Home Ciencia (Casi) todo lo que últimamente te preguntas sobre Energía Solar y nadie te cuenta (II-Cuestión de Espacio)

(Casi) todo lo que últimamente te preguntas sobre Energía Solar y nadie te cuenta (II-Cuestión de Espacio)

escrito por Ijon Tichy 27 agosto, 2008

Debo abrir este artículo reconociendo que había dejado un pequeño anzuelo para ecolojetas informados en la primera parte de este escrito (con nulos resultados, por cierto). Hablábamos de la necesidad de aumentar aproximadamente en un 50% la generación de electricidad solar si queremos atender también los consumos nocturnos.

Este incremento era debido a las pérdidas originadas en las centrales hidráulicas de bombeo, único medio viable actualmente para el almacenamiento masivo. Este tipo de almacenamiento resulta ineludible para la producción fotovoltaica, pero se puede evitar con la novedosa tecnología de la generación termoeléctrica solar, podría decir alguien que hubiera leído el informe de Greenpeace “Renovables 2.050” (al que nos referimos hace unas semanas) en el que este sistema de generación resulta ser aparentemente una panacea.

Veamos un poco en que consiste eso de la generación solar termoeléctrica. Como casi todos ya sabemos (y apuntaba Hilarión en los comentarios de la primera entrega) la energía solar se aprovecha hoy día de dos formas: Por una parte están los colectores solares útiles para calentar agua, incorporados en edificios de nueva construcción, que aprovechan la radiación solar transformándola en energía térmica. Por otra, las placas fotovoltaicas, que transforman directamente la radiación en electricidad. Leí hace poco que, según una encuesta (otra…), gran parte de la población cree que esta es la forma más económica de producir electricidad. Es curioso pues que las compañías eléctricas no generen toda su producción a partir de dichas placas ya que vendiendo la electricidad al mismo precio obtendrían mayor beneficio. Más aun teniendo en cuenta que la producción de tales kWh solares está primada por el Estado (o sea, por nuestros impuestos) no con un 20%, un 30% ó un 40% como otras renovables, sino con más del 500% (no me he equivocado en los ceros), según os adelantaba en los comentarios de la entrada anterior.

En fin, supongo que la gente debe creer que es cosa de la maldad intrínseca de tales siervos del capitalismo ultraliberal depredador que prefieren curiosamente disminuir sus beneficios siempre que puedan disfrutar perjudicando al planeta y calentándolo globalmente.

Pero no nos dispersemos y expliquemos en que consiste eso de la generación solar termoeléctrica. En una primera etapa, se transforma la radiación solar en energía térmica. Es decir, lo mismo que en los colectores de agua de los tejados, pero a lo bestia. Mediante sistemas de concentración por espejos se intenta que el fluido calentado alcance temperaturas alrededor de 400ºC. Hay dos tipos de tecnología utilizables (más o menos) comercialmente: Heliostatos y captador central y Colectores cilindro-parabólicos.

Desde hace algunos meses está funcionando una planta, denominada PS 10 cerca de Sevilla con la primera de esas tecnologías. Un montón de espejos concentran la radiación solar en un captador situado en lo alto de una torre de 100 metros de altura y allí se produce vapor a alta presión y temperatura que se envía a una turbina con su correspondiente ciclo térmico, muy parecido al de una térmica de carbón con su caldera o una nuclear con su reactor. Aunque antes había proyectos más o menos experimentales se trata de la primera planta comercial de estas características.

Asimismo ya se está construyendo cerca de Guadix la primera planta comercial española (en el mundo, en funcionamiento, tan solo las hay en los malvados y nada ecológicos EEUU) con la tecnología de colectores cilindro parabólicos. En este caso la radiación también se concentra (mediante unos espejos alargados) en una tubería que contiene aceite térmico. Este aceite llega a alcanzar temperaturas de 400ºC y la gracia consiste en que el calor puede utilizarse para producir vapor (y éste a su vez enviarlo a una turbina) o almacenarse. Si luego por la noche el calor almacenado se recupera, se puede producir vapor (y de ahí, electricidad) en horas nocturnas cuando los colectores ya no reciben radiación.

¡Estupendo! Hemos resuelto el problema del almacenamiento eléctrico y las pérdidas por bombeo inherentes al curioso capricho de querer tener electricidad también por la noche. ¿Seguro que está resuelto? Falta un pequeño detalle. Los astutos ecolojetas manejan las cifras a menudo con medias anuales y resulta que la radiación media aprovechable en el mes de Julio puede ser cuatro veces superior a la del mes de Enero. Y el calor, lo podemos almacenar una noche, pero no meses. Si diseñamos la instalación para el mes de Julio, en Enero nos quedaremos a oscuras a media tarde. Si la diseñamos para Enero, tendremos que cuadruplicar costes y en Julio nos sobrarán equipos. Conclusión: diseñaremos algo intermedio y seguiremos necesitando los embalses. En épocas intermedias nos quedaremos a la par y en Julio enviaremos a los embalses la electricidad sobrante que se usará en Enero. Seguimos pues necesitando producir un 50% más de lo que consumimos para cubrir las pérdidas de bombeo. Sobra decir que la maldita central nuclear de Trillo sigue produciendo sus 1.000 MW de noche y de día, en verano o en invierno, se nuble o haga sol.

Tras esta introducción, hagamos algunos números con el objetivo de calcular cual sería la superficie de terrreno a ocupar para abastecer nuestro consumo eléctrico con energía termosolar, gran panacea de futuro (para algunos fabricantes y algún listo que pasa por ahí). El consumo medio peninsular en el año 2.007 fue de unos 30.000 MW. Considerando las 8.760 horas del año y el incremento del 50% para cubrir las pérdidas de bombeo tenemos que habría que producir casi 400.000 GWh.

Lógicamente, una parte se podría cubrir con otras energías renovables, pero para dar un orden de magnitud, veamos que pasa si intentamos conseguir esta producción con energía solar termoeléctrica: La radiación media anual en la península (en zonas razonablemente soleadas, de Madrid para abajo) puede considerarse de unos 1.700 kWh/m2año (pueden consultarse las tablas de la NASA que ya habiamos citado). De esos kWh, con la tecnología solar termoeléctrica pueden transformarse en electricidad un 18%, es decir, unos 300 kWh/m2año. Señalemos que este rendimiento es optimista y señalemos también que es bastante superior al que se obtiene con las transformaciones fotovoltaicas (la media anual puede andar sobre el 10% para estas placas).

Debe tenerse en cuenta asimismo que lo que estamos calculando es la superficie de espejo, pero dada la forma de los colectores y su movimiento a lo largo del día para seguir el sol, hay que considerar una cierta separación entre ellos con el fin de evitar sombras, al menos en horas de alta insolación. Una cifra aceptada es que por cada metro cuadrado de espejo, se necesitan 4 metros cuadrados de terreno.

Si operáis todos los datos expuestos con sus correspondientes cambios de unidades (logsianos abstenerse) os resultará una superficie de terreno necesaria algo superior a los 5.200 km2. Vamos, para el que no se haga idea de magnitudes, casi la provincia de Alicante (con el agravante de que la superficie ocupada por estas centrales ha de ser sensiblemente llana, esto es, habría que suprimir las montañas). Todos esos kilómetros cuadrados sembrados de espejos serían necesarios para atender el consumo actual. Por comparar, y aquí la cuenta está al alcance incluso de Zapatero (de Montilla o Pepiño, no creo), recordemos nuevamente que una central como Trillo tiene una potencia de unos 1.000 MW (y la tiene todo el año) y hemos apuntado un consumo medio de 30.000 MW. Sí. Lo habéis hecho bien, 30 centrales.

Y sin tener que preocuparse de qué hacemos con los alicantinos.

Con estos órdenes de magnitud y tamaños, ya podéis intuir por donde van los tiros en cuanto a la pa$ta. Eso lo dejamos para otro día, no sin aclarar que no trato de proponer un futuro energético exclusivamente nuclear, sino simplemente aportar algún dato normalmente desconocido para situar las alternativas en su sitio. El mix de generación actual puede sufrir alteraciones en el futuro (y sin duda en el medio y largo plazo las sufrirá). Pero es utópico plantear cambios radicales en su composición a corto plazo.

  • Ijon Tichy

    Baltasar, como te dice Luis, disculpas aceptadas y bienvenido si quieres pasarte en otra ocasión.

    Es verdad que es un error plantear este debate como una cuestión de bandos. Más de una vez he sido el primero en decir que la nuclear no es ninguna panacea y me gustaría explicar los motivos verdaderos por los que opino así… que no son ninguno de los que normalmente se exponen. Pero uno se mete, se pica, y escucha tantas incongruencias que al final olvida la objetividad y pega (o lo intenta) donde duele.

    Un saludo.

  • Baltasar, esto que acaba de escribir dice mucho y bueno de usted. Será un placer seguir teníendole por aquí.

  • Baltasar G.

    Disculpa Ijon,

    llevabas razón, fue Partisan, en uno de los comentarios, el que aludió a la entropía, utilizando mal el concepto. Desconozco si fue alumno tuyo, por lo tanto acepta mis disculpas.
    También quiero pedirte disculpas, públicamente, pues no es mi habitual estilo dejarme llevar por la grosería, y en este caso lo hice.
    No obstante, sabes, que para ser absolutamente objetivo (no como pepiño), hay que evaluar con rigurosidad cualquier tecnología, y si bien estoy de acuerdo en que no se hace en suficiencia con la solar, creo que se hace menos aún con la nuclear.
    Para que el debate sea productivo, habrían de fijarse los parámetros de comparación y consensuarse, por expertos de ambos “bandos”, en lugar de decir “medias verdades -esto si es tuyo-, que son la peor de las mentiras”.

    Con esto cierro un episodio que nunca debió ocurrir.

    Saludos

  • Va a ser lo último, Ijon. Una pena.

  • Ijon Tichy

    Gracias Luis, por el comentario. Se ha cruzado con el mío.

    En realidad, como digo, en ningún momento he hablado de entropía. O el ciberactivista se ha liado o simplemente miente como su maestro.

  • Ijon Tichy

    Hola figura, alias Baltasar G. No quise decir exergía donde dije entropía por un motivo sencillo:

    En ninguna parte del texto pongo la palabra “entropía”.
    Primera en la frente.

    En cuanto a los rendimientos de los ciclos, ¿Me dices en concreto cual es el que no es correcto?

    Muchas suposiciones haces respecto a mis gustos y actividades. Se ve que tú sí que tienes un elevado concepto del señor Pepiño y te sirve de modelo a la hora de “argumentar”, ejem.

    Pero hombre, esfuérzate un poco más y no te inventes las cosas que quedas muy mal.

    Venga, un saludete.

  • EStimado Baltasar, como no soy ingeniero sólo una apreciación: no hubiera sido más elegante limitarte a escribir algo así como “Ijon, cuando hablas de entropía no te estarás refiriendo a exergía?”, por ejemplo. De lo contrario, puede que el debate termine reducido a dilucidar si tu falta de respeto enturbia tu capacidad intelectual.

  • Baltasar G.

    Hola amigo Ijon Tichy,

    no sé a qué escuela de ingeniería asististe, pero veo que te perdiste muchas clases (quizá te gustaba mucho el mus). Donde dices entropía imagino, (aunque leyéndote, es mucho imaginar), quisiste decir exergía. Respecto a rendimientos, veo que no tienes ni idea de los habituales en los ciclos usualmente utilizados (Rankine, y/o Brayton) en las distintas centrales, los cuales (ahora si), aumentan muchísimo la entropía. Y si tanto te gusta comparar rendimientos, compara el de tu vehículo automóvil, que con suerte llegará a tener un 25%, si lo usas bien (en tu caso, no creo).

    En definitiva, como veo que tienes capacidad, pídele una beca a tu amado Pepiño.

  • Ijon Tichy

    El problema de las subvenciones tal y como están planteadas, Bastiat, es perverso y es perfectamente lógico que no bajen de precio.

    Cuando sale el RD 661 (hace algo más de un año) se fija una prima desorbitada para las placas fotovoltaicas. Como ese deficit hay que compensárselo a las eléctricas con dinero público, se fija un límite de potencia a instalar. Resultado: los promoespeculadores se lanzan a calzón quitado a pedir autorizaciones para entrar en el cupo, con lo que entramos en el rollo habitual de amiguismos para agilizar permisos y cerrar contratos leoninos con los fabricantes. Éstos a su vez, lo que quieren es vender todo lo posible y cumplir los plazos de entrega. No quieren oir hablar, no ya de I+D, sino de simples mejoras, no sea que se retrasen y la caguen. En conclusión, ese dinero de nuestros impuestos sirve para enriquecer a los típicos golfos (que una vez montada la planta gracias a que han conseguido permisos los primeros la intentarán revender) y a fabricantes avispados (en la última lista de los más ricos de España ya había alguno). Y de progreso tecnológico, abaratamientos de costes, etc. zero zapatero. En paralelo hay investigaciones, cierto, pero con cuatro duros porque el incentivo es nulo.

    Y esto no es todo. Hay un problema añadido de órdenes de magnitud. No daré cifras exactas pues hablo de memoria, pero recuerdo que hace unos 15 años las primas a la eólica eran del orden del 40%. Estas primas han ido disminuyendo su cuantía. Hoy día con el precio de la electricidad variable día a día y hora a hora, hay momentos incluso en que la eólica sería competitiva sin primas (luego hay otros problemas, como la indisponibilidad). Esto se ha conseguido a base de mejorar rendimientos y abaratar costes gradualmente. Pero es que en la solar hablamos a día de hoy de una prima del 500% . Eso no lo hace competitivo ni dios solo con políticas de primas. Es de cajón.

    Hola Noel, y gracias por tus palabras! A ver si tengo un rato y hablo un poco de biomasa para generación eléctrica. Como bien apuntas, siempre que sea a partir de excedentes y/o residuos, es una idea excelente, el problema es que la capacidad es limitada. No conozco ese proyecto en Lérida. ¿Tienes algún dato más?

    Hola no me callo… (ponte un nick más corto, hombre, jeje). Estoy muy de acuerdo contigo en lo que apuntas del ahorro, perdón por personalizar pero puedo asegurarte que los consumos energéticos de mi vivienda y mi vehículo son muy inferiores a la media. Yo admito, como apuntabamos en el post anterior, dedicar dinero de mis impuestos a la investigación en renovables. Lo que no admito es que se forren a mi costa los típicos golfos especuladores, encima con el recochineo de “lo verde”, tal y como le comento arriba a Bastiat.

    Yo desde luego, y lo he repetido en estos post de forma explícita más de una vez, no defiendo la nuclear como panacea sino como parte necesaria del mix de generación. A pesar de ello me daré por aludido y responderé a tu pregunta: No me gustaría vivir junto a una central nuclear, desde luego,… ni junto a una central térmica, ni junto a una fábrica de cemento, ni junto a una papelera, ni junto a una refinería, etc. Ahora bien, si no me queda otro remedio y tengo que elegir, de los ejemplos que te he puesto, me quedo con la nuclear.

    Comprendo tu miedo si tu idea de una central nuclear es la de Chernobyl. Y no te culpo, la labor de los medios de desinformación masiva al respecto es impagable (bueno, quizá sí esté pagada). Se ha repetido hasta la saciedad (en algún modesto foro como éste) que es otro concepto de central, que incumple las normas occidentales de seguridad que tal y cual. Probablemente eso no te haya convencido. Bien pues hay algo más. Si me apuras te diré que Chernobyl no era una central nuclear para producir electricidad, como las nuestras. ¿Y eso? Producía electricidad, por supuesto, pero eso era secundario. En realidad Chernobyl era una fábrica de Plutonio militar para armas atómicas. Ese era el motivo real de su inseguro tipo de diseño, inexistente en Occidente. También hablaremos de ello, si el tiempo nos lo permite.

    Un saludo a todos y gracias por venir.

  • no me callo por esta vez

    Prefiero consumir menos energía conscientemente, a tener que vivir con una central nuclear al lado de mi vivienda y la de mis hijos. El dinero de mis impuestos empleado en la investigación en energía solar y eólica lo doy besado. Y si hace falta apretarse el cinturón para iniciar el camino de las energías limpias, que así sea.
    Normalmente la población de “a pie” hemos vivido , desde nuestra más tierna infancia con el cinturón bien apretado y con la crisis continua, esta crisis actual solo es una más. Pero por lo menos que no vivamos con la espada de Damocles sobre nuestras cabezas, día si y día también, temiendo cualquier avería incontrolada de una central nuclear.
    Vamos a ver, ¿de que les ha servido la central nuclear de Chernovil http://www.enazuero.com/modules.php?name=News&file=print&sid=1053, por poner un ejemplo sangrante, a los pobres desgraciados que la rodeaban en cientos de km y a sus descendientes ?.

    En EEUU, llevan tiempo investigando en el campo de las energías alternativas , y según tengo entendido nos llevan cientos de años de adelanto como sociedad avanzada ciencia y tecnológicamente.

    Y les hago una pregunta a los señores que defienden la energía nuclear como la panacea de la energía :¿Les gustaría tener una central nuclear cerca de su vivienda y donde se crían sus hijos?.

    Todo no consiste en consumir como obesos , la calidad de vida no tiene precio.

  • Noel

    ¡Genial!

    Gracias por estos artículos. ¿Cuándo tocaréis el tema de la biomasa con seriedad? Por aquí, cerca de Lleida, se está montando una central eléctrica que dicen que utilizará biomasa (que dicen los periódicos locales que esa biomasa que se utilizará para generar energía vendrá de excedentes agrícolas).

    Tengo ganas de hacerme el listo en mí barrio, así que espero que no se tarde mucho en hablar de ello y así seguir aprendiendo un poquito sobre un tema (la producción energética) que, los ciudadanos humildes, desconocemos bastante.

  • Bastiat

    Pues yo sigo preocupado por el alto precio de los paneles solares fotovoltaicos…

    La verdad es que creo que esa debería de ser la principal preocupación de los ecologistas, sobre todo gentes como Herman Scheer, autor del libro “Economía solar global : estrategias para la modernidad ecológica” en el que abogaba por la proliferación de este tipo de instalaciones y que su alto precio está frenando su expansión.

    Ahora bien, igualmente habría que preguntarle si no sólo no le preocupa sino que está de acuerdo con la política de subvenciones ya que, al mismo tiempo, aunque no ha logrado abaratar el producto a niveles aceptables para el ciudadano medio, al permitir el crecimiento del Estado, la presencia del Estado en ese mercado, regulándolo, limitándolo, es asumible desde su punto de vista socialista y socializante.

  • Ijon Tichy

    Jeje, Luis, no aprendas mucho que no llegarás a ministro.

    Gracias a ti Ángel. De los molinos hablaremos en otra ocasión, aunque ahí el cálculo de superficie sería mucho más dudoso. En cualquier caso, sería mucho menor.

    Partisan, con ese dominio del Segundo Principio, tampoco te auguro futuro si te metes en política, jeje. Respecto a la cuestión de los focos fríos en particular aquí hicimos un intento de explicación dedicado a nuestro amado presidente.

    En realidad, el problema del menor rendimiento de una central termosolar no es fundamental, con ciclos regenerativos (similares a una nuclear, donde tampoco alcanzas altas temperaturas de vapor) puedes conseguir un rendimiento aceptable, siempre menor que en una térmica de carbón, claro está. El problema es el espacio ocupado y el coste de inversión.

    Sobre biomasas, sea para transformar en biocombustibles, sea para generar electricidad en una central térmica hay campos de trabajo interesantes, pero limitados, pues lo razonable (aunque más caro y más incómodo) es utilizar materiales residuales y subproductos. Lo de los “cultivos energéticos” es una tomadura de pelo, pues en efecto al final es aprovechar la energía solar con un rendimiento final inferior al fotovoltaico.

    Hilarión, ése es el problema sobre todo en efecto de la eólica. De la solar no puedes asegurar que venga una nube y te hunda la producción, pero sí sabes que por la noche para. Los molinos en cambio se pueden poner a funcionar todos a la vez en una hora nocturna de mínimo consumo. Si has abusado e instalado de más, puede que tengas que parar algunos, lo cual es una triste gracia para un equipo que ya funciona pocas horas equivalentes al año.

    Muchas gracias a todos por participar y por vuestras aportaciones.

  • Hilarion

    Más que control habría que hablar de disponibilidad. Cuando los expertos echan cuenta sobre la potencia instalada necesaria para hacer frente a una contingencia en la red, tipo pérdida de una central, no tienen en cuenta la potencia de renovables ni la hidráulicas. Como si no existieran. La razón es que en el momento en que se presenta una contingencia no está asegurado ni que sople viento, ni que sea de día ni que haya llovido mucho y haya agua en los embalses. Solución: solo tienen en cuenta las de toda la vida más las de gas.

  • Partisan

    Con una idea general bastante sencilla, me ha costado poco normalmente comprender lo esencial en los procesos industriales de producción energética.

    La clave, a mi juicio, es tener en cuenta que es fundamental preguntarse sobre el mayor o menor control que se tiene de la fuente de energía y que el asunto no es de energía (sólo) sino de entropía, es decir, de energía utilizable. El tema del control casi queda claro con nombrarlo y se ve clarísimamente en tu entrada: la energía nuclear y la hidroeléctrica, por ejemplo, permiten un control total, no hay estimaciones sobre el funcionamiento y el rendimiento de la planta, estos simplemente se calculan. La solar, por ejemplo, es todo estimaciones, promedios… El de la, digamos, usabilidad de la energía, es algo más difícil de ver, aunque no mucho. Es una ley de la termo (un teorema, pero da igual ahora distinguirlos) que hacen falta dos focos de calor para extraer energía mecánica del foco caliente y que cuanto mayor la diferencia de temperatura, mayor la cantidad de energía mecánica obtenida (la energía eléctrica no es mecánica, pero un pequeño repaso por lo que es una central de energía *de cualquier tipo* nos permite ver que *antes* de ser energía eléctrica *debe* ser energía mecánica, de moviento, para entendernos). Es preferible una fuente de energía pobre pero que proporciona un foco de calor a más temperatura que otra muy bien abastecida de energía pero que proporciona un foco de calor a menos temperatura. Además, la cosa se simplifica mucho porque sólo hay que preocuparse del foco caliente (el quemador de una térmica, el núcleo de una nuclear, el punto de enfoque de los espejos en una termo solar…) ya que el foco frío es invariablemente la atmósfera o el mar, de temperatura bastante constante (o cuyas variaciones no son nunca comparables a la diferencia de temperatura con el foco caliente).

    Resumo qué es importante para juzgar una fuente de energía

    1.- Control de la fuente
    2.- Diferencias de temperatura entre los dos focos de calor (por lo dicho antes, temperatura del foco caliente).

    En estas, no falla, las energías que llaman alternativas son malas en el punto uno y malas en el punto dos. El control es complicado, costoso y con mucha aleatriedad y el foco de calor se las ve y se las desea para poder comparase con el de las otras energías (es más, con las “otras” energías más bien el problema que tienen es de que un exceso de temperatura comprometería los materiales con que está fabricado el generador de calor).

    Ya digo que no falla ni una. Tal vez haya que matizar que la hidroeléctrica, aunque no de las “alternativas”, la distinguen por ahí como ecológica (por aquello de que no produce CO2, supongo)

    Eólica: No hay fuente de calor, pero el movimiento del aire da risa comparado con el que se obtiene en una turbina en una central.

    Solar térmica. Ya lo has explicado tú, se las ven y se las desean para lograr unos cochambrosos 400º C y necesitas la superficie de una provincia. La solar eléctrica, pues igual.

    Biocombustibles. Rendimiento muy pobre, llegando a multiplicar la superficie necesaria para la solar. El foco de calor en esta *parece* que sea el mismo que para los combustibles fósiles, pero no, es el que tiene la solar, ni más ni menos. Pensemos que el quemado del combustible en el motor es el *segundo* paso en la transformación de energía, el primero es la fotosíntesis.

    Iba a hacer repaso de la de las olas, las mareas y demás, pero parece que no se la toman en serio ni los ecologistas.

  • Ángel

    pues lo mismo digo; y agradezco que se me haya contestado a una pregunta que he hecho y me he hecho muchas veces: ¿qué superficie sería la necesaria para abastecernos sólo con energía solar?. ¿Se puede ampliar a la necesaria si fuera eólica?. Gracias
    Ángel

  • Uff, lo que estoy aprendiendo con esta serie!!!