Energía  y  Telecomunicaciones  Tema  6.2.  Energías  renovables  (II)  

Otras  energías  renovables  

Alberto  Arroyo  Gu>érrez  

Mario  Mañana  Canteli  

Raquel  MarFnez  Torre  

Jesús  Mirapeix  Serrano  

Cándido  Capellán  Villacián

Departamento  de  Ingeniería  Eléctrica  y  Energé5ca  

Este  tema  se  publica  bajo  Licencia:  Crea5ve  Commons  BY-­‐NC-­‐SA  4.0  

Queda prohibida, salvo excepcion prevista por en la Ley, cualquier forma dereproduccion, distribucion, comunicacion publica y transforamcion de esta obrasin contar con autorizacion de los titulares de propiedad intelectual. La infraccionde los derechos mencionados puede ser constitutiva de delito contra la propiedadintelectual (arts. 270 y sgts. Codigo Penal).

Energıa y TelecomunicacionesMirapeix Serrano, Jesus

DERECHOS RESERVADOSc© 2017 Jesus Mirapeix Serrano

Universidad de Cantabria39005 Santander

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Tema 6. Energıa y Telecomunicaciones: Energıas

Renovables (Parte 2: Otras EERR)

Resumen

Una vez presentados los conceptos basicos, el panorama actual y la relacion de lasEERR con el ambito de las telecomunicaciones, en este apartado se realizara unamuy breve introduccion a algunos de los conceptos basicos asociados a lo que vamosa denominar “otras energıas renovables”. En los proximos dos apartados se prestarauna especial atencion a la energıa solar fotovoltaica y, en menor medida, a la eolica,dado que se trata de tecnologıas que pueden estar vinculadas de manera masdirecta con el profesional de las telecomunicaciones. Sin embargo, en el contextode este curso se ha considerado conveniente incluir tambien un breve repaso porotras energıas renovables, de tal manera que el alumno tenga un conocimiento algomas general.

El objetivo fundamentale de esta parte de la asignatura sera el de conocer otrasfuentes de energıa renovable como la hidraulica, las derivadas del mar, la biomasao la geotermia. De igual manera se aprovechara este apartado para introduciralgunos conceptos muy estrechamente relacionados con las EERR y su integracionen el mercado energetico actual, como las smart grids o las nuevas tecnologıas parala acumulacion de energıa electrica en la red.

Esta parte de la asignatura va a estar organizada de la siguiente manera:

Energıa Hidraulica

Energıas derivadas del Mar

Energıa Geotermica

Biomasa

Smart Grids

Almacenamiento de Energıa en la Red Electrica

Apuntes de Energıa y Telecomunicaciones: Energıas Renovables 1 de junio de 2017

Indice

1. Energıa Hidraulica 41.1. Introduccion a la energıa hidraulica . . . . . . . . . . . . . . . 41.2. Energıa Hidraulica: Situacion Actual . . . . . . . . . . . . . . 41.3. Energıa Hidraulica: tipos de centrales . . . . . . . . . . . . . . 81.4. Energıa Hidraulica: otros datos de interes . . . . . . . . . . . . 9

2. Energıas derivadas del Mar 122.1. Energıa Mareomotriz (Tidal Energy/Power) . . . . . . . . . . 142.2. Energıa Undimotriz (Wave Energy/Power) . . . . . . . . . . . 22

2.2.1. Wave activated bodies . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232.2.2. Overtopping devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.2.3. Oscillating water columns . . . . . . . . . . . . . . . . 272.2.4. Energıa Maremotermica (OTEC: Ocean Thermal Energy

Conversion) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282.3. Evolucion y perspectivas de las energıas derivadas del mar . . 312.4. Levelized Cost of Energy: LCOE . . . . . . . . . . . . . . . . 322.5. EERR derivadas del Mar: Ventajas e Inconvenientes . . . . . . 34

3. Energıa Geotermica 363.1. Geotermia: un poco de historia . . . . . . . . . . . . . . . . . 363.2. Tipos de centrales geotermicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383.3. Energıa geotermica en el entorno residencial . . . . . . . . . . 393.4. Energıa geotermica: emplazamientos . . . . . . . . . . . . . . 393.5. Energıa Geotermica: Impacto Ambiental . . . . . . . . . . . . 40

4. Biomasa 41

5. Conclusiones 44

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1. Energıa Hidraulica

1.1. Introduccion a la energıa hidraulica

Con el auge y la notoriedad de las que podrıamos denominar “nuevas”energıas renovables, como la solar (fotovoltaica, termica o termoelectrica) o laeolica (aunque ambas presentan en realidad precedentes historicos antiguos),en ocasiones olvidamos que las EERR estan consituidas por una amplia gamade tecnologıas. En este sentido: ¿se puede considerar a la energıa hidraulicauna energıa renovable?

Con lo visto ya en este curso debieramos ser capaces de contestar a es-ta pregunta: al comienzo de la seccion de Introduccion de esta parte sobreEERR se presentaron diferentes definiciones de energıa renovable. ¿Se ajustala energıa hidraulica a estas definiciones? Este tipo de energıa: ¿se obtienede fuentes naturales virtualmente inagotables?

La respuesta es afirmativa, ya que el ciclo del agua en nuestro planeta sepuede considerar continuo, por lo que podemos entender que se trata de unafuente virtualmente inagotable.

La energıa hidraulica se basa en capturar la energıa cinetica del agua,convirtiendola primero en energıa mecanica y, finalmente, en energıa electricapor medio de un generador1.

1.2. Energıa Hidraulica: Situacion Actual

¿Cuales son los principales actores a nivel mundial en el uso de energıahidraulica? La respuesta la vemos en la Figura 2. Los principales paıses anivel mundial en energıa hidraulica (hydropower) son China, Brasil, USA,Canada y Rusia. El total de capacidad instalada en estos paıses se estimaque asciende al 52 % del total de la energıa hidraulica mundial.

1La conversion a energıa electrica constituye el ejemplo tıpico, ya que tambien se haempleado la energıa mecanica generada por ejemplo por el flujo de un rıo en molinos paramoler cereales. Los primeros datos que se disponen sobre molinos de agua se deben aVitrubio (siglo I), que describe el funcionamiento del molino de rueda vertical usado enPersia y en las riberas del Mediterraneo oriental (siglo V a.C.) (Fuente: http://olmo.pntic.mec.es/~fbez0000/molinos1.htm)

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Figura 1: Ejemlo de planta hidroelectrica en el curso de un rıo en Toba Montrose. Fuente:Alterrapower. Licencia CC BY-SA 3.0. https://en.wikipedia.org/wiki/File:Toba_

Montrose_Run_of_River_Hydro_Power_Plant_Intake.jpg

Figura 2: Detalle de la capacidad instalada y la generacion en 2015 mediante energıahidraulica (hydropower). Fuente: Informe REN21 (2016). Fuente:http://www.ren21.

net/wp-content/uploads/2016/06/GSR_2016_Full_Report.pdf

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Figura 3: Capacidad hidroelectrica instalada a finales de 2014 y 2015, comparada con elresto de fuentes de EERR. Fuente: Informe REN21 (2016). Fuente:http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2016/06/GSR_2016_Full_Report.pdf

Un aspecto a valorar en este contexto reside en que la energıa hidraulicay las centrales hidroelectricas presentan ya una notable madurez en compa-racion con otras tecnologıas renovables mas recientes, como pudiera ser laenergıa solar fotovoltaica o termoelectrica. Este hecho justifica en parte losdatos presentados en la Figura 3, donde puede apreciarse como (referido ageneracion electrica) mas de la mitad de la capacidad mundial renovable estavinculada a la energıa hidraulica. Logicamente, tecnologıas mas recientes co-mo la solar fotovoltaica o la eolica presentan tasas de crecimiento mas altas(ver datos de capacidad acumulada en 2014 y 2015).

El hecho de que se trate de una tecnologıa madura no implica que lascentrales hidroelectricas no se enfrenten a retos y necesidades de actualiza-cion. En primer lugar, las sequıas que afectan a diferentes zonas del planetahan afectado negativamente a la generacion hidroelectrica, por ejemlo en zo-nas como el continente americano o el sudeste asiatico2.

La situacion en Espana refleja precisamente esta situacion (ver grafica

2En la Introduccion de este parte del curso se ha hecho referencia a la disminucion dela aportacion hidraulica a la generacion electrica en el ultimo ano, lo que ha llevado a unaumento del uso del carbon y, con ello, de las emisiones asociadas.

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del apartado de Introduccion), ya que curiosamente la hidraulica ha sido laresponsable casi exclusivamente del incremento de la potencia instalada en elano 2015, principalmente por la puesta en servicio de la central hidroelectricade bombeo puro de La Muela II3 y de la central hidraulica de San Pedro IIde 23MW (rıo Sil, Orense).

Tanto los posibles efectos del cambio climatico como el aumento de re-levancia de las renovables fluctuantes (eolica, solar, etc.) son factores quefuerzan una adaptacion de las centrales hidroelectricas. Las nuevas instala-ciones y la expansion de algunas ya existentes estan dirigidas a conseguiruna mayor eficiencia y flexibilidad, con especial enfasis en la hidraulica debombeo, por su relevancia como elemento de almacenamiento de energıa.

Cuestion 1.1: ¿Que es la hidraulica de bombeo?

En algunas de las figuras que han aparecido a lo largo del apartadode Introduccion ya se ha mencionado el concepto de la hidraulica (ocentrales hidroelectricas) de bombeo. Si no conoces el concepto, buscainformacion al respecto para tratar de comprender por tu mismo cuales la diferencia con la energıa hidraulica convencional.

Si quisiesemos establecer una clasificacion de las instalaciones de energıahidraulica, podemos atender tanto al tipo como al tamano de las mismas:

Tipo:

• Embalse

• Modificacion del cauce de un rıo

• Bombeo

3Situada en el margen del Jucar, en Cortes de Pallas (Valencia), con una potencianominal de 878MW (en el momento de su inauguracion, en 2013, figuraba como la mayorcentral hidroelectrica de Europa. Vıdeo de Iberdrola sobre La Muela I y II: https://

youtu.be/lcq3Ql128bA

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Tamano:

• Gran Tamano > 30MW

• Pequena escala = 100 kW a 30 MW

• Micro-hidraulica < 100 kW

1.3. Energıa Hidraulica: tipos de centrales

Las mas conocidas son probablemente las grandes centrales hidroelectri-cas de embalse, donde el agua es embalsada y forzada a pasar por un canalhacia un nivel de menor altura donde se generara energıa electrica medianteel accionamiento de una turbina.

Otro tipo de instalacion se puede obtener mediante la derivacion delcauce de un rıo. En la Figura 4 puede verse una explicacion de su funcio-namiento.

Figura 4: Ejemplo de central hidroelectrica por modificacion del cauce de un rıo. Fuente:http://www.goodenergy.cl/hidroelectricas.html

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El funcionamiento de una central hidroelectrica por modificacion del cau-ce de un rıo serıa como sigue:

El agua del rıo es redirigida a una canalizacion

El agua es forzada a pasar por turbinas

Las turbinas hacen que el generador asociado genere electricidad

La electricidad se distribuye por la red electrica

El agua es devuelta al cauce del rıo

El tercer tipo de central hidroelectrica lo constituyen las centrales debombeo (ver Figura 5), las cuales funcionan de manera algo diferente. Exis-te un embalse inferior que acumula el agua para que, en periodos de bajademanda electrica, esa agua sea subida mediante una turbina al embalse su-perior, permitiendo de esta manera generar electricidad cuando la demandavuelva a ser mayor.

Aunque logicamente estas centrales se convierten en usuarios de energıaelectrica cuando el agua se bombea al embalse superior, tambien actuan comoacumuladores de energıa en la red, lo que resulta de gran interes, especialmen-te en el contexto actual donde la integracion de las denominadas renovables“fluctauntes” esta suponiendo un reto para las redes electricas actuales. Laeficiencia total de estos sistemas, incluyendo la eficiencia de las turbinas yotros factores como perdidas por rozamiento, se pude situar en el 75 %.

1.4. Energıa Hidraulica: otros datos de interes

Para comprender el origen de la energıa hidraulica, basta con recordarque la potencia contenida en una masa de agua que desciende una altura hperdera una energıa potencial tal que mgh, de tal manera que la potencia pgenerada por el agua en movimiento sera la indicada en la siguiente ecuacion,donde m y V (con el punto como superındice) indican el flujo de agua pormasa (kg/s) y volumen (m3/s). ρ es la densidad del agua (1000kg/m3).

p =mgh

t= mgh = ρV gh (1)

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Figura 5: Esquema de una central hidroelectrica de bombeo (Aguayo II). Fuente: Fuente:EON Espana: Proyecto de ampliacion de la central electrica Aguayo II

Figura 6: Ejemplso de turbinas empleadas en centrales hidroelectricas. Fuente: (Ima-gen izquierda: Audrius Meskauskas - Own work / The rotor of the water turbine. Ta-ken in the plant that manufactures the water turbines, Zurich); (Imagen derecha: c©http://tamarhydro.com.au/products/pelton-hydro-turbines/)

Aunque no vamos a entrar en detalle en los tipos de turbina existen-tes, si es conveniente saber que existen fundamentalmente dos categorıas: de

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chorro o de accion simple o directa (impulse) y de reaccion o sobre-presion (reaction) (ver Figura 6). En el primer tipo es la velocidad del aguala que genera el movimiento de la turbina, siendo convenientes para aplica-ciones con grandes alturas en el salto de agua (high head) y flujos bajos (lowflow). Por otro lado, en las turbinas de reaccion se genera energıa mediantela accion combianda de la presion y el movimiento del agua. En comparacioncon las turbinas de accion directa, las aplicaciones idoneas en este caso sonlas de low head y high flow 4.

Por ultimo, conviene hacer una reflexion: ¿existe impacto ambientalasociado a la energıa hidraulica? El hecho de que estemos hablandode una energıa renovable, derivada de la energıa potencial del agua, parecequerer indicar que el impacto ambiental sera cero. Sin embargo, aunque noexista un vertido directo de CO2 a la atmosfera en la generacion de energıa,sı hay que tener en cuenta algunos factores importantes asociados a este tipode instalaciones:

Inundacion de grandes extensiones de terreno, en ocasiones fertiles.

Inundacion (desaparicion) de puebles enteros

Impacto sobre los ecosistemas acuaticos

Impacto sobre rıos “aguas abajo”

4Paa profundizar un poco mas en este tema puedes consultar el siguiente vıdeo: https://youtu.be/k0BLOKEZ3KU

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2. Energıas derivadas del Mar

Cualquiera que se haya banado en una playa o en un rıo habra experimen-tado, con toda probabilidad, la “fuerza” o “energıa” asociada al movimientode grandes masas de agua, ya sea en forma de corrientes u olas, por ejemplo.

Las energıas renovables “derivadas del mar” (Marine Energy), si bien co-nocidas desde hace tiempo, han comenzado a tomar relevancia en los ultimosanos. Hay que tener en cuenta que se trata de diversos tipos de energıa dife-renciados dentro de un marco comun, compartiendo en terminos generales lacaracterıstica de que se trata de energıas poco maduras, en fase experimen-tal/investigacion, en muchos casos con modelos y viabilidades diversas aunpor definir y lejos de un punto de madurez que les permita ser, a dıa de hoy,generadoras de cantidades significativas de energıa.

En Espana Cantabria es una region puntera en la investigacion de Energıasdel Mar a traves del IH (Instituto de Hidraulica) emplazado en el Parque Tec-nologico de Cantabria: http://www.ihcantabria.com/WebIH/en/

Figura 7: Ilustracion de olas en Pacıfica (California). Fuente: Brocken Inaglory. Licencia:CC BY-SA 4.0. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Waves_in_pacifica_1.

jpg

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Una posible clasificacion dentro las energıas renovables derivadas del marserıa la siguiente:

Energıa Mareomotriz (Tidal Power)

Energıa Undimotriz (Wave Power)

Energıa Maremotermica (Ocean Thermal Energy Conversion)

En la siguente imagen se presenta una tabla en la que se establece unacomparativa entre las fuentes de energıa hidraulica convencional (Freshwa-ter hydro) y las energıas que nosotros hemos denominado “derivadas delmar”: undimotriz (basada en el aprovechamiento de la energıa de las olas),mareomotriz (aprovechamiento de las corrientes marinas) y maremotermica(aprovechamiento del gradiente termico que existe a diferentes profundidadesen grandes volumenes de agua (OTEC).

En este analisis destaca el gran potencial de la maremotermica y su nulaimplementacion a dıa de hoy, en contraste con la mareomotriz, la unica delas derivadas del mar con algo de presencia “real” en la actualidad y, porsupuesto, con la ya consolidada hidraulica.

Figura 8: Comparativa entre la energıa hidraulica convencional y las derivadas del mar(potencial y la capacidad instalada en la actualidad) . Fuente: Renewable Energy: A FirstCourse (Robert Ehrlich)

A continuacion se realizara una breve revision de los conceptos funda-mentales de los tres tipos de energıas derivadas del mar ya citados.

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2.1. Energıa Mareomotriz (Tidal Energy/Power)

Las mareas son variaciones cıclicas (y predecibles, ya que dependen dela posicion de la Tierra y la Luna en sus orbitas respectivas .. ¡e incluso delSol!) del nivel de mares y oceanos.

La explicacion fundamental al efecto de las mareas podemos encontrarlaen la Ley de la Gravitacion Universal, esto es, en la fuerza gravitacionalque la Luna (y el Sol) ejercen sobre la Tierra en funcion de su posicion. Lafuerza asociada a las mareas depende de la inversa de la distancia (entre laTierra y la Luna o el Sol) al cubo. Para encontrar la expresion de dichasfuerzas no es necesario mas que partir de la expresion que, aplicando la Leyde la Gravitacion Universal de Newton, nos da la fuerza gravitacional ejercidapor la Luna sobre la Tierra:

F =GMm

r2(2)

Partiendo de esta expresion es sencillo llegar a:

Fx = ±2GMmR

r3(3)

Fy = ±GMmR

2r3(4)

En las ecuaciones anteriores G serıa la constante gravitacional, M la ma-sa de la Tierra, m la de la luna, r la distancia entre la Tierra y la Luna yR el radio de la Tierra5. Fx indica las fuerzas de sentido opuesto que actuansobre los extremos opuestos considerando el eje de la tierra resultante deprolongar la lınea que unirıa la Luna con la Tierra, ejerciendo un efecto de“alargamiento” de la misma; mientras que Fy supondrıa una “compresion”en el eje perpendicular al x.

5Puedes encontrar una explicacion mas detallada en el libro: “Renewable Energy: AFirst Course” de Robert Ehrlich.

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Figura 9: Esquema del funcionamiento de una central basada en la energıa mareomo-triz. Fuente: http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/energia_y_ciencia/

2005/02/23/140205.php(Licenciaparausosdocentesyformativos.)

Existen fundamentalmente dos tipos de aprovechamiento de la energıaasociada a las mareas: mediante embalsamientos o barreras y mediante eluso directo de turbinas. Se estima que el potencial a nivel mundial de este

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tipo de energıa renovable esta en el entorno de los 3000GW, pero solo un 3 %de esa cantidad se encontrarıa en emplazamientos adecuados para su apro-vechamiento por parte del hombre.

Un problema o limitacion de esta tecnologıa es que no todos los em-plazamientos son validos, ya que se necesita que la diferencia entre losniveles de marea baja y alta sean lo suficientemente significativos como pa-ra que la construccion de la central mareomotriz sea rentable. En terminosgenerales se suele considerar un lımite mınimo de 5 metros. Algunos de losemplazamientos principales a nivel mundial son los indicados en la Figura 10.

Desde el punto de vista de donde ubicar los emplazamientos, los lugaresidoneos los constituyen rıas, bahıas o zonas similares donde la construccionde un dique para la contencion del agua sea viable.

Como curiosidad cabe mencionar que la diferencia media entre las mareasalta y baja en nuestro planeta esta en 1 metro, pero hay emplazamientos condiferencias de hasta 16-20 metros (Bahıa de Fundy, en Canada, la mayordiferencia entre mareas conocida).

Figura 10: Mapa con emplazamientos idoneos para el aprovechamiento de la energıamareomotriz. Fuente: http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/energia_y_

ciencia/2005/02/23/140205.php(Licenciaparausosdocentesyformativos.)

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A dıa de hoy el principal ejemplo de central electrica basada en la energıaundimotriz lo constituye la central situada en el estuario del rıo Rance (Bre-tagne, Francia)6. Estas instalaciones estan operativas desde 1966 y consta de24 turbinas con generadores de 10MW. Se trata de una central reversible, yaque las turbinas funcionan en ambos sentidos (fase de llenado y vaciado delembalse).

Si bien el coste del kwh se estima similar al de las centrales electricasconvencionales, el impacto ambiental fue bastante significativo (aterramien-to del rıo, cambios de salinidad en el estuario en sus proximidades y cambiodel ecosistema), lo que probablemente ha frenado el desarrollo de este tipode instalacion en otros emplazamientos favorables.

Figura 11: Imagen de la central electrica mareomotriz en el estuario del rıo Rance.Fuente:Dani 7C3. Licencia CC BY 2.5 https://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_

mareomotriz#/media/File:Rance_tidal_power_plant.JPG

6https://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_mareomotriz

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Figura 12: Imagen de la instalacion de una turbina Lanstrom. Fuente: Imagen extraıdadel vıdeo Andritz Hydro Hammerfest de hammerfeststrom. Licencia YouTube estandarhttps://youtu.be/cHExRbCdTck

Las centrales como la del rıo Rance no son la unica posibilidad de apro-vechamiento de la energıa mareomotriz, que pertenecerıa a la categorıa quepodrıa denorminarse presa de marea. Existen diferentes propuestas paraaprovechar la energıa de las corrientes (de marea), algunas de ellasbasadas en generadores muy similares a los eolicos. Por ejemplo, la turbinaLanstrom, disenada para tener un diametro de rotor de unos 20 metros e irfijada sobre el lecho marino, tal y como se muestra en la Figura 12. Estasturbinas estan fabricadas por la empresa noruega Andritz Hydro Hammer-fest, con unidades instaladas ya en el ano 2003 y siendo las primeras turbinasde este tipo conectadas a la red (ano 2004)7.

7Vıdeo donde se muestra el proceso de instalacion de este tipo de turbinas: https://youtu.be/cHExRbCdTck.

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Figura 13: Imagen de una turbina Seagen . Fuente: Marine CurrentTurbines Limited http://www.marineturbines.com/News/2012/09/05/

world-leading-tidal-energy-system-achieves-5gwh-milestone

La misma filosofıa, aunque con un diseno distinto, es seguido por las turbi-nas Seagen (Figura 13), propiedad del grupo Siemens. El fabricante tambienindica en este caso que se trata de las primeras turbinas accionadas por co-rriente marina fabricadas a escala comercial (2008). Cada sistema, equipadocon dos turbinas, tiene una potencia nominal de 1.2MW (existen unidadesinstaladas en la costa de Irlanda del Norte)8.

El ultimo sistema de aprovechamiento de las corrientes marinas que se vaa presentar tiene un diseno distinto a las turbinas anteriormente presentadas.En el sistema Vivace se aprovechan las turbulencias generadas por el pasode las corrientes entre unos cilindros para provocar el movimiento de estos.Este concepto se aprecia mejor en la Figura 14.

8Vıdeo explicando el funcionamiento de las turbinas Seagen (audio en ingles):https://youtu.be/AfGRBFdw2_g.

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Figura 14: Funcionamiento del sistema Vivace. Fuente: (Imagen superior:http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/energia_y_ciencia/2005/

02/23/140205.php(Licenciaparausosdocentesyformativos.)); (Imagen inferior:Captura extraıda del vıdeo de UMVIVACE “Marine Renewable Energy (Vivace) VıdeoI”; Licencia YouTube estandar. https://youtu.be/IcR8HszacOE

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En la parte superior se presenta un esquema de funcionamiento, mientrasque la inferior presenta una imagen de una prueba en los laboratorios de laUniversidad de Michigan de dicho sistema9.

Una vez vistos algunos ejemplos de aprovechamiento de energıa mareo-motriz, puede ser un buen momento para repasar las principales ventajas ydesventajas de esta energıa renovable derivada del mar:

Ventajas DesventajasNo emisiones de CO2 Emplazamientos especıficos

Predecible Distancia de la redBajas velocidades de fluido Produccion 40 del dıa/ano

Efiencias de ≈ 80 % Impacto ambientalBajo coste de operacion Deterioro de componentes

Periodos de vida ≈ 75/100 anos Impacto visual

9Dicha prueba se puede apreciar en el siguiente vıdeo: https://youtu.be/

IcR8HszacOE.

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2.2. Energıa Undimotriz (Wave Energy/Power)La energıa undimotriz trata de aprovechar la energıa contenida en las

olas generadas en mares y oceanos. Las olas son generadas por el vientoque sopla sobra la superficie de los mares. En muchos lugares del mundo lasolas de mares y oceanos son suficientemente consistentes como para generarenergıa de manera continua. Algunas estimationes cifran la generacion deenergıa (posible) con tecnologıas disponibles actualmente en el entorno delos 140-750 TWh/ano.

En la Figura 15 se presenta el resultado de un estudio realizado para tratarde estimar el potencial asociado a la energıa undimotriz a nivel mundial,indicando la densidad de potencia media para cada emplazamiento.

Figura 15: Densidad de potencia media (kW/m) (anual) asociada a las olas (las fle-chas indican la direccion prevalente media anual) . Fuente: Gunn y Stock-Williams(2012) “Quantifying the global power wave resource”. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960148112001310

Para entender un poco mejor la figura anterior conviene conocer la ex-presion que permite calcular la potencia asociada a una ola:

Pavg =ρg2TH2

8π(5)

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Figura 16: Tipos de dispositivos basados en la energıa undimotriz: a) Wave activatedbodies, b) Overtopping devices y c) Oscillating water columns.

Como puede apreciarse, la potencia de una ola es directamente propor-cional al cuadrado de su altura (H ) y a su periodo (T ) (ρ es la densidad delagua (1025kg/m3)), y g la aceleracion debida a la gravedad (9,81m/s2).

Importante 2.1: Ejemplo de potencia de una ola

En una tormenta intensa las olas pueden llegar facilmente a los 10m(pensemos en olas no necesariamente en la costa) y con un periodo de15s. Utilizando la ecuacion anterior, y considerando una densidad delagua de ρ = 1025kg/m2, la potencia resultante serıa P = 5.9MW.

Dentro de la energıa undimotriz existen diferentes tipos de dispositivosque pueden ser utilizados para aprovechar la energıa de las olas. Una clasifica-cion tıpica es la que presenta la Figura 16, con los dispositivos activados porlas olas (wave activated bodies), los dispositivos de desbordamiento (over-topping devices) y las columnas de agua oscilante.

2.2.1. Wave activated bodies

Los wave activated bodies son probablemente los dispositivos unidmo-trices mas conocidos, especialmente las boyas con referencia fija, tambien

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denominados point absorbers o boyas con referencia fija. Su principio de fun-cionamiento serıa el siguiente:

Colocacion de las boyas “ancladas” o fijadas en el fondo marino (enalgunos de los modelos)

La energıa cinetica de las olas mueve las boyas, lo que impulsa un ejeque permite la generacion de electricidad por medio de un generadorlineal.

El ejemplo de la Figura 17 se corresponde con la boya instalada en San-tona: La boya cuenta con una bomba hidraulica que traslada la energıamecanica obtenida a un alternador, cuya corriente puede ser luego trasmitidaa tierra mediante un cable submarino.

La boya ubicada frente a la costa cantabra es capaz de generar una po-tencia de 40 KW, si bien la idea es probar su funcionamiento para poderleanadir mas adelante mas unidades.

Figura 17: Ejemplo de boya undimotriz experimental instalada en Santona.

Otro tipo de dispositivo similar son las boyas con referencia movil oatenuadores, que son dispositivos que funcionan en una disposicion paralela

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a la direccion de las olas. Los movimientos generados entre los distintos seg-mentos son aprovechados para la generacion de electricidad mediante bombashidraulicas u otro tipo de generadores10.

Para entender el funcionamiento ayuda tambien ver las imagenes de laFigura 18. En la parte izquierda se presenta una recreacion artıstica de uncampo generador con varios dispositivos, mientras que en la derecha se pre-senta la imagen real de un “Pelamis” (serpeinte marina), nombre con el quese suele conocer a esta tecnologıa.

Figura 18: Ejemplos de boyas undimotrices de referencia movil: a) recreacion artısti-ca de un campo de Pelamis (Fuente: Jumanji Solar (Flickr) https://www.flickr.com/

photos/jumanjisolar/4377449313, b) Sistema Pelamis durante pruebas de campo en elEMEC (European Marine Energy Test Centre) (Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pelamis_at_EMEC.jpg (Licencia: dominio publico)).

Como se comentaba, el sistema Pelamis consiste en una serie de cilindrosarticulados y parcialmente sumergidos. La ola induce un movimiento relativoentre los cilindros, lo que activa un sistema hidraulico, y posteriormente, ungenerador electrico. Esta estructura prioriza la resistencia sobre la eficienciaen la conversion energetica, ya que esta pensada para zonas con condicionesmarinas muy adversas. Se estima que 30 de estos sistemas podrıan cubrir lasnecesidades energeticas de unos 20.000 hogares europeos. Existen instalacio-nes fundamentalmente experimentales, por ejemplo en la costa portuguese,

10En el siguiente enlace teneis un vıdeo que explica el funcionamiento de este tipo dedispositivos: https://youtu.be/mcTNkoyvLFs.

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pero esta aun por ver si se realizaran instalaciones a gran escala basadas enesta tecnologıa.

2.2.2. Overtopping devices

El funcionamiento de estos dispositivos de desbordamiento (overtop-ping devices) es muy sencillo, pudiendo hablar de dispositivos en la costa(on-shore) y en medio del mar (off-shore). Se trata de generar un embalsecon una altura por encima del nivel medio del mar, que sera llenado con aguaproveniente de las olas. De este modo, el agua recogida en el embalse se harapasar por un conducto en el que sera devuelta al mar, pasando antes por unaturbina que generara la electricidad deseada.

Figura 19: Ejemplo de overtopping device: a) Esquema de funcionamiento (parte superior);b) Imagen del Wave Dragon (ejemplo de overtopping device). Fuente: Erik Friis-Madsen/ Licencia: Creative Commons Attribution 3.0 Unported (ambas imagenes).

Uno de los principales ejemplos de este tipo de dispositivos lo constituye

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el Wave Dragon, comercializado por una empresa danesa y desarrollado porun consorcio europeo con participacion de Austria, Dinamarca, Irlanda, Por-tugal, Suecia y UK. El primer prototipo fue conectado a la red en Dinamarca(Nissum Bredning) en 200311.

2.2.3. Oscillating water columns

La energıa de las olas tambien puede aprovecharse mediante estructuraso instalaciones ubicadas en la costa, denominadas columnas de agua os-cilante. En la Figura 20 puede apreciarse como, en este caso, las olas van aimpulsar el aire que se encuentra dentro de la camara y que sera el encargadode accionar la helice de la turbina para generar energıa electrica. Esto es, esel aire impulsado por las olas y no el agua el que realmente mueve la turbina,de hecho, la turbina se mueve tanto cuando la ola avanza como cuando seretira (la columna de aire se movera en la direccion opuesta). Uno de losmayores retos para este tipo de instalaciones reside en el diseno de la turbinapara conseguir una maxima eficiencia.

Figura 20: Esquema de funcionamiento de una columna de agua oscilante. Fuen-te: http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/energia_y_ciencia/2005/02/

23/140205.php(Licenciaparausosdocentesyformativos.).

Un ejemplo de instalacion OWC en Espana lo tenemos en Mutriku (PaısVasco)12. Ademas, en el siguiente vıdeo puedes ver una prueba de laboratorioilustrando su funcionamiento13.

11Para mas informacion: http://www.wikiwand.com/en/Wave_Dragon.12https://twenergy.com/a/mutriku-referente-en-energia-marina-49113https://youtu.be/mVQ3ZTli_Hs

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Cuestion 2.1: Oscillating Water Columns

Cuando hablamos de esta tecnologıa: ¿Crees que se trata de una tec-nologıa muy novedosa con pocas instalaciones o que ya existen variosejemplos por el mundo? ¿Que tipo de turbinas se emplean para la gene-racion de energıa electrica?

2.2.4. Energıa Maremotermica (OTEC: Ocean Thermal Energy Conver-sion)

Si pensamos que los oceanos cubren el 70 % de la superficie del planeta yque la radiacion solar que capturan se estima en aproximadamente unas 600veces la demanda energetica actual, podemos darnos cuenta del potencial quepuede tener esta variante de las energıas renovables derivadas del mar (quetambien puede entenderse como una variante de la energıa solar termica queveremos mas adelante).

El principio de funcionamiento de la energıa maremotermica, tambien de-nomida Ocean Thermal Energy Conversion se basa en la diferencia termicaexistente entre las diferentes “capas” o niveles de profundidad existen-tes en los oceanos. En terminos generales se pueden considerar las siguientescapas:

La superficial: de 100 a 200 metros de espesor, que actua como colectorde calor, con temperaturas entre 25 y 30 grados.

La intermedia: entre los 200 y 400 metros de profundidad, con unavariacion rapida de temperatura y que actua como barrera termicaentre las capas superior y profunda.

La profunda: en la que la temperatura disminuye suavemente hastaalcanzar 4◦C a 1000 metros y 2◦C a 5000 metros.

Como puede observarse en la imagen (Figura 21), en las zonas costerastropicales existen gradientes de temperatura elevados. En la imagen tambiense han indicado las instalaciones actuales ya operativas o planificadas paralos proximos anos.

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Figura 21: Mapa con la distribucion de posibles emplazamientos para el aprovechamien-to de instalaciones OTEC.Fuente: https://en.wikipedia.org/wiki/Ocean_thermal_

energy_conversion#/media/File:20161018_OTEC_map.jpg. Licencia CC BY-SA 4.0.

El esquema de funcionamiento basico de una planta OTEC se muestra enla Figura 22. Basicamente el sistema se basa en el denominada ciclo Ranki-ne, donde un fluido (idealmente con un punto de ebullicion mas bajo y unapresion de vapor mas alta que el agua) es empleado para accionar una turbi-na que generara electricidad. Inicialmente, el agua caliente capturada de lasuperficie oceanica se bombea a un intercambiador de calor, donde el calorse intercambia del agua del mar al fluido seleccionado, haciendo que este seevapore, accionando ası la turbina. Seguidamente, el agua del mar ya frıa esllevada a un segundo intercambiador, donde el vapor se condensa a estadolıquido para ser reutilizado.

Un aspecto a tener en cuenta por lo anteriormente comentado es que elagua no es el fluido mas eficiente para este tipo de sistemas. El amo-niaco, por ejemplo, es mucho mas adecuado. En el primer caso estarıamoshablando de sistemas OTEC de ciclo abierto y en el segundo de ciclo cerra-do14.

14En este caso ciclo cerrado hace referencia a la necesidad de confinar el amoniaco dentrodel sistema OTEC debido al impacto ambiental que su vertido ocasionarıa.

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Figura 22: Esquema del principio de funcionamiento de un sistema OTEC. Fuente:https://en.wikipedia.org/wiki/Ocean_thermal_energy_conversion#/media/File:

OTEC_working_principle.jpg. Licencia CC BY-SA 4.0.

Si bien el potencial de la tecnologıa OTEC es notable, esta por ver que seproduzca un desarrollo significativo en un futuro cercano. La relativamentebaja eficiencia, la poca madurez de la tecnologıa (que deriva en unos costesaltos de generacion (Levelized Cost of Energy : LCOE) y el coste asociado alas instalaciones, entre otros factores, hacen que a dıa de hoy existan dudassobre su evolucion. Las plantas actuales se situan en cifras de generacion delentorno de los KW, bastante modestas, mientras que las planificadas subenal entorno de los MW.

Cuestion 2.2: Fluidos y ebullicion

Se han mencionado sistemas OTEC de ciclo abierto y cerrado, en funciondel fluido empleado. Como una de las claves es el punto de ebullicionde estos lıquidos: ¿sabrıas indicar la temperatura de fusion del agua?¿y del amoniaco? Estas temperaturas: ¿se pueden modificar de algunamanera?

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2.3. Evolucion y perspectivas de las energıas derivadas del mar

Una vez revisados los conceptos fundamentales de algunas tecnologıasasociadas a las energıas renovables derivadas del mar, es necesario realizarun analisis de la madurez tecnologıa y perspectivas de evolucion delsector. El informe del IDAE (2011) titulado “Evolucion tecnologica y pros-pectiva de costes de las energıas renovables”15 es un documento realmenteinteresante para poder entender diferentes conceptos fundamentales a la horade analizar con rigurosidad la situacion de este sector.

Tanto el coste asociado a la generacion de energıa como su grado de ma-durez son factores fundamentales que tienen una relacion directa, tal y comose puede apreciar en la Figura 23.

Evidentemente, cuando una tecnologıa esta en sus primeras fases de vida(experimental, investigacion y desarrollo), el coste de generacion sera muyalto. Sin embargo, a medida que la tecnologıa vaya madurando y que se va-yan seleccionando las mejores opciones y modelos disponibles, los costes irandisminuyendo hasta llegar a estabilizarse en la fase de maduracion.

Sobre esta figura se han representado tres fases en el periodo de evolucionde la tecnologıa (en este caso undimotriz, pero el ejemplo serıa perfectamenteextrapolable a cualquier otra EERR):

Fase de confirmacion de la fiabilidad: donde el desarrollo tecnologicono permite establecer conclusiones concluyentes sobre los periodos devida util, eficiencias o costes de generacion.

Fase de despegue: donde la vida util y la eficiencia aumentan y loscostes de generacion comienzan a acercarse a los de otras tecnologıasmas maduras.

Fase de consolidacion: donde la vida util y la eficiencia se acercan alo esperado y los costes de generacion continuan descendiendo y equi-parandose a otras EERR.

15http://www.idae.es/uploads/documentos/documentos_11227_e2_tecnologia_

y_costes_7d24f737.pdf

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Figura 23: Evolucion esperada para el coste de generacion asociado a la energıa undimo-triz. Fuente: informe del IDAE ““Evolucion tecnologica y prospectiva de costes de lasenergıas renovables”” http://www.idae.es/uploads/documentos/documentos_11227_

e2_tecnologia_y_costes_7d24f737.pdf.

2.4. Levelized Cost of Energy: LCOE

En este punto puede resultar muy interesante introducir el concepto decoste (normalizado) de una fuente de energıa (LCOE: Levelized Costof Energy). Este concepto es muy importante para poder comparar los costespor kWh generado y con ello la madurez de diferentes tecnologıas. Entre di-ferentes fuentes de energıa y tecnologıas para la generacion electrica, la com-parativa de los costes implicados puede ser complicada. Para ello, el LCOEanaliza todos los costes implicados en la construccion y gestion y manteni-miento de una central de generacion a lo largo de su vida util, dividiendodicho coste por la energıa total generada por dicha instalacion tambien a lolargo de su vida util.

La Figura 24 presentada es muy ilustrativa de la situacion actual de lasEERR, en referencia a su madurez tecnologica y a sus costes vs. genera-cion asociados. Para empezar vemos como muchas de estas tecnologıas yase encuentran en la franja de costes de la generacion por medio de combus-

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tibles fosiles (paridad de red / grid parity), como por ejemplo la energıahidraulica o la eolica onshore (en tierra), por mencionar un par de ejemplossignificativos. Es necesario resaltar que el diametro de cada cırculo representael tamano (en potencia en MW) del proyecto, mientras que el centro de cadacırculo indica, en el eje Y, el coste normalizado asociado a cada uno.

Se puede apreciar tambien como la tendencia en general es hacia un costenormalizado inferior para la energıa solar FV, la CSP (solar de concentra-cion) e incluso la eolica offshore. Esta ultima presenta, logicamente, un costenormalizado superior aun a la eolica onshore.

Figura 24: Comparativa de los costes de generacion (LCOE: coste normalizado de laenergıa) para diferentes EERR (en comparacion con los estimados para los combustiblesfosiles). Fuente: IRENA Renewable Cost Database

Un analisis detallado del grado de madurez de las EERR derivadas del marpermite concluir que, con la excepcion de la energıa mareomotriz, el resto detecnologıas asociadas se encuentra en estados lejanos a la madurez tecnologica(etapas pre-comercial, prototipos, etc.), como se muestra en la Figura 25.

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Como ejemplo, en el campo de la energıa undimotriz existen muchos modelosdiferentes de boyas con referencia fija, sin que aun este claro cuales seran losque se impongan en el mercado debido a sus caracterısticas.

Figura 25: Grado de madurez tecnologica de las EERR derivadas del mar. Fuen-te: informe del IDAE ““Evolucion tecnologica y prospectiva de costes de lasenergıas renovables”” http://www.idae.es/uploads/documentos/documentos_11227_

e2_tecnologia_y_costes_7d24f737.pdf.

2.5. EERR derivadas del Mar: Ventajas e Inconvenientes

Como conclusion a este apartado vamos a analizar brevemente los pun-tos clave de estas EERR por medio de sus ventajas e incovenientes. Comoventajas puede mencionarse que se trata de sistemas renovables al depen-der como recurso del agua de los mares, rıos o acumulada en embalses oestructuras similares. Por lo tanto, es un tipo de energıa no contaminante ysilenciosa. Finalmente, en sistemas electricos como el espanol, los sistemasinsulares presentan grandes problematicas con respecto a conseguir un sumi-nistros fiable y eficiente desde el punto de vista de su coste. En este sentido,estos emplazamientos pueden ser lugares idoneos para plantear este tipo deinstalaciones y resolver ası parte del problema de su abastecimiento electrico.

Con respecto a los posibles inconvenientes cabe mencionar el impactovisual, ambiental y estructural de algunas de estas variantes, como lo ya

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comentado sobre algunos de los sistemas mareomotrices. De igual modo hayque considerar el impacto sobre la fauna y flora (terrenos fertiles, ecosistemasmarinos) asociados a los emplazamientos. Ademas, son sistemas que, al nopresentar todavıa un grado de madurez suficiente, no permiten tıpicamentegenerar potencias elevadas y presentan un coste por MW mas elevado queotras tecnologıas. Finalmente, se trata de sistemas que van a estar ubicadosen emplazamientos hostiles, tanto por el efecto que el agua de mar puedetener sobre estructuras metalicas, electronica, etc., como por lo complicadode su mantenimiento.

Ventajas InconvenientesRenovable Impacto ambiental, visual y es-

tructuralNo contaminante Impacto sobre fauna y floraSilenciosa Potencia limitadaApta para emplazamientos “pro-blematicos”

Alto coste

Mantenimiento complicadoEscasa madurez

Cuestion 2.3: Problemas en la Energıa Undimotriz

Vamos a fijarnos en el caso particular de la energıa undimotriz. Suponque trabajas en una ingenierıa que te pide describir todos los problemasque pueden derivarse de la instalacion y mantenimiento de este tipo desistema. Haz una lista lo mas larga posible de esos posibles problemas.

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3. Energıa Geotermica

La energıa geotermica es una de las fuentes de energıa renovable menosconocidas: se encuentra almacenada bajo la superficie terrestre en forma decalor y ligada a volcanes, aguas termales, fumarolas y geiseres.

A diferencia del resto de EERR cuyo origen es la radiacion solar, ya seade forma directa como la solar termica y fotovoltaica o de forma indirectacomo la eolica, hidroelectrica y biomasa, la energıa geotermica provienedel calor interior de la Tierra; un calor que se alimenta, por un lado ladesintegracion de isotopos radiactivos; y, por otro, de movimientos diferen-ciales entre las distintas capas que constituyen la Tierra y del calor latentede la cristalizacion del nucleo externo.

Considerando toda la superficie de la Tierra, la potencia geotermica totalque nos llega desde el interior es de 4,2x1012J . Se trata de una cantidadinmensa de energıa, pero solo una fraccion de ella puede ser utilizada por lahumanidad. La energıa geotermica es, en su mas amplio sentido, la energıacalorıfica que la Tierra transmite desde sus capas internas hacia la parte masexterna de la corteza terrestre.

De este modo, se denomina recurso geotermico a la porcion del calorque, desprendido desde el interior de la tierra, puede ser aprovechado por elhombre en condiciones tecnicas y economicas. Se clasifican en funcion de latemperatura del fluido geotermal que determinaran sus usos y aplicaciones.Por tanto, el objetivo de la geotermia es el aprovechamiento de esa energıacalorıfica del interior de la tierra.

3.1. Geotermia: un poco de historia

Aunque sintamos la tentacion de asociar la energıa geotermica a nues-tra sociedad actual, lo cierto es que esta ha sido usada desde hace muchotiempo. Tomemos el ejemplo de Bath, ciudad situada al sur de Inglaterra ycuyo nombre se deriva precisamente por lo banos termales construidos por losantiguos romanos. No es hasta el siglo XX cuando el gran potencial de estaenergıa comienza a promover su explotacion: la primera generacion electricamediante geotermia se realizo en 1904, y en 1911 se contruyo la primera cen-tral de generacion en Larderello, al norte de Italia, cerca de Pisa y Florencia.Desde entonces, el aumento de instalaciones geotermicas ha sido constante,

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Figura 26: Ejemplo de central geotermica en Islandia. Fuente: Gretar Ivarsson – Editedby Fir0002 - Gretar Ivarsson, geologist at Nesjavellir. The Nesjavellir Geothermal PowerPlant in Pingvellir, Iceland. Licencia: Public Domain https://es.wikipedia.org/wiki/

Energ%C3%ADa_geot%C3%A9rmica#/media/File:NesjavellirPowerPlant_edit2.jpg.

con un crecimiento mucho mas marcado desde el ano 2000.

Los recursos geotermicos de alta temperatura se aprovechan principal-mente para la produccion de electricidad ( temperaturas superiores a los100− 150circC). Cuando la temperatura del yacimiento no es suficiente paraproducir energıa electrica, entonces sus principales aplicaciones son termicasen los sectores industrial, servicios y residencial. En el caso de temperaturaspor debajo de los 100circC puede hacerse un aprovechamiento directo o atraves de bomba de calor geotermica (calefaccion y refrigeracion). Cuando setrata de recursos de temperaturas muy bajas (por debajo de los 25circC) lasposibilidades de uso estan en la climatizacion y obtencion de agua caliente16.

16Fuente: IDAE

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3.2. Tipos de centrales geotermicas

Cuando hablamos de generacion electrica por medio de esta fuente deenergıa renovable, existen fundamentalmente 3 tipos de centrales: de vaporseco (dry steam), tipo flash y de ciclo binario (Figura 29).

En la primera de ellas, probablemente la menos comun, el vapor necesariopara accionar una turbina emerge de manera espontanea del pozo de explo-tacion, necesitandose emplazamientos con gradientes de temperatura muyelevados.

Figura 27: Tipologıas de centrales geotermicas. Fuente: http://energyalmanac.ca.gov/renewables/geothermal/types.html

En las centrales de tipo flash, agua caliente a alta presion surge del po-zo de produccion. Este agua se vaporiza cuando su presion se reduce y segenera un chorro de vapor que servira para accionar una turbina. Este tipode central es probablemente la mas comun dentro de las centrales de tipo

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geotermico.

Por ultimo, las centrales de ciclo binario extraen agua caliente y utilizanun paso intermedio, con un intercambiador que contiene un lıquido con unpunto de ebullicion inferior al del agua (p.ej. butano), generando ası vapor atemperaturas inferiores y accionado la turbina.

3.3. Energıa geotermica en el entorno residencial

La energıa geotermica se puede emplear tambien en viviendas y edi-ficios para la generacion del agua caliente sanitaria (A.C.S.) y para la ca-lefaccion. El principio de funcionamiento en este caso es el mismo que en elcaso de las plantas generadoras, pero trabajando a menores profundidadesy temperaturas. Para poder establecer una comparacion desde el punto devista de la rentabilidad de la instalacion de este tipo de sistemas, se estimaque el coste de una instalacion de calefaccion geotermica para una viviendade unos 200 metros cuadrados puede estar en el entorno de los 50000 e. Aun-que puede parecer un precio elevado, una comparacion con una instalacionde Gas Natural puede arrojar un periodo de amortizacion en el entorno delos 14 a los 22 anos, aproximadamente.

3.4. Energıa geotermica: emplazamientos

Hay que tener muy en cuenta que, al igual que ocurre con otros recursosenergeticos renovables (energıa solar, eolica, etc.), el “recurso geotermico” nose encuentra en cualquier lugar, sino que existen emplazamientos adecuadospara las instalaciones de alta, media y baja temperatura. En Espana estosemplazamientos se encuentran principalmente en Andalucıa y en las IslasCanarias.

Aunque para detectar de manera segura un emplazamiento geotermicoidoneo es necesario excavar un pozo y medir la temperatura asociada, otrotipo de estudios pueden ser necesarios de antemano, como por ejemplo:

Imagenes de satelites y/o aereas

Estudios de volcanes

Mapeado geologico y estructural

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Figura 28: Emplazamientos geotermicos en Europa y Espana. Fuente: EGEC (EuropeanGeothermal Energy Council)

Estudios geo-quımicos y geo-fısicos

Una indicacion de la existencia de emplezamientos geotermicos puedenser dados por la presencia de volcanes, geiseres, fumarolas o aguas termales.

3.5. Energıa Geotermica: Impacto Ambiental

¿Existe impacto ambiental en las centrales de energıa geotermi-ca? La respuesta es sı. La emision de CO2 o de gases de efecto invernaderoes limitada e inferior a la generacion de energıa electrica mediante combus-tibles fosiles. Sin embargo, estos gases pueden contener pequenas cantidadesde radon, que aparece como producto derivado del decaimiento del uranio,uno de los principales isotopos responsables de gran parte del calor acumula-do bajo la superficie de la Tierra. El radon es la segunda causa principal decancer de pulmon. No obstante, este problema es limitado, ya que en muchasinstalaciones geotermicas existen procesos de reciclaje y los gases no llegana ser emitidos.

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4. Biomasa

Por Bionergıa, en su acepcion de energıa renovable, se entiende a todaaquella energıa proveniente de materiales derivados de fuentes biologicas.Por biomasa se entiende toda aquella materia organica que ha sido capazde acumular luz solar en forma de energıa quımica (tras su transformacionasociada).

Dentro del concepto de Biomasa hay que diferenciar los diferentes usosque se pueden presentar, al igual que ocurrira con la Energıa Solar Termica.Para empezar deberıamos comenzar por mencionar la biomasa tradicional,esto es, la biomasa empleada para calefaccion, cocina o usos similares tıpica-mente en paıses poco desarrollados.

Figura 29: Ejemplo de esquema de una caldera de biomasa domestica. Fuente: http:

//www.biorecam.es/tag/calderas-de-biomasa/.

En el ambito de la biomasa “moderna” podemos hablar de la instalacion

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de calderas de biomasa en hogares, o bien en edificios de oficinas, gimnasios,colegios, etc. El principio de funcionamiento sera el mismo, quemar residuosde origen forestal (por ejemplo convertidos a pellets17) para la generacion dela energıa necesaria para el suministro de agua caliente sanitaria y calefaccion.

Para tener una idea de los precios actuales de este tipo de tecnologıa,una caldera de 22 KW para una vivienda unifamiliar de unos 250m2 puedecostar unos 16.000e. El periodo de retorno estimado frente a una instalacionconvencional de gas puede rondar los 8 anos.

Evidentemente, para consumos mas elevados el periodo de retorno seramas corto. Por ejemplo para una instalacion central de 48 viviendas en San-tander, con 2 calderas de 450 KW, sustituyendo las existentes de gasoil, elperiodo de retorno puede establecerse en los 5 anos18.

En el caso de las plantas de biomasa (de origen forestal) el principioes el mismo que en el caso de las calderas (simplificando el funcionamiento),pero en este caso el objetivo suele ser el calentar agua al quemar el combus-tible para mover una turbina y generar electricidad. Si bien la biomasa sesuele considerar como una energıa renovable, existen voces crıticas debido aque estas centrales generan CO2 que es emitido a la atmosfera y, ademas,se necesita realizar tala de arboles para conseguir la materia prima para suposterior combustion. Es cierto que las empresas que se basan en la explo-tacion de estos recursos realizan reforestaciones para continuar con su laborde manera sostenible.

Al margen de las posibles emisiones de GHG (gases de efecto inverna-dero), uno de los principales problemas de la biomasa es la emision departıculas, que pueden ser potenciamente peligrosas para el ser humano,al igual que ocurre con las emisiones derivadas de los automoviles. Existenproyectos, como el asociado a la imagen que podeis ver a la derecha (Centro

17Los pellets son un producto totalmente natural, catalogado como biomasa solida (ela-borados a partir de serrın natural), formado por cilindros muy pequenos, de unos pocosmilımetros de diametro. Pueden ser empleados para calefaccion y agua caliente mediantecalderas especıficas. (Fuente: http://tiendabiomasa.com/pellet)

18Estos datos hay que tomarlos con cierta precaucion, ya que han sido facilitados poruna empresa especıfica y ademas la evolucion y actualizacion de los costes es muy rapida.

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de Desarrollo de Energıas Renovables (Ceder/Ciemat)) que trabajan en ladeteccion en tiempo real de estas partıculas, para tener una informacion masfiable sobre el impacto, en este caso ambiental, de esta fuente de energıa19.

Importante 4.1: Plantas de Bioamasa

La mayor central de biomasa del mundo esta en Drax (North Yorkshire,UK), donde se emplean 6 millones de toneladas de pellets al ano comocombustible para los 3 generadores de 600MW allı instaladosa. Curiosa-mente el origen de los pellets es fundamentalmente USA y Canadab.

ahttps://en.wikipedia.org/wiki/Drax_power_stationbhttp://bit.ly/1qZxm3j

Cuestion 4.1: Biomasa ¿sostenible?

Lee el artıculo del siguiente enlacea. Indica tu opinion con respecto a labiomasa, anadiendo cualquier otra fuente que consideres oportuna.

ahttp://bit.ly/1qZxm3j

Cuestion 4.2: Brainstorming tecnologico

En este apartado hemos visto varios ejemplos de EERR, al margen delas mas conocidas como la solar fotovoltaica, solar termica o eolica, queseran tratadas en mas detalle en los siguientes capıtulos. Partiendo de losejemplos vistos y de vuestros conocimientos sobre otras EERR, una acti-vidad muy interesante puede ser el tratar de “idear” nuevas tecnologıasrenovables. En el fichero KEY asociado a estos apuntes se presentan unpar de ejemplos interesantes.

19http://bit.ly/2revnvr

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5. Conclusiones

Aunque el foco en este curso se pondra principalmente en la energıa so-lar fotovoltaica, y en menor medida en la energıa eolica, se ha consideradoconveniente presentar los conceptos basicos asociados a otras EERR como laenergıa hidraulica, las energıas derivadas del mar, la geotermia y la biomasa.De este modo, el conocimiento global sobre EERR contenido en este cursose hace mas global y completo.

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Indice de figuras

1. Ejemlo de planta hidroelectrica en el curso de un rıo en To-ba Montrose. Fuente: Alterrapower. Licencia CC BY-SA 3.0.https://en.wikipedia.org/wiki/File:Toba_Montrose_Run_

of_River_Hydro_Power_Plant_Intake.jpg . . . . . . . . . . 52. Detalle de la capacidad instalada y la generacion en 2015 me-

diante energıa hidraulica (hydropower). Fuente: Informe REN21(2016). Fuente:http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2016/06/GSR_2016_Full_Report.pdf . . . . . . . . . . . . . 5

3. Capacidad hidroelectrica instalada a finales de 2014 y 2015,comparada con el resto de fuentes de EERR. Fuente: InformeREN21 (2016). Fuente:http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2016/06/GSR_2016_Full_Report.pdf . . . . . . . . 6

4. Ejemplo de central hidroelectrica por modificacion del caucede un rıo. Fuente: http://www.goodenergy.cl/hidroelectricas.html 8

5. Esquema de una central hidroelectrica de bombeo (AguayoII). Fuente: Fuente: EON Espana: Proyecto de ampliacion dela central electrica Aguayo II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

6. Ejemplso de turbinas empleadas en centrales hidroelectricas.Fuente: (Imagen izquierda: Audrius Meskauskas - Own work/ The rotor of the water turbine. Taken in the plant thatmanufactures the water turbines, Zurich); (Imagen derecha: c©http://tamarhydro.com.au/products/pelton-hydro-turbines/) . 10

7. Ilustracion de olas en Pacıfica (California). Fuente: BrockenInaglory. Licencia: CC BY-SA 4.0. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Waves_in_pacifica_1.jpg . . . . . . . . . . 12

8. Comparativa entre la energıa hidraulica convencional y las de-rivadas del mar (potencial y la capacidad instalada en la ac-tualidad) . Fuente: Renewable Energy: A First Course (RobertEhrlich) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

9. Esquema del funcionamiento de una central basada en la energıamareomotriz. Fuente: http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/energia_y_ciencia/2005/02/23/140205.php(Licenciaparausosdocentesyformativos.

) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

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10. Mapa con emplazamientos idoneos para el aprovechamiento dela energıa mareomotriz. Fuente: http://www.consumer.es/

web/es/medio_ambiente/energia_y_ciencia/2005/02/23/140205.

php(Licenciaparausosdocentesyformativos.) . . . . . . . 1611. Imagen de la central electrica mareomotriz en el estuario del

rıo Rance. Fuente:Dani 7C3. Licencia CC BY 2.5 https://es.

wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_mareomotriz#/media/File:

Rance_tidal_power_plant.JPG . . . . . . . . . . . . . . . . . 1712. Imagen de la instalacion de una turbina Lanstrom. Fuente:

Imagen extraıda del vıdeo Andritz Hydro Hammerfest de ham-merfeststrom. Licencia YouTube estandar https://youtu.be/cHExRbCdTck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

13. Imagen de una turbina Seagen . Fuente: Marine Current Turbi-nes Limited http://www.marineturbines.com/News/2012/

09/05/world-leading-tidal-energy-system-achieves-5gwh-milestone 1914. Funcionamiento del sistema Vivace. Fuente: (Imagen superior:

http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/energia_

y_ciencia/2005/02/23/140205.php(Licenciaparausosdocentesyformativos.

)); (Imagen inferior: Captura extraıda del vıdeo de UMVIVA-CE “Marine Renewable Energy (Vivace) Vıdeo I”; LicenciaYouTube estandar. https://youtu.be/IcR8HszacOE . . . . . 20

15. Densidad de potencia media (kW/m) (anual) asociada a lasolas (las flechas indican la direccion prevalente media anual) .Fuente: Gunn y Stock-Williams (2012) “Quantifying the glo-bal power wave resource”. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960148112001310 . . . . . . . . . . 22

16. Tipos de dispositivos basados en la energıa undimotriz: a) Wa-ve activated bodies, b) Overtopping devices y c) Oscillatingwater columns. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

17. Ejemplo de boya undimotriz experimental instalada en Santona. 2418. Ejemplos de boyas undimotrices de referencia movil: a) recrea-

cion artıstica de un campo de Pelamis (Fuente: Jumanji Solar(Flickr) https://www.flickr.com/photos/jumanjisolar/4377449313,b) Sistema Pelamis durante pruebas de campo en el EMEC(European Marine Energy Test Centre) (Fuente: https://

commons.wikimedia.org/wiki/File:Pelamis_at_EMEC.jpg (Li-cencia: dominio publico)). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

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19. Ejemplo de overtopping device: a) Esquema de funcionamiento(parte superior); b) Imagen del Wave Dragon (ejemplo de over-topping device). Fuente: Erik Friis-Madsen / Licencia: Crea-tive Commons Attribution 3.0 Unported (ambas imagenes). . . 26

20. Esquema de funcionamiento de una columna de agua oscilante.Fuente: http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/energia_y_ciencia/2005/02/23/140205.php(Licenciaparausosdocentesyformativos.

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