Energias Renováveis e Transição Energética

Vista previa del material en texto

Revista Mexicana de Física
ISSN: 0035-001X
rmf@ciencias.unam.mx
Sociedad Mexicana de Física A.C.
México
Estrada Gasca, C. A.
Transición energtica, energias renovables y energía solar de potencia
Revista Mexicana de Física, vol. 59, núm. 2, octubre-, 2013, pp. 75-84
Sociedad Mexicana de Física A.C.
Distrito Federal, México
Disponible en: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=57030971010
 Cómo citar el artículo
 Número completo
 Más información del artículo
 Página de la revista en redalyc.org
Sistema de Información Científica
Red de Revistas Científicas de América Latina, el Caribe, España y Portugal
Proyecto académico sin fines de lucro, desarrollado bajo la iniciativa de acceso abierto
http://www.redalyc.org/revista.oa?id=570
http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=57030971010
http://www.redalyc.org/comocitar.oa?id=57030971010
http://www.redalyc.org/fasciculo.oa?id=570&numero=30971
http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=57030971010
http://www.redalyc.org/revista.oa?id=570
http://www.redalyc.org
REVISTA MEXICANA DE FÍSICA S59 (2) 75–84 OCTOBER 2013
Transición enerǵetica, enerǵıas renovables y enerǵıa solar de potencia
C. A. Estrada Gasca
Instituto de Enerǵıas Renovables, Universidad Nacional Autónoma de Ḿexico,
Privada Xochicalco S/N, 62580, Temixco, Morelos, México.
Received 14 May 2013; accepted 23 May 2013
En este trabajo se reflexiona sobre la problemática enerǵetica mundial; la finitud de las fuentes fósiles y su impacto al medio ambiente. La
estructura enerǵetica mundial es no sustentable y se requiere de un cambio de paradigma energético basado en la eficiencia energética y el uso
de fuentes alternas como las energı́as renovables (ER). La demanda energética mundial está en continuo aumento a un ritmo de crecimiento
anual del 2.47 %. En un escenario al 2030 para la transformación del sistema mundial de energı́a, elaborado a partir del cumplimiento de
nuevas polı́ticas enerǵeticas que consideran una economı́a baja en carb́on para la protección del medio ambiente, todas las fuentes primarias
contribuyen a satisfacer la demanda energética. De hecho, las fuentes primarias de energı́a que ḿas crecen son el gas y las ER. En particular,
la taza a la que las ER están creciendo y penetrando los mercados mundiales de la energı́a tiene una marcada similitud con la aparición de la
enerǵıa nuclear en los ãnos 1970’s y 1980’s. Ḿexico cuenta con abundantes recursos renovables y se han hecho esfuerzos importantes para
avanzar en el uso de las tecnologı́as que aprovechan las fuentes de ER. El potencial solar del paı́s es realmente muy grande y el uso de las
tecnoloǵıas solares que aprovechan dicho recurso es muy limitado. Se requiere, para garantizar el desarrollo sustentable en el paı́s, que el
estado mexicano se comprometa, con una visión a largo plazo, en el aprovechamiento de las ER y en el uso eficiente de la energı́a. Se deberán
generar las polı́ticas, los marcos legales, los incentivos económicos y los fondos de financiamiento para apoyar a la investigación cient́ıfica y
tecnoĺogica y permitir el desarrollo masivo de las ER y del uso eficiente de la energı́a en el páıs.
Descriptores:Transicíon enerǵetica; enerǵıas renovables; energı́a solar; concentración solar.
This paper comments on the global energy problem, the finiteness of fossil fuels and their impact on the environment. The global energy
structure is unsustainable and requires a paradigm shift based on energy efficiency and the use of alternative and renewable energy (RE). The
global energy demand is continuously increasing at an annual growth rate of 2.47 %. In a scenario at 2030 from the IEA to transform the global
energy system (made from compliance with new energy policies that consider low carbon economy for the protection of the environment)
all primary sources contribute has meet energy demand. Actually, the primary sources of energy that have the fastest growing are Gas and
RE. In particular, the rate at which the RE are growing and penetrating the global energy markets has a strong similarity with the appearance
of nuclear energy in the years 1970’s and 1980’s. Mexico has abundant renewable resources and has made relevant effort to advance the
use of technologies that take advantage of RE sources. The country’s solar potential is really great and the use of solar technologies that
take advantage of this resource is very limited. To ensure sustainable development in the country, it is required the Mexican government
undertake, with a long-term vision, in the use and development of the RE and in the energy efficiency in Mexico. It should generate policies,
legal frameworks, economic incentives and financing funds to support scientific and technological research and allow massive development
of RE and the efficient use of energy in the country.
Keywords:Energy transition; renewable energy; solar energy; solar concentration systems.
PACS: 88.05.-b; 88.05.Ec; 88.40.-j; 88.40.fj; 88.40.fp; 88.40.fr
1. La problemática enerǵetica del mundo
El crecimiento de la población mundial en láultima centuria
ha sido inśolito: se estima que en el año 1930 era de 2,000
millones de personas, para el año 1960 de 3,000 millones y
en solo 39 ãno, esto es en 1999 se duplicó a 6,000 millones.
Actualmente es de ḿas de 7,000 millones y se estima que
para el ãno 2030 seremos 8,000 millones de seres humanos
en el planeta. Este crecimiento poblacional esta estrechamen-
te relacionado con el crecimiento en la demanda de energı́a
mundial.
En la actualidad, las fuentes primarias de energı́a que do-
minan en el mundo son los hidrocarburos y corresponden
al 81.2 % de toda la energı́a primaria producida y consumi-
da. En Ḿexico, la dependencia es mayor; en el año 2011,
el 91.2 % de la producción de enerǵıa primaria correspon-
dió a combustibles fósiles, (64.1 % petróleo, 24 % gas y 3.1 %
carb́on) [1].
Los páıses emergentes (China, India, Brasil, México. . .) y
los páıses menos desarrollados necesitan para su desenvolvi-
miento tener acceso pleno a las fuentes de energı́a modernas,
entendidas estas como electricidad y carburantes. De ahı́ que
la demanda energética mundial está en continuo aumento a
un ritmo de crecimiento anual del 2.47 %. A medida que cre-
ce la poblacíon y las econoḿıas, millones de personas en todo
el mundo disfrutan de los beneficios de un estilo de vida que
requiere cantidades de energı́a cada vez mayores. Según la
Administracíon de Informacíon sobre Enerǵıa de los EUA
(EIA), en su escenario de referencia, la demanda mundial
de petŕoleo evolucionaŕa de 87 millones de barriles al dı́a en
2011 a 119 millones de barriles diarios en 2040, es decir se
incrementaŕa un 36 % ḿas en ese periodo. Lo cual es un reto
muy grande en términos de inversiones, en particular, en un
contexto de declinación de las reservas de lo que se ha llama-
do el ”petŕoleo f́acil”, esto es, f́acil de extraer y trasportar, y
por ende barato.
76 C. A. ESTRADA GASCA
Este contexto de declinación de las reservas del “petróleo
fácil” es ya evidente. Muchos de los campos de petróleo y
gas del mundo están llegando a su madurez. La producción
de crudo toćo techo en los Estados Unidos en 1970, en Alas-
ka en 1988, en el Mar del Norte en 1999 y en Cantarell en
2005, no obstante que los grandes descubrimientos más re-
cientes fueron precisamente en esos lugares (en Alaska y en
el Mar del Norte en 1967 y en Cantarell en 1971). Los descu-
brimientos de nuevos yacimientos de fuentes energéticas se
dan principalmente en lugares donde los recursos son difı́ci-
les de extraer, ya sea por motivos fı́sicos, ecońomicos o in-
cluso poĺıticos.
¿Cuando tocará techo la producción mundial de este hi-
drocarburo? Algunos sugieren que ya se alcanzó, otros ḿas
sugieren que se alcanzará en los pŕoximos ãnos.
A partir de ese momento la producción disminuiŕa. Cua-
lesquiera que sea la fecha, para los expertos petroleros del
mundo es claro que este recurso está declinando ŕapidamen-te en relacíon a la escala temporal humana. Lo más probable
es que mucho antes que se alcance este lı́mite, que eventual-
mente puede ser extendido por los avances tecnológicos, el
juego de la oferta y la demanda petrolera y su impacto en la
evolucíon de los precios del petróleo constituiŕan los factores
determinantes del fin de la era del petróleo.
Adicionalmente, es coḿun decir que la producción de ga-
ses de efecto invernadero, principalmente el bióxido de car-
bono debido al uso intensivo de los hidrocarburos, son los
precursores del incremento de la temperatura media global y
consecuentemente del llamado cambió climático, con todas
las consecuencias para los seres humanos que ello implica.
Aśı llegamos a establecer que el problema energético
del mundo actual consiste en que las fuentes principales de
enerǵıa que usamos los humanos (los hidrocarburos) han
mostrado su finitud y que su uso intensivo tiene un impacto
al medio ambiente de dimensiones globales y catastróficas.
Esto es, el sistema energético mundial no es sustentable.
Ante esta situación enerǵetica mundial y nacional, Ḿexi-
co necesita un cambio de paradigma energético. Es urgente
una utilizacíon más racional de la energı́a y la sustitucíon de
los combustibles f́osiles por otros tipos de energı́a primaria.
Es inevitable preguntarse si existen fuentes energéticas sufi-
ciente que puedan sustituir a las fuentes fósiles y que permi-
tan la conservación del medio ambiente para un desarrollo
sustentable. Este proceso de transición se debe lograr sin ten-
siones geopolı́ticas draḿaticas por el control de los yacimien-
tos de los hidrocarburos y sin la degradación irreversible del
medio ambiente natural, particularmente debida a las emisio-
nes de gas de efecto invernadero.
Volvemos a preguntarnos ¿existen las fuentes energéticas
que puedan satisfacer esta necesidad? La respuesta es afirma-
tiva; existen las fuentes renovables de energı́a; la enerǵıa solar
que en sus diversas manifestaciones directas (radiación solar
directa, difusa. . .) o indirectas (biomasa, eólica, hidŕaulica,
mareomotriz. . .) es la fuente de energı́a mas abundante en la
Tierra, adeḿas de la geotermia. La Figura 1 muestra el re-
curso enerǵetico disponible en el mundo, ası́ como el con-
sumo global anual de energı́a por los humanos. El consumo
enerǵetico anual, esto es, la demanda global (DG) de energı́a
primaria es aproximadamente de 425 EJ/año (EJ=exajulio=
1018 Julios).
La enerǵıa solar total anual que alcanza la superficie de
la Tierra y su atḿosfera es 2,895,000 EJ/año ( 7,000 veces la
demanda global en 2004, DG), que representa unas 9 veces el
recurso total de todas las demás enerǵıas no-renovables, es-
timado en 325,300 EJ (770 veces la DG); Petróleo: 8,690 EJ
( 20 DG), Gas: 17,280 EJ ( 40 DG), Uranio 114,000 EJ ( 270
DG), Carb́on: 185,330 EJ ( 440 DG). La Figura 1 muestra
estas cantidades en paralelepı́pedos rectangulares donde por
sus tamãnos relativos se aprecian la abundancia de unos con
respecto a otros.
La enerǵıa solar en sus manifestaciones directa e indirec-
ta junto con la energı́a geot́ermica tambíen se conocen como
enerǵıas renovables, esto es, fuentes de energı́a que por su
cantidad en relación a los consumos que los seres humanos
pueden hacer de ellas son consideradas inagotables y su pro-
pio consumo no afecta el medio ambiente.
Seguramente en el futuro se encontrarán ḿas yacimientos
de hidrocarburos y material nuclear, sin embargo, es claro de
la figura 1 que laśunicas fuentes que a largo plazo pueden
satisfacer la demanda mundial de los seres humanos en for-
ma sustentable, en el presente o en el futuro, son las fuentes
renovables de energı́a.
Creemos que en este perı́odo transitorio hacia un sistema
enerǵetico sustentable, el uso racional y eficiente de las ac-
tuales fuentes energéticas y las energı́as alternativas: energı́as
renovables (ER) y energı́a nuclear, son la solución al proble-
ma enerǵetico planteado.
2. Crecimiento Mundial de las ER
Las tecnoloǵıas que aprovechan a las fuentes renovables de
enerǵıa, en diversos estados de desarrollo, han estado presen-
tes en la historia de los seres humanos desde siempre. Sin
FIGURA 1. Recurso enerǵetico disponible actualmente en el mun-
do, aśı como el consumo global anual de energı́a por los huma-
nos [2]
Rev. Mex. Fis. S59 (2) 75–84
TRANSICIÓN ENERǴETICA, ENERǴIAS RENOVABLES Y ENERǴIA SOLAR DE POTENCIA 77
embargo, con el advenimiento de la revolución industrial, cu-
ya pieza fundamental fue la maquina de vapor desarrolla-
da por James Watt en 1774 y que requerı́a para su funcio-
namiento un combustible de alta densidad energética como
el carb́on, las enerǵıas renovables empezaron a ser sustitui-
das por los hidrocarburos. En lasúltimas d́ecadas y debido a
las crisis petroleras, la investigación y desarrollo de las tec-
noloǵıas que aprovechan las fuentes renovables de energı́a
(FRE) se ha intensificado al punto de generar tecnologı́as ac-
tualmente en estado comercial. Pero más áun, estos mercados
han tenido en lośultimos ãnos un crecimiento muy importan-
te.
Entre los factores que han permitido el desarrollo actual
de los mercados de las FRE, se pueden mencionar a los si-
guientes:
El alza de los precios de los hidrocarburos que llegó a
139 USD por barril en Junio del 2008 y que podrı́an
llegar a los 150 d́olares por barril o ḿas en los ãnos
venideros.
El mercado mundial de emisiones de CO2 que esta en
19 USD la tonelada y en el futuro podrı́a llegar hasta
los 40 o 60 d́olares la tonelada.
Las poĺıticas voluntarias de varios Estados (Unión Eu-
ropea, Estados Unidos, China, India, Brasil) mas ini-
ciativas locales que crean incentivos especiales para
usar tecnoloǵıas de FRE.
El progreso acelerado que han tenido las tecnologı́as
de enerǵıas renovables.
El progreso acelerado que han tenido las tecnologı́as
de enerǵıas renovables.
Es claro que las polı́ticas ṕublicas de varios paı́ses han
ejercido una influencia fundamental en el crecimiento de los
mercados actuales de las energı́as renovables. Todos los indi-
cadores de los mercados mundiales de las energı́as renovables
muestran que estas están creciendo aceleradamente [3]. La fi-
gura 2 muestra nuevas inversiones en energı́as renovables en
los mercados mundiales, llegando al 2011 con 257,000 mi-
llones de d́olares. Sin embargo, y a pesar de este crecimiento,
el uso de las FRE sigue siendo pequeño comparado con el
uso de los hidrocarburos. En la próxima seccíon se muestra
la estructura actual de la energı́a total y de la producción de
electricidad en el mundo y en Ḿexico y las contribuciones de
las ER.
3. Estructura Energética en el mundo y en
México. Escenarios futuros
FIGURA 2. Inversíon mundial anual en ER (2004-2011) [4].
En el ãno 2010, la producción mundial de energı́a prima-
ria llegó a los 12,789.3 millones de toneladas equivalentes de
petŕoleo (Mtep, 1 Mtep = 41.84× 109 J) y el consumo mun-
dial de enerǵıa en ese mismo año fue de 8,676.6 Mtep. La
Figura 3 muestra, la producción mundial de energı́a primaria
para ese ãno [5]. El total de consumo de energı́a que corres-
ponde a los hidrocarburos es del 81.2 %, indicando que son
estos el motor del mundo industrializado. A las energı́as reno-
vables les corresponde un 13.2 %, sin embargo las renovables
tradicionales, principalmente la leña y la gran hidŕaulica su-
madas dan el 12.1 %, dejando solo para las nuevas energı́as
renovables el 0.6 %. Estasúltimas incluyen geotermia, eólica,
solar y océanica.
La figura 4 muestra la estructura de la producción de
enerǵıa primaria en Ḿexico para el ãno 2011, que corres-
pondío a un total de 9,190.76 petajoules (PJ, 1 PJ = 1015 J).
La dependencia del paı́s de los hidrocarburos es de 91.2 %,
mayor al promedio mundial. La contribución de las nuevas
enerǵıas renovables excluyendo a la gran hidráulica y a la
biomasa convencional (leña) es pequẽna, un poco abajo del
2 %, debíendose fundamentalmente a la geotermiay a la eóli-
ca [5]. Tanto a nivel mundial como a nivel nacional el uso de
las enerǵıas renovables sigue siendo marginal.
Es importante saber en que se consume parte de la energı́a
que se produce en Ḿexico sumada a la que se importa y/o ex-
porta. La Tabla 1 presenta el consumo final total de energı́a
en el páıs en los ãnos 2010 y 2011 y su comparativo. Del con-
sumo enerǵetico total, en 2011, aproximadamente el 19 % se
fue al sector residencial, comercial y público; el 46 % al sec-
tor transporte; el 27 % al industrial y solo el 3 % al sector
agropecuario. Es claro que el sector que más enerǵeticos con-
sume, fundamentalmente carburantes, es el del transporte. En
el 2011 hubo un incremento del consumo de energı́a total de
2.5 % comparado con el año anterior, siendo el consumo justo
en el sector transporte el que más aument́o.
Las tecnoloǵıas actuales que aprovechan las FRE pueden
ser utilizadas masivamente en estos sectores. Sin embargo, su
penetracíon en la mayoŕıa de los páıses y en Ḿexico en parti-
Rev. Mex. Fis. S59 (2) 75–84
78 C. A. ESTRADA GASCA
FIGURA 3. Consumo mundial de energı́a en 2010, 12,789.3 Mrep.
Las Renovables incluyen hidráulica, éolica, solar, geotermia, resi-
duos y biomasa.
FIGURA 4. Estructura de la producción de enerǵıa primaria en
México (2011) [5]. Total: 9,190.76 PJ, todos los porcentajes son
con respecto al total de la producción de enerǵıa primaria.
cular, no se hab́ıa dado debido a varios factores, entre ellos a
dos: al precio/costo relativamente elevado de las tecnologı́as
y a la ausencia, de polı́ticas de estado que las promueva y
las incentive. Durante décadas, la introducción de estas tec-
noloǵıas en el páıs se dej́o totalmente a los precios de com-
petencia del libre mercado mundial. Esto está cambiando,
por ejemplo, en el 2008 se publica en México, la Ley para
el Aprovechamiento de Energı́as Renovables y el Financia-
miento de la Transición Enerǵetica (LAER-FTE). Se puede
decir, que varias de estas tecnologı́as como la termosolar pa-
ra calentamiento de agua de uso doméstico o la éolica, son
totalmente competitivas en términos comerciales, y otras lo
seŕan en el futuro cercano.
En un ejercicio responsable de planificación enerǵetica
del páıs donde se decidirán que tecnoloǵıas debeŕan impul-
sarse o implementarse, se deben tomar en consideración pun-
tos como: i) la seguridad en el suministro energético, ii) las
reservas energéticas con las que se cuenta, iii) los precios [p.
ej. el precio del Mtep ($/Mtep) o el precio del kilowatt ins-
talado ($/kW)] y los costos [p. ej. el costo en centavos del
kilowatt-hora producido (c$/kWh) de las tecnologı́as y iv) la
minimizacíon del impacto ambiental del uso de los sistemas
enerǵeticos.
La Figura 5 presenta un escenario posible para la transfor-
macíon del sistema mundial de energı́a que satisface algunas
de las condiciones de planificación del ṕarrafo anterior y que
fue elaborado a partir del cumplimiento de las nuevas polı́ti-
cas enerǵeticas que consideran una economı́a baja en carb́on
para la protección del medio ambiente [5]. El gráfico de la iz-
quierda muestra la historia de las contribuciones porcentuales
de cada fuente primaria de energı́a desde 1970 hasta el 2030.
Se ve que la tendencia del petróleo, a largo plazo, es de dismi-
nuir su cuota en el mercado internacional, mientras que el gas
sigue aumentando. El reciente aumento de la contribución del
carb́on a la cuota de mercado pronto comenzará a revertirse,
con una tendencia a la baja evidente en el 2020. La taza a la
que las enerǵıas renovables están creciendo y penetrando los
mercados mundiales de la energı́a tiene una marcada simili-
tud con la aparicíon de la enerǵıa nuclear en los ãnos 1970’s
y 1980’s.
El gráfico de la derecha de la figura 5 muestra las contri-
buciones para satisfacer, por fuente primaria, el crecimiento
de la demanda mundial de energı́a. Es notable observar que
el crecimiento del consumo mundial de energı́a es satisfecho
cada vez ḿas por combustibles no fósiles; las energı́as re-
novables, la energı́a nuclear y la hidroeléctrica en conjunto
representan el 34 % del crecimiento. Esta contribución agre-
gada no f́osil es, por primera vez, ḿas grande que la contri-
bución de cualquier combustibles fósiles por si solo. Para los
próximos 20 ãnos, en este escenario que se considera plausi-
ble, las enerǵıas renovables por su cuenta contribuyen más al
crecimiento mundial de la energı́a que el petŕoleo. La mayor
contribucíon de combustible proviene del gas, que alcanza el
31 % del crecimiento previsto de la energı́a global.
4. Enerǵıas Renovables
La enerǵıa geot́ermica en Ḿexico es la ḿas utilizada de to-
das las energı́as renovables, excluyendo a la gran hidráulica.
México ocupa el cuarto lugar a nivel mundial en aprovecha-
miento de esta fuente energética. La capacidad instalada para
generacíon de potencia eléctrica es de 953 megawatts eléctri-
cos (MWe). Se tienen identificados más de 300 sitios termales
con el potencial de instalar otros 11,940 MWe. Esto represen-
ta casi el 20 % de la capacidad instalada en todo el paı́s en el
año 2010 que era de 60,795 MWe. Este potencial se consi-
dera mucho mayor por los yacimientos geotérmicos de roca
seca caliente que pueden existir en México y cuya tecnoloǵıa
de aprovechamiento está en desarrollo.
La enerǵıa éolica en Ḿexico ha tenido un desarrollo muy
importante en ãnos recientes. Aunque todavı́a es limitado. En
el 2011 se teńıan instalados y operando 519 MWe y 717 MWe
adicionales están en construcción. Se espera que para el 2014
se alcancen ḿas de 5,000 MWe [5] cuando entren en opera-
ción todos los proyectos en desarrollo. El gobierno mexicano
ha estimado el potencial eólico del páıs en los 71,000 MWe,
Rev. Mex. Fis. S59 (2) 75–84
TRANSICIÓN ENERǴETICA, ENERǴIAS RENOVABLES Y ENERǴIA SOLAR DE POTENCIA 79
TABLA I. Consumo final total de energı́a (petajoules) 2011 [5]
Variación Estructura
2010 2011 porcentual ( %) porcentual ( %)
2011/2010 2011
Consumo final total 4,874.13 4,994.82 2.48 100
Consumo no energético total 264.24 259.11 -1.94 5.19
Petroqúımica de Pemex 168.90 161.60 -4.32 3.24
Otras ramas 95.34 97.51 2.28 1.95
Consumo enerǵetico total 4,609.89 4,735.71 2.73 94.81
Transporte 2,245.25 2,283.98 1.73 45.73
Industrial 1,298.08 1,363.42 5.03 27.30
Recidencial, comercial y ṕublico 921.25 928.25 0.76 18.58
Agropecuario 145.32 160.06 10.14 3.20
Fuente: Sistema de Información Enerǵetica, Sener.
FIGURA 5. (Izquierda) Contribucíon porcentual a la cuota de la energı́a primaria mundial. (Derecha) Aportación de cada fuente primaria al
crecimiento de la demanda energética [6].
el cual considero muy elevado. Como se puede ver, si las
tendencias siguen igual, esta tecnologı́a pronto rebasará a la
geot́ermica.
La bioenerǵıa es otra fuente renovable de energı́a muy
abundante en el paı́s. Representa el 5 % de la oferta interna
de enerǵıa primaria en Ḿexico, esto es, 344 PJ/año de los
7,367 PJ/ãno en el ãno 2008. Se estima que se tiene un po-
tencial sustentable de 3,000 PJ/año que equivaldrı́a al 62 %
de la enerǵıa final demanda debida a los sectores de consumo
final enerǵetico en el ãno 2008 que fue de 4,814 PJ [5].
La capacidad hidroeléctrica instalada en Ḿexico es de
10,707 MWe, pero existe todavı́a un potencial muy impor-
tante 38,700 MWe de gran hidro que podrı́a ser aprovecha-
do. Al mismo tiempo, se estima que se podrı́an aprovecharse
hasta 3,250 MWe con plantas mini y micro hidráulicas en el
páıs [6].
En México no existen centrales eléctricas que utilicen la
enerǵıa de los oćeanos y tampoco existen proyectos de de-
sarrollo de ninǵun tipo de estas centrales. De hecho, el uso
de la enerǵıa del mar no está muy extendido, en la actuali-
dad, śolo algunos páıses del mundo como Francia cuentan
con este tipo de tecnologı́a. Aunque el potencial del uso de
Rev. Mex. Fis. S59 (2) 75–84
80 C. A. ESTRADA GASCA
la enerǵıa océanicapara producción de enerǵıa eĺectrica no
esta todav́ıa evaluado, se estima que podrı́a ser superior a las
anteriores.
5. Enerǵıa Solar
Los recursos energéticos renovables, como ya se comentó en
la seccíon 1 son afortunadamente muy abundantes en el pla-
neta. Solo como un ejemplo de la abundancia de las fuen-
tes de ER, baste decir que la energı́a solar recibida cada 10
d́ıas sobre la Tierra equivale a todas las reservas conocidas
de petŕoleo, carb́on y gas. La figura 6, muestra la distribución
de enerǵıa solar incidente en la Tierra dada en términos de
la insolacíon diaria promedio anual medida en kilowatt-hora
por m2 (kWh/m2) por ãno. Los paralelos 40◦N y 35◦S de-
finen la llamada ”Franja Solar o Cinturón Solar”que tiene la
peculiaridad de albergar al 70 % de la población mundial y
recibir la mayor cantidad de energı́a solar del planeta. Como
se observa en la figura, Ḿexico queda dentro de esta franja y
su potencial de aprovechamiento de energı́a solar es uno de
los más altos del mundo. Alrededor de tres cuartas partes del
territorio nacional son zonas con una insolación media del or-
den de los 5 kWh/m2 al d́ıa, el doble del promedio en EUA.
Particularmente la zona del noroeste del paı́s (los estados de
Chihuahua, Sonora y Baja California) posee el recurso solar
más abundante con insolaciones que rebasan los 6 kWh/m2
al d́ıa.
¿Como se aprovecha la energı́a solar? Empecemos di-
ciendo que la energı́a solar es energı́a electromagńetica emi-
tida por nuestra estrella ḿas cercana: el Sol, que al interac-
cionar con la materia dicha energı́a es transformada en otras
formas de energı́a. Existen varios mecanismos naturales que
transforman a la energı́a solar en otras formas de energı́a útil
para el ser humano. Entre esos mecanismos se encuentran los
fı́sicos, los qúımicos y los bioĺogicos. A continuacíon se pre-
sentaŕan las principales tecnologı́as que aprovechan estos me-
canismos para satisfacer necesidades energéticas humanas.
6. Tecnoloǵıas Fotovoltaicas
De las tecnoloǵıas solares, la fotovoltaica es en la actualidad
la que tiene el ḿas ŕapido crecimiento a nivel mundial. Esta
tecnoloǵıa est́a basada en las celdas solares. Como se sabe, la
forma ḿas coḿun de las celdas solares se basa en el efecto
fotovoltaico, en el cual la luz que incide sobre un dispositivo
semiconductor de dos capas produce una diferencia del foto-
voltaje o del potencial entre las capas. Este voltaje es capaz
de conducir una corriente a través de un circuito externo de
modo de producir trabajóutil.
Como se menciońo anteriormente, la industria de los pa-
neles fotovoltaicos está creciendo muy rápidamente; los sis-
temas fotovoltaicos integrados a la red eléctrica son los que
mayor crecimiento han tenido. En losúltimos ãnos, en parti-
cular, los europeos son los que han instalado más sistemas
FIGURA 6. Distribución de la enerǵıas solar en el mundo,
kWh/m2/año [10].
fotovoltaicos en su región. Esto es debido fundamentalmente
a las poĺıticas enerǵeticas de la Uníon Europea. Por otro lado,
la fabricacíon mundial de paneles fotovoltaicos en el 2005 fue
dominada por los japoneses con el 46 % y fue seguido por los
europeos con un 28 %.
La capacidad instalada en México de sistemas fotovol-
taicos es de solo 8 millones de watts-pico (MWp) (2011).
Esta cantidad es muy pequeña comparado con lo que ocurre
en otros páıses como España que tiene 4,338 MWp (2011)
o Alemania que es de 17,370 MW. La capacidad instalada
fotovoltaica en el 2010 alcanzó los 40,000 MWp. Los merca-
dos futuros de las celdas solares dependerán estrechamente
del desarrollo de la tecnologı́a, en donde los esfuerzos de in-
vestigacíon se centran en una combinación de aumentar la
eficiencia y bajar los costo de producción.
7. Tecnoloǵıas de Calentadores Solares Agua
Otra tecnoloǵıa solar que esta muy desarrollada y cuenta con
una industria ampliamente establecida a nivel mundial y que
tambíen se encuentra en rápido crecimiento es la de los capta-
dores solares para el calentamiento de agua para uso domésti-
co. Existen varios disẽnos de captadores solares: los planos,
los de tubos evacuados, los de concentración solar. En todos
ellos la enerǵıa solar es captada en una superficie absorbente
que transfiere el calor a un fluido, tı́picamente agua.
A finales de 2010, la capacidad de colectores solares
térmicos en operación en todo el mundo era igual 195.8
gigawatt-t́ermico (GWt), correspondiente a 279,7 millones
metros cuadrados. A finales del 2011 se estima que habrá cre-
cido en un 25 %, a 245 GWt (Weiss y Mauthner, 2012) . De
esta cantidad, el 88.3 % corresponde a colectores solares de
placa plana (FPC) y de tubos al vacı́o (ETC), el 11 % corres-
ponde a colectores sin cubierta de vidrio y solo el 0.7 % a co-
lectores solares para calentamiento de aire con y sin cubierta
de vidrios. [7].
La figura 7 muestra la capacidad total instalada de colec-
tores solares para calentamiento de agua en funcionamiento
en los 10 páıses ĺıderes a finales de 2010. La gran mayorı́a de
Rev. Mex. Fis. S59 (2) 75–84
TRANSICIÓN ENERǴETICA, ENERǴIAS RENOVABLES Y ENERǴIA SOLAR DE POTENCIA 81
FIGURA 7. Capacidad total instalada de colectores solares para ca-
lentamiento de agua en funcionamiento en los 10 paı́ses ĺıderes a
finales de 2010.
las colectores solares para agua con y sin cubierta de vidrio
en funcionamiento están instalados en China (117.6 GWt),
en Europa (36.0 GWt), y en Estados Unidos y Canadá (16.0
GWt, la mayoŕıa son colectores no cubiertos de vidrio); en
conjunto representan el 86.6 % del total instalado a nivel
mundial [7].
En México [8], en el ãno 2010, se instalaron sistemas
de captadores solares para calentamiento de agua en unárea
equivalente de 272,580 m2, llegando a un acumulado de
1,665,502 m2.
8. Calentamiento Solar para Procesos Indus-
triales
Un área relativamente nueva de aplicación de la enerǵıa solar
se da en los sectores comerciales e industriales. El sector in-
dustrial tiene uno de los consumos energéticos ḿas elevados
en el mundo; en Ḿexico corresponde al 26.3 % del consu-
mo final total de energı́a. El uso de la energı́a solar en este
sector es limitado a nivel mundial, pero tiene un gran poten-
cial de desarrollo. Los principales requerimientos de energı́a
para los procesos comerciales o industriales ocurren a tem-
peraturas por debajo de los 250◦C. Hay muchas aplicaciones
para procesos en el sector industrial que requieren energı́a a
temperaturas inferiores a los 80◦C que pueden ser fácilmen-
te alcanzables con la tecnologı́a comercial de los captadores
solares planos o tubos evacuados que se encuentran ya en el
mercado. Para aquellas aplicaciones que necesitan tempera-
turas superiores a los 80◦C y hasta los 250◦C, se necesi-
ta desarrollar tanto los captadores solares de alta eficiencia
como concentradores solares con sus diversas componentes
para integrar sistemas. Entre esas aplicaciones se encuentran
los sistemas para enfriamiento o refrigeración. Actualmente
hay 90 plantas termosolares para calor de proceso industrial
reportadas en el mundo, con una capacidad instalada de cerca
de los 25 megawatts-térmicos (MWt) (35,000 m2). El poten-
cial es mucho mayor. Śolo en los páıses de la Uníon Europea
(EU25), se estima que el potencial es de 100 a 125 GWt [9].
En México esta tecnologı́a es totalmente incipiente.
9. Potencia Eĺectrica Termosolar
Finalmente, presentaremos las tecnologı́as termosolares para
la generacíon de electricidad. De todas las tecnologı́as sola-
res, estas tienen un potencial de desarrollo muy elevado, de
hecho en lośultimos ãnos han tenido un rápido crecimiento.
Estas tecnoloǵıas est́an basadas en sistemasópticos de con-
centracíon solar.
Las plantas de potencia de concentración solar (PPCS)
producen potencia eléctrica transformando la energı́a solar
en enerǵıa t́ermica a alta temperatura. Esta energı́a t́ermica es
transferida al bloque de potencia para producir electricidad.
Las plantas de potencia de concentraciónsolar pueden ser
dimensionadas para generar electricidad para poblados pe-
quẽnos (10 kWe) o para aplicaciones conectadas a la red (has-
ta 100 MWe o ḿas). Algunos sistemas usan almacenamiento
térmico para perı́odos de nublados o para usarse en la no-
che. Otras plantas pueden combinarse con sistemas que ope-
ran con gas natural y las plantas hibridas resultantes ofrecen
potencia despachable de alto valor. Estos atributos, junto con
el record mundial de eficiencia de conversión solar-eĺectri-
ca (30 % de eficiencia), hacen que estas tecnologı́as sean una
opción muy atractiva en zonas del planeta dentro del cinturón
solar con una alta insolación, como las que existen en el no-
roeste del páıs.
Existen cuatro tecnologı́as que están siendo promovidas
internacionalmente. Cada una de ellas puede variar en di-
sẽnos o en configuración. La cantidad de potencia genera-
da por una PPCS depende de la cantidad de radiación so-
lar directa que incide sobre ella. Estas tecnologı́as usan fun-
damentalmente radiación solar directa. La figura 8 muestra
fotograf́ıas de las cuatro arquitecturas que existen: cilindro-
parab́olicos, Fresnel-lineal, disco-Stirling y de receptor cen-
tral.
El ejemplo ḿas embleḿatico de las PPCS es sin lugar
a dudas el constituido por el complejo de potencia termoso-
lar ubicado en Kramer Junction en California, los llamados
SEGS (Solar Energy Generating Systems). Este complejo es-
ta constituido por 9 plantas que utilizan concentradores del
tipo cilindro-parab́olicos, y que en su conjunto ocupa una su-
perficie de 2.5 millones de m2 de concentradores solares. Los
9 SEGS de diferentes capacidades suman en total 354 MWe.
Este complejo termosolar se construyó entre los ãnos de 1986
y 1991. La experiencia en la operación de los SEGS en Ca-
lifornia arroja 100 ãnos equivalentes de operación comercial
demostrando tener las más altas eficiencias solares y produ-
ciendo la electricidad solar ḿas barata con una alta disponibi-
lidad de planta. Estas plantas fueron diseñadas como plantas
h́ıbridas a gas con un 75 % solar y un 25 % de gas. La figura
9 muestra dos fotografı́as del complejo termosolar.
En los últimos ãnos, y despúes de un largo periodo, de
aproximadamente 15 años de no construir nuevas PPCS, se
est́an construyendo a un ritmo acelerado, diferentes plantas
en todo el mundo. El incremento es sorprendente y se puede
afirmar que hay ḿas de 10,000 MWe en operación, construc-
ción o desarrollo.
Rev. Mex. Fis. S59 (2) 75–84
82 C. A. ESTRADA GASCA
FIGURA 8. Plantas de potencia de concentración solar, cuatro arquitecturas: a) Cilindro-parabólico, b) Fresnel-lineal, c) Plato-Stirling y d)
Receptor Central.
FIGURA 9. Vista áerea del complejo termosolar de Kramer Junction en California, EUA.
Como ejemplo de estas nuevas plantas se presenta a la
PPCS Gemasolar ubicada en San Lucar La Mayor en Sevilla,
Espãna. Esta es una planta de 19.9 MWe con arquitectura de
receptor central y es la primera planta comercial en el mundo
que aplica la tecnologı́a de receptor de torre central y alma-
cenamiento t́ermico en sales fundidas. La producción eĺectri-
ca neta es de 110 gigawatts-hora por año (GWh/ãno) y tiene
un campo solar con 2,650 heliostatos en 185 hectáreas. El
sistema de almacenamiento térmico de la planta consiste de
un tanque de almacenamiento de sales calientes que permite
una autonoḿıa de generación eĺectrica de hasta 15 horas sin
aporte solar. La figura 10 muestra dos fotografı́as de la planta
solar de torre central Gemasolar en operación. Foto: Torresol
Energy.
Rev. Mex. Fis. S59 (2) 75–84
TRANSICIÓN ENERǴETICA, ENERǴIAS RENOVABLES Y ENERǴIA SOLAR DE POTENCIA 83
FIGURA 10.Fotograf́ıas de la planta solar de torre central la planta solar de torre central Gemasolar en operación. Foto: Torresol Energy.
FIGURA 11. Torre y helíostatos en el Campo de Prueba de He-
li óstatos en Hermosillo Sonora, 2011.
10. Investigacíon y desarrollo en México en
PPCS
Son varios los grupos en Ḿexico que est́an trabajando en in-
vestigacíon y desarrollo de tecnologı́as solares. Solo como un
ejemplo de los esfuerzos que se están haciendo, en particu-
lar para impulsar las tecnologı́as de generación de potencia
termosolar, se menciona el Campo de Pruebas de Heliósta-
to (CPH), recientemente inaugurado (Octubre, 2011) en Her-
mosillo, Sonora. El CPH se desarrolló como uno de los sub-
proyectos del proyecto denominado “Laboratorio Nacional
de Sistemas de Concentración y Qúımica Solar” (LACYQS),
financiado por el CONACYT, la UNAM y la UNISON y cu-
ya institucíon responsable es el Centro de Investigación en
Enerǵıa de la UNAM. El objetivo general de dicho proyecto
es dotar a Ḿexico de instalaciones de primer nivel para llevar
a cabo investigación y desarrollo tecnológico en las tecno-
loǵıas de concentración solar, aśı como ayudar a consolidar
las redes de investigación y la formacíon de recursos huma-
nos en eĺarea. El CPH es una instalación de tecnoloǵıa de
torre solar,́unica en Latinoaḿerica, que cuenta con una torre
de 33 m de altura un laboratorio y cuarto de control anexos,
y un campo de 15 helióstatos, cada uno de 36 m2 y con raźon
de concentración de 25. Actualmente se lleva a cabo en el
CPH el desarrollo y prueba de prototipos de helióstatos de
fabricacíon nacional, que son una de las componentes cla-
ves de la tecnologı́a de torre solar. En la segunda etapa del
proyecto LACYQS que ha iniciado este año, el CPH se trans-
formaŕa en una Planta Experimental de Torre Central, que
contaŕa con 82 helíostatos, para alcanzar una potencia total
de 2 MW t́ermicos, con un nivel de concentración de 900.
Se desarrollaŕa tambíen un receptor térmico y sus compo-
nentes auxiliares, que permitirán llevar a cabo investigación
sobre generación eĺectrica [10], ver figura 11. Se espera que
esta instalación permita impulsar el desarrollo de una indus-
tria nacional de PPCS.
11. Conclusiones
A manera de conclusión se presentan las siguientes ideas:
La época de petróleo barato ha terminado y se espera
un mix enerǵetico mundial para los próximos 20 ãnos.
La demanda energética mundial está en continuo
aumento a un ritmo de crecimiento anual del 2.47 %.
En el mundo se ha iniciado ya un perı́odo de tran-
sición enerǵetica. Varios páıses est́an implementando
poĺıticas que les permite ir cambiando su actual siste-
ma enerǵetico a uno sustentable.
Las ER est́an creciendo, pero necesitan apoyo a largo
plazo para asegurar su competitividad.
Las enerǵıas renovables pueden cubrir el 50 % de la
demanda energética mundial a mediados del presente
siglo.
México, como otros paı́s de Aḿerica, requiere un cam-
bio de paradigma energético, que permita entrar de lle-
no a la transicíon enerǵetica.
Rev. Mex. Fis. S59 (2) 75–84
84 C. A. ESTRADA GASCA
Las ER son la solución al problema energético de
México, centroamerica y el caribe y de su desarrollo
sustentable.
Para garantizar el desarrollo sustentable de los paı́ses,
los estados nacionales debe comprometerse con una vi-
sión a largo plazo del aprovechamiento de las ER.
La penetracíon masiva de las ER precisa también de
una serie de hitos tecnológicos que permitan acelerar
todo el proceso.
Es necesario multiplicar el esfuerzo de apoyo públi-
co a la investigación-desarrollo-innovación-educacíon
(I+D+i+E).
Las ER son una gran oportunidad para la innovación,
el desarrollo cientı́fico, tecnoĺogico, ecońomico y so-
cial de México, centroamerica y el caribe.
Dadas las condiciones actuales del desarrollo de las
tecnoloǵıas de ER y en particular de la solar en el mun-
do, existe todav́ıa una gran oportunidad para que Méxi-
co ingrese a la competencia mundial por el desarrollo
de las ER.
1. Balance Nacional de Energı́a. SENER 2012.
2. National Petroleum Council, 2007 after Craig, Cunningham
and Saigo.
3. Panoŕama Enerǵetico de Ḿexico. Reflexiones Académicas In-
dependientes. Consejo Consultivo de Ciencias, Coordinador
Jorge Flores, 2011.4. Reporte del Estatus de Energı́as Renovables, REN 21 2012
(www.ren21.net)
5. Balance Nacional de Energı́a 2011. SENER.
6. BP Energy Outlook 2030. Londres, Enero 2011.
7. http://amdee.org/Proyectos/Proyectos %20 Elicos %20en %20
Mexico %202011.pdf
8. http://www.snitt.org.mx/pdfs/bioenergeticos/Perspectivas
BioenergiaMexico.pdf.
9. http://elmer.unido.org/fileadmin/usermedia/unido. org
Spanish/RegionalOffice Uruguay/uruguay/presentaciones
/06 HectorValdez - Minihidraulica Mexico.pdf
10. www.oksolar.com/abctech/worldsolar radiation.pdf.
11. Weiss, Werner and Franz Mauthner (2012), Solar Heat World-
wide – Markets and Contributions to the Energy Supply 2010,
Solar Heating and Cooling Programme, AEE INTEC, Gleis-
dorf, Austria.
12. Asociacíon Nacional de Energı́a Solar. (www.anes.org2011).
13. Doug McClenahan, 2007. IEA Solar Heating & Cooling Pro-
gramme 2007, www.iea-shc.org.
Rev. Mex. Fis. S59 (2) 75–84