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.
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
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.
