Queridos lectores,

Mis vacaciones tocan a su fin durante esta semana, coronadas con las dos charlas que tengo en la provincia de Gerona, y llego a ellas con una batería de posts invitados bastante considerable (gracias una vez más a sus autores), que iré sacando durante las próximas semanas. El primero de ellos es la primera entrega de una discusión sobre el problema de la (poca) sostenibilidad de nuestro sistema eléctrico, a cargo de Rafael Íñiguez. El tema es grave, ya que según Richard Duncan, el proponente de la teoría de la garganta de Olduvai, el primer gran sistema que fallará en las grandes civilizaciones es el eléctrico. Les dejo con Rafa.

Salu2,
AMT

Tendiendo puentes sobre la garganta de Olduvai. (I)

Con este post pretendo describir mi análisis particular de parte de la compleja industria de la generación de la energía eléctrica. Lo haré en forma de varias entregas, ya que el tema es demasiado extenso, interesante, importante y desconocido como para tratarlo en un solo artículo.

Introducción.

El titulo del post aludiendo a Olduvai se debe a querer resaltar la importancia de la energía eléctrica en la civilización humana. La trascendencia de su suministro continuo, la pondera adecuadamente la Teoría de Olduvai, y lo resume crudamente con la idea de que perderlo, sería como retroceder a un mundo medieval.

La disponibilidad de energía limpia y controlada para nuestro uso final en cualquier momento y lugar de nuestro entorno podríamos considerarlo como un milagro, pero como la sensación con más pronta caducidad en el ser humano es la sorpresa, dejamos de valorarlo ya hace mucho tiempo, quizás demasiado.

Casi la totalidad de los instrumentos que usamos en nuestra actividad diaria utilizan la electricidad como un fluido ‘portador’ de energía. Además se sirve de la ‘lógica digital’ implementada mediante la electrónica para el control, de forma que en el extremo de esa maravilla tecnológica esté la extremidad del ser humano: un dedo, mano o pié que administre los efectos de esa energía sobre casi todo con lo que interactuamos, y esto no es ciencia ficción, es una realidad que supera a todo lo que pudimos imaginar, ¡Así es el mundo del BAU!

Pero volviendo a la frase anterior, vamos a poner énfasis en el concepto de ‘milagro’, que a los efectos de este articulo lo vamos a equiparar a: ‘un suceso que tiene una ínfima probabilidad de producirse, y aun menos de forma continuada’, y por supuesto lo contemplamos como el resultado del uso intensivo de enormes cantidades de energía con la tecnología para manejarla.

El concepto de corriente eléctrica como portadora de energía implica la existencia de un flujo, en este caso de electrones, donde reside la energía que en sí vamos a aprovechar para nuestros usos. La palabra ‘corriente’ significa en continuo movimiento, esto implica como primer condicionante que una vez que fluye, es necesario utilizarla en el momento o instante temporal en que se produce esa energía que está en el propio flujo, ya que si no se ‘perderá’ la posibilidad de aprovechar los posibles efectos deseados para nuestros pretendidos fines. Resumiendo: esta forma de energía no se puede volver a utilizar ni almacenar, o el hacerlo es con grandes pérdidas energéticas, lo que prácticamente lo hace económica y termodinámicamente absurdo.

Por los mismos conceptos de eficiencia y rendimiento, la cuantificación de la energía final disponible para nuestro uso en proporción con la energía primaria necesaria para generarla nos muestra que es un autentico lujo y un derroche, ya que la proporción es de 1:3 (33%), solo con la cogeneración se reducen estas cifras, que si se estudian con más detalle son aun peores en ambos extremos de los cálculos, ya que existen muchas más pérdidas que quedan sin contabilizar.

Por transmitir un orden de magnitud, las cifras según la IEA en el año 2009, serían que de unos 508,7 EJ ó exajulios (100%) de energía primaria mundial, 189 EJ (37,5%) se destinan a producción eléctrica de la que quedan netos 60 EJ (12%) para consumo final, una autentica orgía de pérdidas.

Otro gran condicionante consecuencia de tratar con un fluido contenedor de energía es que hay que transportarlo al lugar en que pretendemos usarlo, luego tenemos que encauzarlo de forma que el flujo sea conducido, pero con las mínimas trabas posibles, para que la energía del propio flujo no se disipe o destruya al conductor, en esto se choca con numerosas leyes y limitaciones físicas que hay que respetar para que la transmisión energética funcione adecuadamente y que supone el uso de materiales y técnicas de elevado coste: tendidos de conductores de metales de baja resistencia óhmica, suficiente solidez mecánica, estabilidad térmica y duraderos en el tiempo a los agentes externos, y además que sean viables por su disponibilidad y rentabilidad energética, la cual a su vez permitirá la rentabilidad económica y minimizará las pérdidas de energía del transporte y distribución, estimadas en el 9%. El mantenimiento y operación de esta red conductora no es en absoluto trivial, y administrar el flujo energético en unos rangos variables de enormes magnitudes es otro gran milagro, que normalmente desconocemos y por tanto no valoramos.

Una vez disponible en el enchufe del punto de consumo, prácticamente todos los efectos de trabajo deseados son posibles: frío, calor, magnetismo, movimiento, iluminación, emisión de radiofrecuencia, elevación de masas en contra de la gravedad, bombeo a presión, funcionamiento de autómatas y un sinfín de aplicaciones son ejecutadas con la energía transportada en la corriente de electrones y el control que permite la electrónica digital y al final, en el trono, estará el ser humano, el consumidor con mayúsculas de energía; no nos confundamos, no consumimos electricidad consumimos la energía que ha hecho que el electrón se mueva de su orbital, cada electrón que entra por el cable conductor de la fase saldrá por el neutro, el trabajo que hace al fluir es por lo que pagamos y es lo que queremos que realice por y para nosotros.

Pero nos encontramos que el diseño de esta industria de servicios es una red de distribución de una energía con una generación de forma principalmente ‘centralizada’, palabra antagónica de ‘distribuida’. Esto es una herencia que tiene sus ventajas e inconvenientes, pero que hoy por hoy es un hecho y dada la estructura económica mundial actual, además implica que debe haber una gran producción, para que se abastezca a un gran consumo, lo que implica también que debe haber una gran demanda. Aquí chocamos con el condicionante de que a efectos prácticos no se puede almacenar la energía y que el adjetivo ‘grande’ aparece por todas partes y además que hablamos de energía, la cual sin dosificar implica el colapso por su ausencia y la destrucción por sobrecarga si la hay en exceso, un panorama muy complicado, que en definitiva y para nosotros es otro continuo milagro.

La forma de producción de energía eléctrica más usada en las centrales generadoras es la de convertir energía mecánica en eléctrica aplicando los principios de Faraday y Lenz y el efecto de la fuerza contra-electromotriz.

Es de destacar la generación fotovoltaica con energía solar que aspira a buscar un hueco significativo en los porcentajes de generación mundial. También existen otros métodos de alta tecnología como las pilas de hidrógeno, pero funcionan a nivel prácticamente experimental y por sus altos costes no son comercialmente competitivos.

Fuente: Revista investigación y ciencia, Temas 67.

Centrales eléctricas

Central térmica de carbón Gas natural en ciclo combinado.

Hidroeléctrica Nucleares

Eólica terrestre Eólica marina

Fuel/gas y Cogeneración Térmica renovable (Biomasa)

Solar Fotovoltaica Solar Termoeléctrica

Veamos las fuentes de energía primaria empleadas en la generación:

Combustibles fósiles

Un 67% ó 2/3 de esas fuentes son clasificables como sustancias fósiles: carbón, petróleo y gas, esto también significa que al otro lado del enchufe hay una combustión, una llama, un fuego que no vemos, en eso seguimos tan primitivos como los cavernícolas, solo que hemos trasladado el fuego lejos de nosotros.

Energía nuclear

La energía nuclear, que aporta un 13% de electricidad mundial, también nos la encontramos ‘almacenada’ en los materiales fisibles, ´pero las instalaciones y procesos necesarios para encender y controlar la reacción nuclear en muy complejo, delicado y costoso. Y cuando los combustibles se agoten, que será pronto, no los podremos renovar, se podrían considerar también como ‘fósiles radioactivos’. Además del riesgo por accidente nuclear, la posible contaminación por los residuos es un juego de niños comparados con las emisiones de CO2 de la combustión de los fósiles convencionales.

Hidráulica

Entre las energías “renovables”, pero explotada hace decenios figura distinguida la generación hidráulica, la cual abastece a 1/6 parte de las necesidades de energía eléctrica mundiales. ¿Por qué se explotó antes que el resto de las llamadas renovables y tiene un peso tan grande en el total de la generación? Si observamos las forma de generar la electricidad por fuentes renovables, la mayoría son por el aprovechamiento de los ‘flujos’ presentes en la naturaleza por el calentamiento del sol y que produce los vientos, las corrientes marinas, la lluvia y sus corrientes fluviales, estos combinados con la gravedad terrestre y sus diferencias de potencial, provocan los flujos que nosotros aprovechamos de las sustancias fluidas más abundantes del planeta tierra: los gases atmosféricos y el agua. Pero, ¿Cual es el secreto a voces de la generación hidráulica?, Pues otro milagro más: la orografía de las cuencas fluviales aprovechables que ya existían formando ‘trampas’ para el agua y que el hombre ha sabido aprovechar, estos enclaves con cuencas de alta pluviometría, desniveles suficientes y presencia de cañones angostos que permiten la construcción de las presas y diques, y que estaban puestas por la naturaleza esperando a que el ser humano le pusiera un tapón con válvula y generase la electricidad con una turbina hidráulica y un alternador, en definitiva y sin poder ser de otra forma, otro regalo de la naturaleza, pero también con fecha de caducidad y produciendo alteraciones en el medioambiente. La caducidad es porque los arrastre de sedimentos acabaran llenando todas las presas del mundo, solo es cuestión de tiempo. Los efectos indeseados son que puede inundar importantes extensiones de terreno, las grandes emisiones de gases de invernadero (dióxido de carbono, metano y óxido nitroso) de las aguas estancadas, el freno a la vida silvestre por las barreras de las presas, la supresión de los aportes de sedimentos y nutrientes que alimentan a la fauna de los litorales costeros en las desembocaduras, la desaparición de los deltas de los ríos y un largo etcétera.

Renovables

Nos quedan las ‘nuevas renovables’, sobre todo la eólica terrestre, la solar fotovoltaica y la termo-solar. Su aportación total es superior al 3% de la producción mundial, pero para ellas tenemos que fabricar también todo el sistema de captación e instalarlo, aquí la naturaleza solo pone difíciles enclaves y el fluido en movimiento, y ambos son regalos temporales, caprichosos y limitados, por lo que no ofrecen garantía de suministro. Los captadores son artificios de alto coste energético en su construcción y con un gran coste de mantenimiento, por lo que en los balances, los retornos son pequeños y no pueden competir con los anteriormente descritos en rendimiento. Además, hoy por hoy se nutren de las energías fósiles y los llaman Extensiones de los Combustible Fósiles o Fossil Fuel Extenders y su reciente aplicación es mas debido al BAU que a la ecología.

Después de estas descripciones, tendríamos que cuantificar los costes propios versus la energía entregada, es decir, calcular la Tasa de retorno energético (TRE) o EROEI y ver cual nos permite mayor rentabilidad y por cuánto tiempo nos la puede proporcionar, esto hay que estudiarlo tecnología a tecnología, teniendo en cuenta lo que nos regala la naturaleza y lo que tendremos que consumir e invertir para aprovechar estas energías.

Hay otro parámetro importantísimo, los costes de mantenimiento, que al final condicionaran la vida útil de la instalación y que no se suelen cuantificar íntegramente, porque además suele ser frecuente que se recorten peligrosamente en tiempos difíciles como en la actual crisis y que se tomen riesgos al final de vida útil, para “mantener y maximizar” la rentabilidad de los balances económicos.

En el siguiente post trataré las ventajas e inconvenientes de los diferentes modos de generación de energía eléctrica, sus costes, su seguridad de suministro, los factores de utilización o de carga, precios y las implicaciones en la economía, el medio ambiente, etc.

También habría que hacer una proyección de futuro, teniendo en cuenta que somos una especie animal mas y tenemos o tendremos hijos, o los tendrán otras personas y debemos contemplar la viabilidad global del conjunto, no la individual, o la familiar, o nacional o de una empresa o casta en particular, el mundo es para todos el mismo y lo inteligente es procurar que funcione para todos, ese mundo se llama planeta Tierra y en su fluir energético existimos en el mismo instante todos los seres vivos.