ENERGÍAS RENOVABLES

A lo largo de la historia, el hombre se valió de este tipo de energía para hacer tareas de molienda o forja, o para tratar el lino antes de fiarlo.

Es sabido por todos que nuestros ríos y riachuelos están llenos de pequeños molinos, la mayoría en estado de ruina, estos ingenios son el reflejo del aprovechamiento sostenible de los cauces de los ríos.

Hoy la energía de los ríos, se divide en:

Minihidráulica: son las pequeñas centrales eléctricas, que no llevan consigo grandes actuaciones en los cauces de los ríos.

Gran hidráulica: centrales eléctricas que tienen siempre una gran presa que ahoga el lecho del río.

La energía hidráulica es la que se obtiene de la caída del agua desde cierta altura a un nivel inferior lo que provoca el movimiento de ruedas hidráulicas o turbinas. La hidroelectricidad es un recurso natural disponible en las zonas que presentan suficiente cantidad de agua. Su desarrollo requiere la construcción de pantanos, embalses, canales de derivación...

Todo esto implica una gran inversión económica por lo que no resulta competitiva en regiones donde el carbón o el petróleo son baratos, aunque el coste de mantenimiento de una central térmica, debido al combustible, sea más caro que la de una central hidroeléctrica.

La potencia obtenida a través de los recursos hidráulicos depende del volumen de agua que fluye por unidad de tiempo y de la altura de caída de esta. Una central hidroeléctrica consiste en uno conjunto de obras destinadas a convertir la energía cinética y potencial del agua, en energía utilizable como es la electricidad. Esta transformación se realiza a través de la acción que el agua ejerce sobre una turbina hidráulica, que a la vez le aporta movimiento rotatorio a un generador eléctrico.

¿Cómo funciona una central hidroeléctrica?

Las centrales dependen de un gran embalse de agua contenido por una presa. El caudal de agua se puede controlar y mantener casi constante. El agua se transporta por unos conductos o canalizaciones, controlados con válvulas y turbinas para adecuar el flujo de agua en relación a la demanda de electricidad. El agua que entra en la turbina sale por los canales de descarga. Los generadores están situados justo encima de las turbinas y conectados con árboles verticales. El diseño de las turbinas depende del caudal de agua; las turbinas Francis y Kaplan se utilizan para caudales grandes y saltos medios y bajos, y las turbinas Pelton para grandes saltos y pequeños caudales.

Las turbinas hidráulicas se emplean para aprovechar la energía del agua en movimiento. La turbina Kaplan es semejante a la de una hélice de un barco. Las amplias palas o álabes de la turbina son impulsadas por agua de alta presión liberada por una compuerta. La turbina Pelton es un modelo del siglo XIX cuyo funcionamiento es más semejante al de un molino de agua tradicional. La rueda gira cuando el agua procedente del conducto forzado peta sus paletas o palas.

Para la formación de un salto de agua es preciso elevar el nivel superficial de esta sobre el nivel normal de la corriente, atajando el agua con un embalse para producir el salto total utilizable en el mismo embalse o contribuir este salto, derivando a la vez las aguas por un canal de derivación de menor pendiente que el cauce del río. Las aguas del canal de derivación hay que conducirlas a las turbinas y, para eso, en los saltos menores de unos 12 m, el agua desemboca directamente en la cámara de turbinas y, en los saltos superiores a 12 m, acaba en un ensanchamiento llamado cámara de presión desde donde parte a canalización a presión que en conducción forzada, lleva el agua a las turbinas. El agua sale a gran presión por la tobera e impulsa los álabes que hacen girar un eje y el generador, a la salida de las turbinas, el agua pasa a un canal de desagüe por lo que desemboca nuevamente en el río.

Vantajas

Supone un recurso inagotable que depende del ciclo del agua.

No emite gases de efecto invernadero ni provoca lluvia ácida.

No hay que emplear sistemas de refrigeración o calderas.

Almacena el agua para utilizarla en los regadíos.

Permite la realización de actividades de recreo.

Regula el caudal, lo que evita inundaciones.

Las aves habitan en los pantanos..

Desventajas

Los embalses obstaculizan a algunas especies de pescados cuando remontan los ríos para desovar.

El agua embalsada no tiene las mismas condiciones de salinidad, gases disueltos, temperatura, nutrientes y propiedades que fluyen por el río.

Los sedimentos se acumulan en el embalse empobreciendo de nutrientes el resto del río.

La construcción de pantanos exige el traslado de aldeas enteras. Provoca uno deterioro en el medio natural.

Existe el peligro implícito de rotura del dique e inundaciones de las zonas vecinas.

Se produce un cambio en la climatología: aumento de la humedad, nubosidad y las precipitaciones.

Es verdaderamente respetuosa con el medio ambiente. El impacto que puede producir es pequeño, minimizable y en muchos casos evitable del todo (escalas para pescados, caudal ecológico, soterramiento de canales de derivación o canalizaciones forzadas, pantallas vegetales, repoblación arbórea, etc.).

Existen fundamentalmente dos tipos de centrales hidroeléctricas:

Centrales de agua fluyente:

>Son aquellos aprovechamientos que mediante una obra de toma captan una parte del caudal circulante por el río y lo conducen hacia la central para ser turbinado. Después, este caudal es devuelto al cauce del río. Estas centrales se caracterizan por tener un salto útil constante, y un caudal turbinado muy variable, dependiendo de la hidrología. Por tanto , en este tipo de aprovechamiento, la potencia instalada está directamente relacionada con el caudal que pasa por el río.

Centrales a pie de embalse:

Son aquellas aguas ubicadas abajo de los embalses destinados a usos hidroeléctricos o otros fines como suministración de agua a poblaciones o arroyos, susceptibles de producir energía eléctrica, ya que no consumen volumen de agua. Tienen la ventaja de almacenar la energía y poder emplearla en los momentos en que mas se necesite. Normalmente son las que regulan la capacidad del sistema eléctrico y con las que se logra de mejor manera el balance consumo/producción.

En las centrales de agua fluyente al esquema básico de las mismas acostumbra a contar con todos o algunos de los siguientes elementos: un azud o embalse de derivación, que desvía parte del caudal a través de un canal o canalización de cara a una cámara de carga; de esta parte una canalización forzada que conduce el agua hasta la turbina. Esta se encontrará en el edificio de la central junto con el generador eléctrico y los elementos auxiliares. Por último, un canal de descarga devuelve el agua al cauce del río.

La potencia de una central hidroeléctrica depende del caudal que pueda turbinar y del salto, es decir, de la diferencia de cuotas del agua a la entrada y a la salida de la central. En función de tales parámetros (salto y caudal) se escogerá el tipo de turbina más sólida. Para conocer correctamente las características de determinado aprovechamiento, es necesario disponer de datos de por lo menos veinte años hidrológicos.

Los sistemas hidroeléctricos relativamente pequeños pueden suministrar a aldeas interiores. Por ejemplo, una central de 500 kW puede suministrar de electricidad a 800 personas. La fuente de energía puede ser un riachuelo, un canal u otra forma de corriente que pueda suministrar la cantidad y la presión de agua necesarias, a través de la canalización de alimentación, para establecer la operación del sistema hidroeléctrico.

Una vez que el agua de un caudal entra en la canalización de alimentación, es transportada hasta el rodillo de la turbina en el otro extremo. La turbina, a su vez, impulsa el generador y se produce energía eléctrica. Hay tres tipos principales de turbinas:

La turbina Pelton, que se utiliza para grandes saltos de agua (más de 100m).

La turbina Francis, utilizadas para saltos de agua de entre 15 y 120m.

La turbina Kaplan, que se utilizan para caudales diversos de entre 1 y 20 m.

Las turbinas empleadas en las centrales minihidráulicas se dividen en dos tipos:

La turbina de acción es aquella que aprovecha la velocidad del agua, es decir su energía cinética. El modelo más habitual es la Pelton, que consta de un disco circular o rodillo que tiene montados unos álabes o cucharas de dupla cuenca. Este tipo de turbina se empleará fundamentalmente para el aprovechamiento hidroeléctrico de salto elevado y pequeño caudal.
La turbina de reacción aprovecha tanto la velocidad del agua como la presión que le resta a la corriente en el momento de contacto.
Las más utilizadas entre las de reacción son la turbina Francis y la turbina Kaplan. Estas acostumbran a tener cuatro elementos fundamentales: carcasa o caracol, distribuidor, rodillo y tubo de aspiración.

Para la producción eléctrica se utilizan unas máquinas que se denominan aerogeneradores.

Existen dos tipos de instalaciones eólicas:

Aisladas, para generar electricidad en lugares remotos, para autoconsumo. Estas instalaciones pueden ir combinadas con placas solares fotovoltaicas. Normalmente son pequeñas turbinas, para dar servicio a barcos, instalaciones de telefonía, etc.

Parques eólicos, que se instalan en las cumbres de los montes, donde la velocidad del viento es adecuada para la rentabilización de las inversiones. En la actualidad también se está estudiando la implantación de parques eólicos en el mar "off-shore", para lo cual la costa de A Coruña, tiene una situación privilegiada. El desarrollo tecnológico actual, así como un mayor conocimiento de las condiciones del viento en las distintas zonas, está permitiendo la implantación de grandes parques eólicos conectados a la red eléctrica en todas las comunidades autónomas.

En resumen la máquina eólica se divide en estos elementos:

Torre: es capaz de resistir el empuje del viento y la altura para evitar las turbulencias que produce el suelo. Su altura puede ir desde 40 a 120 metros.

Aspas: Compuesto por un número de palos, en general tres, cuya misión es la transformación de energía cinética en eléctrica.

Sistema de orientación: Mantiene el rotor hacia el viento dependiendo del dispositivo usado.

Sistema de regulación: Controla la velocidad de rotación y el par motor en el eje del rotor evitando fluctuaciones.

Transmisión: su misión será el acoplamiento entre el sistema de captación y el sistema de generación.

Generador: es el encargado de producir la energía eléctrica. La potencia del aerogenerador varía en función de las condiciones de la instalación. Las potencias actuales van desde los 500Kw, hasta los 2,6Mw.

La energía solar es la energía que, producida por las reacciones de fusión nuclear que se producen en el sol, llegan a nosotros en forma de fotones, que se pueden aprovechar para producir calor o electricidad. En el caso de la solar térmica, el aprovechamiento de la energía es para producir calor. El sistema que se emplea, es lo de calentar un líquido “caloportador” (en general agua con anticongelante) y transmitir calor a una fuente de agua, que se empleará como agua de consumo, o para calefacción.

El sistema se divide en varias partes:

Captación: formado por paneles solares, pueden ser planos, o del sistema " heat pipe".

Intercambiador: aquí el líquido “caloportador” cede su calor al agua. Puede ser un intercambiador de calor, o puede hacerse dentro del acumulador de agua caliente, donde se usa un serpentín, para poder hacer el proceso de intercambio.

Regulador: sistema de apoyo que controla la producción de calor en los paneles, las temperaturas en los dos circuitos y la temperatura de agua de consumo.

Acumulador: tanque donde se acumula el agua caliente, también puede ser el lugar donde se hace el intercambio de calor entre los dos circuitos.

Auxiliares: compuesto por bombas de recirculación, electroválvulas, válvulas mezcladoras, purgadores, vaso de expansión, etc.

Sistema de apoyo: aunque no forma parte del sistema de energía solar, el sistema de apoyo es imprescindible, cuando este no puede suministrar el 100% del consumo. Este sistema puede ser cualquier tipo de caldera, a gas, fuel- óleo o electricidad. Este tipo de sistema, se puede emplear tanto en viviendas unifamiliares o en edificios, de hecho el Código Técnico de la Edificación (CTE), obliga a las nuevas construcciones a dotarse de sistemas de apoyo solar, para la producción de agua caliente sanitario. En usos industriales, también es aplicable a energía solar, donde se precise agua caliente en grandes cantidades, o agua a gran temperatura. Se pueden diseñar instalaciones que cumplan a la perfección estos objetivos.

Empleando paneles fotovoltaicos, podemos transformar la radiación del sol en energía eléctrica. Un panel fotovoltaico está formado por células fotovoltaicas, hechas con dos tipos de silicio (P y N), y unidas por un medio neutro, al incidir en estas células a luz del sol, provoca unas reacciones, que llevan como fin un tráfico de electrones que producen electricidad. Según el tipo de silicio que forman las células, los paneles se dividen en mono cristalinos, poli cristalinos y de silicio amorfo.

No toda la energía recibida se transforma en electricidad, de hecho en los paneles mono cristalinos sólo se transforma el 25% de la energía recibida. El 20% en los paneles poli cristalinos, y alrededor de un 12% en los de silicio amorfo. -La energía producida por este sistema se puede acumular en baterías, o verterla a la red, previa transformación, el precio de las primas están estipuladas por ley, (en este momento son el 525% del precio del kilovatio en compra).

-Un sistema de energía solar fotovoltaica, conectado a la red tendría las siguientes partes:

Captación: formado por paneles solares de silicio, conectados bien en serie o bien en paralelo.

Inversor: aparato que transforma la corriente continua de los paneles, en corriente alterna (la que usamos en nuestras casas).

Contador: muestra la cantidad de energía que le vendemos a la compañía suministradora

-Los sistemas de energía solar fotovoltaica aislada, se componen de los siguientes elementos:

Captación: formado por paneles solares de silicio, conectados bien en serie o bien en paralelo.

Baterías: acumulan la energía que producen los paneles.

Regulador: se encarga de cargar las baterías, y de sacar el consumo que se le solicite.

Inversor: al igual que en el sistema conectado a la red, este aparato transformaría la corriente continua de los paneles, en corriente alterna. No es un dispositivo que precisemos, si todo el consumo eléctrico lo hacemos en corriente continua.

-A nivel industrial, existen plantas generadoras de electricidad por medio de paneles solares fotovoltaicos, denominadas "huertas solares". En nuestra provincia aún no disponemos de ninguna instalación de este tipo.

La utilización de la biomasa como fuente de energía acompaña al hombre desde el principio de los tiempos, desde que el hombre aprendió a utilizar el fuego para su beneficio, consiste en el aprovechamiento de la materia procedente de la fotosíntesis vegetal, que a su vez es desencadenante de la cadena biológica. Las plantas, que contienen clorofila, transforman el dióxido de carbono y el agua en material orgánico de alto contenido energético mediante la fotosíntesis. Este material puede ser posteriormente transformado en energía térmica, eléctrica o biocarburantes. La biomasa por su origen, se divide en animal y vegetal, siendo esta última la que más aplicaciones tiene hoy en día.

Las fuentes de obtención de biomasa, más salientes, son las siguientes:

Residuos forestales: proceden de las intervenciones del hombre sobre los montes (podas, desbroces, limpiezas, rareos).

Residuos agrícolas: pueden ser excedentes de paja de cereales, forrajes, residuos de podas de viñedos; o uno de los más usados, que es el hueso de las olivas.

Residuos ganaderos: principalmente son los excrementos de animales de granja.

Residuos industriales: son los remanentes de procesos industriales, pueden ser muy diversos, desde palés de madera y serraduras hasta limpias de pescado.

Aguas residuales: en las depuradoras pueden concentrarse cantidades importantes de lodos y biogás, aprovechable para otros procesos.

Residuos sólidos Urbanos (RSU): En la provincia de A Coruña tenemos dos ejemplos de cómo se aprovecha este combustible, uno en la planta que SOGAMA tiene en Cerceda, y otro en la planta de RSU de Nostión, en A Coruña.

Cultivos energéticos: son plantas cultivadas con el objeto de ser aprovechadas como biomasa transformable en biocombustible. Los más utilizados son la caña de azúcar, algunos cereales (avena, trigo, cebada, maíz), el cardo, la remolacha de azúcar, girasol, etc. En otras latitudes, investigan con el uso de palmas, o frutos como la xoxoba. Una vez obtenida la biomasa, su transformación en energía se puede hacer de muchas maneras, las más comunes son las siguientes:

Métodos termoquímicos: segundo sea el origen de la biomasa, se puede hacer por combustión, como se hace en las calderas de calefacción doméstica de leña, o en las plantas de biomasa como la que existe en Allariz (Ourense).

Gasificación: se aplican temperaturas elevadas con pocas cantidades de oxígeno, liberando en el proceso monóxido y dióxido de carbono, hidrógeno y metano, también se puede obtener como residuo del proceso, carbón vegetal.

Métodos biológicos o químicos: se basan en la aplicación de microorganismos que contribuyen al proceso de degradación de la biomasa, obteniendo productos de alto contenido energético. Los que más se utilizan son los siguientes:

Fermentación alcohólica: en este proceso con diferentes fases de fermentación se transforma el carbono acumulado en las plantas, en alcohol segundo el tipo de biomasa; estos procesos tienen un consumo energético que puede no cumplir con los parámetros renovables. De este modo se consiguen los biocarburantes tales como bioetanol o biodiesel.

Fermentación metónica, o digestión anaerobia: en este proceso, entran como parte activa, determinados microbios, que en ausencia de oxígeno generan gases como el metano y el dióxido de carbono. Este proceso se usa en las plantas de biodigestión de residuos urbanos, en las depuradoras de aguas residuales, y en la fermentación de residuos ganaderos. Los combustibles que se obtienen con estos procesos tienen muchas ventajas medio ambientales. La emisión de azufre y atmósfera con la combustión es escaso, no liberan partículas, y la producción de cenizas es reducida, y estas se pueden reutilizar como compost o abonos.

Los biocombustibles son los combustibles que se producen a partir de la biomasa y que se consideran por lo tanto una energía renovable.

Se pueden presentar en estado:

Sólido (fracción biodegradable de los residuos urbanos o industriales, vegetales).

Líquido (bioalcoholes, biodiesel).

Gaseoso (biogás, hidrógeno).

Dentro de los biocombustibles, los biocarburantes abarcan el subgrupo caracterizado por la posibilidad de su aplicación a los actuales motores de combustión interna (motores diésel y Otto). Normalmente se presentan en estado líquido.

Los biocarburantes proceden de materias primas vegetales, a partir de transformaciones biológicas y físico-químicas. En este momento se encuentran desenvueltos dos tipos:biodiesel, se obtiene a partir de la transesterrificación de aceites vegetales (usados: frituras, grasas animales; o de cultivos: colza o el girasol). Hay estudios que apuntan al gran rendimiento que tienen algunos tipos de palma, o fruto como lo de la "xoxoba", en México. El producto obtenido, es un sustituto del diésel normal, aunque de momento suene emplearse mezclado con este, en proporciones de un 50%, a partir de la transesterificación de aceites vegetales y grasas animales con un alcohol ligero, como metanol o etanol. En España en el año 2004 se produjeron 13.000 toneladas de biodiésel (Fuente: eurObserver).

Bioetanol, obtenido fundamentalmente de las semillas ricas en azúcares mediante la fermentación; en este caso las materias primas que se emplean son, la remolacha, " sorgo" dulce, maíz, también se estudia la incorporación de cultivos energéticos mejorados, principalmente los lignocelulísicos como el cardo, que contienen azúcares simples, y así se obtiene etanol por fermentación. Sin embargo, en otros cultivos como en los cereales la energía se encuentra almacenada como carbohidratos más complejos como el almidón, que tiene que ser hidrolizado antes de su fermentación a bioetanol, y que se utiliza como adictivo en las gasolinas. Este compuesto suple los tradicionales combustibles fósiles y mejoran el comportamiento ambiental de estos. Se produjeron 194.000 toneladas durante el año 2004 en España (Fuente: eurObserver).

El biogás se obtiene por la descomposición de la materia orgánica, principalmente en las aguas residuales (las depuradoras tienen un enorme potencial), los residuos ganaderos, los residuos biodegradables industriales (como los derivados de la industria cervecera, azucarera, etc.), en condiciones anaeróbicas y por acción directa de microorganismos, la composición suene ser de metano ( CH4) entre un 50 y un 75%, y dióxido de carbono (CO2) entre un 25 y 50 % además también puede contener hidrógeno y sulfuro de hidrógeno, en pequeñas concentraciones. El valor calorífico del biogás, es de aproximadamente 6Kwh/mº.

El mar es sin duda una de las fuentes potenciales de energía más grandes que existen, desde su aprovechamiento como emplazamiento de parques eólicos "off-shore" hasta el aprovechamiento de las mareas o de las ondas, presentan un panorama de futuro, lleno de expectativas, aunque en la actualidad no exista un desarrollo tecnológico acomodado. Históricamente en la provincia de A Coruña, existen instalaciones que aprovechaban este tipo de energía, como los molinos de Acea da Ma, en Culleredo o el molino de las Aceñas en Narón. En ambos casos se aprovecha la subida de las mareas para mover las hélices.

Según el tipo de aprovechamiento, la energía del mar se divide en:

Energía de las mareas: se basa en el aprovechamiento de la diferencia de nivel que provocan los movimientos de las mareas, entre la preamar y la bajamar. Cuando la marea sube, aprovechará para anegar un área de terreno situado en la cuota cero de las mareas embalsando esta agua, y dejándola salir después de que se produce la bajamar. Tanto en el tiempo de subida de la marea, como en el posterior desembalse de agua, una turbina ubicada estratégicamente en el lugar de paso del agua, gira con el fin de producir electricidad. La central más grande del mundo, de este tipo, se encuentra en Francia, en el estuario de Rance, tenía una potencia instalada de 240Mw y cerró después de varias décadas funcionando.

Energía de las ondas: este tipo de aprovechamiento, tiene diversas vertientes, la más conocida es la de la columna de agua oscilante, en el que el movimiento de las ondas, empuja una porción de aire, que se comprime y expande por efecto de estas, este aire puede mover una turbina, que a su vez produce electricidad. La planta más grande del mundo, se encuentra en Wizhinja (India) con una potencia instalada de 150Kw. Otro tipo de tecnología usada es la que aprovecha el movimiento superficial de las ondas, usando grandes cilindros para aprovechar la diferencia de altitud que se produce entre los picos de las ondas, y así comprimir el aire, que a su vez moverá las turbinas que generaron la electricidad. Hay varias instalaciones de este tipo en Europa, en Escocia y Portugal, siendo esta última la más grande de ellas con una potencia de 3Mw, en la primera fase, de un proyecto que llegará a los 24mw (proyecto Pelamis).

Aprovechamiento del gradiente térmico del mar; la diferencia de temperaturas, entre el agua de la superficie, y el agua de las profundidades marinas puede tener más de 20 º C en una distancia inferior a 100 metros. Estos cambios tan bruscos de temperatura, se producen en zonas tropicales, siendo mucho menor, en las aguas distantes del ecuador. Este sistema se basará en la condensación de gases a partir del agua fría, y su evaporación por medio del agua cálida, en este proceso, se libera energía. En la actualidad existe una planta de 1Mw en la costa de Hawai, y otro similar en Japón.

Esta energía se basa en el aprovechamiento del calor que existe en las capas internas de la tierra, puede ser de dos tipos, de baja temperatura, o de alta temperatura: Los de baja temperatura son de uso más doméstico, la energía que se recoge se emplea en calefacción y en producción de agua caliente sanitaria. Usan el gradiente de temperaturas de la corteza terrestre, que está entre 10º C y 60º C cada Km que se profundiza. Los de alta temperatura aprovechan los residuos de actividad volcánica reciente, existentes en el subsuelo, para producir vapor, para uso industrial, o para producir electricidad.