Las energías renovables más importantes (y sus inconvenientes)

El mundo tiene el objetivo de descarbonizarse, pero también desea seguir aumentando el nivel de vida, sobre todo en los lugares en vías de desarrollo. Esto supone un desafío: el uso de diferentes fuentes ambientales de energía para generar electricidad.

Según la Agencia Internacional de las Energías Renovables (IRENA), en los últimos años ha habido un aumento importante en las infraestructuras de energía solar y eólica: la energía eólica ha pasado de generar 180000MW en 2010 a 622000en 2019, y la energía solar ha pasado de 41000a 541000MW.

Aunque se trata de fuentes limpias e inagotables, tienen algunos inconvenientes que debemos superar.

Los problemas de la generación de energía solar

Un problema fundamental de la energía solar es que la eficacia de conversión de las células fotovoltaicas es baja. Las instalaciones fotovoltaicas convencionales operan entre un nivel del 7% (células de bajo coste con película de polímeros) y el 18% (conjuntos cristalinos/polímeros). Sin embargo, hay perspectivas de mejora. Algunas entidades de investigación, como el Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL), de EE.UU., han logrado aumentar la eficiencia máxima de las células en el laboratorio más del 40%.

Otro obstáculo importante es la elección del emplazamiento ideal de las instalaciones solares. El tamaño varía enormemente: pueden ser paneles pequeños montados en carteles de señales de tráfico, instalaciones domésticas o comerciales en tejados o parques solares gigantescos. Los parques más grandes —el de Bhadla, en la India, o el del desierto de Tengger, en China— pueden generar hasta 1,5GW, equiparable a lo que producen algunas centrales nucleares. Sin embargo, ocupan un área de unos 40kilómetros cuadrados, así que es evidente que estas instalaciones deben diseñarse en lugares con una baja densidad de población.

La instalación de generadores solares en tierra y su conexión a la red es un proceso relativamente barato si lo comparamos con el coste de los generadores eólicos marítimos. Incluso en las condiciones desérticas más severas, un conector sencillo, como el SOLARLOK de TE Connectivity, puede aguantar las tensiones físicas. Los conectores cuentan con la clasificación IP68 y triplican las características necesarias de los ensayos de envejecimiento IEC, así que la conectividad está garantizada a largo plazo.




Las limitaciones de la generación eólica

Las turbinas eólicas también sufren limitaciones en su eficiencia. La turbina extrae energía cinética del viento, pero este ralentiza el flujo de aire entre las palas. Para obtener una eficiencia del 100%, sería necesario que el viento parase por completo, lo que, a su vez, anularía la entrada de aire y detendría el movimiento de la turbina. Ya en 1919, el científico alemán Albert Betz calculó que la eficiencia máxima teórica de una turbina eólica es del 59,3%. En realidad, las grandes turbinas para servicios públicos pueden llegar al 80% de este límite de Betz, por lo que la eficacia cinética total está entre el 35 y el 45%.

A primera vista, parece que cuanto mayor sea la velocidad del viento, mayor será la cantidad de energía cinética que la turbina podrá convertir en electricidad. En la práctica, sin embargo, una velocidad demasiado alta puede dañar las palas, por lo que se emplean técnicas de frenado para fijar velocidades máximas o de corte. Algunas de estas técnicas son el frenado aerodinámico —que consiste en girar las palas de modo que no estén en la dirección del viento, a fin de reducir la fuerza en el rotor— y el frenado mecánico o eléctrico.

Cuando se producen ráfagas de viento muy fuertes o tormentas capaces de superar los sistemas de frenado, la turbina se puede sobrecalentar y averiar. Las palas y la torre también pueden quedar dañadas y precisar reparaciones o una sustitución.

Las turbinas eólicas también tienen una velocidad mínima de entrada. Por lo general, el viento debe ir, al menos, a 3-4 m/s (unas 7 mph) para que las palas empiecen a girar y se genere electricidad. Si no hay un nivel de viento suficiente, no hay electricidad.

¿Es más estable la energía hidráulica?

Por otro lado, el agua puede hacer que una turbina gire cuando el caudal tiene una velocidad de tan solo 1 m/s, así que es una opción muy prometedora para la obtención de energía natural. De hecho, la energía hidráulica es la energía renovable de mayor producción en todo el mundo; según la IRENA, supone el 63 % de la energía total, casi 2,4 veces la capacidad de las plantas solares y eólicas (tanto terrestres como marítimas) juntas. Sin embargo, los grandes proyectos hidroeléctricos que requieren la construcción de presas son caros, lentos, están limitados por factores geográficos y es probable que se enfrenten a protestas medioambientales o territoriales.

La energía mareomotriz y undimotriz podría ser una alternativa. Las mareas siguen un proceso continuo según la órbita de la Luna alrededor de la Tierra, así que se trata de una energía con una productividad predecible y uniforme, que son unas ventajas muy importantes. Según el Foro Económico Mundial (FEM), un proyecto mareomotriz desarrollado en la costa norte de Escocia generó suficiente energía en 2019 como para abastecer a 4000 hogares. La Comisión Europea afirma que la energía mareomotriz y undimotriz podría suplir el 10 % de las necesidades energéticas de la UE para 2050.

Sin embargo, la generación a escala comercial entraña algunos riesgos. La instalación y conexión de generadores es cara, ya que estos tienen que fijarse en el fondo del mar y conectarse a la red mediante cables blindados. Además, se dispone de muy poca información sobre el impacto del ruido de los generadores y de los cambios en el flujo de las mareas sobre el entorno marítimo, por no hablar de los factores políticos implicados en el uso compartido de los océanos. A pesar de estos obstáculos potenciales, Zion Market Research pronostica un crecimiento muy pronunciado en el mercado de los equipos para la generación de energía mareomotriz, que debería llegar a casi 3000millones de dólares en 2024.

Resumen

En los últimos años, los métodos para obtener energía undimotriz, solar y eólica han experimentado una mejora importante. Gracias a la innovación de los diseños, la eficacia energética, la fiabilidad y la accesibilidad desde un punto de vista económico siguen aumentando. Sin embargo, esto no significa que no queden trabas en el camino: las tecnologías disponibles para la captura de estas energías deben seguir avanzando si queremos que las renovables se encarguen de suplir nuestra demanda energética en el futuro.

En el siguiente artículo, hablaremos de cómo gestionar la energía renovable —por ejemplo, con equipos como los sistemas de almacenamiento de energía— para que la naturaleza imprevisible de la energía solar y eólica no suponga un problema.

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