Libro ernc versión de imprenta

Introducción a las
Energías Renovables
No Convencionales
(ERNC)
Wilfredo Jara Tirapegui es
ingeniero civil mecánico y
MSc en Medio Ambiente de
la Universidad de Santiago
de Chile. Cuenta con una
vasta experiencia en el área
energética, tras desempeñarse
por casi treinta años como
ingeniero de pruebas en las
centrales hidráulicas de Empresa
Nacional de Electricidad S.A.
(Endesa Chile) y como jefe de
las centrales de generación
hidráulica Cipreses e Isla y de
las plantas construidas en la
cuenca del río Laja, todas de
Endesa Chile.
A fines de la década de los noventa asumió nuevas responsabilidades que
lo llevaron a detentar el cargo de Gerente de Generación de la Empresa
de Generación Eléctrica de Lima S.A. (Edegel), responsabilizándose de la
operación y mantenimiento de las ocho plantas eléctricas de la compañía,
de las labores de ingeniería de la producción y soporte técnico a proyectos,
del control de gestión y planificación estratégica, así como también del
desarrollo organizacional de esta empresa.
Actualmente, y desde el año 2000, es Gerente de Medio Ambiente y
Desarrollo Sostenible (GEMADES) de ENDESA Chile para todas las empresas
de la compañía en la región, es decir, Argentina, Brasil, Chile, Colombia y
Perú. A su vez y desde ese mismo ejercicio, ocupa el cargo de Presidente del
Directorio de Fundación Pehuén, entidad sin fines de lucro y constituida por
Pangue S.A., filial de Endesa Chile, con el objetivo de promover programas
para la mejora de calidad de vida de las comunidades pehuenches del Alto
Bío Bío, VIII Región de Chile.
Simultáneamente desde 2005 y hasta la fecha, es Gerente General de
Endesa Eco, filial de Endesa Chile, la que busca el desarrollo de proyectos
de generación eléctrica basados en fuentes de energías renovables.
Asimismo, en el ámbito académico, desde 1974 a la fecha, ha desempeñado
diversas actividades docentes en el marco de programas de pre y post grado
en prestigiosas instituciones universitarias en Chile y Perú, en asignaturas
relativas a las máquinas hidráulicas, contaminación ambiental, desarrollo
sostenible empresarial y energías renovables.
Es autor de “Máquinas Hidráulicas” (1998), libro publicado en Lima,
Perú; co-editor de los libros “Guía de formación ambiental” (2002) y
“Guía de formación en Desarrollo Sostenible Empresarial” (2004), ambos
de Endesa Chile. Es autor de más de 40 publicaciones sobre turbinas,
bombas, centrales hidroeléctricas, estrategias ambientales, cambio
climático (bonos de carbono), energía renovables y Desarrollo Sostenible
Empresarial (DSE).
A la experiencia señalada se suma la de Jefe de la Subdivisión Hidráulica
del Departamento de Armamentos, Astilleros y Maestranzas de la Armada
de Chile (ASMAR) hacia fines de los setenta.
IntroducciónalasEnergíasRenovablesNoConvencionales(ERNC)

con el soporte de:
auspicia:
Wilfredo Jara Tirapegui

© Derechos Reservados
Primera Edición: Agosto de 2006
Tiraje: 3.000 ejemplares
Autor: Wilfredo Jara Tirapegui
Empresa Nacional de Electricidad S.A.
Endesa Chile
Santa Rosa 76
Santiago de Chile
Teléfono (56 2) 630 9000
Fax (56 2) 635 3938
www.endesa.cl
Inscripción en el Registro de Propiedad
Intelectual
N° 156.805
I.S.B.N. N° 956-8191-07-0
Se autoriza su reproducción citando la fuente
Diseño y Producción: Leaders S.A.
Impresión: Fyrma Gráfica
Impreso en Chile / Printed in Chile

INTRODUCCIÓN A LAS ENERGÍAS
RENOVABLES NO CONVENCIONALES (ERNC)
CAPÍTULO Pág
PRESENTACIÓN 4
PREFACIO 6
1 INTRODUCCIÓN 9
2 MARCO CONCEPTUAL 13
2.1 Energía y Medio Ambiente 13
2.2 Energías Renovables No Convencionales (ERNC) 14
2.2.1 Energía Hidráulica 14
2.2.2 Energía Eólica 17
2.2.3 Energía Geotérmica 24
2.2.4 Energía Solar 30
2.2.5 Energía de la Biomasa 39
2.2.6 Energía del Mar 44
3 FOMENTO DE LAS ERNC EN LOS PAÍSES DESARROLLADOS 51
3.1 ERNC en Estados Unidos 51
3.2 ERNC en la Unión Europea 52
3.2.1 Generalidades 52
3.2.2 Legislación 52
3.2.3 Desarrollo de las ERNC en la UE 53
3.2.4 Sistemas de Incentivos 55
3.2.5 Situación de los Principales Países Productores de ERNC de la UE 56
3.3 ERNC en otros países 58
4 UNA MIRADA A LA SITUACIÓN DE LAS ERNC EN CHILE 60
4.1 Fomento al uso de las ERNC 61
4.2 Situación de las ERNC en Chile 62
4.2.1 Energía Hidráulica 62
4.2.2 Energía Eólica 65
4.2.3 Energía Geotérmica 66
4.2.4 Energía de la Biomasa 68
4.2.5 Energía Solar 69
4.2.6 Energía del Mar 70
4.2.7 Comentarios a las ERNC en Chile 70
Glosario 72
Siglas 76
Unidades 77
Bibliografía 78
Anexo Normas Chilenas Relativas a ERNC 80

PRESENTACIÓN
Las necesidades de energía en el mundo de
hoy, obligan a mantenerse permanentemente
actualizado acerca de las tendencias y
aplicaciones en la búsqueda de nuevas
fuentes que aseguren el suministro energético
del planeta. En los albores del siglo XXI,
la sociedad ha desarrollado una fuerte
conciencia de que la solución al problema
del agotamiento de los combustibles fósiles
y los impactos ambientales asociados a su
uso, requiere de los esfuerzos conjuntos de
diversos actores: comunidad, empresarios,
autoridades, centros de investigación y ONGs,
entre otros. Por ello, los países desarrollados
han optado por el fomento y expansión de
las Energías Renovables No Convencionales
(ERNC) como uno de los pilares fundamentales
para disminuir la dependencia energética de
los combustibles fósiles y, a su vez, cumplir
con sus cuotas de reducción de emisiones de
gases de efecto invernadero, suscritas en el
Protocolo de Kyoto.
Bajo estas obligaciones, las empresas
generadoras de electricidad tienen un
rol relevante en el desarrollo de nuevos
emprendimientos que reduzcan l a
dependencia de combustibles como el
carbón y el petróleo, y que -al mismo tiempo-
implique un aumento en el uso de fuentes
renovables no convencionales, como la mini
hidráulica, eólica, biomasa, geotermia, solar,
entre otras.
Introducción a las Energías Renovables no Convencionales (ERNC) Página

Endesa Chile, a través de su filial Endesa Eco,
busca promover y desarrollar proyectos de
energías renovables y además actuar como
depositaria y comercializadora de los Certificados
de Reducción de Emisiones (CER, por su sigla
en inglés) de gases de efecto invernadero,
que se obtengan de sus proyectos que sean
calificados dentro del mecanismo de flexibilidad
que establece el protocolo de Kyoto (Cambio
Climático), conocido como “Mecanismo de
Desarrollo Limpio” (MDL).
Con esta iniciativa, Endesa Chile pone en
práctica los principios de su política ambiental
en cuanto a integrar la gestión ambiental y
el concepto de desarrollo sostenible en la
estrategia corporativa de la empresa, utilizar
racionalmente los recursos naturales y, en
especial, potenciar el uso de energías renovables
y la investigación y el desarrollo de tecnologías
más limpias y eficientes.
Es en este contexto que me complace presentar
esta publicación, fruto del trabajo dedicado de
su autor, Wilfredo Jara, ingeniero civil mecánico
de la Universidad de Santiago de Chile, tanto en
el ámbito académico como profesional en su labor
como Gerente General de Endesa Eco y Gerente
de Medio Ambiente y Desarrollo Sostenible de
Endesa Chile. El texto pretende constituirse en
un manual introductorio para todo aquél que
desee adquirir los conocimientos básicos sobre
las ERNC, una visión en el contexto global y
regional, las principales tecnologías aplicadas en
los países desarrollados, los instrumentos legales
y administrativos aplicados para su fomento y
un análisis del estado actual y potencial de
desarrollo de las energías renovables en los
países donde Endesa Chile opera y controla
empresas de generación eléctrica en Sudamérica,
así como Endesa en España.
Les invito a recorrer las siguientes páginas
del libro, las que no pretenden sino poner a
disposición del lector una publicación técnica,
basada en la experiencia de Endesa Chile
como pionera en la región en la búsqueda
de alternativas más limpias, sustentables y
respetuosas del medio ambiente en el que se
insertan sus actividades.
Esperamos firmemente seguir sumando esfuerzos
para estimular estas y otras iniciativas para el
estudio y el desarrollo de emprendimientos
basados en las ERNC, de manera de ser un aporte
real a la diversificación de la matriz energética
en Chile y la región.
Rafael Mateo Alcalá
Gerente General
Endesa Chile

El modelo actual de desarrollo se ha basado
históricamente en el uso y explotación de
los recursos energéticos de origen fósil.
Estos combustibles han suministrado las
fuentes energéticas del desarrollo económico
del planeta, de manera intensiva desde el
nacimiento de la Revolución Industrial hasta
nuestros días.
Este acelerado desarrollo, sin embargo, también
ha generado voces de alerta sobre los impactos
ambientales que genera la explotación de
los recursos que, por su lenta velocidad de
regeneración respecto de su explotación,
son clasificados como no renovables (capital
energético). Los impactos ambientales que
estos combustibles generan (cambio climático,
lluvia ácida, capa de ozono, smog), ha obligado
a la comunidad internacional a buscar un nuevo
modelo de desarrollo (Desarrollo Sostenible),
sin comprometer las necesidades de las futuras
generaciones.
A lo anterior se suma la creciente incertidumbre
respecto del suministro de combustibles
fósiles, por el constante clima de tensión en
los países productores de petróleo, y a nivel
local, la necesidad de una diversificación de
la matriz energética en la región y en el país,
que permita sobrellevar de mejor manera los
problemas coyunturales como es el caso de la
reducción del suministro de gas natural desde
Argentina hacia Chile.
En este ámbito, los países desarrollados,
en especial, la Unión Europea han sido los
pioneros en la búsqueda de nuevas alternativas
de suministro energético, en la medida que
tanto los instrumentos administrativos y
PREFACIO

reglamentarios, así como las condiciones
del mercado permiten la entrada de nuevos
emprendimientos energéticos basados en fuentes
no renovables no convencionales. Otra opción
que poco a poco deja atrás los fantasmas del
accidente en Chernobyl, es la nuclear, la que aún
genera temores y aprehensiones por el riesgo que
su utilización generaría. Por ello, las Energías
Renovables No Convencionales (ERNC) aparecen
como una opción limpia, segura y sobre todo
inagotable (ingreso energético).
En Chile, este desarrollo es aún incipiente, con
diversas iniciativas principalmente privadas
que buscan aprovechar los instrumentos
reglamentarios existentes. No obstante,
deben competir en un mercado basado en el
uso de la energía hidráulica a gran escala y la
termoeléctrica a carbón, gas natural y petróleo,
principalmente.
A su vez, los centros de estudios superiores y de
investigación adquieren un rol preponderante en
la formación de profesionales capacitados y en
el estudio del potencial de las diversas fuentes
energéticas en una región determinada.
Esta publicación está basada en el material
docente del autor, en sus cursos de pre y post
grado que dicta en universidades chilenas, y
en la experiencia de Endesa, Endesa Chile e
Ingendesa en estas materias.
El texto está dividido en cuatro capítulos: el
primero, a modo de introducción, sitúa al lector
en el contexto general a nivel global y local
sobre la materia. El segundo capítulo aborda
el marco conceptual, haciendo un recorrido
por las principales implicancias del uso de los
recursos energéticos en el medio ambiente y
una descripción más detallada de las diversas
alternativas del uso de las energías renovables
no convencionales. Se incluyen ejemplos e
ilustraciones de las instalaciones existentes
en distintos puntos del planeta. En el tercer
capítulo se analizan y detallan los diversos
instrumentos para el fomento de las ERNC en
los países desarrollados, tales como reglamentos,
subsidios y certificaciones, principalmente, en
Estados Unidos y la Unión Europea. Finalmente,
en el capítulo cuatro se presenta una mirada a la
situación de las ERNC en Chile, los instrumentos
de fomento existentes y el estado actual de
las iniciativas con energías renovables. Como
complemento se incluye en anexo, el listado de
Normas Chilenas Oficiales relativas a las ERNC y
un glosario de los términos y las siglas utilizadas
en el texto.
De esta forma, se invita al lector a recorrer
estas páginas, ya sea como texto de consulta
o como una herramienta que se constituya en
el punto de partida para la especialización en
una o más áreas de las ERNC. Cualquiera sea el
caso, espero que el objetivo de esta publicación
responda a las expectativas de quienes lo lean,
en especial, aquellos que están decididamente
comprometidos con la temática ambiental, como
lo es Endesa Chile, la cual no dudó en auspiciar
la publicación de este texto. Vaya para ella mi
más sentido agradecimiento.
Wilfredo Jara Tirapegui
Gerente General
Endesa Eco

1. INTRODUCCIÓN
Hace alrededor de 250 años, la población mundial
era relativamente pequeña y la tecnología,
tal como hoy la concebimos, prácticamente
inexistente. Cualquier alteración del medio
ambiente causada por las personas era local
y –generalmente- absorbida por la propia
naturaleza. No obstante, en los últimos dos
siglos se han producido cuatro hechos que han
alterado el medio ambiente, superando esa
capacidad de asimilación.
Primero, un crecimiento explosivo de la
población, lo que ha creado enormes presiones
ambientales, seguido –en segundo lugar- de
nuevos procesos industriales, por lo general en los
países más desarrollados, que alteran el entorno
con sus desechos. Tercero, dicho crecimiento
poblacional y la industrialización han generado
el fenómeno de la urbanización, el movimiento de
personas que migran de pequeños asentamientos
a ciudades y pueblos, lo que intensifica los
problemas ambientales en razón del aumento
de la densidad, tanto de las personas como de
las industrias. Finalmente, y como cuarto punto,
se ha producido también un incremento explosivo
en el uso de la energía, lo que ha acentuado aún
más la tensión ambiental.
El desarrollo de la humanidad ha estado
estrechamente ligado a la utilización de la
energía. El aprovechamiento del fuego o el
viento han marcado hitos importantes en ese
devenir. Un hecho trascendente fue la Revolución
Industrial (siglos XVIII y XIX), relacionada en
sus inicios al uso del carbón. Dentro de este
proceso evolutivo, el empleo masivo del petróleo
nos ha traído comodidad, que hoy caracteriza a
las sociedades más desarrolladas.
Pero, ¿no nos estaremos encaminando al final
de la era del petróleo? Al menos, eso es lo
que indican los futuristas. Podríamos hablar
de la llegada del período “post fósil”, donde
el abastecimiento de energía será factible con
energías no fósiles, donde las renovables son
una clara alternativa. No obstante, para que
dicha institución sea significativa es necesario
trabajar firme desde ahora.
El consumo de energía, en cantidades
significativas y además crecientes, es uno de
los hechos que -en mayor medida- contribuyen
a configurar la actual forma de vida de
una parte importante de nuestro mundo, y
define el esquema económico en el que nos
desenvolvemos. Se puede asegurar que nuestra
sociedad, comparada con la de hace pocas
décadas, es cada vez más intensiva en el uso de
energía y parece que esta tendencia continuará
en el futuro.
Así, la transformación y el uso de la energía
representan el origen de una fracción importante
de los problemas ambientales, en especial, el
uso de combustibles fósiles (carbón, petróleo,
gas natural, entre otros), que nos afectan, tanto
en el ámbito local, regional y global. De estos
últimos sólo hemos ido tomando conciencia en
las últimas décadas, al comenzar a asumir que
ha aumentado considerablemente la densidad
Figura 1 ...En el ocaso de la era del petróleo?
Introducción Página

demográfica a nivel mundial, donde todos vivimos en una “aldea global” con problemáticas severas,
como el cambio climático, el adelgazamiento de la capa de ozono, la mala calidad del aire urbano,
la lluvia ácida, el smog fotoquímico, entre otros fenómenos antes totalmente desconocidos.
En ese contexto es que las nuevas tecnologías para aprovechar las energías renovables se erigen
como una opción real y necesaria. Ello, a pesar de que los esfuerzos económicos destinados a su
desarrollo llevan poco más de un par de décadas y –por cierto- son muy menores a los invertidos
en otro tipo de energías. En la figura 2 se puede observar la gran brecha que existe en el consumo
mundial de la energía convencional, respecto de las Energías Renovables No Convencionales (ERNC),
donde la proporción es cercana a 1/100.
Total energía primaria: 410 EJ/año ERNC: 4 EJ/año
En Chile, las ERNC tienen una participación marginal, donde existe sólo un parque eólico (2 MW)
en el sistema aislado de Aysén y algunas pequeñas centrales hidráulicas y de biomasa en las redes.
En tanto, la figura 3 da cuenta de la situación de la potencia instalada de ERNC en Chile, donde se
ha incluido la energía hidráulica sin limitaciones. En ella, se muestra el consumo bruto de energía
primaria en Chile a 2004.
ERNC
Nuclear
Hidráulica
Carbón
Petróleo
Gas
Biomasa
Eólica
Biocombustibles
Solartérmica
Geotérmica
Figura 2
Las ERNC a nivel mundial, una pequeña parte de la energía primaria, pero en crecimiento.
Introducción a las Energías Renovables no Convencionales (ERNC) Página 10

Las energías convencionales que se utilizan para
la generación eléctrica a gran escala presentan
procesos tecnológicos consolidados, basados
principalmente en el uso de combustibles fósiles,
en ocasiones asociados a impactos negativos sobre
el medio ambiente. La gran demanda mundial de
energía permitió el rápido desarrollo del mercado
energético. Afortunadamente, en Chile y -en
especial- en su Sistema Interconectado Central
(SIC), las centrales hidroeléctricas tienen una
participación relevante (59%) como se ilustra
en la figura 5.
Renovables Térmica*
Sistema Hidráulica Eólica Biomasa
MW % MW % MW % MW %
SING 13 0,4 0 0 0 0 3.620 99,6
SIC 4.619 59 0 0 153 2 3.108 39
Aysén 17 50 2 6 0 0 15 44
Magallanes 0 0 0 0 0 0 78 100
Total 4.649 40 2 0,0 153 1,3 6.822 58,7
• Arica
• Iquique
• Antofagasta
• La Serena
• Santiago
• Concepción
• Puerto Montt
• Puerto Aysén
• Punta Arenas
• Valparaíso
Figura 3. Sistemas eléctricos de Chile, potencia instalada a diciembre de 2004.
Fuente: Comisión Nacional de Energía.
SING = Sistema Interconectado del Norte Grande
SIC = Sistema Interconectado Central
*Descontado biomasa
Figura 4.
Consumo bruto de energía primaria en Chile a 2004.
Figura 5.
Capacidad Instalada en el SIC,
según tipo de combustible diciembre 2004.
A diferencia de las anteriores, las ERNC
corresponden a energías provenientes
exclusivamente del aprovechamiento de recursos
naturales renovables. Su desarrollo tecnológico
es todavía incipiente y utiliza mecanismos de
generación con escaso impacto ambiental.
Su participación y penetración en el mercado
mundial, especialmente en la generación
de electricidad, está supeditada al nivel de
crecimiento de los países, con directa relación
a los avances de la tecnología y económicos
que posean.
Petróleo crudo
Carbón
Leña y otros
Hidroelectricidad
Gas Natural
Gas Natural
Carbón
Biomasa
Petróleo
Hidroelectricidad
Introducción Página 11

En suma, resulta evidente que las actividades
humanas relacionadas con el uso de la energía,
tienen un impacto en el medio ambiente. Por
ello, en los últimos años se ha acrecentado la
idea de la necesidad de un cambio del modelo de
desarrollo de la sociedad. De las concepciones
“conservacionistas”, dogmáticas y de fuerte
connotación inmovilista, se ha pasado a la
filosofía del “desarrollo sostenible”, lo que
supone una aceptación del proceso de desarrollo,
pero -a la vez- requiere un fuerte cambio en
los criterios de decisión y en los modos de
actuación, así como en el aprovechamiento y
la gestión de los recursos naturales. Ello, tanto
en el ámbito de las actuaciones públicas como
privadas.
Finalmente, el presente documento entrega un
marco conceptual de las distintas tecnologías
relacionadas con las ERNC, su estatus en el
mundo y una focalización especial a la situación
en Chile, donde ya las autoridades están dando
señales claras de apostar por este tipo de
energía, tales como las modificaciones a la Ley
Eléctrica, el fondo concursable de la Corporación
de Fomento de la Producción (CORFO) para
promover proyectos de generación de energía
a partir de fuentes renovables, el Programa de
Eficiencia energética, por mencionar algunos
ejemplos. De igual forma, el sector privado ha
dado curso a iniciativas concretas en el fomento
y desarrollo futuro de las ERNC en el país.

2. MARCO CONCEPTUAL
2.1 Energía y Medio Ambiente
Las fuentes de energía explotadas en el mundo
son fundamentalmente no renovables y su
generación se realiza en su mayoría a través de
procesos contaminantes. Por ello, las principales
medidas ambientales concernientes al sector
energético se han centrado en dos ámbitos: el
fomento de prácticas encaminadas a lograr el
mayor grado de ahorro y de eficiencia energética,
y el apoyo a la generación de energía mediante
fuentes alternativas menos alteradoras del
entorno.
El modelo económico y productivo dominante
está asociado a un consumo energético creciente.
Actualmente, el 75% de la energía que se utiliza
procede de combustibles fósiles, cuya combustión
produce grandes cantidades de contaminantes (CO2
,
NOx
, SO2
, material particulado, metales pesados,
etc.), lo que genera una amenaza de carácter
ambiental: cambio climático, adelgazamiento
de la capa de ozono, deterioro de la calidad del
aire urbano, la lluvia ácida, el smog fotoquímico,
etc.
De esta forma, siempre que se tenga un proceso
que utilice combustibles de origen fósil, se
tendrá como productos, además de lo útil (calor),
elementos contaminantes (ver figura 6). Ejemplos
típicos de esta situación se presentan en la
calefacción (NOx
, SO2
, hollines), tráfico vehicular
(NOx, CO, COV, material particulado), industria
(NOx
, SO2
, otros de procesos), generación
termoeléctrica (CO2
, NOx
, SO2
, otros).
De esta forma, en el contexto ambiental, surgen
las energías renovables como respuesta a la
demanda social para reducir las emisiones de
CO2
y otros contaminantes de acción directa.
En la actualidad, se avanza en la penetración
de las energías renovables en la generación de
electricidad, pues su transformación es posible
en la mayoría de las alternativas renovables.
En los países menos desarrollados, para ciertas
comunidades aisladas, a veces no existe otra
opción de generación de electricidad que las
renovables, como es la situación de Chile a través
del programa de electrificación rural del gobierno
(mayores antecedentes en el sitio Web www.cne.cl,
Programa de Electrificación Rural, PER).
En la medida que las energías renovables penetren
en el esquema de producción de electricidad,
podremos evitar o reducir el consumo de
otras fuentes, que global o puntualmente son
potenciales contaminantes.
Sin embargo, la penetración de las energías
renovables es difícil por razones económicas,
ya que su costo final, en general, es superior al
correspondiente a las energías convencionales.
Esta barrera la han solucionado los gobiernos de
los países industrializados, a través de incentivos
específicos al desarrollo y fomento de las ERNC.
Figura 6.
Proceso de combustión.
Aire
(O2
+ N2
+ ...)
Productos
02
; N2
; H2
;
CO; NOX
; SOX
;
HN;
CM
; ...
Calor
Combustible
(Hx
Cy
+ ...)
CÁMARA DE
COMBUSTIÓN
(Temperatura alta)
Marco Conceptual Página 13

2.2 Energías Renovables
No Convencionales (ERNC)
Las energías renovables se caracterizan
porque, en sus procesos de transformación y
aprovechamiento en energía útil, no se consumen
ni se agotan en una escala humana de tiempo.
Entre estas fuentes están: la hidráulica, la solar
(térmica y fotovoltaica), la eólica y la de los
océanos. Además, dependiendo de su forma de
explotación, también pueden ser catalogadas
como renovables aquellas provenientes de la
biomasa y de fuentes geotérmicas.
Su lento desarrollo se debe principalmente a la
estacionalidad de su utilización y al alto grado de
estudios requeridos, tanto para implementarlas
como para almacenarlas, lo que se traduce en
la práctica que satisfagan un porcentaje bajo
(alrededor del 10%) de los requerimientos
energéticos mundiales.
Dependiendo de su forma de aprovechamiento,
las ERNC pueden generar impactos ambientales
significativamente inferiores que las fuentes
convencionales de energía. Además, las ERNC
pueden contribuir a los objetivos de seguridad
de suministro y sostenibilidad ambiental de
las políticas energéticas. La magnitud de
dicha contribución y la viabilidad económica
de su implantación, dependen de elementos
particulares en cada país, tales como el
potencial explotable de los recursos renovables,
su localización geográfica y las características
de los mercados energéticos en los cuales
competirán.
A continuación se presenta un resumen de las
tecnologías relacionadas con el desarrollo de
las ERNC.
2.2.1 Energía Hidráulica
La energía del agua en movimiento, en ríos u
otros cauces es muy antigua, se remonta a épocas
anteriores a la era cristiana, donde su principal
uso era la molienda de granos, martillos para
trabajos metalúrgicos o transporte de mercancías
mediante barcazas. Lo anterior contribuyó al
desarrollo económico e industrial de muchos
países, desde la Edad Media hasta la Revolución
Industrial. La utilización de la energía hidráulica
para generación de electricidad se inició hace
más de un siglo.
En un curso de agua, la energía que ésta posee
y puede entregar para otros usos, se compone
de un salto (energía potencial respecto de un
nivel de referencia) y un caudal (energía de
movimiento o cinética). De esta forma, se puede
expresar la potencia hidráulica como:
Central Los Molles, Chile.

Figura 7.
Esquema de una Central Hidroeléctrica (turbinas del tipo Pelton).
Potencia hidráulica = Q Hn
Donde,
: Peso específico del agua (1.000 kg/m3
)
Q : Caudal de agua (m3
/s)
Hn: Altura neta (m)
pérdidas
Válvula de Protección
Generador
Hn
Hb
Tubería
Turbina
Transformador
Embalse
Tubería forzada
generador, del transformador). Hoy la tecnología
permite obtener rendimientos altos del conjunto
(superiores al 85%), y bastante superiores a los
rendimientos de las plantas térmicas, para igual
potencia.
En atención a que los saltos disponibles
y caudales varían según las condiciones
geográficas, existen diferentes tipos de turbinas
que se acomodan mejor a unas determinadas
combinaciones de altura y caudal, para obtener
las mejores eficiencias.
Industrialmente, los tipos de turbinas que se
utilizan corresponden a:
b Turbinas Pelton: Grandes alturas, pequeños
caudales.
b Turbinas Francis: Condiciones medias de altura
y caudal.
b Turbinas Kaplan (Hélice): Pequeñas alturas y
grandes caudales.
En la medida que el agua situada en una posición
pierde altura, gana velocidad. La disminución
de la energía potencial se transforma en
energía cinética, salvo las pérdidas debido a
los rozamientos en los conductos.
El agua, con su potencia hidráulica disponible,
pasa por una turbina, la cual la transforma
en potencia mecánica y ésta a través de un
generador, es transformada en potencia eléctrica.
Desde ahí pasa a los transformadores, para luego
iniciar su viaje a los centros de consumo. En
cada uno de estos procesos de transformación
existen pérdidas, con lo cual está asociado el
concepto de rendimiento (de la turbina, del
Válvula de protección
turbina
Página 15Marco Conceptual

Vista en perspectiva de una turbina Francis Sección transversal de una turbina Kaplan de doble regulación
La energía hidráulica es un sistema de generación
que puede almacenar energía, como es el caso de
las centrales de embalse; sin embargo, para otras
condiciones del recurso no es posible almacenar
el agua, como es el caso de las centrales de
pasada.
Por ser la energía hidráulica la de mayor
desarrollo en la mayoría de los países, se asume
que el lector está familiarizado con este tipo
de instalación, de manera que no se entregarán
mayores antecedentes técnicos al respecto.
Aspectos Ambientales
En relación con los aspectos ambientales de las
centrales hidroeléctricas, los impactos que las
actividades pueden generar en el medio ambiente
se presentan en las etapas de construcción y
operación de las instalaciones. Su prevención,
mitigación y compensación se logra con el
estricto cumplimiento de las normativas
ambientales establecidas para cada caso en cada
país y con el cumplimiento de los compromisos
ambientales exigidos en las Resoluciones
Ambientales que autorizan la construcción de
cada proyecto y su posterior operación. Las
acciones emprendidas para prevenir, mitigar,
y compensar los impactos obedecen, en la
mayoría de los casos, a la aplicación de Planes
de Manejo Ambiental aprobados por la autoridad
competente.
Durante la fase de construcción de una
central hidroeléctrica se producen impactos
positivos y negativos sobre los medios físico,
biológico y social del ambiente. Entre las
principales actividades de construcción que
pueden ocasionar impactos sobre estos medios
destacan:
b Movimientos de tierra para la construcción de
vías de acceso, instalaciones, campamentos
temporales y otros.
b Remoción de la vegetación existente para
instalar la infraestructura o previo a la
inundación para crear el embalse.
b Intervención de cursos de agua, con
modificación temporal de los flujos y la
calidad de las mismas.
b Construcción de obras permanentes como
presas, edificios o estructuras de transmisión
de electricidad.
Estas actividades producen las siguientes
alteraciones en el medio ambiente:
b Modificación temporal o permanente de los
hábitats de la fauna terrestre y acuática.
b Contaminación temporal del aire por aumento
de las partículas en suspensión y de los
gases de combustión (CO, CO2
, SO2
) por el
movimiento de la maquinaria utilizada en la
construcción.
Figura 8.
Esquema de turbinas Francis y Kaplan.

b Afectación de grupos humanos en su
propiedad y en sus costumbres.
b Generación de fuentes de trabajo y activación
de la economía local.
Durante la operación de las instalaciones
hidroeléctricas se pueden producir impactos
ambientales, tales como:
b Modificación de los ambientes acuáticos que
afectan a la fauna asociada.
b Variación de la calidad del agua por
sedimentación en los embalses.
b Variación de los flujos de agua que pueden
ocasionar problemas de erosión de riberas.
La Energía Minihidráulica
Frente a lo presentado precedentemente, se
puede pensar en instalaciones de pequeña
escala (minicentrales) que no requieren grandes
instalaciones y -por ende- su impacto ambiental
es mínimo. No existe un criterio único para
definir el rango de las minicentrales, en algunos
países son hasta 5 MW, en otros 10 MW. Más bien
se rigen por las regulaciones que imponen las
autoridades a las ERNC, en especial relativas a
incentivos económicos.
Las tendencias hacia la aplicación de las
minicentrales pueden considerar tres tipos de
diseño:
b Central de pasada, que deriva una parte del
caudal que pasa por el río para ser turbinado
en la central y luego la devuelve en otro
punto, aguas abajo del río.
b Central de canal de riego o de abastecimiento,
es la que se instala aprovechando los
desniveles existentes en las infraestructuras
de regadío o de abastecimiento de aguas para
otras necesidades.
b Central de pie de presa es la que aprovecha
el salto que origina el embalse ya existente y
que está dedicado a cubrir otras necesidades
distintas a la generación eléctrica (por
ejemplo, embalses para riego).
También la energía minihidráulica puede
ser una buena alternativa de suministro de
electricidad en comunidades aisladas de los
países en desarrollo. Además, las minihidráulicas
pueden proporcionar varios otros servicios a las
comunidades que favorezcan su desarrollo social
y económico. Es el caso del suministro de agua
para usos sanitarios o para la agricultura.
2.2.2 Energía Eólica
El aprovechamiento de la energía del viento
por el ser humano forma parte de las primeras
civilizaciones. La navegación a vela y los
molinos para la molienda de grano son algunas
aplicaciones pretéritas. En épocas más recientes,
fueron útiles para otros fines, como es el caso de
Holanda, donde gracias a los molinos de viento
se bombeó el agua que permitió ganarle terreno
al mar y donde hoy vive una parte importante
de la población de ese país.
La energía cinética del v iento puede
transformarse en energía útil, tanto mecánica
Minicentral Hidráulica, Fundación Huinay, X Región.

como eléctrica. La energía eólica, transformada
en energía mecánica ha sido históricamente
aprovechada, pero su uso para la generación
de energía eléctrica es más reciente. Existen
aplicaciones de mayor escala desde mediados
de los `70 en respuesta a la crisis del petróleo
y a los impactos ambientales derivados del uso
de combustibles fósiles.
Desde hace un poco más de un par de décadas
se ha utilizado la energía eólica como fuente
de generación eléctrica. Primero en Estados
Unidos, aprovechando ventajas fiscales
(gobierno de Carter), la especial receptividad
de California a este tipo de energía y la
existencia de vientos regulares, se instalaron
numerosos aerogeneradores conectados a las
redes eléctricas. Luego siguió la Unión Europea,
la cual hoy se alza como el primer productor
de electricidad de origen eólico (ver figura 9).
Por otro lado, en la India ha habido un fuerte
desarrollo en los últimos años.
A nivel mundial, el uso de la energía eólica ha
crecido aceleradamente como se ilustra en la
figura 10, donde se destaca que al cierre de
2005, se registraban 59.206 MW de potencia
eólica instalada. Este crecimiento parece que
no parará, pues estudios indican que hacia 2020
la energía eólica sumará más de 1.000.000 MW
instalados.
7.470
1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
9.659
13.692
18.041
24.340
31.167
39.295
47.616
59.206
El recurso eólico
El viento es un fenómeno que se presenta en casi
todas las zonas de la Tierra, pero su intensidad
y regularidad es variable. En primer lugar, existe
un esquema general de circulación de aire en la
superficie terrestre, en que en cada hemisferio
aparecen dos franjas de viento frecuentes,
una de latitudes bajas, vientos alisios, y otra
en latitudes por encima del paralelo 40°,
separadas por otras de calma persistentes. La
zona ecuatorial es un área de baja circulación
horizontal de aire. Por otro lado, los accidentes
geográficos condicionan la circulación de vientos
regionales o locales.
Como antecedentes, cabe señalar que las costas
son áreas que frecuentemente disponen de
vientos suaves, brisas marinas y terrestres; los
estrechos de comunicación entre dos mares son
caminos para vientos fuertes; los valles de los ríos
encauzan corrientes de aire paralelas a las aguas;
los pasos en algunas zonas montañosas pueden ser
puntos de vientos; y que el calentamiento solar
diferencial entre una llanura y una montaña puede
dar lugar a un viento local de efecto ladera.
Figura 10.
Energía eólica mundial, crecimiento de la capacidad instalada (MW).
Europa
Figura 9.
Energía eólica por continente, total mundial 59.206 MW.
África
América
Asia
Oceanía

Cuadro 1.
Fuente: Windpower Monthly News Magazine, April 2006.
Capacidad instalada de energía eólica al término de 2005
País Capacidad total instalada a fin de 2005 (MW)
Alemania 18.427,0
España 10.028,0
EE.UU. 9.142,0
India 4.434,0
Dinamarca 3.127,0
Italia 1.717,0
Reino Unido 1.342,0
China 1.260,0
Holanda 1.219,0
Japón 1.150,0
Portugal 1.024,0
Austria 819,0
Francia 770,0
Australia 746,0
Canadá 684,0
Grecia 573,0
Irlanda 525,0
Suecia 492,0
Noruega 281,0
Nueva Zelanda 168,0
Egipto 145,0
Corea del Sur 119,0
Bélgica 118,0
Taiwán 106,0
Finlandia 83,0
Costa Rica 71,0
Ucrania 70,0
Marruecos 64,0
Polonia 58,0
Países del Caribe 55,0
Brasil 48,0
Luxemburgo 35,0
Estonia 32,0
República Checa 28,0
Argentina 26,0
Letonia 25,0
Filipinas 25,0
Turquía 20,0
Colombia 20,0
Túnez 20,0
Islas del Pacífico 15,0
Hungría 14,0
Suiza 12,0
Irán 11,0
Israel 8,0
Rusia 7,0
Lituania 6,0
Croacia 6,0
Eslovaquia 5,0
Cuba 5,0
México 5,0
Sudáfrica 3,0
Sri Lanka 3,0
Cabo Verde 3,0
Chile 2,0
Jordania 2,0
Rumania 1,0
Bulgaria 1,0
Bangladesh 1,0
Total mundial año 2005 59.206,0
Total mundial año 2004 47.574,0
Crecimiento 2004 - 2005 24,5%

En el desarrollo actual de la energía eólica y el
diseño de aerogeneradores, se consideran áreas
de interés aquellas que presentan velocidades
medias del viento por encima de los 6 m/s, a
las que corresponden factores de utilización
de la instalación de una 2.000 horas/año
equivalentes a plena carga. También existen
zonas que llegan a valores de hasta 12 m/s de
velocidad media, con más de 4.000 horas/año de
utilización equivalente a plena carga. Además,
para establecer estas correlaciones y conocer el
verdadero potencial energético, es importante la
curva de distribución de frecuencias que mide
la regularidad de los vientos. Esto conlleva a
que se requieran exhaustivas mediciones, por lo
menos un año de monitoreo a distintas alturas
del suelo (por ejemplo, 40, 50 y 60 metros) como
condición previa para el desarrollo de proyectos
destinados a su aprovechamiento. Los monitoreos
permiten definir histogramas con las frecuencias
de los vientos en una determinada zona (ver
figura 11), para luego establecer una curva de
distribución.
0
Velocidad viento (m/s)
2,5
(%) 0 0 0
6,1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
8,2
10
9,69,6
10,3
11
10,4
8,3
6
3,7
1,8
1
0,50,30,1
12 13 14 15 16 17 18 19
Figura 11.
Histograma de velocidades medias horarias.
Otro aspecto relevante del recurso eólico es el
conocimiento del comportamiento direccional
del viento, para lo cual se utiliza la rosa de
vientos, donde se agrupan los datos medidos
por sectores de dirección (ver figura 12). El
conocimiento del comportamiento direccional
del viento es útil especialmente cuando se va
a instalar más de un aerogenerador, ya que la
estela que provoca un aerogenerador da lugar a
una deceleración del flujo de viento que afecta
al resto de aerogeneradores que funcionen en
la estela del primero.
2
4
6
8
10
12
14
16
18
N(360)
NNE
NE(45)
ENE
E(90)
ESE
SE(135)
SSESSW
S(180)
SW(225)
WSW
W(270)
WNW
NW(315)
NNW
0,5-2 m/s 2-4 m/s 4-6 m/s 6-8 m/s 8 m/s
Figura 12.
Rosa de Vientos.
Diseño de Aerogeneradores
La energía eólica disponible en una determinada
zona es función de la velocidad (V), del área
(A) barrida por las palas del molino y de la
densidad ( ) del aire. De esta forma, y aplicando
los principios de la física (mecánica) clásica,
se obtiene la expresión teórica de la potencia
disponible:
Potencia = 0,5 A V3

En la práctica, la potencia que se obtiene en el aerogenerador es menor que la obtenida con la
expresión teórica indicada precedentemente, donde influye directamente el diseño del aerogenerador,
alcanzando un valor máximo de 0,59 de la potencia teórica.
Actualmente, los aerogeneradores se diseñan con su eje horizontal, diseño más usual, pero
también existen los de eje vertical. En las figuras 13 a 15 se presentan distintas disposiciones de
instalaciones eólicas.
Figura 13.
Molino típico para bombeo de agua.
Figura 14.
Aerogenerador eje horizontal.
Figura 15.
Aerogeneradores de eje vertical (Savonius - Darrieus).

Asimismo, también se pueden encontrar instalaciones offshore (fuera de la costa, mar adentro) y
esta tendencia seguirá en aumento.
Figura 16.
Instalación de aerogeneradores offshore (mar adentro).
En relación con la producción de energía
eléctrica, los diseños más utilizados corresponden
a los aerogeneradores de eje horizontal de tres
palas. Éstos se diseñan para funcionar, en
general, en un rango de velocidades de viento
entre 4 y 25 m/s. Las velocidades bajo el límite
inferior no permiten energía útil y las que están
sobre el límite superior (velocidad de corte),
se evitan por razones de seguridad estructural
del equipo.
El desarrollo que ha tenido la tecnología para
el aprovechamiento eólico, en especial, para
la generación de energía eléctrica, ha sido
impresionante. Hace sólo algunos años no se
fabricaban aerogeneradores que sobrepasaran
1 MW de potencia. Hoy ya se puede encontrar
aerogeneradores con potencia mayor a 4 MW (ver
figura 17). En la figura 18 se puede observar
el estado del arte de la tecnología, donde se
presentan las relaciones entre la capacidad (MW)
del aerogenerador, diámetro de rotor (aspas o
palas) y la altura de torre.
Figura 17.
Aerogenerador de más de 4 MW de capacidad.

En la generación de electricidad, y luego de
haber completado los estudios de las condiciones
eólicas del lugar, es importante conocer el
comportamiento de la potencia del aerogenerador
seleccionado para las características de la zona
en estudio (ver figura 19). Con la velocidad de
viento en la curva del aerogenerador, se obtiene
la potencia. Con el histograma del estudio de
vientos y su curva de distribución, se determina
-para esa velocidad- cuál es su frecuencia, por
lo que es posible conocer las horas al año que
se dispone de esa velocidad.
160 m
120 m
Mt.Tom
250 KW
Capacidad: 50 KW 250 KW 660 KW 1000 KW 2000 KW 3600 KW 4500 KW
Diámetro Rotor: 14 m 24.4 m 47 m 60 m 80 m 104 m 114 m
Altura Torre: 25 m 30 m 50 m 70 m 70 m 74 m 124 m 127,36m
Hull
Vestas V-47
660 KW
Horns Rev
Vestas
2 MW
Arklow Bay
GE Wind
3.6 MW
East Frisia
Enercon
4.5 MW
Torre Entel,
Chile
80 m
40 m
Figura 18.
Comparación entre capacidad, diámetro rotor y altura de torre.
Velocidad viento (m/s)
Potencia(kW)
Generador de 900 kW
0
0
200
400
600
800
1.000
1.200
1.400
1.600
1.800
2.000
5 10 15 20
Generador de 1,65 MW
Figura 19.
Curvas típica de potencia de aerogeneradores.
Aspectos ambientales
La energía eólica es una opción limpia, pero
la instalación de un parque (granja eólica)
puede producir un impacto ambiental que es
necesario evaluar de acuerdo a las condiciones
del entorno, tanto físico, biológico y social, de
manera de introducir oportunamente las medidas
de mitigación. Entre ellos destacan:
b La realización de obras civiles, en especial,
la apertura de caminos que puede ser causa
de futura erosión. Este aspecto es importante
en los terrenos con insuficiente vegetación
propia que proteja el suelo. Se debe ser
cuidadoso en el desarrollo de las obras,
disponer de adecuados sistemas de drenaje y
restaurar la vegetación donde sea posible.
b Incidencia sobre la población de aves
migratorias. Se requiere conocer las
costumbres de éstas (vías de desplazamiento),
a fin de no ubicar líneas de aerogeneradores
en sus pasos habituales, ya que pueden dar
lugar a accidentes y muertes de aves.

2.2.3 Energía Geotérmica
Los recursos geotérmicos constituyen la energía derivada del calor que se extrae a través de los
fluidos geotérmicos que surgen de procesos naturales o artificiales de acumulación y calentamiento
del subsuelo. Las áreas con mayores recursos geotérmicos accesibles son aquellas en que el magma
está muy cerca de la superficie terrestre, con zonas de corteza terrestre delgada o fracturada
(Anillo de Fuego). En Sudamérica es originado por el choque de la Placa de Nazca con la Placa
Sudamericana (ver figura 20).
Placa de Norte América
Placa Escocesa
Placa Euroasiática
Placa Filipina
Placa Australiana
Placa
Juan de Fuca
Placa
Pacífica
Anillo de Fuego
Placa Euroasiática
Placa
India
Placa
ArábigaPlaca
Africana
Placa
Sudamericana
Placa de
Nazca
Placa de
Cocos
Placa
Caribeña
Figura 20.
Distribución mundial de volcanes y placas.
b En algunas localidades preocupa el ruido
producido por los aerogeneradores. Si
bien éste no es intenso, la ubicación de las
máquinas cerca de viviendas puede resultar
molesta.
b Por último, una situación más controvertida,
guarda relación con el impacto visual de
los parques eólicos. No es una situación
que incida de forma general, pero algunos
sectores de la sociedad pueden mostrarse
contrarios a los parques eólicos por esa razón.
Dentro de este aspecto se tiene el fenómeno
de la sombra titilante (efecto shadow flicker),
el que se produce por el paso de la luz solar
a través de las aspas del aerogenerador. De
esta forma, es conveniente cuidar todos los
detalles: no ubicar las instalaciones muy
próximas creando pantallas visuales, alejarse
de los lugares de gran interés paisajístico o
de ciertas carreteras, disponer de columnas
en vez de torres de celosía, por mencionar
algunos.

Figura 21.
Reservorio geotérmico.
La reserva geotérmica se forma en rocas porosas
y permeables ubicadas bajo una capa de roca
impermeable que atrapan el agua caliente y
vapor en ascenso (ver figura 21).
L as f uentes geotér micas, según sus
características y magnitud calórica, pueden ser
aprovechadas no sólo para generar electricidad
(alta entalpía), sino que también para usos
directos del calor (baja entalpía). Las fuentes
termales se aprovechan para fines medicinales
y de recreación y como instrumento de cocción
durante varios siglos. Hay registros históricos
respecto de su uso de más de dos mil años en
China y existen ruinas romanas relacionadas con
el aprovechamiento termal desde Siria hasta
Inglaterra, doscientos años Antes de Cristo.
La primera aplicación termal para calefacción
residencial se desarrolló en Francia en el
siglo XIV, pero fue en 1904 en Larderello,
Italia, que pudo encenderse la primera
ampolleta, transformando el calor de la
tierra en electricidad. Desde esa fecha hasta
nuestros días, los avances de la tecnología de
los materiales y el mayor conocimiento geo-
científico han permitido un importante avance
en el desarrollo de la geotermia como fuente
de electricidad.
La geotermia aprovecha el calor y el agua que se
han concentrado en ciertos sitios del subsuelo
conocidos como yacimientos geotérmicos.
Ellos están asociados a fenómenos volcánicos y
sísmicos, cuyo origen común son los movimientos
profundos que ocurren continuamente entre los
límites de las placas litosféricas.
La energía geotérmica, como su nombre lo indica,
es energía calorífica proveniente del núcleo de
la Tierra, la cual se desplaza hacia la superficie
terrestre a través de las fisuras existentes en
las rocas sólidas y semisólidas del interior de la
Tierra (ver figura 22).
Figura 22.
Zonas en el subsuelo relacionadas con la geotermia.
Fisura natural
Vapor
Roca impermeable
Reservorio permeable
Circulación convectiva
Roca caliente
Un yacimiento geotérmico típico se compone de
una fuente de calor, un acuífero y la llamada capa
sello. La fuente de calor es -generalmente- una
cámara magmática en proceso de enfriamiento.
El acuífero es cualquier formación litológica con
la permeabilidad suficiente para alojar agua
meteórica percolada desde la superficie o
desde otros acuíferos. La capa sello es otra
formación o parte de ella, con una menor
permeabilidad, cuya función es impedir que los
fluidos geotérmicos se disipen totalmente en
la superficie.

Con el pasar de los años, la cámara magmática
irá transfiriendo su calor a los acuíferos que
existían en la zona, elevándoles la temperatura
hasta alcanzar 300 °C o 400 °C. Muchas veces
aparecen en superficie, aunque no siempre
inmediatamente arriba de la fuente de calor,
algunas manifestaciones geotérmicas en forma
de géiseres, fumarolas, manantiales calientes
y fuentes termales. Estas son precisamente
las evidencias de que existen “filtraciones” de
fluidos calientes a través de grietas de las rocas,
lo que da lugar a que éstos afloren como aguas
hirvientes, gases o vapores (ver figura 23).
La etapa inicial de un desarrollo geotérmico
implica una minuciosa exploración para detectar
el recurso a través del muestreo y análisis de
estos fluidos. Luego se requiere un buen plan
de explotación y equipamiento para extraerlo
y producir electricidad, en forma confiable, a
precios económicos y sin contaminar.
Figura 23.
Diferentes tipos de manifestaciones geotérmicas en la superficie y afloramientos de aguas termales.
Etapa de Exploración
Durante la etapa de estudio, para definir las
características termodinámicas del reservorio,
llamada etapa de exploración, se realiza un
estudio regional, un estudio a detalle y la
perforación exploratoria. El estudio regional
corresponde a una etapa estrictamente
superficial, con trabajos relativamente baratos,
que sólo necesitan contar con los equipos
adecuados y busca definir el área del estudio
a detalle, acotándolo desde 500 – 1000 km2
a
5 – 50 km2
. Dependiendo de las condiciones
geográficas y de los recursos utilizados, el
estudio puede durar de 3 a 6 meses.
El estudio a detalle incluye la geología,
geofísica y geoquímica del área acotada.
Entre otras cosas, los geólogos analizan el
tipo y edad de los volcanes y de su lava, los
derrames, los contactos y la geoquímica de
las rocas. Los geofísicos buscan zonas de alta
conductividad eléctrica en el subsuelo, lo que
podría indicar agua caliente con sales disueltas.
Entre tanto, los geoquímicos examinan todas
las emanaciones superficiales para determinar
mediante geotermómetros la temperatura a la
que supuestamente se originaron esos fluidos.
Dependiendo de las condiciones geográficas y
de los recursos utilizados, el estudio a detalle

puede durar entre 6 meses y 1 año, aunque en
la práctica podría tomar más tiempo.
Con estos estudios, se desarrolla un modelo
conceptual donde lo más importante es la
concepción tridimensional de la litología y
estructuras, como también el comportamiento
geohidrológico del reservorio (temperatura,
zonas de “upflow” y de descarga). De este
modo, si se llega a determinar que el volumen
estimado de agua caliente atrapado en estos
acuíferos es suficientemente grande, tiene alta
temperatura y buena permeabilidad, entonces
se dan las condiciones apropiadas para que
exista un reservorio geotérmico, susceptible a
ser explotado en forma comercial.
Sin embargo, los parámetros de presión,
permeabilidad, almacenaje, tipo de reservorio,
etc., sólo se podrán estimar con mayor grado
de certeza con el primer pozo exploratorio, que
resulte productor.
Para confirmar el modelo conceptual que se tiene
del yacimiento, se perforan pozos exploratorios
profundos (entre 1.000 m y 2.500 m), muy
similares a los de producción de petróleo. La
técnica de perforación es un tanto particular, ya
que en geotermia se tienen altas temperaturas y
no se puede usar el mismo instrumental que se
utiliza para registros en los pozos petroleros.
Etapa de Explotación
La explotación considera el proyecto integral
de extracción, manejo y acondicionamiento de
fluidos geotérmicos, por lo cual no sólo incluye
la perforación del pozo, sino también todas las
instalaciones superficiales, equipos necesarios
y ramal de vaporductos (ver figura 24).
Figura 24.
Ejemplos de instalaciones para la explotación de pozos geotérmicos.
El proceso de extracción de vapor consiste
en llevar a la superficie el vapor endógeno
que se encuentra en el subsuelo, mediante la
perforación de pozos productores y construcción
de su infraestructura que proporcione el conducto
adecuado para su extracción y control.
El proceso de manejo y acondicionamiento de
vapor consiste en separar el vapor de la mezcla
extraída y transportarlo a través de la red de
tuberías a las centrales generadoras. Asimismo
llevar el agua separada a través de las obras
de conducción y descargarla en las obras de
captación para su inyección al subsuelo, luego
de separar los sólidos.
La perforación de cada pozo productor toma
cerca de 3 meses y se puede perforar con más
de un equipo paralelamente. Si la roca tiene
mucha sílice, la perforación podría tomar más
tiempo.
El vapor producido en los pozos es recolectado
mediante una red de vaporductos y llevado hasta

Figura 25.
Yacimiento geotérmico de alta temperatura.
Natural fissuere
Steam well
Central
Geotermoeléctrica
Electricidad a Centros
de Consumo
Pozo
explotación
Pozo de
inyección
Cobertura
impermeable
Foco de calor
activo
Resevorio
vapor T150 ºC
Transmisión de calor
750
1.500
2.250
3.000
Profundidad(m)
20-30 ºC
100 m
Figura 26.
Sistema hidrotérmico con predominio de vapor.
Separador de
partículas
Turbina
Generador
Condensador
de contacto
directo
Torre de
enfriamiento
Reinyección
BombaReinyección
Yacimiento
de vapor
la central, donde se purifica y luego entra a las
turbinas de vapor. Después de realizar trabajo
en la turbina, el vapor puede ser descargado a
la atmósfera o a un condensador (más eficiente)
dependiendo del tipo de central. Todo el resto del
sistema de generación eléctrica, transformación,
control y transmisión, es prácticamente igual al
de una central térmica a vapor convencional.
Las figuras 25 y 26 muestran esquemas típicos
de instalaciones geotérmicas.
Tipos de Centrales Geotérmicas
En general, son tres los tipos de centrales
geotérmicas, cuya elección de tecnología y tamaño
depende fundamentalmente de las condiciones del
yacimiento geotérmico y de los recursos disponibles.
Estos tipos de centrales corresponden a:
b Unidades a Contrapresión. Estos equipos son
unidades modulares de 1 a 10 MW (normalmente
5 MW), de baja eficiencia y bajo costo del kW
instalado. Estas unidades son armadas y probadas
en fábrica, montadas sobre un patín e instaladas
sobre la plataforma del pozo. Son totalmente
automáticas y operan desatendidas. Son de fácil
y rápida instalación (aprox. 8 meses, incluyendo
las pruebas de puesta en servicio). Por lo general,
las unidades a contrapresión son utilizadas para la
evaluación del yacimiento durante su etapa inicial
de explotación, en pozos con alto contenido de
gas y en pozos aislados en el campo.
b Unidades a Condensación. Las instalaciones
a condensación son mucho más eficientes
que las unidades a contrapresión, debido a la
descarga de vapor bajo la presión atmosférica.
Estas unidades tienen un tamaño de entre 5 y
110 MW, dependiendo de la topografía existente,
características de producción de los pozos y
sistema eléctrico al que se va a conectar la unidad.
Su instalación es más compleja y extensa que la
unidad a contrapresión. El plazo de instalación
es alrededor de 24 meses, incluyendo pruebas de
puesta en servicio y necesitan de una superficie
mucho mayor que una unidad a contrapresión.
Estas unidades serían iguales a las de una central
térmica (vapor) convencional si no fuera porque
el vapor proveniente de los pozos no es puro,
contiene gases incondensables, elemento que
cambia drásticamente las condiciones de diseño.
Aunque estos gases están presentes en pequeñas
cantidades (1% a 3% en masa) y compuestos en su
mayoría por CO2
(típicamente 98% CO2
y 2% H2
S),
esto introduce algunas modificaciones importantes
en el diseño. Ejemplo de esto es la instalación
de grandes compresores en el condensador para
extraer los gases incondensables y la utilización
de acero inoxidable en el circuito de enfriamiento,
debido a lo ácido y corrosivo del condensado.

b Unidades de Ciclo Binario. Estos equipos son
unidades modulares de 1 a 3 MW (aunque existen
unidades experimentales más pequeñas de hasta
300 kW) que funcionan con agua caliente en vez de
vapor. Esto puede ser cuando la cantidad de agua
separada en un pozo es muy abundante o cuando
el pozo no tiene una temperatura muy elevada y
el fluido que se extrae de éste es prácticamente
agua. Al igual que las unidades a contrapresión,
son armadas y probadas en fábrica, montadas
sobre un patín e instaladas a boca de pozo. Son
totalmente automáticas y operan desatendidas.
Son de fácil y rápida instalación (sólo un par
de meses). En las unidades de ciclo binario se
utiliza el agua geotérmica caliente (alrededor de
130 a 150 °C) para transferir calor a un fluido
secundario de menor punto de ebullición, por lo
general isopentano, el cual al evaporarse opera
un ciclo de generación cerrado moviendo una
turbina de diseño especial. Después de su paso
por la turbina, el fluido secundario se condensa,
generalmente por aeroenfriadores, para volver al
intercambiador de calor y cerrar el ciclo. Por su
parte, el agua geotérmica, ahora más fría (alrededor
de 80 °C), se reinyecta al yacimiento. La eficiencia
de conversión en estas unidades es bastante
baja, aproximadamente 11%, y por lo general son
utilizadas para electrificar zonas aisladas o como
complemento de una unidad a contrapresión para
mejorar la eficiencia del pozo.
Las figuras 27 y 28 ilustran algunas instalaciones
de centrales geotérmicas.
Figura 27.
Central Cerro Prieto, México. Capacidad 720 MW.
Figura 28.
Central Berlín, El Salvador. Capacidad 9 MW.
Los países con mayor aplicación de la energía
geotérmica son: Estados Unidos, Filipinas,
México, Indonesia, Italia, Japón, Nueva Zelandia.
En el cuadro 2 se muestra la capacidad instalada
geotérmica de la mayoría de los países que la
aplican. Cabe destacar que, a nivel mundial, ya
se cuenta con cerca de 9.000 MW instalados y
varios proyectos en ejecución.
Cuadro 2.
Capacidad instalada (MW) de aprovechamiento geotérmico a nivel
mundial (2005).
País Potencia instalada (MW)
Estados Unidos 2.544
Filipinas 1.931
México 953
Indonesia 797
Italia 790
Japón 535
Nueva Zelanda 435
Islandia 202
Costa Rica 163
El Salvador 151
Kenya 127
Rusia 79
Nicaragua 77
Guatemala 33
China (Tíbet) 28
Turquía 20
Portugal (Azores) 16
Francia (Guadalupe) 15
Papua Nueva Guinea 6
Tailandia 0,3
Austria 0,2
Alemania 0,2
Australia 0,2
Total 8.903

En cuanto al agua separada (salmuera), si
se realiza la reinyección de ésta al propio
yacimiento en forma adecuada, se eliminan los
riesgos de contaminación del suelo, acuíferos
superficiales y cursos de agua.
Así, una central geotermoeléctrica bien manejada
no contamina ni es peligrosa para su entorno.
Sin perjuicio de lo anterior, es conveniente tener
presente los siguientes aspectos:
b La utilización del suelo, ya que se requieren
grandes extensiones y de una considerable
infraestructura.
b El manejo del suelo, relacionado con
su estabilidad y la influencia sobre las
formaciones geológicas profundas. Entre los
impactos negativos podrían estar la erosión,
el hundimiento del terreno y la inducción de
actividad sísmica.
b El ruido, en especial en la etapa de
perforación de los pozos.
b Posible contaminación del aire, debido a flujos
de gases contaminantes y no controlados en las
distintas etapas del proceso de explotación.
b Posible contaminación de las aguas, debido a
los procesos térmicos durante la explotación
de la planta.
b Alteración de ecosistemas, debido a un mal
manejo del recurso.
2.2.4 Energía solar
En estricto rigor, las energías renovables tienen
su origen en la energía solar, es decir, la energía
eólica, geotérmica, mareomotriz, e incluso la
biomasa, son aprovechamientos indirectos de
la energía aportada por el sol. Sin embargo,
de forma específica la radiación solar ofrece
varias maneras de recuperación energética, ya
sea como vía de calentamiento que reemplaza el
consumo de energías convencionales, producción
de electricidad y, potencialmente, la obtención
En cuanto a la contaminación atmosférica que
la generación geotermoeléctrica pueda producir,
es importante tener en cuenta que ésta no
emite óxidos de nitrógeno (NOx
), ni óxidos de
azufre (SOx
), como ocurre en las plantas de
combustión.
Las emisiones geotérmicas sólo contienen gases
de CO2
, aunque muy inferiores comparadas a
las de una central térmica, que utilice como
combustible gas natural, petróleo o carbón (ver
figura 29).
200
Geotermia Gas Natural Petróleo Carbón
1.000
1.500
2.000
Figura 29.
Comparación de emisiones de CO2
(lbs/MWh).
Por otro lado, las pequeñas cantidades de
gas sulfhídrico (H2
S) que emite una central
geotérmica se controlan con eficacia mediante
una adecuada dispersión local y realizando
mediciones continuas para mantenerse dentro
de los límites permisibles. En ningún caso se
genera lluvia ácida, ya que ésta proviene del
SO2
y el agua.
Para la contaminación acústica se utilizan
silenciadores que abaten el ruido hasta niveles
aceptables, además de cumplir una doble función
al eliminar el salpicado de salmuera.

de combustibles de uso directo, como podría ser
el hidrógeno (ver figura 30).
La forma más antigua de aprovechamiento
de la energía solar es el calentamiento de
las viviendas, pasando por aplicaciones
más industriales como la obtención de la
sal (evaporación de aguas en las salinas),
fabricación de adobes (secado del barro
moldeado) y otras. Esta forma de utilización
se puede considerar como pasiva (energía solar
pasiva), pues hace uso directo de la luz y el
Figura 31.
Aplicaciones de la energía solar a la arquitectura de viviendas y edificios.
calor del sol, captándolos, almacenándolos y
distribuyéndolos de forma natural, sin necesidad
de elementos mecánicos.
La energía solar pasiva se contempla en muchos
países como una opción energética de gran
potencialidad, que se ha venido aplicando casi
exclusivamente en la edificación, formando
parte de lo que hoy se conoce como Arquitectura
Bioclimática. En la figura 31 se presentan algunas
aplicaciones domésticas de este concepto.
Colector solar
Bomba
circulante
Agua caliente
sanitaria
Acumulador combinable
Caldera
Secadores y
otros
Viviendas
bioclimáticas
Fotovoltaica
aislada
Placas solares
Generación
eléctrica a
gran escala
H2
Tradicional Actualidad Futuro
Figura 30.
La energía solar.

Por otro lado, también se tiene la energía solar
activa, consistente en el uso de la luz y el calor
del sol mediante procedimientos técnicos, que
la capta, almacena y transmite a otros usos
derivados. Las aplicaciones en este concepto
pueden ser para bajas y altas temperaturas.
La tecnología solar activa de baja temperatura
basada en colectores de placa plana es la
más desarrollada. Se utiliza en aplicaciones
que requieren temperaturas inferiores a los
50-60°C. El sistema está constituido por un
colector que capta la radiación, un subsistema
de almacenamiento, un sistema de transporte
de energía (tuberías, bombas, intercambiadores)
y otro de utilización (consumo) de la energía
solar captada. Son instalaciones con forma de
panel que deben ser inclinadas y orientadas de
manera que el aprovechamiento de la energía sea
máximo (en el hemisferio norte se orientan hacia
el sur, y en el hemisferio sur, hacia el norte).
En la figura 32 se muestra una instalación típica
de colectores de placa plana. Las placas utilizan
la energía del sol para calentar el fluido portador
que, a su vez, proporciona calor utilizable en
una casa. El fluido, agua en este caso, circula
a través de las tuberías (cobre) en el colector
solar y durante el proceso absorbe algo de esta
energía. Después se mueve a un intercambiador
de calor, donde calienta el agua que se utilizará
en la vivienda. Finalmente, una bomba lleva
de nuevo el fluido hacia el colector solar para
repetir el ciclo.
Figura 32.
Instalación con colectores de placa plana.
Rayos solares
Colector solar
Chapa de
aluminio
Cubierta de
vidrio
Tubería de
cobre
Agua
caliente
Intercambiador
de calor
Agua
fría
Agua caliente
Bomba

La tecnología solar activa de media y alta temperatura está menos desarrollada. En efecto, a
partir de los 80°C la eficiencia de los colectores solares de placa plana es baja, y por ello es
necesario el uso de otro tipo de colectores, por ejemplo, cilíndricos parabólicos (ver figura 33).
Además, para temperaturas altas se precisa mayor cantidad de radiación solar y, por lo tanto, una
mayor concentración de ésta, así como la utilización de nuevos elementos para conseguirlo. Estos
elementos son costosos y todavía están en proceso de desarrollo.
Figura 33.
Paneles colectores parabólicos (eficiencia entre 13 y 20%).
Últimamente se han desarrollado las tecnologías de los receptores de disco con motor (combustión
externa) Stirling, especiales para su aplicación en zonas aisladas y los sistemas de espejos y
receptores en torre. Las figuras 34 y 35 muestran estas dos últimas tecnologías.
Figura 34.
Receptores de disco y motor Stirling (eficiencia entre 12 y 18%).
Receptor
Concentrador
Receptor Reflector

Figura 35.
Sistema de espejos y receptor en torre (eficiencia entre 8 y 15%).
La energía solar ofrece dos formas de producción
de electricidad: térmica y fotovoltaica. La primera
se basa en la concentración de la radiación solar,
a fin de llevar un fluido a suficiente temperatura
para accionar motores (turbinas) térmicos que
van acoplados a generadores eléctricos. En este
tipo de utilización juegan un papel relevante
las tecnologías indicadas precedentemente (ver
figuras 33 a 35). También se han desarrollado
sistemas híbridos, que combinan dos sistemas:
uno tradicional, sobre la base de un combustible
convencional, más el vapor, proveniente de
una fuente solar activa de alta temperatura,
que conforman lo que se conoce como ciclo
combinado (ver figura 36).
La energía solar fotovoltaica consiste en la
conversión directa de la radiación solar en
electricidad mediante sistemas fotovoltaicos.
Un sistema fotovoltaico está formado por las
células solares (que transforman la luz en
electricidad), un acumulador, un regulador de
carga (que impide que llegue más energía al
acumulador cuando ha alcanzado su máxima
carga) y un sistema de adaptación de corriente
(que adapta a la demanda las características
de la corriente generada). Es importante la
posición de las células o paneles fotovoltaicos
(ver figura 37), que deben estar inclinados y
orientados de forma determinada, con el fin
de aprovechar al máximo la radiación solar a
lo largo del año. Estas células suelen ser de
silicio (monocristalino, policristalino o amorfo),
pero se encuentra en desarrollo el posible uso
de otros materiales (sulfuro de cadmio, por
ejemplo), donde se tiene presente el costo de
la obtención del material (el silicio consume
una gran cantidad de electricidad). La eficiencia
que se alcanza con los sistemas fotovoltaicos es
todavía baja, varía entre 10% (silicio amorfo) y
15% (monocristalino).
Receptor

Combustible
Caldera de
Recuperación de Calor
Opción A:
Concentradores de Vapor de Alta Presión
Opción B:
Concentradores de Vapor de Baja Presión
Expansión
Agua de
Alimentación
Generador
de Vapor
Vapor de Alta
Presión
Desaireador
Intercambiador
de Calor de Baja
Presión
Condensador
Turbina de
Vapor
Gas
Vapor de Baja
Presión
Generador
de Vapor
Agua de
Alimentación
Expansión
Figura 36.
Planta de generación eléctrica con Ciclo Combinado Solar Integrado.
Una ventaja importante de los sistemas
fotovoltaicos es que no necesitan estar
conectados a la red de distribución eléctrica,
ya que generan la electricidad en el mismo lugar
de consumo. Por esta razón, los paneles solares
fotovoltaicos se utilizan -preferentemente- en
lugares de difícil acceso a la red eléctrica,
tales como repetidoras de radio y TV, sistemas
de bombeo, iluminación, faros y, sobre todo,
en zonas aisladas (zonas rurales, refugios de
montaña y otros).
Figura 37.
Sistemas fotovoltaicos.

Figura 39.
Electrificación fotovoltaica en un faro (La Coruña, España).
Figura 38.
Electrificación fotovoltaica de 200 kW en una isla
(Senegal).
Figura 41.
Sala de baterías de una instalación fotovoltaica.
Figura 40.
Bombeo solar directo para riego de viñas
(España).
La electricidad obtenida mediante los sistemas
fotovoltaicos puede usarse en forma directa o
bien ser almacenada en baterías (ver figura 41),
para utilizarla durante la noche.
Antes de entregar algunos valores respecto del
potencial de la energía solar, conviene recordar
que la radiación solar es una forma de energía
de baja concentración. Fuera de la atmósfera,
la intensidad de radiación oscila entre 1.300 y
1.400 W/m2
. Las pérdidas en la atmósfera por
absorción, reflexión y dispersión la reducen
un 30%. Si las condiciones climatológicas son
buenas, es posible llegar a tener 1.000 W/ m2
. En
su defecto, pueden tener solo 50 W/m2
, lo que
necesita mayores superficies de capatación.

330
W/m2
310
290
270
250
230
210
190
170
150
130
110
90
70
50
30
0
Figura 42.
Potencial solar en el mundo.
Al cierre de 2004, la capacidad instalada de
energía solar, a nivel mundial, alcanzaba los
4.400 MW, con 2.220 MW de fotovoltaica fuera
de la red eléctrica, 1.800 MW en la red y 400 MW
en solar térmica. Japón es el líder en el uso de
la energía solar, seguido por Alemania y EE.UU.
El crecimiento de la capacidad fotovoltaica
instalada mundial, entre 1990 y 2004, se muestra
en la figura 43.
Megawatts
1990
Total
Conectado a la red
0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
4.000
1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004
Figura 43.
Crecimiento de la capacidad mundial fotovoltaica.
La radiación solar en el mundo (figura 42) varía según la ubicación geográfica y concentra los
mayores potenciales en los desiertos (Sahara, Atacama, Gobi, entre otros).

En cuanto a los aspectos ambientales de la
energía solar térmica (sistemas pasivos y
activos), cabe indicar como aspecto positivo la
desaparición de todos los impactos relacionados
con los combustibles fósiles, en especial, la
gran cantidad de CO2
emitida en los procesos
de combustión y sus consecuencias (cambio
climático). Como aspecto negativo se tiene
el impacto visual. En el caso de energía solar
pasiva, la introducción de nuevos elementos en
el edificio no suele dar lugar a efectos negativos
(ver figura 31); en cambio, con los paneles de
energía solar activa se pueden producir efectos
visuales no deseados, los cuales se pueden
enmascarar o reducir adaptando estos elementos
a su entorno. También en estos últimos es
importante tener presente la superficie que
ocupan las instalaciones (ver figura 44).
Figura 44.
Planta solar y ciclo combinado de 428 MW ubicada en
Yazd, Irán.
En relación con el uso de paneles solares
fotovoltaicos cabe destacar lo siguiente:
b Se evitan todos los impactos asociados a
los combustibles fósiles: a su extracción,
transformación, combustión (emisiones de
sustancias contaminantes, especialmente CO2
)
y transporte.
b El impacto en el ecosistema natural depende
del área cubierta por el sistema fotovoltaico,
el período de construcción, el tipo de suelo y
la biodiversidad existente. Sin embargo, una
cuidada planificación y el restablecimiento
del hábitat pueden mitigar estos efectos.
b El impacto visual puede evitarse mediante la
integración de paneles en cubierta y fachadas
de edificios (ver figura 45).
b En la fabricación de los componentes
fotovoltaicos se utilizan algunos materiales
potencialmente tóxicos y peligrosos, que
hay que almacenar adecuadamente para
evitar emisiones al suelo y a las aguas
subterráneas.
Figura 45.
Paneles solares fotovoltaicos en edificios.

2.2.5 Energía de la Biomasa
Por biomasa se entiende el conjunto de materia orgánica renovable de origen vegetal, animal o
procedente de la transformación natural o artificial de la misma. Puede ser de origen natural
(producida en los ecosistemas naturales, como es el caso de la leña), de origen residual (residuos
forestales y agrícolas, residuos sólidos urbanos, residuos biodegradables), cultivos energéticos
(cultivados especialmente para ser utilizados como biomasa) o excedentes agrícolas.
La producción inicial de biomasa se realiza por medio del proceso de la fotosíntesis, mediante
el cual los vegetales son capaces de captar la energía solar y almacenarla en los enlaces de las
moléculas orgánicas que forman su biomasa.
La aplicación más común de la biomasa es la combustión directa, aunque existen tecnologías
(gasificación, pirólisis, fermentación alcohólica y digestión anaeróbica) que transforman la biomasa
inicial en otros combustibles con características más favorables para su uso.
La biomasa se usa principalmente como combustible en establecimientos industriales (por ejemplo,
plantas de cogeneración, ver figura 46) o en el sector doméstico para calefacción, cocina y agua
caliente. También puede ser utilizada como combustible para los medios de transporte y evitar de
este modo el uso de combustibles fósiles. En este caso, se utilizan los denominados biocombustibles
(por ejemplo, metanol y etanol), obtenidos después de haber aplicado varios procesos industriales
a algunos cultivos energéticos y a los excedentes agrarios. El principal problema de este proceso
es que su rendimiento es bajo: de un 30 a un 40% de la energía contenida en el material de origen
se pierde en la preparación del alcohol.
Almacenamiento de
Biomasa
Transporte de
Biomasa
Recolección
Calefacción
domiciliaria
Combustión
Figura 46.
Planta de cogeneración (calor y energía eléctrica).

Otra posibilidad es usar la biomasa para obtener biogás. Esto se hace en depósitos en los que se
acumulan restos orgánicos, residuos de cosechas y otros materiales que pueden descomponerse,
en un depósito al que se llama digestor. En ese depósito estos residuos fermentan por la acción
de los microorganismos. La mezcla de gases producidos se puede almacenar o transportar para
ser usada como combustible. En la figura 47 se presenta un esquema de instalación de producción
de biogás.
Figura 47.
Planta de cogeneración con biogás.
Tanque de secado
de fango
Fango de
depuración
Digestor
Desperdicios
sólidos
Utilización
agrícola Gasómetro
Compresor de gas
Calor de la planta
de cogeneración
Electricidad para el consumo
propio y suministro a la red
Generador de calor
y electricidad

Es bastante difícil establecer el costo de la
biomasa. Por ejemplo, en el caso de combustibles
procedentes de biomasas residuales, depende
mucho del tipo de residuo y de las facilidades para
su recogida, almacenamiento y transporte. En el
caso de industrias que generan su propio residuo
orgánico, comunmente es rentable su utilización.
Para los residuos de cosechas agrícolas o forestales,
existe el problema de la inseguridad de la garantía
de suministro y precio de un año a otro, por lo
que es difícil que las industrias consumidoras se
arriesguen a depender de este tipo de combustible,
a no ser que existan garantías contractuales
solventes en cuanto a la seguridad de suministro.
Aunque en algunos casos los residuos pueden ser
sin costo, la recolección y el transporte, junto
con las incertidumbres anotadas anteriormente,
dificultan la viabilidad de este tipo de proyectos.
Como aplicación en la generación de electricidad,
la energía contenida en la biomasa se puede
utilizar para accionar diferentes turbinas de
vapor, motores diesel o motores de combustión
externa Stirling.
La forma clásica de generación de electricidad
con un combustible es la producción de vapor
en una caldera y su posterior expansión en la
turbina. Es una alternativa bien conocida, de
tecnología desarrollada y, además, confiable.
Se pueden construir instalaciones de un amplio
rango de potencia, desde 1 MW hasta niveles
superiores a los que se podría obtener con un
suministro racional de biomasa. Además, es
posible concebir instalaciones de cogeneración
de calor y electricidad (ver figura 48)
Figura 48.
Esquema típico de una instalación de cogeneración de calor y electricidad.
G
Biomasa
Aire
Cenizas
Gases de
combustión
Calefacción de viviendas y
sector industrial
Energía eléctrica
Turbina de vapor

Las instalaciones de baja potencia tienen
dos inconvenientes. Por un lado, supone una
inversión específica alta y, por otro, un costo
específico de personal elevado, en la medida que
el número de personas para operar la planta no
tiene una relación directa con la potencia. De
esta forma, se considera que las instalaciones
que queman biomasa en calderas deben ser
concebidas con potencias superiores a los 5
MW. O mejor, sobre los 10 MW, salvo que estén
emplazadas en complejos agroindustriales en
los que los volúmenes de residuos disponibles
sólo permitan potencias inferiores y, por otras
razones, únicamente se pueda seleccionar
esta alternativa tecnológica. Por otro lado,
generalmente no se sobrepasan los 40 MW,
debido al abastecimiento de la biomasa, ya que
ésta no es factible transportar a largas distancias
para no encarecer y no gravar sobre ella un
significativo consumo energético producto del
transporte.
En los sistemas de generación caldera–turbina de
vapor (ciclo Rankine), el rendimiento energético
de transformación es bajo, no supera el 30%,
debido principalmente a las pérdidas del proceso
y los consumos propios de la planta.
Se debe almacenar la biomasa y dejar que se
seque, a fin de mejorar su manejo y aumentar el
rendimiento de la combustión (ver figura 49).
De esta forma, si se ha trozado finamente, se
facilita el proceso, pero se tiene el riesgo de
autocombustión, donde la vigilancia del recinto
de almacenamiento debe ser muy cuidadosa.
En la actualidad, el manejo de las plantas de
generación eléctrica se ha automatizado mucho,
por lo que se requiere poca mano de obra.
Figura 49.
Instalación de generación con biomasa.
Se ha avanzado en llevar a cabo un desarrollo
comercial de otras alternativas de generación
eléctrica que no presenten los inconvenientes
señalados anteriormente. Por un lado, se
tiene la gasificación de la biomasa, donde se
obtienen combustibles bastantes reactivos y
su transformación a gas es factible, tanto en
procesos que utilizan oxígeno como agente
gasificante, como en procesos que emplean
aire. El gas que se obtiene se puede quemar en
turbinas, que se integran con el propio sistema
de gasificación en ciclos de diseño específico.
Se puede usar en ciclos combinados de turbina
de gas (ciclo Brayton) y turbina de vapor (ciclo
Rankine) o también en un motor Diésel. Estas
alternativas permiten mejorar la eficiencia del
grupo generador, sobrepasando el 30% del
rendimiento energético.
Al considerar que las energías renovables
abastecen el 17% de la energía primaria
mundial, la biomasa tradicional (cocina y
calefacción) representa un valor cercano al 9%
del consumo mundial de energías renovables.
No obstante, el reparto es muy desigual entre

países industrializados y los países en vías de
desarrollo. Así, mientras en el primer grupo,
el consumo de biomasa para fines energéticos
es menor del 5% de su consumo total, en el
segundo, la biomasa supone la fuente de energía
más importante, con valores superiores al 30%
del consumo total de energía. Incluso en los
países más pobres este valor puede sobrepasar
el 50%, especialmente en las aplicaciones
domésticas.
En relación con la capacidad instalada de
generación con biomasa, las estadísticas al
cierre de 2004 muestran un valor cercano a los
40.000 MW, superando a la geotermia y solar
e inferior a la eólica y a la minihidráulica (ver
figura 50).
0
50
100
150
200
Mundial
Solar FV (Conectada a la red)
Geotérmica
Biomasa
Eólica
Pequeña Hidroeléctrica
Países
desarrollados
UE-25 China Alemania EE.UU. España Japón
Gigawatts
Figura 50.
Capacidad instalada (GW) de ERNC, 2004.
La utilización de la biomasa con fines energéticos
tiene las siguientes ventajas ambientales:
b Disminución de las emisiones de CO2
. Aunque
para el aprovechamiento energético de esta
fuente renovable se tenga que realizar una
combustión, y el resultado de la misma sea
agua y CO2
, la cantidad de este gas causante
del efecto invernadero, se puede considerar
que es la misma cantidad que fue captada por
las plantas durante su etapa de crecimiento,
por lo cual el aporte neto es nulo y no supone
un incremento de este gas a la atmósfera.
b No emite contaminantes sulfurados o
nitrogenados (precursores de la lluvia
ácida), apenas algunas partículas sólidas.
Las cenizas de la combustión de la biomasa
son inertes.
b Si se utilizan residuos de otras actividades
como biomasa, esto se traduce en un reciclaje
y disminución de residuos. Canaliza, por
tanto, los excedentes agrícolas alimentarios,
permitiendo el aprovechamiento más integral
de las tierras.
b Los cultivos energéticos sustituirán a cultivos
excedentarios en el mercado de alimentos.
Eso puede ofrecer una nueva oportunidad al
sector agrícola.
b Permite la introducción de cultivos de gran
valor rotacional frente a monocultivos
cerealistas.

b Puede provocar un aporte económico en el
medio rural.
b Disminuye la dependencia externa del
abastecimiento de combustibles y ayuda a
la reducción del consumo de combustibles
fósiles.
Por otro lado, el uso de la biomasa con fines
energéticos puede presentar los siguientes
inconvenientes:
b Tiene un mayor costo de producción frente a
la energía que proviene de los combustibles
fósiles.
b Menor rendimiento energético de los
combustibles derivados de la biomasa en
comparación con los combustibles fósiles.
b Producción estacional, que puede ser riesgoso
para la continuidad del servicio.
b La materia prima es de baja densidad
energética, lo que quiere decir que ocupa
mucho volumen y, por lo tanto, puede tener
problemas de transporte y almacenamiento.
b Necesidad de acondicionamiento o
transformación para su utilización, mitigar
algunos contaminantes, según la tecnología
que se utilice.
b Un problema serio es la deforestación, ya que
con la tala de los árboles para la obtención
de leña se evita que éstos sigan consumiendo
CO2
(gas efecto invernadero). Además, la
producción de biomasa a gran escala requiere
de grandes superficies de tierras fértiles, lo
que se traduce en no usarla para la producción
de alimentos.
En la actualidad, la tecnología aplicada a la
biomasa está sufriendo un gran desarrollo. La
investigación se está centrando en los siguientes
puntos:
b En el aumento del rendimiento energético de
este recurso.
b En minimizar los efectos negativos
ambientales de los residuos aprovechados y
de las propias aplicaciones.
b En aumentar la competitividad en el mercado
de los productos.
b En posibilitar nuevas aplicaciones de gran
interés como los biocombustibles.
2.2.6 Energía del Mar
La potencialidad de la energía del mar está en su
abundancia. Tres cuartas partes de la superficie
de la Tierra están cubiertas por el mar, por lo
tanto, reciben la mayor parte de la energía
procedente de la radiación solar. La evaporación
de agua que luego precipita y los vientos son una
manifestación de esta energía, por lo que es una
fuente con muchísimos recursos. Incluso algunos
informes expresan que en el mar se hallan los
sustitutos de las energías convencionales.
El aprovechamiento de la energía del mar
puede ser de tres tipos: energía de las mareas
(mareomotriz), energía de las olas y energía
térmica oceánica.
La explotación de esta energía es antigua,
aunque la producción de electricidad no se
encuentra desarrollada, más allá de casos
puntuales. En el antiguo Egipto ya se utilizaban
molinos que aprovechaban la diferencia entre
mareas.

Las principales ventajas de obtener energía
eléctrica del mar es su carácter renovable, existe
abundancia de agua salada en la Tierra y no emite
contaminantes o residuos durante la explotación,
así como su baja agresividad con el medio
natural.
Energía de las mareas (mareomotriz)
Las mareas deben entenderse como un fenómeno
oceanográfico, resultado de la interacción de la
Luna y el Sol sobre la Tierra. También las mareas
están influenciadas por la actividad de otros
astros y la densidad del agua de mar, entre otros
factores, que provocan la variación del nivel de
mares y océanos y traen aparejado oleaje.
El comportamiento de las mareas es variado,
aunque presenta periodicidad. En la mayoría
de las costas se dan dos mareas al día, y en
otras aparece sólo una al día. En otros sitios
se observan las llamadas corrientes u olas de
mareas, que son movimientos horizontales del
agua que se observan en mares, estuarios y
fiordos producidos por la propia marea. Donde se
presenta este fenómeno no se advierte pleamar y
bajamar, sino flujo y reflujo, según si las mareas
entran o salen. Cuando aquí se habla de marea,
el parámetro predominante que se asocia a la
misma es la altura, y cuando se alude al flujo
y reflujo es el movimiento del mar entrando y
saliendo de la costa.
Para generar energía eléctrica a partir de las
mareas se requiere construir un dique que
almacena agua convirtiendo la energía potencial
de ésta en electricidad por medio de una turbina,
igual que en el caso de las centrales hidráulicas.
La energía producida es proporcional a la
cantidad del agua desalojada y a la diferencia
de altura existente.
Debe tenerse en cuenta que existen dos
condiciones físicas indispensables para que se
pueda captar la energía de las mareas:
b Que la amplitud física de las mareas sea como
mínimo de varios metros (ver cuadro 3).
b Que la configuración de las costas permita
el embalse de una importante cantidad de
agua, sin que requieran obras civiles de gran
magnitud y costo.
Amplitud de mareas de algunos puertos o bahías
Puertos o bahías Amplitudes de marea (m)
Puerto Peñasco, Sonora, México 8,0
Liverpool, Bristol, Inglaterra 10,0
Braunagar, India 12,5
Bahía Collier, Australia 14,0
Bahía Mont Saint Michel, Francia 15,0
Río Gallegos, Argentina 18,0
Bahía Fundy, Canadá 19,0
Cuadro 3.

Se consideran pioneros de la explotación
moderna de las mareas a los habitantes de
Husum, una pequeña isla alemana ubicada en
el Mar del Norte. En este lugar, en 1915 se
cultivaban ostras en tanques conectados a un
canal donde se ubicaba una turbina que producía
energía eléctrica para iluminar la instalación a
partir del desnivel de las mareas.
La primera gran central mareomotriz para la
producción de energía eléctrica comercial se
construyó en 1967 en el estuario de Rance,
Francia (ver figura 51). Es la central mareomotriz
más importante del mundo, con una potencia
instalada de 240 MW, un caudal de 20.000 m3
/s,
un salto de agua de 8 m, un dique de más de
700 m y una superficie de agua embalsada de
17 km2
. Se construyeron después tres centrales
experimentales, en 1968 en Murmansk, en el
mar de Barents, en 1983 en Jiangxi, China, y en
1984 en Anápolis, Canadá.
Figura 51.
Central mareomotriz de Rance, Francia.
Las ventajas de esta fuente de energía son claras,
ya que es una fuente muy abundante y renovable,
las mareas se repiten de forma periódica y
fácilmente predecible, se trata de una energía
limpia que no genera gases que incrementen el
efecto invernadero. Entre los inconvenientes cabe
destacar que no es una tecnología desarrollada y
que las labores de instalación y mantenimiento
son complejas y costosas.
Energía de las olas
Las olas se forman por la acción del viento,
después crecen y se entremezclan en el mar. Se
ha calculado que una ola inicial de 150 metros
de longitud, tarda 30 horas en ir de las islas
Azores a Marruecos. La altura de las olas es
variable según los océanos. Las olas más altas
observadas en el Atlántico no rebasan los 20
metros. En el Mediterráneo, no exceden los 8
metros, mientras que en el Océano Antártico
se producen olas de hasta 30 metros. Existen
además los tsunamis (tsu: puerto; nami: ola), que
son olas de alrededor de 1 m de altura, pero de
gran longitud de onda, que llegan a la costa en
forma de marejada y provocan destrucciones.
nivel del mar
longitud de la ola
amplitud
de la ola
Cresta
valle
Figura 52.
Representación gráfica (sinusoidal) de una ola.
Una de las propiedades características de las
olas es su capacidad de desplazarse a grandes
distancias, con muy poca pérdida de energía.
Por ello, la energía generada en cualquier parte
del océano acaba en el borde continental. De
este modo, la energía de las olas se concentra
en las costas, que totalizan 336.000 km de
longitud. La densidad media de energía es del
orden de 8 kW/ m de costa. En comparación, las
densidades de la energía solar son del orden de
300 W/m2
. Por tanto, la densidad de energía de
las olas es, en un orden de magnitud, mayor
que la de los procesos que la generan. Las
distribuciones geográficas y temporales de los

recursos energéticos de las olas están controladas por los sistemas de viento que las generan
(tormentas, alisios, monzones).
La densidad de energía disponible varía desde las más altas del mundo, entre 50-60 kW/m en
Nueva Zelanda, hasta el valor medio de 8 kW/m. En la figura 53 se muestra un mapa mundial de
la densidad de energía de las olas.
Figura 53.
Mapa mundial de la densidad de las olas.
La tecnología de conversión de movimiento
oscilatorio de las olas en energía eléctrica se
fundamenta en que la ola incidente crea un
movimiento relativo entre un absorbedor y un
punto de reacción que impulsa un fluido a través
del generador.
La potencia instalada en operación en el mundo
apenas llega a 1 MW. La mayor parte de las
instalaciones lo son de tierra. Los costos fuera
de la costa son considerablemente mayores. En
el momento actual, la potencia instalada de los
diseños más modernos varía entre 1 y 2 MW.
Pero todos los diseños deben considerarse como
experimentales. Los diseños pueden ser flotantes
o fijos a la plataforma continental.
Los primeros experimentos de explotación de
la energía de las olas datan de 1874, en la que
se emplea una embarcación dotada de aletas
diseñadas por Henning. En Mónaco, en 1929,
se presentó el “Rotor de Savonius” donde se
aprovechaba la fuerza horizontal de las olas.
Actualmente, se puede nombrar el Convertidor
de Kvaener de Noruega, basado en la Columna
de Agua Oscilante, con una potencia instalada
de 500 kW que abastece de energía eléctrica
a unas cincuenta viviendas. También, se debe
hacer mención de la planta japonesa de Sakata,
con una potencia de 60 kW y de la planta india
de Wizhinja con una potencia de 150 kW.
Sobre 60
50 60
40 50
30 40
25 30
20 25
15 20
10 15
5 10
Bajo 5
kW/m

En la actualidad, el sistema más maduro es el de Columna de Agua Oscilante; consistente en un
tubo hueco que contiene aire que se comprime y expande por efecto de las olas, éstas penetran
por la parte inferior y desplazan hacia arriba una columna de aire aumentando la presión, una
turbina situada en el extremo superior del tubo aprovecha la energía del aire.
Algunos desarrollos de la energía de las olas se muestran en las figuras 54 y 55.
Figura 55.
Prototipo del “Rotor de ola”,
desarrollado por la empresa Ecofys.
Figura 54.
Turbina inventada por Zeimor en 1970. La turbina gira en un mismo sentido en los dos ciclos de la ola.
Columna de agua
ascendente
Columna de agua
descendente
Cresta de
la ola

Energía térmica oceánica
Se reconoce al francés Jacques D´Arsonval (1881)
como el pionero en proponer la explotación de
las diferencias de temperatura de los océanos
para transformarla en electricidad. Sin embargo,
se les atribuye a los científicos Georges Claude
y Boucherot la aplicación práctica del trabajo
iniciado por D’Arsonval. En 1934 se instaló
una unidad de 2 MW en la costa de Brasil,
que consistía en una planta flotante a bordo
del barco de carga Le Tunisie. La unidad fue
empleada para producir hielo (ver figura 56).
La conversión de energía térmica oceánica es
un método para transformar en energía útil
la diferencia de temperatura entre el agua
de la superficie y el agua que se encuentra a
100 m de profundidad. En las zonas tropicales
esta diferencia varía entre 20 y 24 ºC. Para el
aprovechamiento energético es suficiente una
diferencia de 20ºC.
Las ventajas de esta fuente de energía se
asocian a que es un salto térmico permanente y
favorable desde el punto de vista ambiental. Las
posibilidades de esta técnica se han potenciado,
debido a la transferencia de tecnología asociada
a las explotaciones petrolíferas fuera de costa.
El desarrollo tecnológico de instalación de
plataformas profundas, la utilización de
materiales compuestos y nuevas técnicas
de unión harán posible el diseño de una
plataforma, pero el máximo inconveniente es
el económico.
Existen dos sistemas para el aprovechamiento
de esta fuente de energía. El primero consiste
en utilizar directamente el agua de mar en un
circuito abierto, evaporando el agua a baja
presión y así mover una turbina. El segundo,
en emplear un circuito cerrado y un fluido de
baja temperatura de ebullición (amoníaco,
freón, propano) que se evapora en contacto
con el agua caliente de la superficie. Este
vapor mueve un turbogenerador, se condensa
con agua fría de las profundidades y el fluido
queda dispuesto de nuevo para su evaporación.
El inconveniente de este sistema es su bajo
rendimiento (menos del 10%). Ello es debido
a la baja temperatura del foco caliente y la
poca diferencia de temperatura entre el foco
frío y caliente. Además, es preciso realizar un
desembolso extra de energía, empleado para el
bombeo de agua fría de las profundidades para
el condensado de los fluidos.
1.- Bloque de anclas
2.- Tubería de conducción de agua fría
3.- Boya ligeramente sumergida para
mantener la tubería
4.- Punto de acoplamiento de los tubos
5.- Central eléctrica
6.- Salida de agua usada
7.- Punto de toma de agua templada
8.- Filtro de agua templada
9.- Equipo para preparar el hielo
Figura 56.
Buque Le Tunisie, donde G. Claude (1934) modeló la conversión
de la energía termo-oceánica.

La tendencia que se ha venido siguiendo en los
últimos años demuestra el incremento de las
plantas que trabajan sobre la base de ciclos
cerrados con amoníaco, como lo evidencian
las producciones de mini OTEC (Ocean Thermal
Energy Conversion).
En 1979, cerca de las islas Hawai, comenzó a
funcionar una mini OTEC con potencia máxima
de 53 kW, que descargaba a acumuladores (ver
figura 57). El agua se extraía a 700 metros de
profundidad, con tuberías de polietileno de
50 cm de diámetro interior.
Figura 57.
Planta mini-OTEC cerca de las costas de Hawai.
En relación con las perspectivas de esta
tecnología, según los especialistas de OTEC,
el empleo del gradiente termoceánico es
especialmente valorable en las islas. Los
pronósticos arrojan que el crecimiento energético
mundial para las islas de Estados Unidos, para
2010, puede alcanzar los 10 GW. En la zona del
golfo de México se pueden alcanzar entre 55 y
100 GW, mientras que en el resto de los mares
y océanos, entre 20 y 60 GW.
El costo actual de la tecnología OTEC disponible
es elevado y se plantea que para los próximos 50
años el costo puede llegar a ser comparable al de
la electricidad producida a partir de petróleo.
Finalmente, la energía térmica de los océanos es
una técnica que produce entusiasmo y, a la vez,
oposición. Los que se alinean a su favor la ven
como una aplicación provechosa de una fuente
abundante, y los que se oponen esgrimen el costo
de sus fallas técnicas. Cualesquiera sean las
posiciones que se asuman, el hombre en su afán
de descubrimiento, ha desarrollado instalaciones
que no muchos años atrás las consideraría como
ficción del devenir de la ciencia y la técnica, y
a veces “es más difícil pelear contra el hombre
que contra la naturaleza” (palabras de G. Claude
en su conferencia en la Academia de Ciencias de
Cuba, 9 de octubre de 1930).

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