Opinion · Un poco de ciencia, por favor

Situación actual y expectativas de las energías renovables

Ignacio Mártil
Catedrático de Electrónica de la Universidad Complutense de Madrid y miembro de la Real Sociedad Española de Física

En dos artículos previos he repasado el escenario de agotamiento de los combustibles fósiles y las posibilidades y limitaciones de las energías renovables como fuentes sustitutivas de los primeros. En este nuevo artículo, hago un repaso a la situación actual y a las perspectivas a medio plazo de las principales tecnologías renovables.

1. Situación actual de las principales tecnologías renovables

     i) Hidroeléctrica
Las grandes presas hidráulicas fueron las primeras en utilizar el movimiento del agua para generar electricidad. Las centrales hidroeléctricas utilizan una tecnología muy madura y desarrollada desde los comienzos del siglo XX. Una central hidroeléctrica embalsa agua en una presa construida en el cauce de un río, creando una reserva de energía que puede ser liberada haciendo caer el agua almacenada sobre los álabes de grandes turbinas para moverlos y generar energía eléctrica.

Las centrales hidroeléctricas representan la mayor fuente de electricidad de origen renovable; en el mundo había instalada al final de 2015 una capacidad de 1.064 GW [1]. En la actualidad, cerca del 17% de la electricidad producida en el mundo es de origen hidroeléctrico.

     ii) Solar térmica y solar fotovoltaica
Los colectores térmicos para retener el calor proveniente del sol y obtener agua caliente son un procedimiento simple, económico y algo familiar en todo el mundo.

La energía solar termoeléctrica, que concentra la radiación solar con espejos en un foco que calienta agua y genera vapor para accionar una turbina y así producir energía eléctrica se está empezando a desarrollar para su utilización a gran escala en zonas desérticas, aunque hoy por hoy su tecnología es muy costosa y su despliegue es todavía poco significativo, ya que en todo el mundo apenas llega a 4,8 GW. España tiene empresas que son líderes mundiales en esta tecnología.

Con diferencia, la tecnología solar cuyo uso está más generalizado es la fotovoltaica. Al final de 2015 había instalados un total de 227 GW en todo el mundo. El uso de células solares para producir electricidad mediante el efecto fotovoltaico se está extendiendo ampliamente en todo el mundo y los precios están cayendo rápidamente a medida que la eficiencia de las células mejora y el número de instalaciones crece, generándose economías de escala que reducen sustancialmente los precios.

El interés y el atractivo de la energía solar fotovoltaica es que su funcionamiento es silencioso, sencillo y sin partes móviles; además, la instalación es relativamente simple. Aunque los materiales que utilizan las células solares son caros y costosos inicialmente (silicio, CdTe, CuGaInSe2) esta situación está cambiando rápidamente conforme aumenta la cantidad de potencia instalada en el mundo. De hecho, la energía solar fotovoltaica presenta una evolución de los costes unitarios por capacidad instalada (lo que se conoce como “curva de aprendizaje”) de las más competitivas de cualquier tecnología de producción de energía eléctrica. Se muestra en la figura:1

Curva de aprendizaje de la energía solar fotovoltaica. El eje vertical muestra el precio del vatio solar, expresado en €2014/W; el eje horizontal detalla la potencia instalada acumulada en el mundo, expresada en GW. Ambas escalas son logarítmicas.

Parece probable que la tendencia marcada por la curva continúe, ya que la apuesta por esta fuente de energía es firme en gran número de países, lo que elevará sustancialmente la potencia instalada, reduciendo nuevamente los precios.

     iii) Eólica
La energía eólica es básicamente una forma indirecta de energía solar, ya que el viento se origina por el calentamiento del aire, de la tierra y del mar provocado por la radiación solar, fenómeno que se hace especialmente relevante en lugares montañosos. La energía eléctrica que se puede obtener de un molino eólico es proporcional al cubo de la velocidad del aire y al cuadrado del radio de las aspas, lo que se conoce como ley de Benz. Por lo tanto, cuanto más viento sople y cuanto más grande sea el rotor, más energía se obtiene.

Hoy día, la energía eólica es la segunda fuente de obtención de energía de fuentes renovables, detrás de la hidráulica. A finales de 2015 había instalada en todo el mundo una potencia de 433 GW, cerca del doble que de energía solar fotovoltaica. Los costes de la energía eólica han seguido una tendencia similar a los de la fotovoltaica, tal y como se muestra en la curva de aprendizaje para esta tecnología en la siguiente figura:2

Curva de aprendizaje de la energía eólica. Eje vertical, coste de la energía eléctrica de origen eólico, expresado en €2012/MWh. Eje horizontal, potencia instalada acumulada en el mundo, expresada en MW. Ambas escalas son logarítmicas

La energía eléctrica de origen eólico reduce sus precios conforme aumenta el tamaño de los aerogeneradores (altura de la torre donde se instalan y diámetro del rotor). Hay varias empresas en el mundo que están desarrollando generadores de potencias comprendidas entre 7 y 10 MW. Un ejemplo de los últimos logros alcanzados en este terreno se debe a Siemens, que está instalando en parques eólicos marítimos (off-shore) generadores de 7 MW, con unas dimensiones impresionantes. La figura lo muestra:

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Dimensiones del aerogenerador Siemens SWT-7.0-154, de 7 MW de potencia nominal. A efectos comparativos, se muestra superpuesta la sección frontal del Airbus 380, el avión comercial de pasajeros más grande del mundo en la actualidad.

A continuación muestro el grado de participación durante el año pasado 2015, de todas las tecnologías de producción de energía eléctrica, tanto renovables como de aquellas basadas en combustibles fósiles y uranio. En el caso de las renovables, se distingue la aportación de cada una de las principales tecnologías. Las renovables fueron responsables de cerca del 24% del total, siendo la hidráulica la contribución más significativa (16,6% sobre el total; 73% de las renovables). La participación de las nuevas tecnologías (eólica y solar) es todavía muy escasa, lo que da idea del enorme potencial de crecimiento que tienen por delante:

4Participación estimada de las energías renovables en la producción mundial de electricidad durante el año 2015. Fuente: Renewables 2016 Global Status Report

Los anteriores son las principales tecnologías de obtención de energía para suministrar electricidad, calor y en menor medida, combustibles para ciertos vehículos, como es el caso del vehículo eléctrico. Un futuro energético sostenible también requerirá dedicar especial atención a cómo se utiliza la energía, para evitar desperdiciarla. Todo lo que se haga por mejorar el uso eficiente de la energía es poco y las energías renovables ofrecen un amplio abanico de opciones respetuosas con el medio ambiente y con muy bajas o nulas huellas de carbono. No analizaré este aspecto aquí, pues haría el artículo excesivamente largo.

2. Expectativas futuras de las energías renovables
Uno de los motivos que impiden los cambios bruscos o rápidos en la composición del mix energético de cualquier país son las cuantiosas inversiones necesarias para poner en marcha las infraestructuras energéticas, que implican largos períodos de amortización, en muchas ocasiones de hasta 50 años. Cerca del 50% de la capacidad eléctrica instalada en el mundo tiene menos de 20 años de vida; en el caso de España, las centrales de ciclo combinado alimentadas por gas natural son en su práctica totalidad posteriores a 1997 y representan el 25% del total de la potencia instalada. Suponiendo un período de amortización de unos 50 años, a esas instalaciones les quedan al menos 30 años de vida útil.

Las fuentes de energía renovables modernas (solar y eólica principalmente), que serían las que deberían suplir a los combustibles fósiles, representan hoy en día el 5% de la energía eléctrica producida en el planeta, por lo que el objetivo de que reemplacen a los combustibles fósiles durante el presente siglo se presenta como difícil y en absoluto inmediato. No obstante, hay motivos para la esperanza. El plan actual de la UE conocido como Horizonte 2020 plantea alcanzar el 20% del total de energía obtenida mediante fuentes renovables para el año 2020, lo que parece probable que pueda llevarse a efecto.

Más allá de esa fecha, la hoja de ruta de la UE para 2050 incluye una propuesta para un objetivo de entre el 55% en el escenario más moderado y 75% en el más decidido. En este caso, el 97% de la electricidad sería de origen renovable. En otros lugares del planeta hay expectativas similares, como es el caso de China, que tiene previsto llegar al 15% de su energía de origen renovable en 2020.

Cómo llegar a escala mundial al 100% de toda la energía proveniente de fuentes renovables para el año 2050 puede ser demasiado utópico, pero en algunas partes del mundo se podría llegar a ese objetivo. Como indica Greenpece en su informe “Energy [r]evolution 2015”: “No hay grandes obstáculos técnicos o económicos para avanzar hacia un 100% de energías renovables en el año 2050”.

Mientras tanto, durante la primera mitad del presente siglo, los combustibles fósiles seguirán dominando el suministro energético de forma mayoritaria, aunque su importancia se irá reduciendo progresivamente debido al desarrollo de las tecnologías renovables descrito en este artículo. Este cambio debe ser saludado con esperanza e ilusión, ya que lleva aparejados uno beneficios colaterales fundamentales, en términos de limitación de emisiones de gases de efecto invernadero principalmente.

Por lo que respecta a nuestro país, es una prioridad nacional evolucionar hacia un modelo energético que nos proporcione seguridad e independencia en el suministro para modificar nuestra enorme dependencia exterior, que se sitúa alrededor del 70-80% del total de energía primaria consumida. Las tecnologías renovables se presentan como una esperanza fundada para contribuir a la solución, al menos parcial, de este grave problema.
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[1] 1 GW = 1.000.000.000 W