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Gestión energética y Termodinámica

 

Según la etimología, la palabra “termodinámica” proviene del griego thermos=calor, dinamos= fuerza, poder e ico=relativo a. Se define entonces a la termodinámica como una rama de la física encargada de estudiar las interacciones del calor y otras formas de energía con el entorno. Esto se puede aplicar a otras ramas de la ciencia y la ingeniería. De hecho, es posible abordar la gestión energética desde un punto de vista termodinámico.

 

Según la primera ley de la termodinámica, la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma. Aplicando esto a un balance de energía, es decir la contabilidad de la energía presente en un sistema, tenemos que:  

 Energía acumulada = Energía entrante + Energía generada – Energía saliente – Energía consumida

 

Y si trasladamos esto a la gestión energética de una empresa, podemos asumir que:

 

·        Energía entrante = Energía comprada (gas, electricidad, y otras provenientes del exterior)

 

·        Energía generada = Energía autogenerada en sistemas descentralizados ya sea por cogeneración o tecnologías más limpias (fotovoltaica, solar, biomasa, eólica, hidráulica, entre otras)

 

·        Energía saliente = Energía perdida (pérdidas en los equipos y subsistemas por transmisión, distribución, emisión, etcétera)

 

·        Energía consumida = Energía consumida por los equipos e instalaciones presentes

 

Si se asume que la energía acumulada es cero pues ésta es utilizada totalmente en la producción, en el aseguramiento de confort térmico y de otros requerimientos, el resultado es que la energía comprada más la autogenerada es igual a la cantidad de energía consumida y perdida.  Teniendo en cuenta que para aumentar la eficiencia energética es necesario optimizar el consumo y reducir las pérdidas, el balance energético en una empresa se puede plantear de la siguiente forma

 

Energía consumida = Energía comprada + Energía generada - Energía perdida

 

Esto significa optimizar el proceso de compra de energía, aumentar la energía generada y reducir las pérdidas. Optimizar el consumo no significa consumir menos, pues en áreas como la producción el consumo es intrínsecamente dependiente de ésta. A mayor producción mayor consumo.

 

Así pues, para gestionar la energía de forma más eficiente debemos optimizar el consumo energético, teniendo en cuenta lo siguiente:

 

1.      Fuente de energía y su precio de compra

 

2.      Tipo de energía generada y su coste de generación

 

3.      La eficiencia de los equipos e instalaciones presentes

 

Optimizar el proceso de compra se ve limitado a factores externos como el mercado energético y a circunstancias geopolíticas. Por otra parte, aumentar la energía generada, es decir implementar sistemas descentralizados que a su vez  integren mayoritariamente energías renovables, sería lo ideal pues reduciría una dependencia en el abastecimiento. Sin embargo, esto depende de muchos factores entre los cuales se cuentan, tecnológicos, económicos y políticos. Finalmente, reducir las pérdidas en los equipos e instalaciones, se plantea como  menos compleja en la medida en que la empresa puede alcanzar una mayor eficiencia de forma más directa e independiente invirtiendo en equipos más eficientes o aplicando medidas energéticas que ofrezcan una viabilidad técnico-económica en el corto, mediano y largo plazo.

 

A continuación se presenta una tabla con las ventajas y desventajas de las diferentes fuentes energéticas. El punto referido a la eficiencia es tratado por aparte en la sección “eficiencia energética” (leer más)

 

Fuente de energía

Ventajas

Desventajas

Biomasa

Fuente de energía renovable

Demanda de espacio alta y competencia con cultivos agrícolas

Biomasa

De uso flexible: para calor, electricidad, como combustible

Impactos ambientales por un uso intensivo de los suelos y bosques

Biomasa

En gran parte posee un ciclo cerrado de carbono: si es así bajas emisiones de CO2

Peligro de métodos de cultivo nocivos para el medio ambiente, en especial importaciones de biomasa de monocultivos

Biomasa

Cadena productiva regional: independencia de importaciones

Posibles emisiones contaminantes (p.ej. partículas finas), en especial para combustiones mal realizadas en hornos pequeños

Biomasa

Almacenable en grandes cantidades: gran flexibilidad y generación energética a demanda

 

Biomasa

Especialmente interesante por el aprovechamiento de residuos orgánicos

 

Gas natural

De uso flexible: para calor, electricidad, como combustible

Explotación y transporte costosos y complejos

Gas natural

Alta flexibilidad (picos de generación eléctrica) en plantas a gas, debido a periodos de arranque cortos

Recurso limitado (aprox. 70 años)

Gas natural

Cogeneración, distribución por redes posible

Dependencia de importaciones, sobre todo respecto al precio del petróleo

Gas natural

Emisiones de CO2 más bajas dentro de las fuentes de energía fósiles

Altas emisiones de efecto invernadero: emisiones de CO2 en la generación, emisiones de metano en el transporte

Gas natural

Combustión con bajas emisiones

Explotación y transporte cada vez más costosa y compleja

Petróleo

De uso flexible: para calor, electricidad, como combustible

Recurso limitado (aprox. 40 años)

Petróleo

Tecnologías comprobadas y disponibles

Dependencia de importaciones

Petróleo

Diversas fuentes de energía y derivados utilizables 

Precios fluctuantes pero tendencialmente al alza

Petróleo

Especial importancia como carburante

Emisiones de CO2 y de contaminantes mucho más altas que con gas natural

Petróleo

Densidad energética muy alta

 

Geotérmica

Energía renovable

Posible conflicto con aguas subterráneas, no disponible en todas partes de igual forma

Geotérmica

Geotérmica profunda: muy adecuada para la generación de calor, en parte para electricidad también. Alto potencial inutilizado

Geotérmica profunda: altos costes de explotación debido a perforaciones muy profundas, riesgos en la perforación

Geotérmica

Geotérmica de superficie: técnicamente probada y confiable para la generación de calor. Economicamente interesante. Aplicable para la generación de frío

Geotérmica de superficie: dependiendo del estado hidrogeológico aplicación limitada, trabajos preliminares costosos y mayor demanda de espacio

Geotérmica

Emisiones de CO2 bajas

 

Geotérmica

Disponibilidad sin dependencia de factores climatológicos ni horarios

 

Nuclear

Densidad energética extremadamente alta (p.ej. Uranio)

Solo se utiliza para la generación de electricidad

Nuclear

Reservas mundiales de Uranio en su mayoría en regiones con estabilidad

Dependencia de importaciones de Uranio

Nuclear

Alta generación eléctrica

Susceptibilidad de residuos radiactivos y disposición final no adecuada

Nuclear

Tecnología probada

Peligro radioactivo para el hombre y el ambiente, recurso limitado (reservas aprox. 50 años)

Nuclear

Costes de operación bajos en plantas existentes, de ahí bajos costes de generación. Especialmente adecuada para asegurar cargas de base

Riesgo de consecuencias trágicas

Nuclear

Emisiones de CO2 bajas

 

Carbón

Utilizable para la generación de calor y electricidad

Recurso limitado (reservas aprox. 200 años)

Carbón

En comparación grandes y diversos yacimientos mundiales

Dependencia de importaciones de carbón bituminoso

Carbón

En comparación transporte y almacenamiento sin problemas

Carbón bituminoso en algunos países solo es competitivo si recibe subvenciones

Carbón

Lignito es en algunos países la fuente energética principal disponible

Extracción entrañaría grandes riesgos

Carbón

Minerías a cielo abierto recultivables

Uso del suelo (extracción de lignito)

Carbón

Capacidad de cubrir cargas de base

Emisiones contaminantes más altas que petróleo y que gas natural

Carbón

 

Sin duda emisiones de CO2 son las más altas

Solar

Energía renovable

Disponibilidad intermitente, fluctuaciones en la producción energética

Solar

Está disponible continuamente y de forma gratuita

Termosolar: producción de calor más alta (verano) que no corresponde con la mayor demanda (invierno)

Solar

Disponible para electricidad (fotovoltaica) y para calor (termosolar)

Fotovoltaica: deterioro del paisaje por instalaciones en espacios abiertos, todavía eficiencias bajas, costes todavía altos, expansión de redes necesaria

Solar

Emisiones de CO2 bajas

 

Solar

Ya es una tecnología bien desarrollada y disponible

 

Solar

Bajos efectos medioambientales en la fabricación y en la operación

 

Solar

Independencia de importaciones

 

Solar

En tejados no se necesitan áreas extras

 

Hidráulica

Energía renovable

Trastorno de la estructura acuífera

Hidráulica

Disponible, duradera y continua, independiente de la hora del día central hidroeléctrica de agua fluyente

Intervención paisajística considerable (central hidroeléctrica reversible)

Hidráulica

Costes de operación muy bajos

En algunos regiones el potencial está totalmente agotado

Hidráulica

Emisiones de CO2 bajas

 

Hidráulica

Transformación con altos niveles de eficiencia

 

Hidráulica

Capacidad de almacenamiento (central hidroeléctrica reversible), muy adecuada en combinación con otras energías renovables (acumulador-hidroeléctrica reversible)

 

Hidráulica

Independencia de importaciones

 

Hidráulica

No se generan contaminantes en la operación

 

Eólica

Energía renovable

Disponibilidad limitada debido a fluctuaciones de potencia, altas fluctuaciones en la producción de electricidad

Eólica

Todavía un potencial muy alto inutilizado sobretodo offshore y onshore a grandes alturas

Altas capacidades de reserva y de regulación necesarias

Eólica

Emisiones de CO2 bajas

Generación en lugares apartados requiere de expansión de redes

Eólica

Ya es una tecnología bien desarrollada y disponible

Intervención paisajística

Eólica

No se generan contaminantes en la operación de los aerogeneradores

Aceptación a nivel regional limitada

Eólica

Generación de electricidad rentable

Emisiones de ruido posibles

Eólica

Independencia de importaciones

Peligro para las aves

Eólica

Demanda de espacio baja