Bombillas LED, una nueva forma de iluminarnos

  1. Eficiencia energética de las bombillas LED

La cantidad de luz que emite un sistema de iluminación se mide con una magnitud denominada lúmen (lm). A más lúmenes, más luz. Para conocer la eficiencia con la que una bombilla emite luz, es preciso conocer la potencia eléctrica que necesita para emitirla. Puesto que la potencia eléctrica se mide en vatios (W), la medida de la eficiencia se expresa en lm/W.

Los tres tipos de bombillas de que disponemos en la actualidad poseen eficiencias luminosas muy diferentes: las bombillas incandescentes emiten 15-20 lm/W, lo que representa una eficiencia energética muy baja (4-5%). Las fluorescentes compactas emiten 80-90 lm/W, que traducido a eficiencia representa un 20-23%. Finalmente, las bombillas LED comerciales hoy en día suministran 100-120 lm/W, es decir, su eficiencia es de 25-30%. Por consiguiente, desde el punto de vista energético, las bombillas LED son más eficientes que las otras dos, en especial que las de filamento.

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El auge de las energías renovables

En el siglo XXI, las energías renovables han adquirido un protagonismo sin precedentes respecto de cualquier otra fuente de energía, pasando en poco más de veinte años de ser una curiosidad científica a formar parte de la solución del problema energético. Esto ha sido especialmente relevante para dos tecnologías: la eólica y la solar fotovoltaica. Repaso algunos detalles de ambas en este artículo.

  1. Energía Eólica

Entre las diferentes fuentes de generación de energía renovable, el viento fue el primero en alcanzar una penetración a gran escala en la industria energética. La potencia eólica instalada acumulada en el mundo se muestra en la figura, que detalla la evolución de esta tecnología durante los años transcurridos desde comienzo de siglo. Al final de 2015 había instalados 430 GW. Como la solar, su principal inconveniente reside en su carácter intermitente, lo que la hace poco previsible. Desarrollar sistemas de almacenamiento adecuados y de gran escala es imprescindible para aumentar el valor de la electricidad generada por el viento. No obstante, hoy en día la generación de energía eólica ya ha demostrado su papel probado en el mix energético de gran número de países, incluyendo a España, y su competitividad futura en relación con los combustibles fósiles sólo mejorará en años sucesivos.

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Energía solar fotovoltaica, ¿la solución al problema energético?

  1.  Desarrollo tecnológico y eficiencia energética de la energía solar fotovoltaica

El desarrollo tecnológico alcanzado por la energía solar fotovoltaica en los últimos 10-15 años es, sencillamente, impresionante. La eficiencia de las células solares se incrementa un mes tras otro, de manera que en algo más de una década hemos pasado de paneles con un 12% de eficiencia de conversión de la energía solar en eléctrica a paneles con un 22%. No hay ninguna otra tecnología de generación de energía que haya mejorado sus niveles de eficiencia a este ritmo en las últimas dos décadas. Las centrales basadas en combustibles fósiles tienen un rendimiento de un 30%-40%, cifra no muy alejada de la fotovoltaica.

Además, en los últimos años se ha conseguido una drástica reducción de un factor que ha frenado el desarrollo de la fotovoltaica durante mucho tiempo: el tiempo necesario para que un panel solar produzca tanta energía como la que se utilizó en su construcción e instalación (Tiempo de Amortización Energética o Energy Pay Back Time en inglés, en lo que sigue EPBT). Los datos demuestran que la EPBT ha pasado de casi ¡cincuenta años! en 1970 y más de tres en 1990, a poco más de siete meses en la actualidad. Hoy día, el EPBT en la mitad meridional de España está comprendido entre 6 meses y 1,4 años.

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Limitaciones de las energías renovables

Los principales factores que limitan el uso generalizado de las fuentes de energía renovable son tres. Los resumo a continuación:

  • Variabilidad de los recursos renovables:

Por su propia naturaleza, las fuentes renovables son variables. Esta es la principal razón que se invoca en contra de su utilización masiva. Las redes actuales de distribución de energía eléctrica que utilizan fuentes renovables compensan esa variabilidad con plantas alimentadas por combustibles fósiles o uranio para asegurar el suministro.

Mientras la contribución renovable se mantenga en el entorno 20-30% del total, los sobrecostes del sistema para compensar la variabilidad son asequibles en general, sobre todo si se contabilizan como beneficios los abaratamientos por las emisiones de CO2 evitadas y también las importaciones de combustible ahorradas. Sin embargo, si las energías renovables suministran una mayor proporción de la energía a la red eléctrica, son necesarias otras medidas que aseguren el suministro para cuando no sople el viento y en los días nublados.

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El potencial de las energías renovables

Cada vez cobra más fuerza la opinión que propugna la sustitución de los combustibles fósiles por fuentes de energía renovables. Las energías renovables se utilizaron históricamente para proporcionar energía durante la fase inicial de la revolución industrial (la madera que alimentó las primeras calderas). ¿Por qué queremos volver a utilizarlas ahora? Existen varias razones esenciales para propiciar su uso masivo:

  • No es posible seguir utilizando los combustibles fósiles sin alterar de manera irreversible el clima. La combustión del carbón, gas y petróleo producen elevadas emisiones de CO2, principal responsable del conocido como efecto invernadero.
  • La sustitución de los combustibles fósiles por la fisión nuclear plantea infinidad de problemas: el coste, la seguridad y la disponibilidad a largo plazo del combustible. No es verosímil que la fisión nuclear vaya a representar una alternativa energética digna de mención.
  • Los combustibles fósiles no van a durar siempre. He analizado las perspectivas de agotamiento de los combustibles fósiles en un reciente artículo. Ese hecho obliga necesariamente a repensar como mantener nuestro modo de vida, tan dependiente de la energía, de una manera sostenible y respetuosa con el planeta en su conjunto. En este artículo analizaré las alternativas energéticas de las que disponemos en la actualidad, sus potencialidades y sus limitaciones.
  1. Potencialidad de los principales recursos renovables

Los flujos naturales de energía del planeta, impulsados principalmente por la energía proveniente del sol, así como el clima y el sistema hidrológico, dan lugar a las que conocemos como fuentes de energía renovables. Se reponen continuamente de manera natural y son intrínsecamente inagotables. Son la única opción a largo plazo para un suministro de energía continuado, seguro y sostenible. Además, algunos de ellos (la energía solar y la eólica) son sostenibles en el sentido de que no impactan significativamente en el medio ambiente de una forma que impediría su uso continuado en el tiempo. Este no es el caso de la energía hidráulica, como detallaré en los siguientes párrafos.

La magnitud de los principales recursos renovables se puede entender mejor con unos datos y una imagen:

La radiación solar que incide en la superficie de la tierra durante un año es equivalente a 85.000 TW. La gran mayoría se invierte en calentamiento del aire, la tierra y los océanos. Otra parte la convierte la naturaleza en biomasa mediante el lento proceso de la fotosíntesis; una parte de ese proceso lo aprovechamos en forma de alimentos. Así pues, gran parte de esa energía no puede aprovecharse directamente, pero cerca de 1.000 TW de radiación directa son accesibles para su aprovechamiento en forma de calor o de conversión en energía eléctrica.

El viento es una forma de energía solar transformada. Su potencial es enorme (370 TW), aunque su utilización práctica también se reduce sustancialmente a 40-70 TW.

El ciclo del agua debido a los ríos con caudales renovados mediante la lluvia proporciona 34.000 TW, pero sólo una muy pequeña fracción de entre 3-4 TW puede aprovecharse en embalses y presas hidráulicas.

Por comparación, como indiqué en otro artículo, el consumo de energía mundial total es en la actualidad 18 TW. La siguiente figura muestra en términos comparativos el potencial de los principales recursos. Hay otras fuentes de energía renovables (biomasa, geotermia, energía mareomotriz, etc.), pero, dado su menor potencial en comparación con los tres principales, no serán analizadas aquí.

Potencial de utilización de los recursos renovables al cabo de un año. El tamaño de cada círculo es aproximadamente proporcional al potencial de cada recurso. También se muestra a escala el consumo de energía del planeta en 2014.
Potencial de utilización de los recursos renovables al cabo de un año. El tamaño de cada círculo es aproximadamente proporcional al potencial de cada recurso. También se muestra a escala el consumo de energía del planeta en 2014.

El futuro será renovable, sin duda. El ritmo al que se haga el cambio de modelo energético dependerá de decisiones políticas y regulatorias que poco o nada tiene que ver con las características técnicas de estas fuentes de energía. En próximas entradas a este blog, ya después de las vacaciones, iré describiendo las limitaciones, la situación actual y las expectativas en un futuro más o menos inmediato de estas fuentes de energía.

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Propuestas para un Nuevo Modelo Energético

En la anterior entrada a este blog detallé las características y limitaciones de nuestro actual modelo energético. En esta, esbozo algunas actuaciones para cambiarlo.

El principal motor de cambio hacia un nuevo modelo deberá basarse en energías renovables, lo que permitirá reducir la dependencia exterior y limitar las importaciones de combustibles fósiles. En efecto, nuestra factura energética es del orden de 35.000 millones de euros/año, a pesar del desplome del precio de los hidrocarburos experimentado en el último año.

España alcanzó en el período 2000-2010 un liderazgo tecnológico e industrial indiscutible en las principales tecnologías renovables: eólica, solar fotovoltaica y solar termoeléctrica, lo que se debería haber aprovechado para propiciar el siempre anhelado cambio de modelo productivo de nuestra economía. Ese liderazgo se logró por una confluencia beneficiosa de esfuerzos en I+D en universidades, centros tecnológicos públicos y empresas privadas. Recuperar ese liderazgo tecnológico es una absoluta prioridad para una nueva política energética.

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El sistema eléctrico español: diversificado, sobredimensionado, aislado…

El sistema de producción de energía eléctrica de España tiene unas características que lo hacen especialmente inadecuado, tanto para satisfacer nuestras necesidades energéticas como por el coste que representa tanto para nuestro país como para los sufridos consumidores, ya que pagamos una de las energías eléctricas más caras de Europa. Las describo brevemente en este artículo:

  1. Diversificación

En la actualidad, España tiene una gran cantidad de potencia de producción de energía eléctrica instalada, 108.300 millones de vatios (MW) a finales de 2015, distribuidos entre las distintas fuentes de generación de acuerdo con la siguiente tabla:

Fuente: Informe REE 2015.
Fuente: Informe REE 2015.

 

En la segunda columna de la tabla se especifica la cantidad de potencia correspondiente a cada tipo de central eléctrica, atendiendo a la clase de combustible que utiliza para obtenerla; en la tercera columna se detalla el porcentaje de la potencia instalada que representa cada una de ellas; en la cuarta columna aparece el porcentaje de energía generado sobre el total por cada una de las tecnologías del mix y, finalmente, la quinta columna indica el coeficiente de disponibilidad de los tres únicos tipos de centrales sobre las que Red Eléctrica (REE) suministra datos. Dicho coeficiente indica la relación entre la producción real alcanzada y la que se habría podido obtener si las centrales hubieran funcionado a su potencia nominal durante todo el tiempo en el que estuvieron disponibles para el sistema.

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La moratoria renovable

La energía eléctrica obtenida mediante tecnologías que utilizan el viento (eólica) y el sol (fotovoltaica y termoeléctrica) reciben unas primas por volcar a la red la energía obtenida. Unos cálculos sencillos aunque laboriosos muestran que, con el precio del vatio solar o eólico en 2007-2008, cuando se produjo el boom de las energías renovables, la energía sólo podía entrar en el mix energético si se retribuían con dichas primas. Esto ha sido utilizado torticeramente para culpabilizarlas del déficit de tarifa del sistema eléctrico, entre otros sinfín de males. Como prueba de la campaña en su contra, la figura muestra la evolución de la capacidad instalada año a año para la eólica y la solar fotovoltaica desde 2007 hasta el año pasado. La figura no puede ser más elocuente:

Capacidad renovable instalada año a año en España. Izquierda, solar fotovoltaica; derecha: eólica.

Capacidad renovable instalada año a año en España. Izquierda, solar fotovoltaica; derecha: eólica.

 

En ese sentido, la moratoria renovable decretada por el Gobierno del PP de la legislatura pasada se basó en medias verdades y mentiras completas que no hacen más que introducir desconcierto y perplejidad entre la ciudadanía. Además, en ningún momento quienes argumentan contra las renovables se acuerdan de destacar los beneficios que se obtienen con ellas. Al margen de los esgrimidos habitualmente (medioambientales, independencia energética), hay otros que son de naturaleza esencialmente económica, en los que me detendré en los siguientes párrafos.

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Los costes regulados del sistema eléctrico

En la anterior entrada a este blog describí el funcionamiento del mercado mayorista de la energía, que determina el precio de la electricidad. En este analizaré el otro gran componente del recibo de la luz, los costes regulados del sistema, que representan el 55% del total. Involucran gran número de conceptos, algunos difíciles de entender. La figura muestra todas las partidas que los integran:

Reparto porcentual de los costes regulados del sistema eléctrico
Reparto porcentual de los costes regulados del sistema eléctrico

Transporte y Distribución. Se paga por este concepto el transporte de la energía desde el lugar de generación hasta el de consumo. De ese transporte se encarga una empresa semipública, Red Eléctrica Española (REE), operador técnico del sistema eléctrico.

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Funcionamiento del mercado mayorista de la energía

El coste de la electricidad tiene tres componentes esenciales: el coste de la electricidad negociada en el mercado mayorista, los costes indirectos –conocidos como costes regulados– y los impuestos (principalmente el IVA, 21%). En este artículo, explicaré brevemente las claves del mercado mayorista; en una próxima entrada, la composición de los costes regulados.

El precio de la electricidad se negocia a diario en el mercado mayorista, que gestiona el operador económico del sistema (Operador del Mercado Ibérico de Energía, OMIE). A él acuden los productores de energía y los grandes compradores: grandes empresas muy demandantes de energía (Arcelor, Renfe, industrias químicas), las compañías distribuidores de la energía y las compañías comercializadoras que después nos venderán la energía a los pequeños consumidores. Este proceso de oferta y demanda tiene lugar para cada hora de todos los días del año, es decir, se negocian precios para la energía eléctrica 8.760 veces al año. Efectuadas las ofertas de unos y otros, se realiza un proceso de casación entre ellas, mediante el que se fija la energía que venden los productores cada hora y a qué precio la adquieren los compradores.

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