Tema 3. Aspectos Económicos y Sociales de la Generación de Energía.

1. El consumo energético origina impactos en el medio ambiente. Explique en qué consisten estos impactos.

Cuando el hombre empezó a realizar actividades industriales para producir energía que sirviera para facilitar y mejorar las vidas de los ciudadanos consumidores, se empezó a crear una actividad contaminante que generó impactos sobre el medioambiente. Con el desarrollo de las civilizaciones fue necesario incrementar la producción energética para satisfacer la cada vez más creciente demanda de los consumidores.

En la actualidad se ha alcanzado tal grado de desarrollo y bienestar, que es necesario una gran producción energética para satisfacer el consumo actual. Además hoy en día se produce un gran despilfarro energético debido a nuestra poca concienciación del problema medioambiental que se genera con ello. La tendencia actual es seguir aumentando este consumo y despilfarro, con lo que será necesario, consecuentemente, aumentar la generación.

Como hemos indicado, y debido al modelo de consumo actual, estamos sufriendo una serie de impactos nocivos para nuestra salud y para la del planeta. Estos efectos contaminantes, son los que indicados los el ejercicio teórico 2, pregunta 3 sobre los problemas ambientales que afectan a la Tierra: efecto invernadero, disminución de la capa de ozono, lluvia ácida y radiaciones ionizantes. Remito a su nueva lectura para la completa descripción de estos impactos.

De todos estos efectos contaminantes, el que más preocupa, y el que es el objetivo prioritario de control de los principales Organismos e Instituciones competentes, es el de la emisión de gases de efecto invernadero que provocan el problemático calentamiento global y cambio climático. A grandes rasgos, este cambio está motivado por la continua emisión de estos gases contaminantes que impiden que la radiación infrarroja reflejada de la superficie terrestre, sobrepase nuestra atmósfera, creando una situación de aumento de la temperatura media del Planeta. Como consecuencia de este fenómeno, se está originando un cambio en los ciclos naturales de la Tierra, que está generando gran preocupación en el entorno social. Los efectos del cambio climático, son de sobra conocidos, debido a la gran difusión que están teniendo en los últimos tiempos: deshielo de los casquetes polares como consecuencia de la subida de las temperaturas, subida del nivel de los océanos y mares que provocarían la inundación de numerosas tierras costeras, inundación de tierras de cultivo, aumento de los fenómenos atmosféricos tales como huracanes, tifones, terremotos,…, cambio en el pH del agua con la consiguiente afección a la fauna marina, destrucción de las barreras de coral, proliferación de los bosques de algas, disminución del oxigeno en los medios acuáticos…El consumo de energía, incluyendo el transporte, es la principal fuente de emisiones de gases de efecto invernadero y de contaminantes acidificantes. Todos estos efectos hacen que debamos estar alerta y buscar soluciones y alternativas a nuestro actual modelo de producción y consumo energético.

Es por tanto necesaria la introducción de las energías renovables con el objetivo de garantizar el suministro eléctrico (con el grado de fiabilidad y calidad necesarias), mantener el estado de bienestar y calidad de vida y reducir los trastornos ambientales que hemos provocado con el consumo desmesurado de los combustibles fósiles. Al mismo tiempo, conseguiríamos disminuir las importaciones de energía y disminuye los riesgos políticos y económicos derivados de dichas importaciones.

Por otro lado, La Agencia Europea de Medio Ambiente (AEMA), considera que la emisión de estos contaminantes se ha reducido de modo significativo gracias al uso de combustibles más limpios y al tratamiento de los gases producidos en la combustión de las centrales.

Al mismo tiempo que se promueve un impulso de las energías renovables, es necesario un cambio de política ambiental, en el que se promueva una mayor eficiencia energética, es decir, un consumo más razonable de la energía, aumentando el ahorro energético.

Con la situación actual, el consumo eléctrico dará lugar a un aumento desproporcionado de las presiones sobre el medioambiente, sobre todo de las emisiones de dióxido de carbono, a menos que se utilicen tecnologías muy eficientes y de baja emisión, que reduzca suficientemente las consecuencias medioambientales de la producción de electricidad..

Dentro de esta estrategia del uso de una tecnología más eficiente y limpia, se enmarca el desarrollo de los sistemas de cogeneración.

2. Los sistemas de Cogeneración permiten aumentar la eficiencia energética. Explique su funcionamiento y los principales sistemas de generación.

Debido al objetivo de mejorar la eficiencia energética, se están impulsando en gran medida las centrales de cogeneración, consistes en la generación simultánea de electricidad y calor. El objetivo básico es aprovechar el combustible usado para cubrir las demandas térmicas de vapor o calor previamente en la generación de electricidad.

La cogeneración de electricidad y calor evita gran parte de la pérdida de calor residual asociada a la generación energética en otro tipo de centrales, pues genera calor y electricidad como productos útiles. La Unión Europea tiene el objetivo de obtener, para el año 2010, el 18% de la producción energética por cogeneración, aunque es una meta difícilmente alcanzable debido principalmente al más que probable aumento del precio del gas, a la caída de los precios de la electricidad, y la incertidumbre de la evolución del mercado eléctrico a medida que se desarrolle el actual modelo de liberalización.

La Cogeneración tiene su aplicación principal en aquellas zonas donde tanto la electricidad como el calor son necesarios. Supone un ahorro consiste en aprovechar el calor residual generado por las centrales durante la generación eléctrica, para cubrir las demandas térmicas de vapor o calor. Si este calor residual no se aprovechara, sería necesario usar combustible adicional para satisfacer los requerimientos energéticos requeridos en las viviendas ó industrias. la Cogeneración supone un ahorro de energía primaria de aproximadamente el 50% respecto a una planta convencional.

El combustible más empleado en las plantas de cogeneración es el gas natural (aprox. en el 72% de las instalaciones). En el resto se queman combustibles líquidos derivados del petróleo.

Hay diversos sistemas de cogeneración, según el orden en que se efectúe la producción de energía eléctrica y calorífica:

▪ Procesos de cabeza o sistemas superiores (“topping cycles”) en los que primeramente se obtiene electricidad y después se aprovechan los gases de salida para la producción de calor. ▪ Procesos de cola o sistemas inferiores (“bottoming cycles”), en los que primeramente se satisfacen los requerimientos caloríficos, y después se produce electricidad.

Según el equipo de motor que utilicen, los ciclos de cabeza se clasifican en:

1. Turbina de gas 2. Turbina de vapor 3. Ciclo combinado, con turbina de gas y de vapor 4. Motores alternativos

Los elementos que podemos distinguir en los sistemas de cogeneración son:

Fuente de energía primaria ▪ Gas natural ▪ Combustibles líquidos ▪ Biogás ▪ Otros combustibles
Elemento motor ▪ Turbina de gas ▪ Turbina de vapor ▪ Motores alternativos
Sistema de aprovechamiento de la energía calorífica ▪ Caldera convencional ▪ Caldera de recuperación ▪ Secadero ▪ Cambiadores de calor
Sistemas de aprovechamiento de la energía mecánica ▪ Generadores eléctricos ▪ Accionamiento mecánico (bombas, compresores)

Las plantas de cogeneración se diferencian por el tipo de accionamiento empleado, motor alternativo, turbina de gas, turbina de contrapresión y su posible combinación. Estas tres máquinas generan potencia mecánica en el eje, transformándose en eléctrica por medio del alternador. El calor, en los gases o vapores de escape, serán utilizados en las turbinas de vapor para la producción de electricidad y abastecimiento a las industrias que requieran calor para su aplicación.

La selección de un sistema de cogeneración viene determinada por la cantidad, estabilidad y relación de las energías demandadas por los consumidores, por la disponibilidad y características del combustible y por los condicionantes ecológicos.

Vamos a explicar brevemente los 4 tipos de accionamientos principales:

1. Turbina de gas En este proceso, una turbina es accionada por la expansión de los gases calientes procedentes de una cámara de combustión, en la cual el aire se introduce mediante un compresor que está accionado por la propia turbina.

La energía mecánica generada puede tener las siguientes aplicaciones:

▪ Producción de energía eléctrica mediante el accionamiento de un alternador. ▪ Accionamiento de compresores, bombas, soplantes y otros equipos semejantes. ▪ Los gases de salida de la turbina pueden aprovecharse en: • Procesos de secado • Producción de vapor o de agua caliente.

Este proceso es recomendable cuando las demandas de calor y electricidad están próximas. Su rendimiento global del combustible es aproximadamente de un 74%.

2. Turbina de vapor En este caso el accionamiento se produce por la expansión del vapor de alta presión procedente de una caldera convencional. El vapor de baja presión sólo es utilizable en el proceso industrial cuando se requiera el mismo a un nivel bajo de temperatura.

En función de los requerimientos de vapor y energía eléctrica en proceso, las turbinas de vapor a instalar pueden ser:

▪ De contrapresión pura ▪ De contrapresión con extracción ▪ De condensación pura ▪ De condensación con extracción

Aquí el rendimiento del combustible alcanza el 90%. Este proceso es recomendable cuando la demanda de electricidad comparada con la de vapor es baja.

3. Motores alternativos Se pueden utilizar tanto si son diesel o de encendido por bujía. El rendimiento térmico aquí es superior al de las turbinas de gas ó de vapor, aunque la recuperación de calor es más difícil.

En el motor alternativo, la energía producida en la combustión se emplea en mover un alternador para producir energía eléctrica. Por otra parte, se aprovecha el calor de los gases de escape para los requisitos industriales necesarios. También se aprovecha el calor del agua de refrigeración del motor.

4. Ciclo combinado En los ciclos combinados se utilizan conjuntamente las turbinas de gas y de vapor. Es de aplicación en los sectores industriales con importantes consumos de energía eléctrica y donde puede además aprovecharse el vapor de baja presión.

Un sistema de ciclo combinado incluye:

▪ Turbina de gas con producción de energía mecánica → energía eléctrica. ▪ Aprovechamiento de los gases de escape en caldera de recuperación o en caldera convencional para generación de vapor de alta presión. ▪ Una turbina de vapor con una producción complementaria de energía mecánica → producción eléctrica. ▪ Aprovechamiento en procesos del vapor de baja presión.

Estos sistemas ofrecen la posibilidad de triplicar la generación de electricidad para una misma producción de vapor. El rendimiento global de estas plantas alcanza el 80%. La turbina de gas produce aproximadamente 2/3 de la electricidad y la turbina de vapor 1/3.

3. Indique qué tipos de impactos ambientales, tanto positivos como negativos, originan el establecimiento de una planta de cogeneración.

A pesar de que las centrales de cogeneración tienen menos impactos medioambientales (debido principalmente a la mayor limpieza del combustible usado) y de la mayor eficiencia energética que los caracteriza, este tipo de instalaciones puede causar una serie efectos en los siguientes factores ambientales:

➢ Geología y geomorfología ▪ Alteración de relieve, propio de la fase de construcción de la instalación. ➢ Edafología ▪ Disminución de la calidad del suelo. ▪ Compactación y degradación. ▪ Posibilidad de contaminación ▪ Cambios en la dinámica erosión-sedimentación ▪ Pérdida de suelo ➢ Hidrología ▪ Detracción de recursos ▪ Contaminación por incremento de sólidos en suspensión u otros ▪ Contaminación térmica ▪ Vertido de efluentes ▪ Contaminación por vertidos accidentales ▪ Alteración de las acequias de riego ▪ Afección al cauce ▪ Disminución del caudal del río por debajo del caudal ecológico ▪ Alteración de la red de drenaje

➢ Atmósfera, clima y calidad del aire ▪ Cambios en la calidad del aire ▪ Contaminación atmosférica ▪ Aumento de los niveles sonoros ▪ Alteración del microclima local ▪ Campos eléctricos magnéticos ➢ Atmósfera, clima y calidad del aire ▪ Explosión o incendio ➢ Paisaje ▪ Visibilidad e intrusión de la línea eléctrica y de la central ▪ Disminución de la calidad del paisaje ▪ Desarmonías ▪ Impacto visual ➢ Vegetación y flora ▪ Destrucción y/o degradación de la vegetación ▪ Disminución de la calidad de los hábitats ▪ Efectos sobre cosechas ▪ Efectos sobre pactos ▪ Clareos ➢ Fauna ▪ Colisión ▪ Disminución de la calidad de los hábitats ▪ Retención y mortandad de peces ▪ Stress en las poblaciones ▪ Efecto barrera provocado por las líneas eléctricas ➢ Usos del suelo ▪ Contaminación atmosférica ▪ Detracción de los recursos de agua ▪ Afección de espacios ▪ Mejora de las comunicaciones ▪ Nuevas áreas industriales ▪ Servidumbre de suelo ▪ Mejora suministros eléctricos ▪ Tráfico vehículos pesados ➢ Aspectos socioeconómicos. Se generarán los siguientes impactos positivos ▪ Creación de empleo ▪ Generación de electricidad ▪ Mantenimiento de la población del medio rural ▪ Incremento del PIB regional ▪ Diversificación de la producción eléctrica ▪ Ahorro de energía ▪ Desarrollo de nuevas tecnologías

4. Explique las medidas correctoras que deben llevarse a cabo, tanto durante la fase de construcción, como de funcionamiento, de una Planta de Cogeneración.

Los impactos generados por estas plantas, se consideran compatibles y en ninguno de los casos serán críticos. No obstante, siempre se pueden establecer una serie de medidas que eliminen o disminuyen en la medida posible, el efecto de estos impactos ambientales. Entre estas medidas correctoras podemos señalar:

➢ Fase de construcción: ▪ Preservación del suelo y la vegetación. Con antelación a la iniciación de las obras, se procederá a señalizar y balizar toda la zona de toda la zona de obras sin afectar a la vegetación de ribera. Fuera de la zona de trabajo no se podrá pasar con la maquinaria, ni depositar materiales o residuos. ▪ Mantenimiento de la maquinaria. Creación de un área para el mantenimiento de la maquinaria y de un sistema de recogida de efluentes para evitar la contaminación del suelo y evitar el vertido directo a los arroyos o acequias próximos. ▪ Gestión de residuos de obra y materiales sobrantes. Los materiales sobrantes se depositarán en vertederos específicamente autorizados por la autoridad competente ▪ Control de sedimentos arrastrados por aguas superficiales. Se estudiarán las escorrentías superficiales que se puedan producir e incluirán el diseño de las barreras necesarias para retener sedimentos y evitar que afecten a la calidad de las aguas de los cauces a los que viertan. ▪ Preservación de la calidad de las aguas. Se controlarán los vertidos de manera que no se incrementen los sólidos en suspensión en las aguas. ▪ Preservación de restos arqueológicos/culturales. Será necesario realizar los estudios necesarios con antelación al comienzo de las obras, para conocer o no la existencia de bienes arqueológicos de valor. En caso afirmativo, se seguirán las condiciones de la DGA para la protección del patrimonio arqueológico. ▪ Restitución geomórfológica y edáfica de las zonas de obra. Al finalizar las obras, se retirarán todos los escombros, residuos, materiales, sobrantes y demás restos. Se procederá a la descontaminación de los terrenos afectados por el paso de la maquinaria. Se efectuará la restitución geomorfológico y edáfica de todos los terrenos afectados por las obras. ▪ Restitución de la vegetación. En las zonas en las que se haya suprimido la vegetación, se procederá a plantar especies autóctonas con características lo más parecidas posibles a la existente con anterioridad a las obras de la central ▪ Minimización del impacto paisajístico. En la zona perimetral de la parcela en que se realicen las obras, se plantará un seto arbustivo de gran densidad y crecimiento rápido para apantallar la visión de la Central

➢ Fase de explotación: ▪ Control de la contaminación atmosférica • Minimización de emisiones. La central poseerá un sistema de combustión que garantice bajas emisiones de óxidos de nitrógeno. • Límites de emisión - De partículas (no se generan en cantidades significativas) - De óxidos de nitrógeno < 55 mg/Nm3 - De dióxido de azufre. Contenido en el gas natural < 0.018% en peso. Las emisiones por la chimenea < 11.16 mg/Nm3 • Criterios para evaluar las emisiones • Control de emisiones, mediante la colocación de sistemas de medición en continuo en la chimenea de evacuación. ▪ Control del ruido. El diseño de la central, garantizará que el nivel de ruido no superara lo establecido por la normativa para zonas industriales, 75 dB(A) desde las 07:00 hasta las 23:00 y 70 dB(A) desde las 23:00 a las 07:00 ▪ Control de vertidos. Se dispondrá de la autorización de vertidos emitida por el Organismo competente. ▪ Control del impacto térmico. Es el impacto más importante de este tipo de centrales. Habrá que controlar la elevación de la temperatura del agua de refrigeración usada en la condensación de los gases de escape de la turbina de vapor. ▪ Gestión de residuos. Los residuos peligrosos que se creen en las obras y durante la explotación de la instalación, serán retirados por gestores de residuos peligrosos autorizados, de acuerdo con la legislación vigente. Los residuos no peligrosos se gestionarán de acuerdo a la legislación vigente y en instalaciones autorizadas.

5. Comente como puede afectar la aplicación del Coste Social a la producción, distribución y consumo de la Energía.

A la hora de considerar los costes energéticos, muchas veces no tenemos en cuenta los efectos que la producción y el consumo energético tienen en la salud humana y en el medio ambiente. Estos costes, deberíamos internalizarlos y considerarlos en la totalidad del coste energético.

Como consecuencia de la generación energética basada en el consumo de combustibles fósiles, se impacta en el medioambiente y en los seres humanos. Los impactos sobre el primer medio, los hemos descrito en varias preguntas de los temas 2 o el presente: calentamiento global, lluvia ácida, emisiones,… En cuanto a los seres vivos, esta forma de generación incide en su salud, (problemas respiratorios, cáncer de piel,..), bienestar (niveles de ruido, alteración de paisajes,…)

A la hora de establecer las tarifas eléctricas, no se consideran estos costes sociales. Esta internalización se puede considerar a través de medidas fiscales, impuestos e incentivos relacionados con el medioambiente o una revisión de las subvenciones contraproducentes para un consumo eficiente y sostenible de la energía.

Al no considerarse estos costes sociales en la producción energética, las energía renovables no pueden competir con las tradicionales, mucho mas baratas, al tener tecnologías más estudiadas y desarrolladas. Sin embargo, si se tuvieran en cuenta los costes sociales de estas últimas, por su impactos sobre el medioambiente y la salud del ser humano, el panorama cambiaría radicalmente y las energías renovables podrían ser competitivas. Además de un desarrollo tecnológico que permitan reducir sus costes, las renovables necesitan de un marco público de apoyo que asegure la rentabilidad de las inversiones en este ámbito.

Este apoyo se sustenta en tres pilares básicos:

1. Derecho a conexión de las instalaciones a la red, siempre que exista capacidad de evacuación. 2. Derecho de venta de toda la energía generada. 3. Compensación económica a la energía producida.

En España se ha optado por un sistema de apoyo al precio, es decir, mediante primas justificadas por las ventajas ambientales de las renovables y se fija de forma que garantice una rentabilidad razonable de las inversiones.

Debido a este hecho, y para hacerlas más atractivas a los inversores, es necesario primar, subvencionar, y otorgar ventajas fiscales a las energías renovables, para fomentar su papel en el mercado energético actual. Este es el modelo que se está usando en la actualidad mediante las ayudas prestadas a sectores como el eólico, el solar,… Estas primas, o ventajas, están determinadas por el RD 2818/1998, revisado en el 2004 por el RD 436/2004, por el que se establece la actualización y sistematización del régimen jurídico y económico de la producción energética en régimen especial.

Como conclusión, si se considerarán estos costes sociales en todas las formas de generación energética, los costes y rentabilidades de las distintas centrales (convencionales y renovables) se verían igualados. Es indiscutible que el actual sistema eléctrico se vería alterado. A los inversores les resultaría igual de atractivo una central convencional o una renovable, aumentaría el número de instalaciones de este tipo mejorando las condiciones ambientales al disminuir, principalmente, la emisión de gases de efecto invernadero o compuestos acidificantes. Los consumidores podrían disponer de más cantidad de energía limpia y no contaminante, lo que impulsaría definitivamente las renovables. De todo esto podemos deducir que se produciría más energía proveniente de centrales renovables, y se aumentaría el consumo de este tipo de energía. El transporte se vendría realizando de una manera similar, mediante líneas de alta tensión y subestaciones que adecuaran los niveles de tensión a los valores necesarios. Considero que internalizar los costes medioambientales y sociales que generan las centrales tradicionales, es fundamental para que las renovables resulten mas atractivas y por lo tanto es fundamental para una mayor participación de estas centrales en el modelo energético.