Sobrevivir a largo plazo como especie es, como las infames resoluciones de año nuevo, uno de esos objetivos que nadie persigue pero que todos aceptamos como evidente en sí mismo. Lo cierto es que hay muchas formas de plantearlo: ¿qué consideramos «largo plazo»? ¿Tiene que importarnos, necesariamente, lo que pueda ocurrirles a unos Homo sapiens que todavía no han nacido? Y, sobre todo, ¿qué entendemos por sobrevivir? La existencia de nuestros antepasados en las sabanas africanas, en números reducidos y rodeados de miseria, privaciones y aplicados depredadores es un modo de vida sin duda natural y sostenible. Así se mantuvo década tras década, siglo tras siglo, durante muchas decenas de miles de años. ¿Es esto lo que queremos para nuestra descendencia?

No cuesta mucho dudar de semejante concepto de supervivencia. Dejemos de lado a los ecologistas radicales que, secretamente o no tanto, desearían diezmar nuestras muchedumbres hasta dejarlas en poquedumbres, arrancarnos de las manos nuestros teléfonos inteligentes y nuestros frigoríficos y arrojarnos de vuelta al paleolítico, donde podremos poner en práctica la «dieta paleo»… de algún animal con dientes afilados. Lo que de verdad entendemos por «supervivencia a largo plazo» es una existencia estable e iluminada, con tecnología —desde luego— pero en equilibrio con el resto de los seres vivos que nos rodean, a lo largo de al menos tantas decenas de miles de años como llevamos en este caballito de tiovivo esférico que llamamos Tierra.

Dejaré para mejor ocasión el frente abierto de si tal deseo puede cumplirse, pero suponiéndolo posible, tengo una noticia: no hay forma de poder realizar un objetivo así si no encontramos el modo de satisfacer nuestras necesidades energéticas de un modo completamente renovable. El segundo principio de la Termodinámica prohíbe, a la postre, la existencia de fuentes de energía sin fin: sin embargo, en tanto nuestro número no se dispare exponencialmente ni hablemos de escalas de tiempo cósmicas no deberíamos preocuparnos. Podemos representarnos a nosotros mismos «agotando» el petróleo, o —al nivel de extracción energética de los procesos de fisión nuclear industrial actuales— el uranio: es mucho más difícil pergeñar formas de acabar con el viento o la luz del sol.

La tecnología de nuestro siglo tiene, en el campo de las energías renovables, tres protagonistas fundamentales: la eólica, la solar y la hidroeléctrica. En el caso de esta última, parece evidente el motivo por el que no satisfacemos todas nuestras necesidades de energía con ella: es fuertemente dependiente de la existencia de grandes masas de agua que represar y terrenos con cuencas en los que hacerlo —recursos que no están disponibles con la frecuencia que desearíamos. Las otras dos fuentes energéticas no tienen, a primera vista, más límites para su despliegue que la disponibilidad de terrenos y la voluntad inversora de Estado y empresas; competirán entre sí y la más rentable tomará la delantera. El mercado decide: ¿qué está escogiendo?

Observemos el gráfico de distribución de la potencia instalada en España por tipo de fuente. Si recalculamos los porcentajes de las renovables sobre su propio total obtenemos que la energía hidráulica supone un 35,6%, la eólica un 48,1% y la solar, en todos sus tipos, un magro 9,7%, quedando un testimonial 4,8% para otras fuentes de energía como la biomasa, la geotérmica o la maremotriz. La inmensa mayoría de los embalses posibles en España ya están construidos, así que no es de esperar que el porcentaje de la energía hidráulica aumente significativamente en el futuro. Está claro que el modo de generación que más rentable está resultando y sobre el que puede predecirse un mayor crecimiento en los próximos cinco años es el viento. La pregunta clave para el futuro de nuestras necesidades energéticas es: ¿por qué no alimentar todo con aerogeneradores?

Los nuevos gigantes

Desde finales de los años 90, los aerogeneradores han pasado de ser una visión extraña a salpicar nuestra geografía con casi mil parques contabilizados a finales de 2016, distribuidos por todas las regiones españolas con las llamativas excepciones de Extremadura y Madrid (Ceuta y Melilla tampoco tienen parques eólicos, pero su pequeño tamaño hace más difícil sorprenderse por ello). Estos nuevos molinos serían, a la vista de un aspirante a moderno Alonso Quijano, una vista mucho más espantable que los antiguos: bestias blancas dispuestas en grupos de varias decenas, de tres aspas con un diámetro de giro de más de sesenta metros, apoyadas sobre una airosa columna de otros tantos de altura —el diseño convencional, de origen danés, dicta que la longitud de la pala tenga aproximadamente la mitad de la altura de la columna para un efecto más agradable a la vista.

La rotación del aerogenerador, comprendida habitualmente entre las 8 y las 30 revoluciones por minuto para velocidades del viento entre los 5 m/s (la llamada «velocidad de conexión», por debajo de la cual el sistema no puede girar) y los 25 m/s (la «velocidad de corte», a partir de la que las aspas frenan para evitar problemas de sobrecalentamiento y cargas mecánicas excesivas), permite mover un generador que transforma el movimiento en energía eléctrica. El sistema es más complejo de lo que parece —¿qué no lo es?— pero funciona con una eficiencia de conversión máxima del 46%: de la energía total contenida en el movimiento del aire frente a las palas, hasta un 46% puede extraerse y convertirse en electricidad apta para ser vertida a las redes de distribución.

Para un sistema cuyo «combustible» es completamente gratuito, la cifra es completamente excepcional. De hecho, esta conversión máxima se encuentra tan cerca del límite teórico de extracción de energía del viento (conocido como límite de Betz, y que surge del hecho de que la velocidad del aire tras atravesar el plano de las aspas del aerogenerador no puede descender a cero) que el sistema no se optimiza para un aprovechamiento máximo, sino para un coste mínimo de fabricación y despliegue dada una conversión razonable. La energía eólica ya puede compararse en pie de igualdad con otras fuentes energéticas.

No es de extrañar, por tanto, que en los últimos tiempos un número creciente de colectivos ecologistas estén clamando por la sustitución de las centrales nucleares con energías renovables. El último ejemplo, el pasado mes de junio en Madrid, vio reunirse a varios cientos de personas en una manifestación convocada por más de 120 asociaciones (!). El lema principal de esta manifestación, «Cerrar Almaraz y todas las demás, 100% renovables», expresa la preocupación común entre los colectivos que hacen política con la ecología de que las centrales nucleares son peligrosas y deben ser sustituidas, a la mayor brevedad posible, por fuentes de energía renovable. Como hemos visto, la fuente de energía más preparada para intentar realizar esa transición en un plazo relativamente corto de tiempo es el viento. Planteémosnos la pregunta: ¿es posible sustituir una central nuclear como Almaraz con parques eólicos? Y de ser la respuesta afirmativa, ¿qué implicaría exactamente?

Efecto estela y factor de carga

Cuando se trata de adaptar una tecnología como la eólica para su uso a gran escala es necesario no perder de vista dos fenómenos fundamentales. El primero de ellos impone una consideración práctica de alcance a la hora de diseñar parques eólicos. El segundo establece una limitación más seria, dependiente de la naturaleza misma del recurso aprovechado.

Fijémonos en un molino concreto, con un determinado diámetro de rotor (utilizaremos este parámetro más adelante). El efecto estela es la alteración en el flujo de aire que lo atraviesa debido a las turbulencias inducidas por las aspas y a la propia extracción de la energía del movimiento. El viento saliente de la hélice se mueve más lentamente que el entrante —esa es exactamente la diferencia entre un aerogenerador y un ventilador— y lo hace, además, de un modo más irregular. Esto afectará a otros generadores situados a sotavento del molino en el que nos hemos fijado.

Para compensar el efecto estela, los diseñadores de parques eólicos utilizan el criterio de separar los generadores en filas perpendiculares a la dirección de los vientos dominantes en cada zona, separadas entre sí entre 5 y 9 diámetros de rotor. La separación entre molino y molino en la dirección perpendicular a la de los vientos dominantes (es decir, según las filas en las que se ubiquen) puede ser inferior, de 3 a 5 diámetros. Además, los generadores se colocan al tresbolillo, de manera que se aumente la distancia al máximo posible entre los ubicados en filas contiguas. A pesar de estas precauciones, es común encontrarse con pérdidas «de parque» del orden del 5% respecto a lo que podría generar un solo molino en las mismas condiciones de viento.

Diseñar un parque de aerogeneradores no es una tarea trivial. Desde el punto de vista del mantenimiento y la interconexión eléctrica, interesa colocar los molinos lo más próximos posible entre sí para reducir pérdidas eléctricas y disminuir las distancias de los viales (los caminos que permiten recorrer el parque para realizar tareas de mantenimiento y que tienen que soportar el paso de los transportes especiales y las grúas necesarios para el montaje de los aerogeneradores). Sin embargo, el efecto estela obliga a mantener unas distancias mínimas que, para diámetros de rotor de 60 metros, puede superar el medio kilómetro —será mayor para rotores más grandes. La topografía de la zona conspira en la mayor parte de las ocasiones para hacer todo más complejo aún, restringiendo las posiciones posibles para las bases de los aerogeneradores, complicando la distribución de los viales y alterando localmente el flujo del viento.

El segundo fenómeno a considerar es el llamado factor de carga. El viento, por su naturaleza, es un recurso variable en el tiempo: y varía, además, de una forma muy compleja a diferentes escalas. En nuestras latitudes el viento suele ser más fuerte en invierno que en verano: se trata de la variación estacional. Por su parte, los cambios en la temperatura del suelo y el aire a lo largo del día suelen provocar un patrón de variación diaria por el que los vientos son más rápidos en las horas cercanas al mediodía solar que por la noche. Finalmente, y a escalas temporales más pequeñas, el viento se comporta de forma aleatoria que puede modelarse matemáticamente. El factor de carga es la razón entre la energía efectivamente generada por un molino a lo largo de un periodo de tiempo determinado y la máxima que podría generar, para una velocidad óptima y constante del viento. Los factores de carga habituales en aerogeneradores suelen estar entre el 20 y el 30%.

El viento frente al uranio

Ya disponemos de las herramientas necesarias para contestar a la pregunta que nos planteamos hace unos párrafos: ¿es posible sustituir una central nuclear como la de Almaraz con parques eólicos? En caso afirmativo, ¿cómo sería un parque de aerogeneradores con la misma potencia? Observemos primero los siguientes datos reales de los últimos diez años para la generación eólica y la nuclear, obtenidos del anuario estadístico de Red Eléctrica de España.

Los datos han sido tabulados de forma que la comparación sea sencilla. Para empezar, llama la atención la gran diferencia entre potencia instalada eólica y nuclear. El número de aerogeneradores ha aumentado de forma constante en nuestro país hasta el año 2012, en el que un cambio legislativo en la asignación de primas de generación renovable detuvo por completo la expansión del sector —este mismo año se han reanudado las subastas de potencia renovable con un sistema nuevo de subasta que tiende, a la vista de los resultados, a eliminar las primas: veremos cómo evoluciona el mercado a partir del año que viene.

Por su parte, la energía nuclear apenas ha variado: no se han construido centrales nuevas —y no se hace desde el inicio de la llamada «moratoria nuclear» en 1982. Las únicas modificaciones en la potencia instalada son debidas a pequeñas mejoras técnicas y puntuales en las centrales existentes. Sin embargo, pese a que hay instalados tres vatios eólicos por cada vatio nuclear (en 2016), las centrales nucleares todavía producen casi un 18% más. Esto es debido al efecto del factor de carga característico de cada tecnología, que para los últimos 10 años ha sido de un 24% para la eólica frente a casi un 84% para la nuclear. Es decir: si la central nuclear de Almaraz tiene una potencia instalada de 2093 MW, no basta con instalar los mismos vatios eólicos para igualar su capacidad de generación. Ajustando los diferentes factores de carga, resulta que necesitaremos 7262 MW eólicos para igualar la capacidad de generación de la nuclear.

Ya tenemos una cifra de potencia a instalar, pero ¿cómo será de grande el parque eólico necesario para sustituir Almaraz? Esta deberá ser una cuenta aproximada debido a la complejidad del diseño de un parque eólico, que depende fuertemente de su ubicación. Vamos a suponer, sin embargo, un parque ideal de aerogeneradores no excesivamente caros, de 600 kW y un diámetro de rotor de 50 metros, para unas distancias entre postes medias de 7 diámetros de rotor en la dirección del viento dominante y de 4 diámetros en la perpendicular. En primer lugar, dividiendo la potencia que necesitamos entre la de un aerogenerador (sin olvidar igualar las unidades), obtenemos la cifra de molinos a instalar: aproximadamente 12000. Que un parque normal de aerogeneradores en España tenga alrededor de 60 unidades instaladas nos está indicando que nos enfrentamos a una empresa complicada. Sigamos adelante, sin embargo.

La separación que hemos estimado entre generadores nos puede dar una idea de cuál será la «huella» de cada uno de ellos. Usando una disposición aproximadamente rectangular podríamos ubicar 110 generadores en 110 filas. Cada fila tendrá 22 kilómetros de longitud, y el conjunto de filas se extenderá a lo largo de 38 kilómetros: multiplicando, obtenemos un parque de 847 kilómetros cuadrados. Por poner la cifra en algún contexto significativo, estaríamos hablando de un parque que ocuparía el 40% del área de Bizkaia y que tendría alrededor de 3000 kilómetros de viales de acceso para comunicar entre sí los generadores. Con molinos más grandes (y más caros) de 2000 kW y diámetros de rotor de 80 metros, el parque teórico tendría 645 km².

Vistas estas cifras, lo razonable sería fragmentar la potencia en varios centenares de parques, que podrían convertirse en algunos miles si el objetivo fuera sustituir por energía eólica toda la generación nuclear actual de España. ¿Es posible? Solo marginalmente, y a un coste muy elevado tanto económico como ecológico. No debemos olvidar que este análisis no tiene en cuenta que el factor de carga de la energía eólica es un promedio: la energía realmente generada mostrará la misma variabilidad compleja que hemos descrito antes para el viento. Hacerla constante requeriría del concurso de tecnologías adicionales, como inmensos bancos de baterías, que aún no se encuentran desarrolladas a la escala necesaria. Podemos hacer también una predicción para el futuro que tiene muchas probabilidades de cumplirse: la oposición ecologista a la energía nuclear se iría desplazando, paulatinamente, a la energía eólica conforme esta adoptara una posición preponderante en el combinado energético.

Una política energética racional debería potenciar y diversificar las energías renovables, pero no a expensas de la potencia nuclear ya instalada y con una vida útil aún larga por delante, sino frente a las tecnologías que más comprometen los objetivos de emisión de CO₂: carbón y petróleo. Combinar este enfoque con una decidida inversión en ahorro energético e investigación y desarrollo en todos los campos de producción de energía aparece como la apuesta de futuro con más probabilidades de llevar a nuestra especie más allá de los confines de este aterrador siglo. Después… veremos.

Este post ha sido realizado por Iván Rivera (@Brucknerite) y es una colaboración de Naukas con la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU

Referencias y más información:

Red Eléctrica de España. (28/06/2017). Las energías renovables en el sistema eléctrico español 2016. Visitado el 20/07/2017 en http://www.ree.es/es/estadisticas-del-sistema-electrico-espanol/informe-de-energias-renovables

Barbero, A. J. (2012). Curso de Física Ambiental, Universidad de Castilla-La Mancha. Visitado el 24/07/2017 en https://previa.uclm.es/profesorado/ajbarbero/FAA/EEOLICA_Febrero2012_G9.pdf

Grodira, F. (10/06/2017). Más de medio millar de personas se manifiestan en Madrid contra las nucleares. Público. Visitado el 25/07/2017 en http://www.publico.es/sociedad/medio-millar-personas-manifiestan-madrid.html