Generación y Consumo (Renovables y No Renovables) - Electricidad

 El consumo energético mundial total en 2005 fue de 500 EJ (= 5 x 10²⁰ J) (ó 138.900 TWh), considerando las distintas fuentes de energía, entre las que destaca el 86,5% correspondiente a la combustión de combustibles fósiles, aunque hay al menos un 10% de incertidumbre en estos datos ⁽³⁾. Esto equivale a una potencia media de 15 TW (= 1.5 x 10¹³ W).

Unidades

Potencia:	Energía:
kilowatts (kW)	Julios (J) = 1 Watts/seg
TeraWatts (TW) = 1.0xE13 Watts

Las dos unidades que intervienen en la factura de la luz son el kW y el kWh. Una se utiliza para medir la potencia y la otra para medir el consumo.

El kilovatio (kW) es la unidad que se utiliza para medir la potencia eléctrica. Su unidad básica es el vatio (W), que equivale a un julio (J) por segundo. Un kW son 1.000 W.

El kilovatio hora (kWh) es la unidad que expresa la relación entre energía y tiempo. Esta es la que se utiliza para medir el consumo de energía en kilovatios por hora.

Un gigavatio-hora (GWh) es una unidad de potencia equivalente a mil millones de vatios-hora (10⁹ Wh).

Por países

El consumo de energía sigue ampliamente al Producto Nacional Bruto, aunque existe una diferencia significativa entre los niveles de consumo de los Estados Unidos con 11,4 kW por persona y los de Japón y Alemania con 6 kW por persona. En países en desarrollo como la India el uso de energía por persona es cercano a los 0,7 kW Bangladés tiene el consumo más bajo con 0,2 kW por persona.

Estados Unidos consume el 25% de la energía mundial (con una participación de la productividad del 22% y con un 5% de la población mundial). La cantidad de agua necesaria representa casi el 50% de agua usada en EE. UU frente al 35% usado en la agricultura. El crecimiento más significativo del consumo energético está ocurriendo en China, que ha estado creciendo al 5,5% anual durante los últimos 25 años. Su población de 1.300 millones de personas consume en la actualidad a una tasa de 1,6 kW por persona.

Durante los últimos cuatro años el consumo de electricidad per cápita en EE. UU., ha decrecido al 1% anual entre 2004 y 2008. El consumo de energía proyectado alcanzará los 4.333.631 millones de kWh en 2013, con un crecimiento del 1.93% durante los próximos cinco años. El consumo se incrementó desde los 3.715.949 en 2004 hasta los esperados 3.937.879 millones de kWh al año en 2008, con un incremento de alrededor del 0.36% anual.

Por sectores

Los usos industriales (agricultura, minería, manufacturas, y construcción) consumen alrededor del 37% del total de los 15 TW. El transporte comercial y personal consume el 20%; la calefacción, la iluminación y el uso de electrodomésticos emplea el 11%; y los usos comerciales (iluminación, calefacción y climatización de edificios comerciales, así como el suministro de agua y saneamientos) alrededor del 5% del total.

El 27% restante de la energía mundial es perdido en la generación y el transporte de la energía. En 2005 el consumo eléctrico global equivalió a 2 TW. La energía empleada para generar 2 TW de electricidad es aproximadamente 5 TW, dado que la eficiencia de una central energética típica es de alrededor del 38%. La nueva generación de centrales térmicas de gas alcanzan eficiencias sustancialmente mayores, de un 55%. El carbón es el combustible más generalizado para la producción mundial de electricidad.

Las diferentes fuentes de producción de energía vienen expuestas en la siguiente imagen. ⁽¹⁾

Figura N 1.- Tipos de generación de energía

Las reservas energéticas y el consumo de energía a nivel mundial son asuntos de la mayor importancia ⁽²⁾ ya sean éstas Renovables o No Renovables. Como hemos dedicado todas estas últimas lecturas a las energías renovables, seguiremos este enfoque, ubicando con datos referenciales estadísticos, dónde se encuentran distribuidos estos recursos y como a nivel mundial son aprovechados y su participación dentro de éste.

Reservas energéticas:

Combustibles fósiles (Carbón, Gas y Petróleo)

Energía nuclear (fisión y fusión nuclear)

Recursos Renovables

Energía Solar

Energía Eólica

Energía mareomotriz y de las olas

Energía Geotérmica

Biomasa

Energía Hidráulica

 

Consumo Energético

Combustibles fósiles (Carbón, Gas y Petróleo)

Energía nuclear (fisión y fusión nuclear)

Recursos Renovables

Energía Solar

Energía Eólica

Energía mareomotriz y de las olas

Energía Geotérmica

Biomasa y Biocombustible

Energía Hidráulica

 

En los siguientes gráficos con información referenciada de la Agencia Internacional de Energía, podemos mostrar el uso de cada energía renovable, el cual contribuye a la electricidad reportada por cada región. Se graficaron todos los tipos de energía que contribuyen en la generación de electricidad, indicando primeramente, cuales energías (renovables y no renovables) se generan en cada región y el consumo, pudiendo mostrar que cuales regiones aún usan el carbón como principal fuente de generación para electricidad (por ejemplo, China, Australia)^(*) pero también se muestras otras regiones que han avanzado en la sustitución de éste con energía renovables y contribuyendo a la reducción de emisiones de CO₂, tal es el caso de Europa.

Se seleccionaron 8 regiones (África, Asia, Europa, Australia, Norteamérica, América Central y Sur, China y Venezuela). La finalidad fue mostrar la distribución general de los diferentes tipos de energías (renovables y no renovables), y cómo en cada región predomina un tipo de generación. Otro punto importante, es el consumo de electricidad, el cual no se muestra superado por la generación.

También, se observa el compromiso por cada región de ir balanceando su generación entre los dos tipos de energías (renovables y no renovables) e ir contribuyendo con la reducción de las emisiones de CO₂, es así el caso de la región europea.

África:

Figura n2.- Región África

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Asia: ^{(*) sin Chima ni Hong Kong}

Figura n3.- Región Asia

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China: ^{(*) con Hong Kong}

 

Figura n4.- Región China y Hong Kong

(Source: IEA Electricity Information 2020 https://www.iea.org/subscribe-to-data-services/electricity-statistics

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Australia:

Figura n5.- Región Australiana

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Europa:

Figura n6.- Región Europea

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Norte América:

Figura n7.- Región de Norteamérica

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Centro y Sur América;

Figura n8.- Región Centro y Sur América

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Venezuela:

Figura n9.- Venezuela

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En resumen, se observa la importancia de las energías renovables dentro de la generación de electricidad y todos los esfuerzos en migrar a éstas en aquellas regiones donde aún el carbón es la principal fuente de generación, con sus excepciones (China) donde se observa lo opuesto. Tal vez, el poder entender como efectivamente cada tipo de energía contribuye en la estimación del precio de esa generación, y el carbón siga siendo más económico y es materia de investigación. Otro punto es la sustentabilidad de las energías renovables frente a las no renovables.

Aunque la intención es la reducción de las emisiones de CO₂ en el mundo para tener un planeta más limpio y cuidado, también es materia de cada región y país seguir estimando sus diferentes potenciales en las energías renovables, invertir y promover su uso, para no depender de una sólo tipo de generación como caso Venezuela.

Como referencia, dejo a continuación las minas de carbón más importantes del mundo ⁽⁴⁾.

^(*) Minas de carbón: las más importantes del mundo⁾

Dos de las minas de carbón más grandes del mundo se encuentran en la cuenca del río Powder en Wyoming, Estados Unidos. En Australia y China, por otro lado, se albergan 6 de las minas de carbón más grandes, respectivamente. Las diez minas de carbón en operación más grandes del mundo, basadas en reservas de carbón recuperables:

·         Antílope del norte Rochelle, EE. UU.

·         Haerwusu, China

·         Hei Dai Gou, China

·         Raspadskaya, Rusia

·         Moatize mina de carbón, Mozambique

·         Black Thunder, EE. UU.

·         Peak Downs, Australia

·         Mt Arthur, Australia

·         Goonyella Riverside, Australia

·         Saraji, Australia

 

Bibliografía:

1.- https://www.eoi.es/blogs/merme/coste-y-precio-de-las-diferentes-fuentes-de-energia-2/

2. https://es.wikipedia.org/wiki/Consumo_y_recursos_energ%C3%A9ticos_a_nivel_mundial

3.- World Consumption of Primary Energy by Energy Type and Selected Country Groups, 1980-2004 (XLS). Energy Information Administration, U.S. Department of Energy. 31 de julio de 2006. Archivado desde el original el 6 de febrero de 2007. Consultado el 20 de enero de 2007.

4.- https://camiper.com/tiempominero/minas-de-carbon-estas-son-las-10-mas-grandes-del-mundo-las-conoces/

 

Energía Hidráulica

 Es un tipo de energía renovable y que la naturaleza dispone al hombre. Más del 70% del planeta Tierra, está ocupado por agua (mares, océanos, ríos, lagos, etc.) y de este aprovechamiento natural, es a través de los ríos de dónde se puede transformar en energía.

Entonces la energía hidráulica es aquella que se obtiene a partir del agua de los ríos. Es una fuente de energía renovable y supone el 7% del consumo mundial de energía primaria ⁽¹⁾.

De forma indirecta tiene al Sol como origen. La radiación solar en forma de calor evapora el agua de los mares formando las nubes, que a su vez se transformarán en lluvia o en nieve, asegurando así la perennidad del ciclo. Luego, el efecto de la gravedad terrestre permite aprovechar los caudales de agua descendentes gracias a las presas o represas que se construyen para retenerla en embalses o pantanos artificiales. Estos constituyen grandes depósitos energéticos o de abastecimiento.

La energía hidráulica o energía hídrica se obtiene del aprovechamiento de las energías cinética y potencial de la corriente del agua o los saltos de agua naturales ⁽²⁾.

En el proceso, la energía potencial, durante la caída del agua, se convierte en cinética y mueve una turbina para aprovechar esa energía.

Este recurso puede obtenerse aprovechando los recursos tal y como surgen en la naturaleza, por ejemplo una garganta o catarata natural, o bien mediante la construcción de presas ⁽²⁾.

La mayoría de las presas hidráulicas se destinan a la producción de energía eléctrica utilizando turbinas hidráulicas. Los países con gran potencial hidráulico y que disponen de caudales de ríos constantes y abundantes, obtienen la mayor parte de la electricidad en centrales hidráulicas por sus grandes ventajas, entre ellas la de utilizar un recurso natural que solo hay que encauzar y es gratuito. Además puede utilizarse para otros fines, como el abastecimiento humano o el riego. Por otra parte, se trata del único recurso renovable almacenable, por lo que es muy útil para atender inmediatamente puntas de la demanda.

 

Y un poco de historia⁽²⁾:

Con la Revolución Industrial, y especialmente a partir del siglo XIX, comenzó a cobrar importancia con la aparición de las ruedas hidráulicas para la producción de energía eléctrica.

Poco a poco la demanda de electricidad fue en aumento. La primera central hidroeléctrica moderna se construyó en 1880 en Northumberland, Gran Bretaña. Sin embargo, el nuevo sistema resultaba caro y la central eléctrica acabó cerrándose después de sólo dos años y medio.

El renacimiento de la energía hidráulica se produjo por el desarrollo del generador eléctrico, seguido del perfeccionamiento de la turbina hidráulica y debido al aumento de la demanda de electricidad a principios del siglo XX por el desarrollo industrial.

Ya en 1920 las centrales hidroeléctricas generaban una parte importante de la producción total de electricidad.

Figura N°1. Represa

¿Cómo funcionan las centrales hidroeléctricas?

En el aprovechamiento de la energía hidráulica influyen dos factores: el caudal y la altura del salto. Para aprovechar mejor el agua, se construyen presas para regular el caudal en función de la época del año. La presa sirve también para aumentar el salto.

Cuando se quiere producir energía, parte del agua almacenada se deja salir de la presa para que mueva una turbina engranada con un generador de energía eléctrica. Así, su energía potencial se convierte en energía cinética llegando a las salas de máquinas.

El agua pasa por las turbinas a gran velocidad, provocando un movimiento de rotación que finalmente se transforma en energía eléctrica por medio de los generadores.

 

Ventajas y desventajas de la energía hidráulica⁽³⁾:

Ventajas:

·         Es flexible: es posible adaptar el flujo de agua que pasa por las turbinas a las necesidades de electricidad de cada momento. Además, el agua embalsada se puede utilizar para el abastecimiento de municipios y ciudades cercanas.

·         Es limpia: el proceso de transformación de energía hidráulica en energía eléctrica es limpio, puesto que no produce residuos, como ocurre con la energía derivada de combustibles fósiles o con la energía nuclear. Además, al no utilizar combustibles fósiles no se ve afectada por las fluctuaciones de los precios del petróleo, el carbón o el gas natural.

·         Es segura: los riesgos de escapes de agua son bastante reducidos, debido a las medidas de seguridad que se toman en los embalses actualmente.

Desventajas:

·         Efectos medioambientales: la construcción de una presa tiene importantes consecuencias ambientales, puesto que influye en el cauce de un río e inunda una zona de terreno, lo que produce efectos sobre la flora y la fauna. Por otro lado, cuando se abren y cierran las presas se producen efectos sobre los peces y sobre el ecosistema del río.

·         Alto coste de una central hidroeléctrica: la construcción de una central hidroeléctrica supone un alto costo, aunque una vez construida su mantenimiento es sencillo y más económico.

·         Depende de las condiciones ambientales: la existencia de lluvias va a afectar a la producción de energía, por lo que las sequías suponen la disminución del agua embalsada y de la cantidad de electricidad que se puede producir.

·         Una presa no se puede construir en cualquier lugar: las características del terreno y la altura que pueda tener la presa son esenciales para que se pueda instalar una central hidroeléctrica.

Otros inconvenientes por la dificultad de hacer predicciones fiables de los caudales de los ríos, puesto que están sometidos a la variabilidad de los ciclos meteorológicos con períodos secos y húmedos y de imposible control. Los emplazamientos hidráulicos suelen estar lejos de las grandes poblaciones, por lo que es necesario transportar la energía eléctrica producida a través de costosas redes de transmisión. Otro aspecto poco favorable es el efecto negativo que puede tener la creación de un embalse sobre el entorno, con problemas de alteración de cauces, erosión, incidencias sobre poblaciones, pérdida de suelos fértiles, etc ⁽²⁾.

Estos inconvenientes, unidos a las grandes inversiones necesarias en este tipo de centrales, y a la cada vez más difícil localización de emplazamientos son los que impiden una mayor utilización de esta fuente energética.

Existen otras formas de conseguir energía utilizando el movimiento del agua sin que su obtención se vea afectada por las sequías: estas son la energía maremotriz, la energía undimotriz y la energía maremotérmica.

Sin embargo la energía hidráulica sigue siendo la más empleada entre las fuentes de energía renovables para la producción de energía eléctrica. Sirvan como ejemplo la presa de Itaipú, en Brasil, sobre el río Paraná con 14.000 MW de potencia en continua operación y que abastece el 15% de la energía de Brasil y el 95% de Paraguay, y el sistema de las Tres Gargantas, en China, con 18.000 MW instalados.

 

Este es el ranking de los países con mayor potencia hidráulica instalada en 2018 (medido en gigavatios)⁽⁴⁾

A continuación, presentamos el ranking de las 5 centrales centrales hidroeléctricas más grandes del mundo:

1. Central Hidroeléctrica de Las Tres Gargantas, China - 2.500MW

La central hidroeléctrica china de las Tres Gargantas tiene una potencia instalada de 22.500 MW. Esta hidroeléctrica se encuentra en Yichang, provincia de Hubei, y es la más grande del mundo. Hicieron falta 18.000 millones de euros para la construcción del proyecto. Esta colosal obra de la ingeniería fue iniciada en 1993 y se terminó en 2012. La presa tiene 181 metros de altura y 2.335 metros de longitud. La producción de energía anual de la planta batió el record mundial en 2014 con 98,8 TWh, permitiendo suministrar electricidad a nueve provincias y dos ciudades, incluyendo Shanghai.

2. Central hidroeléctrica de Itaipú, Brasil-Paraguay - 14.000 MW

La central hidroeléctrica de Itaipú, es la segunda más grande del mundo, con una potencia instalada de 14.000 MW. La inversión que se realizó para llevar a cabo la construcción fue de 15.000 millones de euros. Las obras se iniciaron en 1975 y se terminaron en 1982.

La planta hidroeléctrica de Itaipú suministra alrededor del 17,3% del consumo energético de todo Brasil y el 72,5% de la energía consumida en Paraguay. Esta hidroéctria logra alcanzar una producción prácticamente igual a la de Tres Gargantas, al alcanzar los 98,5 TWh, lo que la convierte prácticamente en colíder mundial en cuanto a la generación de energía, aunque no lo sea por potencia instalada.

3. Central hidroeléctrica de Xiluodu, China - 13.860 MW

Esta hidroeléctrica es la segunda más grande de China y la tercera central del mundo en cuanto a tamaño y potencia.

El proyecto requirió la inversión de 5.500 millones de euros. Se empezó a construir en 2005 y se pusieron en marcha las primeras turbinas en julio de 2013.

 

4. Central hidroeléctrica de Guri, Venezuela - 10.235 MW

La central Guri, también conocida como la central hidroeléctrica Simón Bolívar, se posiciona como la cuarta más grande del mundo.

Hoy en día la central de Guri alcanza un suministro eléctrico superior a los 12.900 GW/h.

 

5. Central hidroeléctrica de Tucuruí, Brasil - 8.370 MW

El Complejo Hidroeléctrico de Tucuruí, localizado en Brasil, se coloca como la cuarta central hidroeléctrica más grande en el mundo con sus 8.370 MW. La construcción del proyecto, requirió una inversión de 4.000 millones de euros. Las obras se iniciaron en 1975 completándose la primera fase en 1984.

La construcción de la segunda fase se termino a finales de 2010. En la actualidad, la central suministra electricidad a la ciudad de Belém y su periferia.

 

Bibliografía:

(1)   https://www.foronuclear.org/descubre-la-energia-nuclear/preguntas-y-respuestas/sobre-distintas-fuentes-de-energia/que-es-la-energia-hidraulica-y-como-se-aprovecha/

(2)   https://twenergy.com/energia/energia-hidraulica/que-es-la-energia-hidraulica-426/

(3)   https://blog.oxfamintermon.org/descubre-las-ventajas-y-desventajas-de-la-energia-hidraulica/

(4)   https://www.construtec.com/los-paises-con-mayor-potencia-hidraulica/#:~:text=Hoy%20en%20d%C3%ADa%2C%20China%2C%20es,Canad%C3%A1%2C%20Estados%20Unidos%20y%20Rusia.