EL UNIVERSO DE LAS ENERGIAS RENOVABLES

1. CAMBIO CLIMÁTICO: SITUACIÓN Y PERSPECTIVAS ............. 1
1.1 Introducción .............................................................................................. 1
1.2 Efecto invernadero .................................................................................... 1
1.3 Reducción de la capa de ozono ................................................................. 3
1.4 Desarrollo y deterioro medioambiental ..................................................... 3
1.5 Protocolos .................................................................................................. 4
1.6 Lucha contra el cambio climático ............................................................. 5
1.7 Dependencia por los combustibles convencionales .................................. 7
2. CAPTURA Y APROVECHAMIENTO DEL CO2 ............................... 9
2.1 Introducción .............................................................................................. 9
2.2 Captura, transporte y almacenamiento del CO2 (CAC) ........................... 10
2.3 Procedimientos de captura ...................................................................... 12
2.4 Condiciones del almacenamiento ............................................................ 14
2.5 Aprovechamiento industrial .................................................................... 14
3. ENERGÍAS RENOVABLES: PROCEDIMIENTOS ........................ 15
3.1 Introducción ............................................................................................ 15
3.2 Energía primaria ...................................................................................... 16
3.3 Procedimientos ........................................................................................ 17
3.3.1 Eólico ......................................................................................................... 18
3.3.2 Fotovoltaico ............................................................................................... 20
3.3.3 Sistema híbrido .......................................................................................... 22
3.3.4 Aspectos comunes entre fotovoltaica y eólica ............................................ 23
3.3.5 Térmico ...................................................................................................... 24
3.3.6 Hidráulico .................................................................................................. 29
3.3.7 Geotérmico ................................................................................................ 32
3.3.8 Chimeneas solares ..................................................................................... 33
3.3.9 Biocarburantes........................................................................................... 34
3.3.10 Biomasa ................................................................................................... 36
3.3.11 Pilas de combustible ................................................................................ 37
3.4 Tipos de instalaciones ............................................................................. 38
3.5 Almacenamiento de energía .................................................................... 39
3.5.1 Electricidad ................................................................................................ 39
3.5.2 ACS ............................................................................................................ 40
3.5.3 Depósitos de sales ...................................................................................... 40
3.6 El Código Técnico de la Edificación (CTE) ........................................... 40
3.6.1 Aportación ................................................................................................. 40
3.6.2 Rendimiento ............................................................................................... 40
3.6.3 Zonas climáticas ........................................................................................ 41
3.6.4 Aportación mínima .................................................................................... 41
3.6.5 Pérdidas en las instalaciones ..................................................................... 43
3.6.6 Cálculo de la demanda de ACS.................................................................. 43
4. REPERCUSIONES ECONÓMICAS Y
MEDIOAMBIENTALES ...................................................................... 45
4.1 Introducción ............................................................................................ 45
4.2 Producción eléctrica ................................................................................ 46
4.2.1 Primas a la generación de origen renovable ............................................. 47
4.2.2 Consumo y planes para reducirlo .............................................................. 48
4.3 Efectos sobre la economía ....................................................................... 50
4.3.1 Desarrollo tecnológico local ..................................................................... 50
4.3.2 Creación de empleo ................................................................................... 51
4.4 Efectos sobre el medio ambiente ............................................................. 52
4.5 Legislación .............................................................................................. 54
5. CONDICIONES FÍSICAS DE LA LUZ Y EL VIENTO ................... 59
5.1 Introducción ............................................................................................ 59
5.2 Condiciones para los procedimientos fotovoltaicos y térmicos .............. 60
5.2.1 Masa de aire .............................................................................................. 61
5.2.2 Irradiación ................................................................................................. 62
5.2.3 Horas pico de Sol ....................................................................................... 63
5.2.4 Mapas de irradiación ................................................................................. 63
5.3 Recepción solar sobre superficies inclinadas .......................................... 65
5.3.1 Variaciones estacionales de la irradiación ................................................ 66
5.3.2 Posición de los receptores solares ............................................................. 66
5.3.3 Sombras sobre los receptores .................................................................... 68
5.4 Fundamentos de la energía eólica ........................................................... 70
5.4.1 Tipos de vientos ......................................................................................... 70
5.4.2 Determinación de la dirección y velocidad del viento ............................... 72
5.4.3 Conceptos relacionados con el aprovechamiento eólico ........................... 75
5.5 La potencia del viento ............................................................................. 78
5.5.1 Energía cinética ......................................................................................... 78
5.5.2 Potencia motriz .......................................................................................... 78
5.5.3 Coeficiente de Betz ..................................................................................... 79
5.5.4 Coeficiente de potencia .............................................................................. 79
6. PROCEDIMIENTO FOTOVOLTAICO ............................................ 81
6.1 Introducción ............................................................................................ 81
6.2 Configuraciones ...................................................................................... 81
6.2.1 Aisladas ...................................................................................................... 81
6.2.2 Con conexión a red .................................................................................... 82
6.3 Módulos fotovoltaicos ............................................................................. 85
6.3.1 Antecedentes .............................................................................................. 85
6.3.2 Fundamentos .............................................................................................. 86
6.3.3 Los módulos fotovoltaicos y el efecto sombra ............................................ 87
6.3.4 Conexión de los módulos ........................................................................... 89
6.3.5 Tipos de células ......................................................................................... 90
6.3.6 Concentración de la luz ............................................................................. 92
6.4 Soportes para los módulos ....................................................................... 97
6.5 Acumuladores ......................................................................................... 98
6.5.1 Tipos de baterías ........................................................................................ 98
6.5.2 Características ........................................................................................... 99
6.6 Reguladores de carga ............................................................................ 100
6.6.1 Regulación en serie .................................................................................. 102
6.6.2 Regulación en paralelo ............................................................................ 102
6.6.3 Características eléctricas ........................................................................ 103
6.7 Inversores .............................................................................................. 104
6.7.1 Clases de inversores ................................................................................ 104
6.7.2 Tecnología ............................................................................................... 106
6.7.3 Características ......................................................................................... 107
6.8 Instalaciones industriales....................................................................... 108
7. PROCEDIMIENTO EÓLICO ........................................................... 109
7.1 Introducción .......................................................................................... 109
7.2 Evolución .............................................................................................. 110
7.3 Aerogeneradores de eje horizontal ........................................................ 112
7.3.1 Sistema de captación ............................................................................... 113
7.3.2 Transmisión mecánica ............................................................................. 115
7.3.3 Generación eléctrica ................................................................................ 116
7.3.4 Sistema de orientación ............................................................................. 120
7.3.5 Sistema de regulación de potencia ........................................................... 121
7.3.6 Sistema de refrigeración .......................................................................... 122
7.3.7 Sistema de sustentación ........................................................................... 122
7.4 Aerogeneradores de eje vertical ............................................................ 124
7.5 Instalaciones .......................................................................................... 126
7.5.1 Aisladas .................................................................................................... 126
7.5.2 Parques eólicos en tierra ......................................................................... 126
7.5.3 Parques eólicos en el mar ........................................................................ 127
7.6 Características ....................................................................................... 128
7.7 Instalaciones industriales....................................................................... 130
8. PROCEDIMIENTO TÉRMICO DE
BAJA TEMPERATURA: ACS .......................................................... 131
8.1 Introducción .......................................................................................... 131
8.2 Circulación natural ................................................................................ 132
8.3 Circulación forzada ............................................................................... 133
8.4 Circuitos hidráulicos ............................................................................. 133
8.5 Componentes ......................................................................................... 134
8.5.1 Captadores solares .................................................................................. 134
8.5.2 Intercambiador térmico ........................................................................... 141
8.5.3 Acumulador .............................................................................................. 141
8.6 Sistema de apoyo ................................................................................... 143
8.7 Centrales de control ............................................................................... 143
9. PROCEDIMIENTO TÉRMICO DE
ALTA TEMPERATURA .................................................................... 145
9.1 Introducción .......................................................................................... 145
9.2 Sistemas de vapor .................................................................................. 146
9.2.1 Cilindro-parabólico ................................................................................. 147
9.2.2 De torre .................................................................................................... 153
9.2.3 Almacenamiento térmico ......................................................................... 155
9.3 Sistema de disco .................................................................................... 157
9.3.1 Concentradores ........................................................................................ 158
9.3.2 Motor Stirling .......................................................................................... 159
9.4 Seguidores solares ................................................................................. 160
9.4.1 Un eje ....................................................................................................... 160
9.4.2 Dos ejes .................................................................................................... 161
9.4.3 Información de las coordenadas .............................................................. 161
9.5 Sistema de chimenea ............................................................................. 161
9.5.1 Principio físico ......................................................................................... 162
9.5.2 Perspectivas ............................................................................................. 163
9.6 Instalaciones industriales....................................................................... 163
10. PROCEDIMIENTO HIDRÁULICO Y MARINO ......................... 165
10.1 Introducción ........................................................................................ 165
10.2 Tipos de instalaciones ......................................................................... 166
10.3 Turbinas ............................................................................................... 167
10.3.1 Pelton ..................................................................................................... 169
10.3.2 Francis ................................................................................................... 169
10.3.3 Kaplan .................................................................................................... 170
10.4 Control de velocidad y generación eléctrica ....................................... 170
10.5 Recursos en el mar .............................................................................. 171
10.5.1 Mareomotriz .......................................................................................... 171
10.5.2 Mareomotérmica .................................................................................... 173
10.5.3 Undimotriz ............................................................................................. 174
10.6 Instalaciones industriales ..................................................................... 175
11. PROCEDIMIENTO GEOTÉRMICO ............................................. 177
11.1 Introducción ........................................................................................ 177
11.2 Recursos geotérmicos .......................................................................... 178
11.3 Aprovechamiento de los recursos ....................................................... 180
11.3.1 Recursos de alta temperatura ................................................................ 180
11.3.2 Recursos de media temperatura ............................................................. 181
11.3.3 Recursos de baja temperatura ............................................................... 181
11.3.4 Recursos de muy baja temperatura ........................................................ 182
12. HIDRÓGENO .................................................................................... 187
12.1 Introducción ........................................................................................ 187
12.2 Un desarrollo en tres actos .................................................................. 188
12.3 Generación de hidrógeno .................................................................... 189
12.3.1 Electrolizadores ..................................................................................... 189
12.3.2 Transporte y almacenamiento del hidrógeno ........................................ 192
12.4 Pilas de combustible ............................................................................ 192
12.4.1 Topologías ............................................................................................. 192
12.5 Áreas de aplicación ............................................................................. 195
12.6 Instalaciones industriales ..................................................................... 195
13. BIOMASA .......................................................................................... 197
13.1 Introducción ........................................................................................ 197
13.1.1 Repercusión medioambiental ................................................................. 197
13.1.2 Repercusión económica ......................................................................... 198
13.2 Retorno a los viejos combustibles ....................................................... 198
13.3 Aprovechamiento energético ............................................................... 200
13.3.1 Combustión ............................................................................................ 200
13.3.2 Gasificación ........................................................................................... 200
13.3.3 Pirólisis .................................................................................................. 200
13.4 Instalaciones industriales ..................................................................... 201
14. INSTRUMENTOS DE MEDIDA,
ANÁLISIS Y GESTIÓN .................................................................... 203
14.1 Introducción ........................................................................................ 203
14.2 Control ................................................................................................. 203
14.3 Monitorización .................................................................................... 204
14.4 Climatología ........................................................................................ 205
14.4.1 Pirheliómetro ......................................................................................... 206
14.4.2 Piranómetro ........................................................................................... 207
14.4.3 Anemómetro ........................................................................................... 208
14.4.4 Veleta ..................................................................................................... 210
ANEXO I. GLOSARIO DE TÉRMINOS TÉCNICOS ........................ 211
ANEXO II. UNIDADES DE ENERGÍA ................................................ 225
ANEXO III. WEBS DE INTERÉS ......................................................... 229
ANEXO IV. BIBLIOGRAFÍA ................................................................ 231

Las energías renovables involucran a un elevado número de actores. A diferencia de los procedimientos energéticos tradicionales movidos por su propia inercia, los derivados directa o indirectamente del Sol demandan promoción social y formación en muy diferentes niveles con anterioridad a las acciones específicas: la búsqueda de emplazamientos, la instalación, la explotación y el mantenimiento. Este libro, con título tan elevado, se ha gestado para presentar todos los procedimientos de condición renovable actuales a los interesados en conocer sus fundamentos tecnológicos, sus aplicaciones y sus repercusiones medioambientales. No invade competencias de los proyectistas e instaladores, para los que existen otros textos. En él se describen, con el nivel adecuado a quienes deben moverse sobre todo su mundo científico, técnico y social, los procedimientos fotovoltaico y eólico; los térmicos e hidráulicos en todas sus formas; el del hidrógeno, la biomasa y los biocombustibles. Como complemento agrega diversos anexos con datos acerca de las unidades de medida y páginas web de las instituciones nacionales e internacionales en las que se puede recabar más información. Tomás Perales Benito viene simultaneando desde hace más de 30 años la docencia y la literatura. Ha escrito 25 libros dedicados a temas de divulgación tecnológica, como las energías renovables, uno al estraperlo que se produjo en el periodo histórico de la posguerra y cientos de artículos de opinión y crítica. Ha cultivado también el cuento tradicional. Cuenta con el premio de relato corto Félix Grande.