Centrales de Energias Renovables

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Centrales de
energías renovables
Generación eléctrica con energías renovables
José Antonio Carta González
Roque Calero Pérez
Antonio Colmenar Santos
Manuel-Alonso Castro Gil
www.pearsoneducacion.com
Centrales de energías renovables analiza el sistema energético, 
se ha dividido en dos bloques temáticos. En el primero de 
ellos, constituido por los cuatro capítulos iniciales, se abordan 
aspectos básicos generales sobre: la energía, los recursos 
energéticos, las tecnologías para explotación de la energía, así 
como los aspectos económicos y medioambientales del uso de 
la energía. Elementos todos ellos a tener en cuenta cuando se 
pretende abordar con rigor el estudio de cualquier fuente de 
energía. 
En el segundo bloque temático, constituido por los nueve temas 
restantes, se diseccionan cada una de las fuentes de energías 
renovables conocidas en la actualidad: la energía solar térmica, 
energía solar fotovoltaica, energía eólica, energía hidráulica, 
energía de la biomasa, energía geotérmica, energía de las olas, 
energía de las mareas y la energía maremotérmica. Básicamente, 
el desarrollo de cada uno de estos nueve capítulos responde al 
siguiente esquema: origen de la fuente energética, potencial de 
energía, tecnologías para su aprovechamiento, costes del uso 
de la misma, impacto ambiental por su utilización, situación 
actual de la explotación de la fuente de energía en cuestión y 
conclusiones. 
Al final de cada tema se presenta una batería de veinte ejercicios 
tipo test, los diez primeros con la respuesta inmediata y los 
otros diez con la solución al final del libro.
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Colmenar
Castro
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Centrales de energías renovables:
generación eléctrica con energías
renovables
a
Centrales de energías renovables:
generación eléctrica con energías
renovables
José Antonio Carta González
Roque Calero Pérez
Universidad de Las Palmas de Gran Canaria
(ULPGC)
Antonio Colmenar Santos
Manuel-Alonso Castro Gil
Universidad Nacional de Educación a Distancia
(UNED)
Madrid México Santafé de Bogotá Buenos Aires Caracas Lima Montevideo
San Juan San José Santiago São Paulo Reading, Massachusetts Harlow, England
Datos de catalogación bibliográfica
CENTRALES DE ENERGÍAS RENOVABLES:
GENERACIÓN ELÉCTRICA CON ENERGÍAS RENOVABLES
José A. C. González, Roque C. Pérez, Antonio C. Santos,
Manuel-A.C. Gil
PEARSON EDUCACIÓN, S.A., Madrid, 2009
ISBN (UNED): 978-84-362-5878-3
Materia: 620, Centrales de energía
Formato 195 # 250 mm. Páginas: 728
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5 PEARSON EDUCACIÓN, S.A., 2009
Ribera del Loira, 28
28042 Madrid (España)
www.pearsoneducacion.com
ISBN: 978-84-8322-600-1
ISBN (UNED): 978-84-362-5878-3
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Este libro ha sido impreso con papel y tintas ecológicos
ISBN: 978-84-832-2227-0
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xix
Autores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxiii
Capítulo 1. Aspectos básicos generales sobre la energía . . 1
1.1. Introducción y orientaciones para el estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3. Concepto de energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.4. Concepto de trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.5. Concepto de potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.6. Medida de la energía y de la potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.7. Manifestaciones de la energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.7.1. Energía gravitacional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.7.2. Energía cinética . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.7.3. Energía electrostática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.7.4. Energía electromagnética . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.7.5. Energía nuclear o energía atómica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.8. Transformaciones energéticas. Rendimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.9. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.10. Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.11. Evaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.11.1. Ejercicios teóricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.11.2. Prueba objetiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Capítulo 2. Aspectos básicos generales sobre los recursos
energéticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 21
2.1. Introducción y orientaciones para el estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3. La energía en el Universo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.4. Los recursos energéticos de la Tierra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.4.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.4.2. La transformación de la energía solar sobre la Tierra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.4.3. Clasificación de las fuentes energéticas de la Tierra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.5. Consumo global de energía en la Tierra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.5.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.5.2. Consumo de energía primaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.6. Situación de las diferentes fuentes de energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.6.1. Energía nuclear de fisión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.6.1.1. Origen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.6.1.2. Potencial energético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.6.1.3. Formas de aprovechamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.6.1.4. Reservas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.6.1.5. Consumo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.6.1.6. Duración prevista . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.6.2. Energía nuclear de fusión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.6.2.1. Origen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.6.2.2. Potencial energético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.6.2.3. Formas de aprovechamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.6.2.4. Reservas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.6.2.5. Consumo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.6.2.6. Duración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.6.3. Energía del carbón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.6.3.1. Origen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.6.3.2. Potencial energético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.6.3.3. Formas de aprovechamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.6.3.4. Reservas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.6.3.5. Producción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.6.3.6. Consumo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.6.3.7. Duración prevista . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.6.4. Energía del petróleo y del gas natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.6.4.1. Origen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.6.4.2. Potencial energético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.6.4.3. Formas de aprovechamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.6.4.4. Reservas de petróleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.6.4.5. Producción de petróleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.6.4.6. Consumo de petróleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.6.4.7. Duración prevista del petróleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.6.4.8. Reservas de gas natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.6.4.9. Producción de gas natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.6.4.10. Consumo de gas natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.6.4.11. Duración prevista de gas natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.6.5. Energía solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.6.5.1. Origen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.6.5.2. Potencial energético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
vi CONTENIDO
2.6.5.3. Formas de aprovechamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.6.5.4. Reservas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.6.5.5. Producción y consumo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.6.5.6. Duración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.6.6. Energía eólica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.6.6.1. Origen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.6.6.2. Potencial energético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.6.6.3. Formas de aprovechamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.6.6.4. Reservas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.6.6.5. Producción y consumo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.6.6.6. Duración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.6.7. Energía del oleaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.6.7.1. Origen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.6.7.2. Potencial energético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.6.7.3. Formas de aprovechamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.6.8. Energía hidráulica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.6.8.1. Origen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.6.8.2. Potencial energético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.6.8.3. Formas de aprovechamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.6.8.4. Reservas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.6.8.5. Producción y consumo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.6.9. Energía de la biomasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.6.9.1. Origen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.6.9.2. Potencial energético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.6.9.3. Formas de aprovechamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.6.9.4. Reservas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.6.9.5. Producción y consumo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.6.9.6. Duración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.6.10. Energía geotérmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.6.10.1. Origen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.6.10.2. Potencial energético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.6.10.3. Formas de aprovechamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.6.10.4. Reservas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.6.10.5. Producción y consumo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.6.10.6. Duración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.6.11. Energía de las mareas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.6.11.1. Origen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.6.11.2. Potencial energético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.6.11.3. Formas de aprovechamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.6.11.4. Reservas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.6.11.5. Producción y consumo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.6.11.6. Duración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.7. Resumen de la situación energética actual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.7.1. Consumos de energía primaria y final . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.7.1.1. Energía primaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.7.1.2. Energía final . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
CONTENIDO vii
2.7.2. Situación de las fuentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.7.2.1. Energía nuclear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.7.2.2. Energía del carbón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.7.2.3. Energía del petróleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.7.2.4. Energía del gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.7.2.5. Energías renovables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.8. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.9. Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.10. Evaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
2.10.1. Ejercicios teóricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
2.10.2. Prueba objetiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Capítulo 3. Aspectos básicos generales sobre las
tecnologías para explotación de la energía . . 63
3.1. Introducción y orientaciones para el estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.3. El proceso general de explotación de las fuentes energéticas: energía primaria y
energía disponible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.4. Transformación de una energía no renovable en energía primaria: el caso del pe-
tróleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.5. Transformaciones de la energía primaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.5.1. Caldera de vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.5.2. Motor de combustión interna (alternativo) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.5.3. Turbina de vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.5.4. Intercambiadores de calor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
3.5.5. Turbina de gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.5.6. Turbina hidráulica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.5.7. Turbina eólica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
3.5.8. Pila de combustible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
3.5.9. Generador/motor eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
3.5.10. Transformador eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
3.6. Transporte de la energía. Vectores energéticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
3.7. Las centrales energéticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
3.8. Aspectos técnicos del binomio producción-demanda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
3.9. El almacenamiento de la energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
3.10. El rendimiento de las transformaciones energéticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
3.11. Tecnologías híbridas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
3.11.1. Plantas del ciclo combinado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
3.11.2. Plantas de cogeneración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
3.11.2.1. Turbina de vapor de contrapresión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
3.11.2.2. Turbina de vapor de condensación . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . 109
3.11.2.3. Turbina de gas de cogeneración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
3.11.2.4. Central de cogeneración y ciclo combinado . . . . . . . . . . . . . . . . 110
3.11.2.5. Motores de explosión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
viii CONTENIDO
3.11.3. Centrales con almacenamiento de energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
3.11.3.1. Centrales hidráulicas reversibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
3.11.3.2. Centrales eólico-hidráulicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
3.11.3.3. Centrales hidro-eólicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
3.11.3.4. Centrales hidro-solares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
3.12. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
3.13. Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
3.14. Evaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
3.14.1. Ejercicios teóricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
3.14.2. Prueba objetiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
Capítulo 4. Aspectos económicos y medioambientales
del uso de la energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
4.1. Introducción y orientaciones para el estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
4.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
4.3. Repercusiones sobre la biosfera de la explotación de las fuentes energéticas . . . . 122
4.3.1. El carbón y la vida. Fotosíntesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
4.3.2. El CO2 en la atmósfera. El efecto invernadero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
4.3.3. El CO2 en el mar. Reciclado del carbono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
4.3.4. Los efectos de la explotación de las energías fósiles sobre las personas . . 128
4.3.5. Los efectos de la explotación de las energías fósiles sobre la atmósfera . . 128
4.3.5.1. Cambio climático . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
4.3.5.2. La lluvia ácida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
4.3.5.3. La destrucción de la capa de ozono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
4.3.6. Los efectos de la explotación de las energías fósiles sobre el suelo y las
aguas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
4.3.7. El impacto de las energías renovables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
4.3.8. Actuaciones correctoras. Protocolo de Kioto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
4.4. Los costes de la energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
4.4.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
4.4.2. Los costes internos. Variabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
4.4.2.1. Costes de la energía y precio del dinero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
4.4.2.2. Costes de la energía y recursos disponibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
4.4.2.3. Costes de la energía y número de unidades fabricadas . . . . . . . . 137
4.4.2.4. Coste y lugar o país . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
4.4.3. Los costes externos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
4.4.4. Los costes globales. Impacto sobre la penetración de las energías reno-
vables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
4.5. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
4.6. Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
4.7. Evaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
4.7.1. Ejercicios teóricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
4.7.2. Prueba objetiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
CONTENIDO ix
Capítulo 5. Centrales de energía solar térmica . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
5.1. Introducción y orientaciones para el estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
5.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
5.3. Origen de la energía solar térmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
5.4. Potencial de la energía solar térmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
5.4.1. Medidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
5.4.2. Coordenadas solares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
5.4.3. Estimación de sombras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
5.5. Tecnologías para aprovechar la energía solar térmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
5.5.1. Energía solar pasiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
5.5.2. Energía solar activa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
5.5.2.1. Tecnología solar térmica de baja temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
5.5.2.2. Tecnología solar térmica de media temperatura . . . . . . . . . . . . . . . 172
5.5.2.3. Tecnología solar térmica de alta temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
5.6. Centrales solares termoeléctricas de media temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
5.6.1. Componentes o elementos principales de un CCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
5.6.1.1. El reflector cilindro-parabólico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
5.6.1.2. El tubo absorbente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
5.6.1.3. El sistema de seguimiento del sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
5.6.1.4. La estructura metálica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
5.6.2. Configuración del campo de colectores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
5.6.3. Balance energético en colectores cilindro-parabólicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
5.6.3.1. Pérdidas en un CCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
5.6.3.2. Rendimientode un CCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
5.7. Centrales solares termoeléctricas de alta temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
5.7.1. Sistemas de receptor central . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
5.7.1.1. Componentes principales de un sistema de receptor central . . . 202
5.7.1.1.1. El helióstato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
5.7.1.1.2. La torre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
5.7.1.1.3. El receptor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
5.7.1.2. Balance energético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
5.7.1.2.1. Pérdidas en la captación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
5.7.1.2.2. Pérdidas en la transmisión a través de la atmósfera . . 207
5.7.1.2.3. Pérdidas en la captación de la radiación solar con-
centrada por el receptor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
5.7.1.2.4. Perdidas en la conversión fototérmica . . . . . . . . . . . . 207
5.7.1.2.5. Pérdidas en la parte convencional . . . . . . . . . . . . . . . . 208
5.7.1.3. Rendimientos y balance energético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
5.7.2. Centrales de discos parabólicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
5.7.2.1. Componentes de un sistema de discos parabólicos . . . . . . . . . . . . 211
5.7.2.1.1. Concentrador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
5.7.2.1.2. Estructura y sistema de seguimiento . . . . . . . . . . . . . . 211
5.7.2.1.3. Receptor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
5.7.2.1.4. Sistema generador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
5.7.2.2. Balance energético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
x CONTENIDO
5.7.3. Hornos solares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
5.8. Aplicaciones de la energía solar térmica a los combustibles solares y a los proce-
sos industriales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
5.9. Costes del uso de la energía solar térmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
5.10. Impacto medioambiental por utilizar la energía solar térmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
5.11. Situación actual de las plantas termosolares para producir electricidad . . . . . . . . . . 223
5.12. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
5.13. Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
5.14. Evaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
5.14.1. Ejercicios teóricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
5.14.2. Prueba objetiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
Capítulo 6. Centrales de energía solar fotovoltaica . . . . . . . . . . 235
6.1. Introducción y orientaciones para el estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
6.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
6.3. Origen de la energía solar fotovoltaica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
6.4. Potencial de la energía solar fotovoltaica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
6.5. Tecnologías para aprovechar la energía solar fotovoltaica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
6.5.1. Fundamentos físicos de la célula solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
6.5.1.1. El átomo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
6.5.1.2. Átomos estables e inestables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
6.5.1.3. Cuerpos conductores y aislantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
6.5.1.4. Cuerpos semiconductores intrínsecos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
6.5.1.5. Semiconductores extrínsecos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
6.5.1.5.1. Semiconductor extrínseco tipo N . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
6.5.1.5.2. Semiconductor extrínseco tipo P . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
6.5.1.6. Unión del semiconductor p con el n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
6.5.1.7. El efecto fotovoltaico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
6.5.2. Mecanismos de generación y recombinación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
6.5.2.1. Radiactivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
6.5.2.2. SRH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
6.5.2.3. Auger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
6.5.2.4. Superficial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
6.5.3. Malla de metalización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
6.5.4. Evolución de la eficiencia de las células solares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
6.5.5. Últimas investigaciones en células solares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
6.5.5.1. Células bifaciales de fósforo-boro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
6.5.5.2. Nanotecnología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
6.5.5.3. Células solares supereficientes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
6.5.5.4. Tecnología de triple unión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
6.5.5.5. Células fotoelectroquímicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
6.5.6. Tipos de células fotovoltaicas más utilizadas actualmente . . . . . . . . . . . . . . 265
6.5.6.1. Silicio cristalizado (V200 ]m) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
6.5.6.2. Thin film (V5 ]m) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
6.5.6.3. Concentración fotovoltaica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
CONTENIDO xi
6.5.7. Parámetros de funcionamiento de una célula solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
6.5.7.1. Corriente de cortocircuito y eficiencia cuántica . . . . . . . . . . . . . . . 272
6.5.7.2. Tensión de circuito abierto y corriente de oscuridad . . . . . . . . . . 274
6.5.7.3. Factor de forma, resistencia serie y paralelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
6.5.7.4. Dependencia con la temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
6.5.7.5. Eficiencia límite de conversión fotovoltaica de una célula solar . . 277
6.5.7.6. Sombras en las células . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
6.6. Sistemas fotovoltaicos autónomos y conectados a la red . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
6.7. Instalación eléctrica de un sistema FV conectado a red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
6.7.1. Características generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
6.7.2. Paneles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
6.7.3. Inversores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
6.7.4. Líneas eléctricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
6.7.5. Dispositivos de protección, seguridad y cableado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
6.7.6. Contadores de energía y sistemas de telecontrol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
6.7.7. Punto propuesto para realizar la conexión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
6.7.8. Puesta a tierra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
6.7.9. Ensayos de recepción y pruebas funcionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
6.7.10. Armónicos y compatibilidad electromagnética . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
6.7.11. Prescripciones especiales según la ITC-40 instalaciones generadoras de
BT de REBT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
6.8. Centrales solares fotovoltaicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
6.8.1. Instalaciones con aprovechamiento de estructuras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
6.8.2. Planta fotovoltaica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
6.8.2.1. Plantas fijas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303
6.8.2.2. Plantas con seguidores (convencional y baja concentración) . . . 304
6.8.2.3. Tipos de seguidores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
6.8.2.4. Experimentación y desarrollo de distintas tecnologías . . . . . . . . . 307
6.8.2.5. Plantas concentración (As-Ga y Si alta eficiencia) . . . . . . . . . . . . 308
6.8.3. Huerta solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
6.9. Costes del uso de la energía solar fotovoltaica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
6.10. Impacto medioambiental por utilizar la energía solar fotovoltaica . . . . . . . . . . . . . . . 316
6.11. Situación actual de la tecnología de las plantas fotovoltaicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318
6.12. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
6.13. Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
6.14. Evaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
6.14.1. Ejercicios teóricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
6.14.2. Prueba objetiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
Capítulo 7. Centrales de energía eólica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
7.1. Introducción y orientaciones para el estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334
7.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
7.3. Origen del viento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
7.4. Potencial del viento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
7.4.1. Medida del viento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342
xii CONTENIDO
7.4.2. Tratamiento de los datos del viento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345
7.4.2.1. Distribuciones temporales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345
7.4.2.2. Distribuciones de frecuencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347
7.4.3. Variación del viento con la altura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351
7.4.4. Cuantificación de la energía existente en el viento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354
7.4.5. Representación de los recursos eólicos disponibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354
7.5. Evolución histórica de las tecnologías para aprovechar el viento . . . . . . . . . . . . . . . . 357
7.6. Componentes de los aerogeneradores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358
7.6.1. Subsistema de captación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360
7.6.1.1. Aerodinámica del subsistema de captación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
7.6.2. Subsistema de transmisión mecánica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372
7.6.3. Subsistema eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374
7.6.4. Subsistema de orientación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378
7.6.5. Subsistema de regulación y control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380
7.6.6. Subsistema de soporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384
7.7. Curva de potencia de un aerogenerador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387
7.7.1. Determinación de la energía obtenible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
7.7.1.1. Método probabilístico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
7.7.1.2. Método cronológico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392
7.8. Aplicaciones de la energía eólica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393
7.9. Parques eólicos conectados a la red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393
7.9.1. Infraestructura civil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394
7.9.2. Infraestructura eléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
7.9.3. Infraestructura de control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397
7.9.4. Determinación de la energía generada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397
7.10. Parques eólicos en el mar (offshore) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397
7.10.1. Evolución de las instalaciones offshore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398
7.10.2. Tecnología de las instalaciones offshore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401
7.10.2.1. Aerogeneradores y cimentaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401
7.10.2.2. Transporte de la energía eléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 404
7.11. Costes del uso de la energía eólica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406
7.12. Impacto medioambiental de utilizar la energía del viento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408
7.13. Situación actual de la explotación de la energía eólica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410
7.14. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412
7.15. Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412
7.16. Evaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413
7.16.1. Ejercicios teóricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413
7.16.2. Prueba objetiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416
Capítulo 8. Minicentrales hidráulicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419
8.1. Introducción y orientaciones para el estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420
8.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421
8.3. Origen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421
8.4. Potencial de la energía hidráulica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422
8.4.1. Medida del potencial hidráulico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422
CONTENIDO xiii
8.4.1.1. Medida del caudal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423
8.4.1.2. Medida del salto bruto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426
8.4.2. Tratamiento de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426
8.4.2.1. Distribuciones temporales (hidrógramas) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426
8.4.2.2. Distribuciones de frecuencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427
8.5. Evolución histórica de la energía hidráulica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428
8.6. Tecnología. Tipos de centrales hidráulicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430
8.6.1. Centrales de agua fluyente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431
8.6.2. Centrales de embalse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432
8.6.2.1. Centrales de hidrobombeo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432
8.6.3. Centrales integradas en canales de riego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434
8.6.4. Centrales en tuberías de suministro de agua potable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435
8.7. Tecnología. Subsistemas de las centrales hidráulicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436
8.7.1. Obra civil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436
8.7.1.1. Elementos de retención y almacenamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436
8.7.1.2. Conducciones hidráulicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441
8.7.1.3. Edificio de la central . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443
8.7.2. Turbinas hidráulicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443
8.7.2.1. Turbina Pelton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443
8.7.2.2. Turbina Francis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445
8.7.2.3. Turbina Kaplan y semi Kaplan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450
8.7.2.4. Campo de utilización y rendimientos de las turbinas . . . . . . . . . . 451
8.7.2.5. Curvas características de las turbinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452
8.7.3. Transmisiones mecánicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455
8.7.4. Generadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457
8.7.5. Subsistema de regulación y control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459
8.7.5.1. Automatización, monitorización y telemando . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461
8.7.6. Subsistema eléctrico auxiliar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461
8.8. Evaluación del aprovechamiento de una central hidráulica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462
8.9. Costes del uso de la energía del agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463
8.10. Impacto medioambiental por utilizar la energía hidráulica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465
8.11. Situación actual de la explotación de la energía del agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466
8.12. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 468
8.13. Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 468
8.14. Evaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469
8.14.1. Ejercicios teóricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469
8.14.2. Prueba objetiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472
Capítulo 9. Centrales de energía de la biomasa . . . . . . . . . . . . . . . 475
9.1. Introducción y orientaciones para el estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476
9.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477
9.3. Origen de la energía de la biomasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 478
9.3.1. Ecosistemas silvestres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 480
9.3.2. Biomasa residual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481
9.3.3. Cultivos energéticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487
xiv CONTENIDO
9.3.4. Biomasa fósil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490
9.4. Potencial de la energía de la biomasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491
9.5. Tecnologías para aprovechar la energía de la biomasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492
9.5.1. Historia del aprovechamiento de la biomasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492
9.5.2. Tecnología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493
9.5.2.1. Combustión directa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4969.5.2.2. Procesos termoquímicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499
9.5.2.3. Procesos biológicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504
9.5.2.4. Otros procesos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 508
9.6. Tecnología de los residuos sólidos urbanos (RSU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511
9.7. Costos del uso de la energía de la biomasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515
9.8. Impacto medioambiental al utilizar la energía de la biomasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516
9.9. Situación actual de la explotación de la energía de la biomasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518
9.10. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 519
9.11. Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 520
9.12. Evaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 520
9.12.1. Ejercicios teóricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 520
9.12.2. Prueba objetiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523
Capítulo 10. Centrales de energía geotérmica . . . . . . . . . . . . . . . . . 525
10.1. Introducción y orientaciones para el estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 526
10.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 526
10.3. Origen de la energía geotérmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527
10.4. Potencial de la energía geotérmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533
10.4.1. Tipos de yacimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534
10.4.1.1. Sistemas hidrotérmicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534
10.4.1.2. Sistemas geopresurizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534
10.4.1.3. Sistemas de roca caliente seca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535
10.4.2. Métodos de estimación del potencial geotérmico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535
10.5. Tecnología para aprovechar la energía geotérmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 536
10.5.1. Evolución histórica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 536
10.5.2. Clasificación de los dispositivos de captación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 538
10.5.2.1. Sistemas de conversión directa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 538
10.5.2.2. Sistemas de expansión súbita de una etapa . . . . . . . . . . . . . . . . 540
10.5.2.3. Sistemas de expansión súbita de dos etapas . . . . . . . . . . . . . . . 540
10.5.2.4. Sistemas de ciclo binario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541
10.5.3. Componentes de las centrales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542
10.6. Costes del uso de la energía geotérmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 548
10.7. Impacto medioambiental de utilizar la energía geotérmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550
10.8. Situación actual de la explotación de la energía geotérmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552
10.9. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 554
10.10. Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 554
10.11. Evaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 555
10.11.1. Ejercicios teóricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 555
10.11.2. Prueba objetiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 557
CONTENIDO xv
Capítulo 11. Centrales de la energía de las olas . . . . . . . . . . . . . . . 561
11.1. Introducción y orientaciones para el estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562
11.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563
11.3. Origen de la energía de las olas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563
11.4. Potencial de la energía de las olas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575
11.5. Tecnologías para aprovechar la energía de las olas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 580
11.5.1. Evolución histórica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 580
11.5.2. Clasificación de los dispositivos de captación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 586
11.5.2.1. Dispositivos ubicados en la costa o en su cercanía . . . . . . . . 587
11.5.2.2. Dispositivos ubicados fuera de la costa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596
11.6. Costes del uso de la energía de las olas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604
11.7. Impacto ambiental al utilizar la energía de las olas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 605
11.8. Situación actual de la explotación de la energía de las olas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 607
11.9. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 608
11.10. Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 609
11.11. Evaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 609
1.11.1. Ejercicios teóricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 609
1.11.2. Prueba objetiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 612
Capítulo 12. Centrales de la energía de las mareas . . . . . . . . . 615
12.1. Introducción y orientaciones para el estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 616
12.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 616
12.3. Origen de la energía mareomotriz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 617
12.4. Potencial de la energía de las mareas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 623
12.4.1. Medida de las mareas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 624
12.4.2. Energía utilizable con un estuario con dique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 625
12.4.3. Energía utilizable con una turbina de corrientes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 625
12.5. Tecnologías para aprovechar la energía mareomotriz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 625
12.5.1. Evolución histórica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . 625
12.5.2. Tecnología del aprovechamiento mareomotriz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 632
12.5.2.1. Tecnología de estuarios y diques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 632
12.5.2.2. Tecnología de turbinas de corrientes marinas . . . . . . . . . . . . . 638
12.6. Costes del uso de la energía mareomotriz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644
12.7. Impacto ambiental por utilizar la energía de las mareas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 645
12.8. Situación actual de la explotación de la energía de las mareas . . . . . . . . . . . . . . . . . 645
12.9. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 647
12.10. Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 647
12.11. Evaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 648
12.11.1. Ejercicios teóricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 648
12.11.2. Prueba objetiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 650
Capítulo 13. Centrales de la energía maremotérmica . . . . . . 653
13.1. Introducción y orientaciones para el estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 654
13.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 654
xvi CONTENIDO
13.3. Origen de la energía maremotérmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 655
13.4. Potencial de la energía maremotérmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 658
13.5. Tecnologías para aprovechar la energía maremotérmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 660
13.6. Costes del uso de la energía maremotérmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 673
13.7. Impacto ambiental de utilizar la energía maremotérmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 674
13.8. Situación actual de la explotación de la energía maremotérmica . . . . . . . . . . . . . . . 676
13.9. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 676
13.10. Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 677
13.11. Evaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 677
13.11.1. Ejercicios teóricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 677
13.11.2. Prueba objetiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 680
Respuestas. Ejercicios de evaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 683
CONTENIDO xvii
a
Desde siempre el desarrollo de la humanidad ha estado determinado en gran medida por el
recurso a la utilización de las diferentes formas de energía según las necesidades y disponibi-
lidades de cada momento y lugar. Ya en sus inicios, los principales recursos estaban basados
en la utilización de energías renovables en forma de biomasa, viento, agua y sol. Utilizados
principalmente como fuente de combustible, estos elementos deben ser considerados como
la base energética del desarrollo humano.
En sentido estricto, es renovable cualquier proceso que no altere el equilibrio térmico del
planeta, que no genere residuos irrecuperables, y que la velocidad de su consumo no sea
superior a la velocidad de regeneración de la fuente energética y de la materia prima utiliza-
da en el mismo.
La electricidad generada a partir de fuentes renovables superó en 2007 a la de origen
nuclear, el 19,8 por ciento de la producción eléctrica de nuestro país salió de instalaciones de
energías renovables (de las centrales nucleares salió el 17,7 por ciento).
Además, el consumo de energía primaria procedente de fuentes renovables superó por
primera vez en su historia la barrera de los diez millones de toneladas equivalentes de petró-
leo (tep), lo que significa una aportación del 7 por ciento al balance del consumo de energía
primaria. Destaca el avance protagonizado por la energía solar fotovoltaica, la eólica y los
biocarburantes.
De esta forma, se puede decir que el balance en 2007 de las energías renovables ofrece
avances muy significativos, entre los que se pueden destacar: los 3.374 MW nuevos en el
área eólica; los 341 MW en el área fotovoltaica; los 59 MW en hidráulica y los 499 ktep de
nueva capacidad para biocarburantes.
El aporte conseguido de 2007 supera al de 2006 donde las energías renovables supusie-
ron el 6,8 por ciento de la energía primaria y el 18,8 por ciento de la producción eléctrica,
y al de 2005 (5,5 por ciento de energía primaria y 16,6 por ciento de la producción de
electricidad).
Por otro lado, cabe destacar que, en este período, la energía hidráulica y la eólica son las
tecnologías que más han contribuido a la cesta de producción eléctrica con renovables. Co-
mo dato relevante, cabe señalar que la energía eólica (tecnología en la que España es líder
mundial tras Alemania y Estados Unidos) incrementó en un 29 por ciento la potencia instala-
da y creció en un 16 por ciento su producción de energía con respecto al año anterior.
La receta de la Comisión para la lucha contra el cambio climático es ahora 20-20-20
para 2020: no es una cábala, sino el plan para que los Veintisiete consigan en la próxima
década ser más limpios, con un 20 por ciento de su energía primaria de fuentes renovables,
más eficaces, con un quinto menos de consumo, y menos contaminantes, con una bajada del
20 por ciento en las emisiones de dióxido de carbono. Todo para 2020.
En este escenario de imparable y necesario ascenso de las fuentes renovables de energía,
se está requiriendo cada vez más la necesidad de ingenieros, técnicos especializados de gra-
do medio y superior, así como de mano de obra para hacer frente a este reto. Es por ello, por
lo que recientemente se están introduciendo en los planes de estudio de diferentes ingenie-
rías y de los nuevos ciclos formativos, asignaturas específicas y generales sobre las fuentes
renovables de energía.
Este texto quizás sea el primer contacto que el lector-alumno tiene con las energías reno-
vables. El objetivo del libro es estudiar primero la energía y sus diferentes fuentes -el siste-
ma energético en su conjunto- con una visión general, en primer lugar, para pasar después a
un estudio individualizado de cada una de las principales fuentes de energía renovable, ha-
ciéndose un estudio de las diferentes formas de obtención y producción de energía eléctrica
tanto desde un aspecto cualitativo como cuantitativo, pero al no tratarse de una fuente con-
creta, sino de todas ellas, se ha huido de entrar en grandes disquisiciones matemáticas, por lo
que en este estudio se plantea inicialmente la explicación física de los fenómenos más que
un desarrollo matemático profundo de los mismos.
El libro, con contenidos totalmente actualizados, se ha dividido en trece apartados. En un
primer bloque temático, constituido por los cuatro primeros capítulos, se analiza el sistema
energético, en ellos se abordan aspectos básicos generales sobre: la energía, los recursos
energéticos, las tecnologías para explotación de la energía, así como los aspectos económi-
cos y medioambientales del uso de la energía. Elementos todos ellos a tener en cuenta cuan-
do se pretende abordar con rigor el estudio de cualquier fuente de energía. El segundo blo-
que temático estáconstituido por los nueve temas restantes, en ellos se diseccionan cada una
de de las fuentes de energía renovables conocidas en la actualidad: la energía solar térmica,
energía solar fotovoltaica, energía eólica, energía hidráulica, energía de la biomasa, energía
geotérmica, energía de las olas, energía de las mareas y la energía maremotérmica. Básica-
mente, el desarrollo de cada uno de estos nueve capítulos responde al siguiente esquema:
origen de la fuente energética, potencial de energía, tecnologías para su aprovechamiento,
costes del uso de la misma, impacto ambiental por su utilización, situación actual de la ex-
plotación de la fuente de energía en cuestión y conclusiones. Al final de cada tema se pre-
senta una batería de veinte ejercicios tipo test, los diez primeros con la respuesta inmediata y
los otros diez con la solución al final del libro.
El objetivo del libro es conseguir que el lector-alumno obtenga una inmersión rápida en
un tema tan emergente como el de las energías renovables, y así, tras su lectura, conozca las
diferentes fuentes de energía limpias, seguras, autóctonas y respetuosas con el entorno ecoló-
gico. Se pretende proporcionar los conocimientos científico-técnico-profesionales necesarios
para comprender las tecnologías energéticas renovables más consolidadas.
xx INTRODUCCIÓN
Este libro está dirigido en particular a alumnos de carreras técnicas (y no técnicas) de
primer ciclo, segundo ciclo y post-grado, así como alumnos de los ciclos formativos, tanto
de grado superior como de grado medio, donde se abordan módulos de energías renovables y
en general a toda persona que pudiera estar interesada en un tema de tan enorme actualidad:
profesores, educadores, responsables de prácticas, técnicos, y todo tipo de profesionales de
las áreas de diseño, generación, mantenimiento y explotación de plantas de energías renova-
bles, permitiéndole avanzar en el conocimiento del campo de las nuevas aplicaciones para la
obtención de la energía en entornos profesionales y empresariales tan claves y de tan clara
apuesta por el futuro.
El poder cubrir tan amplio espectro de niveles es consecuencia de que, en general, se ha
huido de disquisiciones matemáticas, se presentan de forma clara, concreta y esquemática
tanto los datos como los conceptos. Se ha pretendido hacer una redacción lo más sencilla
posible pero sin dejar de abordar de forma amplia y rigurosa las diferentes temáticas.
INTRODUCCIÓN xxi
a
D. José Antonio Carta González, es Doctor Ingeniero Industrial por la Universidad de
Las Palmas de Gran Canaria (ULPGC) e Ingeniero Industrial (especialidad Mecánica) por
esa misma Universidad. Actualmente, es Profesor Titular de Universidad en el área de Inge-
niería Mecánica del Departamento de Ingeniería Mecánica (DIM) de la ULPGC. Ha partici-
pado en proyectos de investigación regionales, nacionales y europeos como colaborador y
como investigador principal. Ha publicado una veintena de artículos en revistas internacio-
nales de impacto en el área de las energías renovables, es autor de varias patentes relaciona-
das con estas fuentes energéticas, ha sido tutor de un notable número de proyectos de fin de
carrera de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de Las Palmas de Gran
Canaria y ha dirigido diversas tesis doctorales en el campo de la energía eólica. En la
ULPGC ha sido Director del DIM y, actualmente, es Coordinador del Grupo de Investiga-
ción en Ingeniería Mecánica (GIIM), Coordinador del programa de doctorado Tecnología
Industrial y Director de los Servicios de Apoyo a la I!D!i de la ULPGC.
D. Roque Calero Pérez, Catedrático de Ingeniería Mecánica en la Universidad de Las
Palmas de Gran Canaria desde 1988, es Doctor Ingeniero Industrial por la Universidad Poli-
técnica de Las Palmas e Ingeniero Industrial y Perito Industrial por la Universidad de La
Laguna. Ha sido Director del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de
Las Palmas de Gran Canaria, Director de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Indus-
triales de Las Palmas y Secretario General de la Universidad Politécnica de Las Palmas. Su
actividad investigadora se ha centrado en dos líneas de trabajo: metodologías para la forma-
ción de ingenieros y aplicación de la energía eólica a la desalación de aguas. Autor de nume-
rosas monografías, diversos libros sobre ingeniería y centros universitarios, múltiples estu-
dios e informes relacionados con el desarrollo industrial y el desarrollo sostenible y una
extensa contribución de artículos y comunicaciones en revistas y congresos de ámbito estatal
e internacional, creador del Centro de Investigación de Energía y Agua del Instituto Tecno-
lógico de Canarias, y Director de I!D del mismo. Actualmente es Secretario General de la
Federación Iberoamericana de Ingeniería Mecánica.
D. Antonio Colmenar Santos, es Doctor Ingeniero Industrial e Ingeniero Industrial
(especialidad Electrónica y Automática) por la Escuela Técnica Superior de Ingenieros
Industriales de la UNED e Ingeniero Técnico Industrial por la Escuela Universitaria de Inge-
niería Técnica Industrial de la Universidad de Valladolid, especialidad Electricidad. Actual-
mente es Profesor Titular de Universidad en el área de Ingeniería Eléctrica del DIEEC de la
UNED. Es profesor titular en excedencia del cuerpo de Profesores de Educación Secundaria
y de Profesores Técnicos de Formación Profesional en las especialidades de Sistemas Elec-
trónicos y Equipos Eléctricos respectivamente. Ha trabajado para la AECI-ICI como experto
asesor en el proyecto INTECNA (Nicaragua). Ha pertenecido a la Association for the Ad-
vancement of Computing in Education (AACE). Ha sido Coordinador para la Virtualización
de la ETSII de la UNED y Coordinador de Servicios Telemáticos de la UNED, siendo ac-
tualmente Secretario del Departamento. Correo electrónico: acolmenar@ieec.uned.es.
D. Manuel-Alonso Castro Gil es Doctor Ingeniero Industrial por la Universidad Poli-
técnica de Madrid (UPM) e Ingeniero Industrial por esa misma Universidad. Desde 1984 es
catedrático del Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Control de la UNED.
Entre 1988 y 1993 trabajó además como Ingeniero de Sistemas dentro del Área de Banca en
la empresa Digital Equipment Corporation. Obtuvo el Premio Extraordinario de Doctorado
de la UPM y el Premio Viesgo para la investigación científica sobre aplicaciones de la elec-
tricidad en los procesos industriales. Ha participado en numerosos proyectos de investiga-
ción como colaborador y como director y es miembro de distintas asociaciones internaciona-
les (Fellow del IEEE, ISES, IFAC, ASEE, AACE, SEFI, etc.). Ha sido Director del Centro
de Servicios Informáticos de la UNED, Subdirector de Investigación y de Gestión Académi-
ca de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la UNED y Vicerrector de
Nuevas Tecnologías de la UNED. Actualmente es Director del Departamento.
xxiv AUTORES
 1.1. Introducción y orientaciones para el estudio
 1.2. Objetivos
 1.3. Concepto de energía
 1.4. Concepto de trabajo
 1.5. Concepto de potencia
 1.6. Medida de la energía y de la potencia
 1.7. Manifestaciones de la energía 
 1.7.1. Energía gravitacional
 1.7.2. Energía cinética
 1.7.3. Energía electrostática
 1.7.4. Energía electromagnética
 1.7.5. Energía nuclear o energía atómica
 1.8. Transformaciones energéticas. Rendimiento
 1.9. Conclusiones
1.10. Bibliografía
1.11. Evaluación
1.11.1. Ejercicios teóricos
1.11.2. Prueba objetiva
Aspectos básicos 
generales 
sobre la energía
1
1.1. Introducción y orientaciones para el estudio
En este capítulo se recordarán y fijarán conceptos básicos en relación con la energía, así
como su medida y valores de referencia que permitan su comprensión en términos prácticos
y cotidianos.
También se presenta una visión más profunda de las manifestaciones de la energía y de
sus transformaciones, así como del rendimiento asociado a las mismas.
El contenido de este tema allana el camino para comprender mejor el papel