica y la solar fotovoltaica. Los retos tecnológicos que estas tecnologías renovables planteaban han sido superados gracias a los esfuerzos en I+D+i, dando paso a una reducción de costes que ha sorprendido incluso a los expertos del sector.

Hoy en día, es más barato generar un kWh (kilovatio hora) usando paneles fotovoltaicos (3,2 – 4 céntimos de euro/kWh) y aerogeneradores (2,6 – 5 céntimos de euro/kWh), que usando combustibles fósiles (nuclear: 10,1 – 17 céntimos de euro/kWh; gas-ciclo combinado: 3,7 – 6,7 céntimos de euro/kWh). Incluso estamos llegando, en numerosos países como España, al “tipping point“, o punto de no retorno: ese momento en el que producir energía a partir de nuevas instalaciones renovables es más barato que emplear las centrales de combustibles fósiles ya existentes.

Cuando hablamos de energía eólica, todos pensamos en los molinos instalados en tierra a lo largo de toda nuestra geografía, lo que se llama eólica “onshore” o terrestre. No obstante, hay una tecnología que está llamada a jugar un papel importante en el nuevo modelo energético. Esta es la eólica “offshore” o eólica marina. La eólica marina se basa en la instalación de aerogeneradores en el mar para extraer la energía del viento, presentado algunas ventajas con respecto a la eólica terrestre. En el mar, las velocidades de viento son superiores a las disponibles en tierra, con lo que la potencia que puede ser generada por un aerogenerador con el mismo tamaño de pala aumenta. Además, el viento en el mar se ve afectado por muchos menos obstáculos que en tierra, por lo que el aerogenerador puede funcionar durante un mayor número de horas a lo largo del año y requiere una altura de torre menor si se compara con un aerogenerador terrestre. Como los aerogeneradores se sitúan en el mar, tienen un impacto visual mucho menor a los terrestres. Por último, permite acercar la generación eléctrica al consumo, consiguiendo un sistema eléctrico más eficiente. Las regiones costeras, tanto en España como en otros muchos países, suelen tener grandes densidades de población. En estas zonas, con poca superficie por persona, la instalación de turbinas eólicas en el mar se presenta como una gran solución.

Sin embargo, a pesar de estos beneficios, la instalación de estos aerogeneradores en el mar ha tenido que superar numerosos retos, lo que ha provocado que a día de hoy todavía sea una tecnología cara, con precios que oscilan entre los 7,2 y los 12,6 céntimos de euro/kWh. Sin embargo, comienzan a acercarse a los costes de generación de las tecnologías fósiles, y, de hecho, en algunos emplazamientos del mar del Norte, ya se ha anunciado la construcción de los primeros parques eólicos marinos sin ayudas estatales.

Pero, para llegar a este punto, se han tenido que superar un gran número de retos. Uno de los más problemáticos en los inicios, y que ya ha sido superado, fue la corrosión acelerada por el ambiente salino en el mar. Este problema obligó a cambiar de forma prematura un gran número de componentes en el parque eólico Horns Rev. Otro reto que hubo que superar fue el de la transmisión de la energía generada por la turbina hasta la costa, mediante líneas submarinas, la cual se realiza en corriente continua, frente a la transmisión en alterna normalmente utilizada.

Para reducir los costes de la energía, se ha incrementado el tamaño de las turbinas, alcanzando potencias de 10 MW (megavatios) a día de hoy. Para minimizar los costes de mantenimiento, que requiere de barcos o helicópteros (con el elevado coste que ello conlleva), se duplican algunos de los sistemas, con el objetivo de poder seguir trabajando en caso de fallo.

Por último, uno de los principales retos de la eólica marina es el anclaje de las turbinas al fondo marino. En mares cuyo suelo marino tiene profundidades inferiores a los 50 metros, como en el caso del mar del Norte en el que se concentra la mayor parte de aerogeneradores marinos, los aerogeneradores se anclan al mar mediante una estructura rígida. Sin embargo, para profundidades superiores, se necesitan estructuras flotantes, las cuales se amarrarían posteriormente al suelo.

En España, cuya industria es líder en el sector eólico y, en concreto, en el segmento “offshore”, solo existe un aerogenerador marino, situado en las Islas Canarias. Las costas españolas tienen la característica de tener profundidades superiores a los 60 metros a distancias relativamente cercanas a la costa, por lo que se requieren estructuras flotantes para estabilizar los aerogeneradores y anclarlos al mar. Este hecho, junto con unas políticas energéticas desfavorables hacia las energías renovables en los últimos años, han provocado que esta tecnología no se haya implantado en nuestro territorio. Sin embargo, las estructuras flotantes para aerogeneradores ya empiezan a comercializarse, permitiendo la expansión de la eólica “offshore” a un gran número de regiones en las que hasta ahora no era técnicamente viable.

En conclusión, el continuo desarrollo industrial y el viraje en la política energética española y mundial que hemos vivido recientemente hacen presagiar que no tardaremos mucho tiempo en ver estas máquinas en nuestros mares y alrededor de todo el mundo. La eólica “offshore” está llamada a jugar un papel importante en el cumplimiento de los compromisos medioambientales adquiridos en el Acuerdo de París en 2015.

 

Esta entrada ha sido elaborada por Javier Samanes Pascual, investigador del Instituto de Smart Cities (ISC) de la Universidad Pública de Navarra (UPNA) y doctor por esta institución, con una tesis sobre energía renovable eólica “offshore”

Energías renovables y baterías de litio

El funcionamiento del sistema eléctrico tradicional se basa en una generación centralizada mediante grandes centrales, como son las nucleares, hidráulicas, de gas natural y de carbón. Esta electricidad se transporta mediante redes de alta tensión hasta los centros de consumo, situados en las ciudades y polígonos industriales, con objeto de producir bienes, desarrollar la actividad de comercios y empresas y suministrar energía a los hogares. El buen funcionamiento y la fiabilidad de este sistema eléctrico tradicional son indiscutibles. Sin embargo, al estar basado principalmente en combustibles fósiles y nucleares, dicho sistema no puede considerarse sostenible.

Las energías renovables son herramientas clave que van a permitir un cambio en este paradigma energético. Estas tecnologías rompen con las economías de escala que incentivaban la construcción de grandes plantas de generación eléctrica, permitiendo así la instalación de pequeñas centrales cercanas a los puntos de consumo y reduciendo, de esta forma, la necesidad de redes de alta tensión. Esta menor necesidad de redes de transporte eléctrico cobra especial relevancia si se tiene en cuenta el notable aumento en el consumo eléctrico que supondrá la inminente llegada de la movilidad eléctrica que, de otra manera, requeriría una importante inversión en redes de transporte eléctrico. A nivel económico, las renovables ya son competitivas al haber alcanzado un precio inferior a la generación eléctrica convencional, tal y como lo demuestran los 8.737 MW (megavatios) renovables sin prima adjudicados durante el año 2017 en España. Superado el reto económico, los siguientes desafíos de las renovables son su almacenamiento y gestión.

La amplia variedad de sistemas de almacenamiento, desde grandes centrales de bombeo hidráulico hasta pequeñas baterías para teléfonos móviles, ofrece un interesante abanico de posibilidades. En un escenario de generación descentralizada, merecen especial atención los sistemas de almacenamiento locales destinados a conseguir una adaptación perfecta entre la generación local (poco gestionable por ser de origen renovable) y el consumo, que tampoco se puede gestionar al antojo de frentes de nubes o rachas de viento. Este es el terreno de las baterías, sistemas de almacenamiento que se pueden instalar en los puntos de la red eléctrica donde sean más necesarios. Existen diversos tipos de baterías, aunque son las de plomo−ácido las más utilizadas hasta hace pocos años debido a su bajo coste.

Recientemente, ha tomado fuerza un feroz competidor del plomo en la fabricación de baterías: el litio, el metal más pequeño y ligero de la tabla periódica. Las baterías de iones de litio presentan mejores prestaciones que las de plomo−ácido en cuanto a tiempo de vida y eficiencia. La tecnología de las baterías de litio cuenta ya con una trayectoria comercial de casi tres décadas, en la que su espectacular desarrollo ha hecho que las baterías actuales y las que se desarrollaban hace pocos años sólo tengan en común su elemento portador de carga: el litio.

Las primeras baterías de litio se pusieron en el mercado a principios de la década de los 90 y se utilizaban para ordenadores portátiles, teléfonos, etc. El conocimiento adquirido y las mejoras tecnológicas realizadas durante las décadas de los 90 y los 2000, unidos a las posibilidades de abaratamiento detectadas en este tipo de baterías, han hecho que los fabricantes de vehículos eléctricos (bicicletas, ciclomotores, patinetes, coches, autobuses urbanos, etc.) se hayan inclinado, de forma prácticamente unánime, por diferentes tipos de baterías de litio. La curva de aprendizaje y las economías de escala derivadas de esta decidida apuesta están dando lugar a una rápida reducción de costes.

En concreto, la Agencia Internacional de la Energía pone números a esta tendencia. En un estudio publicado en 2017, esta agencia constata una reducción en el coste de fabricación de baterías de litio desde 860 euros por kWh (kilovatio/hora) en 2008 hasta 215 euros por kWh (kilovatio/hora) en 2016, lo que se traduce en una reducción de costes del 75% en solo ocho años. Esto significa que el coste de fabricación de una buena batería para un hogar (3 kWh) es de 645 euros. El precio de venta suele ser algo más alto, superando normalmente los 2.000 euros.

A día de hoy, desde el sector de las energías renovables se ve a las baterías de litio como la solución para su principal problema: la gestión de la energía generada. Sin embargo, el coste de estas baterías produce una reducción en la rentabilidad económica de las instalaciones renovables. Por ello, cada vez hay más fábricas de baterías de litio a nivel mundial (entre las que destacan las llamadas gigafábricas), compitiendo por conseguir producir la batería más barata y con mejores prestaciones del mercado. Se está planteando también una interesante opción que consiste en instalar, en plantas de generación renovable, baterías desechadas de coches eléctricos, cuyo precio es bastante menor que el de una batería nueva, a pesar de que sus prestaciones no sean tan buenas.

En este contexto es fundamental saber seleccionar para cada aplicación la mejor batería que ofrece el mercado, elegir el tamaño más conveniente y gestionarla de tal forma que se le saque el máximo partido, pero sin que ocurra lo que a menudo sucede con las baterías de los teléfonos móviles: el hecho de que, un año después de estrenarlos, la batería ya está en sus últimos días de vida.

 

Esta entrada ha sido elaborada por Alberto Berrueta Irigoyen, profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación e investigador en el Instituto de Smart Cities (ISC) de la Universidad Pública de Navarra (UPNA)

Generación eléctrica distribuida, donde las energías renovables y la economía se dan la mano

La tristemente famosa planta nuclear de Fukushima constaba de seis reactores nucleares (cuatro de ellos, de 786 MW). En la vecina China, la presa de las Tres Gargantas es la de mayor capacidad de producción eléctrica en el mundo gracias a 32 generadores de 700 MW. Las dos cantidades son sorprendentemente similares a pesar de tratarse de tecnologías muy distintas. ¿No tendría sentido construir menos generadores de mayor tamaño? ¿O utilizar un número mayor producido en serie? Es posible hacerlo. De hecho, hay generadores de diferentes tamaños adaptados a cada necesidad, pero la principal restricción es económica y no técnica. Se busca que la energía eléctrica sea lo más barata posible y eso define cuál es el tamaño de generador más eficiente. Economía y tecnología se dan la mano en un equilibrio inestable y siempre cambiante.

La historia de la producción eléctrica ha venido marcada por un aumento considerable en el tamaño de las instalaciones de producción y de las propias empresas eléctricas. Las razones son múltiples, y de larga explicación, pero podemos decir que tienen su origen en una combinación de rentabilidad económica y limitaciones técnicas. El rápido desarrollo de las energías renovables ha servido para revivir este proceso delante de nuestros ojos. Por ejemplo, el tamaño de los aerogeneradores lleva dos décadas creciendo en busca de un menor coste para la energía producida. Cada unidad tiene un precio mayor, pero queda compensado por el incremento en la capacidad productiva. Esto tiene otras consecuencias económicas y sociales. Se hace difícil pensar que un particular utilice la energía eólica para producir su propia electricidad. El tamaño óptimo, el que produce la energía más barata, es demasiado grande.

¿Se trata de un hecho inevitable? ¿Se van a reproducir las mismas formas de producción y comercialización de la energía que hemos heredado del siglo XX? Lo cierto es que aún no lo sabemos. En el campo de la energía eólica, hay propuestas novedosas como la de la empresa holandesa Vandebron. Esta firma actúa como intermediara entre pequeños productores locales y los consumidores. La producción procede, principalmente, de grandes aerogeneradores, distribuidos en pequeños parques de dos a cinco aerogeneradores, que son propiedad de granjeros locales. El uso de nuevas tecnologías de comunicación y control permite que los consumidores elijan a quien desean como productor.

Pero la tecnología más revolucionaria en esta área es la solar fotovoltaica. Un gran parque solar sigue teniendo algunas ventajas y permite una reducción de costes respecto a un panel individual. Sin embargo, esta reducción es muy inferior a la que encontramos en otras tecnologías. Sumando los costes de la red de transporte y distribución, la ventaja empieza a ser dudosa. El mismo razonamiento puede aplicarse al almacenamiento de energía en baterías, una tecnología emergente de creciente importancia. Los modelos de acumuladores para el hogar, propuestos por empresas como Tesla o Nissan, puede ser más interesantes que una gran instalación de almacenamiento centralizado. El proyecto más importante en este sentido es la Virtual Power Plant, una colaboración público-privada promovida en 2018 por la administración del estado de South Australia. El objetivo es instalar paneles solares de 5 KW junto con baterías de 13,5 kWh en, al menos, 50.000 viviendas. Con una capacidad total de 250 MW, se trataría de la mayor instalación de generación distribuida del mundo. Cuando esté en funcionamiento, se espera que produzca energía a un coste un 30% inferior al actual y que contribuya decisivamente a mantener la estabilidad en el suministro eléctrico a los consumidores, un problema que también existe en otras zonas como el norte de Navarra.

Es muy difícil, más bien imposible, hacer predicciones cuando la tecnología está avanzando tan rápidamente.  Sin embargo, podemos estar seguros de que los mismos mecanismos económicos del siglo XX siguen actuando hoy en día. Es muy probable, salvo barreras legales insalvables, que el modelo más económico y eficiente triunfe. Y es posible que la generación distribuida tenga una oportunidad de convertirse en ese modelo.

 

Esta entrada ha sido elaborada por Ambros Liceaga Elizalde, miembro de la Comisión Ejecutiva del Instituto de Smart Cities (ISC) de la Universidad Pública de Navarra (UPNA), donde trabaja como investigador

 

La biomasa forestal, fuente de energía sostenible

La biomasa forestal es el combustible más antiguo usado en el mundo, pero gestionado con criterios técnicos modernos. Leña, carbón vegetal, serrín, virutas… son productos que han sido tradicionalmente utilizados en talleres y hogares durante décadas, incluso siglos, para producir calor. Sin embargo, a partir de los años 60 del siglo XX, con la urbanización, el abandono de los pueblos y la reducción de la actividad en el medio rural, el origen de la principal fuente de calor ha ido pasando al gasoil y al gas natural. El uso de la leña ha quedado reducido al ámbito rural.

Sin embargo, hay una oportunidad única de recuperar y potenciar el uso de la biomasa forestal como una fuente de energía sostenible. Esto se debe a una combinación de factores: la gestión de los montes realizada en el pasado, la situación del mercado de los combustibles fósiles o el desarrollo tecnológico del sector, con nuevos tipos de combustible a partir de la leña y el serrín como astillas de tamaños homogéneos, briquetas y “pellets”, que son pequeñas pellas cilíndricas de serrín prensado. Estos nuevos combustibles han homogeneizado e industrializado la oferta de biomasa y las nuevas calderas e instalaciones han aumentado la eficiencia de este combustible, con rendimientos del 85 o 90%, de tal forma que generan más calor por unidad de leña.

Estos factores explican por qué el uso de la biomasa forestal como energía se está extendiendo rápidamente en el ámbito rural y de las pymes (pequeñas y medianas empresas), aunque queda como reto su desarrollo en ambientes urbanos e industriales.

No obstante, el uso de la biomasa tiene que hacerse de forma sostenible, es decir, que no provoque un deterioro de las condiciones ambientales, económicas y sociales. En la actualidad, existen herramientas cualitativas y cuantitativas para valorar la sostenibilidad del uso de esta energía de forma combinada en los ámbitos ecológicos, económicos y sociales.

Sin embargo, los principales retos para la sostenibilidad de esta fuente de energía son triples: ambientales, económicos y sociales. Ambientalmente, hay que mantener el funcionamiento del ecosistema y la biodiversidad del bosque a largo plazo para asegurar que su capacidad productiva no se reduce. A ello se suma que, económicamente, es necesario asegurar que existe una demanda suficiente para mantener la producción de biomasa, sin que desborde la capacidad de producción del medio ambiente y del sector industrial. Finalmente, desde el punto de vista social, la biomasa tiene que ser utilizada de forma que se ponga en valor un recurso local y se potencie la economía y el empleo rural, sin poner en peligro otros usos del monte. En definitiva, la viabilidad de la biomasa como una fuente de energía sostenible depende de los condicionantes particulares de cada monte, usuario y zona.

 

 

Este post ha sido realizado por Juan A. Blanco Vaca, investigador del Instituto de Innovación y Sostenibilidad en la Cadena Agroalimentaria (IS-FOOD) de la UPNA y coordinador del libro “Usando la biomasa forestal como una fuente de energía sostenible”

 

Energía en Navarra

¿A dónde va a parar el dinero que los navarros pagamos en las gasolineras, en nuestras facturas de la luz o en las de la calefacción?

La asombrosa cantidad de cuatro millones de euros diarios se escapa directamente de la Comunidad Foral, un dinero destinado a la compra de los combustibles fósiles que alimentan nuestros coches, calefacciones y un sinfín de aparatos que muchas veces están tan integrados en nuestro día a día que ni nos damos cuenta de que necesitan energía para funcionar.

Sin embargo, cada vez tenemos más energía renovable, ¿no es cierto? Cada vez se ven más paneles fotovoltaicos y aerogeneradores. Además, las máquinas cada vez son más eficientes y consumen menos energía. Entonces, ¿vamos por el buen camino?

El dato devastador que proporciona la Agencia Internacional de la Energía es que la demanda energética mundial se ha multiplicado por 2,5 desde 1971. En cuanto al origen de esta energía usada en el mundo, el 81,1% proviene de combustibles fósiles, porcentaje que apenas ha cambiado en el último medio siglo. Este apetito voraz de combustibles fósiles limitados es un problema de importancia global, que adquiere facetas de índole científica, tecnológica, económica, medioambiental, sociológica y política.

Centrándonos en Navarra, este porcentaje apenas cambia. El 80% de la energía total que consumimos en la Comunidad Foral proviene de combustibles fósiles: específicamente, un 40% es petróleo y un 40%, carbón y gas natural. Además de las repercusiones medioambientales, el impacto económico de esos cuatro millones de euros que nos dejamos al día debería darnos que pensar.

Hasta aquí hemos hablado de energía en general, que engloba desde el gas natural que usamos para poder disfrutar del agua caliente y la calefacción, pasando por la bombona de butano de casa de la abuela y la gasolina que ponemos en el coche, hasta la electricidad que empleamos para encender la luz o cargar el móvil.

No obstante, si analizamos únicamente la electricidad, Navarra pasa a ser un ejemplo positivo. El 86% de nuestro consumo eléctrico proviene de fuentes renovables, gracias principalmente a la energía eólica (o del viento), que supone el 50% de la electricidad que utilizamos. Si comparamos este porcentaje con la media mundial, se puede observar la gran distancia que sacamos: solo el 23% de la electricidad mundial se genera a partir de fuentes renovables. El problema es que la electricidad es solo una pequeña porción del pastel energético global.

Por lo tanto, a pesar de los buenos datos relativos a la electricidad, debemos ser conscientes de que nuestras demandas de energía van mucho más allá de la electricidad. Y es ahí donde debemos incidir, ya que nuestra dependencia de los combustibles fósiles tiene un gran impacto, tanto medioambiental como económico.

Para mejorar la situación actual, todos nosotros podemos actuar en dos grandes áreas energéticas: el transporte, responsable del 35% del consumo y alimentado en su práctica totalidad por combustibles fósiles; y el ámbito doméstico, que, junto con el comercio y los servicios, son responsables del 20% del consumo. Cambios en nuestra forma de vida como el uso del transporte público, la bicicleta o el coche compartido ayudarían reducir el consumo energético del transporte. Además, la sustitución del coche por uno eléctrico haría posible el uso de energía eléctrica (86% de la cual es renovable), en lugar de quemar directamente combustibles fósiles, lo que reduciría la elevada factura energética que estos suponen para Navarra. En el entorno doméstico, las mejoras en la eficiencia energética, dirigidas principalmente a reducir las necesidades de calefacción, supondrán un ahorro económico para los propietarios y un impulso hacia un modelo más sostenible.

 

 

Este post ha sido realizado por Leyre Catalán Ros (investigadora del Departamento de Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales y presidenta de la Asociación para la Promoción de las Energías Renovables en Navarra-APERNA), Alberto Berrueta Irigoyen y Javier Samanes Pascual (investigadores del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica y miembros de APERNA)