Los 5 tipos principales de energías renovables Principios, costes, eficiencia y guía de uso doméstico

Los cinco principales tipos de energía renovable moderna utilizados principalmente para la generación de electricidad son: Energía hidroeléctrica, energía eólica, energía solar, bioenergía (energía de la biomasa/biocombustibles) y energía geotérmica.

En 2023, las energías renovables representaron casi 30% de la generación mundial de electricidad. Entre ellas, la hidroeléctrica representó 47%, la eólica 26%, la solar 18%, la bioenergía 8% y la geotérmica 1%.

China representó 32% de la electricidad renovable mundial, seguida de Estados Unidos (11%), Brasil (7,0%), Canadá (4,7%) e India (4,3%).

Para 2030, se espera que la generación mundial de electricidad renovable alcance los 17.000 TWh (60 EJ), lo que supone un aumento de casi 90% respecto a 2023. Para entonces, las renovables representarán 46% de la electricidad mundial, con la eólica y la solar fotovoltaica sumando 30%.

Este artículo analiza en profundidad los principios de generación de energía, la distribución global, la eficiencia tecnológica, los niveles de coste y las tendencias futuras de estos cinco tipos de energías renovables, al tiempo que ofrece recomendaciones claras para que los hogares urbanos y rurales seleccionen los sistemas de energías renovables adecuados.

Energía hidroeléctrica

En 2023, la energía hidroeléctrica representará 47% de la generación mundial de electricidad renovable.

La energía hidroeléctrica es un método de generación de electricidad que aprovecha la energía potencial y cinética del agua para mover turbinas. Los tipos más comunes son la hidroeléctrica de embalse, la hidroeléctrica de desvío y la hidroeléctrica mareomotriz.

La energía hidroeléctrica prácticamente no emite carbono y produce una contaminación mínima durante su funcionamiento. Sin embargo, la construcción de grandes presas puede causar trastornos ecológicos (como la interrupción de la migración de los peces y la sumersión de humedales) y provocar desplazamientos de población.

Instalar un sistema hidroeléctrico en casa requiere una fuente de agua constante y estable (con suficiente altura y caudal), y está sujeto a las leyes de regulación del agua, por lo que resulta muy poco práctico para la mayoría de los hogares.

En 2023, la horquilla de costes de los proyectos hidroeléctricos de pequeña y gran envergadura "desde la construcción hasta la puesta en servicio" se situaba entre 1.000 y 1.000 millones de euros. 2.820-18.700 USD/kWLos proyectos de mayor envergadura suelen tener costes más elevados.

Eficiencia de la generación de energía

Los sistemas hidroeléctricos modernos son muy eficientes, con eficiencias que alcanzan hasta los 500 millones de euros. 90% o más. Comparada con la energía solar (unas 20%) y la eólica (unas 30%), la hidroeléctrica es notablemente eficiente.

Distribución mundial y crecimiento futuro de la energía hidroeléctrica

En 2023, China poseía 29-31% de la capacidad hidroeléctrica mundial, generando entre 1.245 y 1.303 TWh, lo que le convierte en el mayor productor de energía hidroeléctrica del mundo. Le siguen Brasil, Canadá y Estados Unidos, todos ellos ricos en recursos hídricos.

Aunque la capacidad hidroeléctrica mundial sigue aumentando, su ritmo de crecimiento se ha ralentizado. Las proyecciones indican que el crecimiento en la década de 2020 será casi 25% más lento que el ritmo de expansión registrado en la década anterior.

Energía eólica

En 2023, la energía eólica representaba aproximadamente 28% de la generación mundial de electricidad renovable. El principio consiste en utilizar el viento para hacer girar las palas de la turbina, que a través de una caja de engranajes aumentan la velocidad de rotación, impulsando así un generador para producir electricidad.

Los tipos más comunes de parques eólicos son los terrestres y los marítimos. Los primeros suelen estar situados en zonas llanas o elevadas, mientras que los segundos se instalan en el mar, donde la velocidad del viento suele ser mayor y más estable.

La energía eólica prácticamente no produce emisiones durante su funcionamiento y se considera una de las fuentes de energía más limpias. Sin embargo, existen algunas preocupaciones en relación con el impacto visual, la perturbación de la migración de las aves y el ruido. En cuanto al ruido, muchos lo malinterpretan o lo descartan, pero en realidad, un parque eólico que funcione a una distancia de 750 a 1000 pies no produce un ruido superior al de un frigorífico de cocina o una habitación relativamente silenciosa.

La potencia de las turbinas eólicas comerciales oscila entre pequeñas unidades residenciales de unos 5 kW y grandes turbinas de hasta 5 MW. Las pequeñas turbinas residenciales cuestan apenas unos cientos de libras, mientras que las turbinas industriales pueden costar millones. En 2023, el coste nivelado de la electricidad (LCOE) para la energía eólica terrestre se situaba entre 1.300-2.500 USD/kW, dependiendo de la ubicación y la escala.

Las turbinas eólicas suelen aplicarse en entornos industriales; para uso residencial, es posible instalar pequeñas turbinas en los tejados, pero depende de las políticas locales de planificación y de las condiciones del viento.

Eficiencia de la generación de energía

La tecnología eólica actual permite generar electricidad a partir de velocidades del viento de unos 2,68 metros por segundo. La eficiencia de conversión suele oscilar entre 20% a 40%significativamente inferior a la hidroeléctrica, pero superior a la solar.

Distribución mundial y crecimiento futuro de la energía eólica

Según datos de la Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA) y el Consejo Mundial de la Energía Eólica (GWEC), en 2023, China representará 39% de la capacidad eólica total instalada en el mundo, posee la mayor capacidad eólica terrestre del mundo y supera al Reino Unido en capacidad eólica marina. Otros países importantes son Estados Unidos, Alemania e India.

Se prevé que, de aquí a 2030, el sector de la energía eólica alcance una tasa compuesta de crecimiento anual (TCAC) de 8,8%, con un aumento de la capacidad eólica mundial instalada de 981 GW.

Energía solar

En 2023, la energía solar representará aproximadamente 15% de la generación mundial de electricidad renovable. Debido al rápido descenso de los costes, la flexibilidad de despliegue y las emisiones casi nulas durante su funcionamiento, la energía solar se ha convertido en la tecnología de energías renovables de más rápido crecimiento.

El principio de funcionamiento de la energía solar consiste en que los fotones de la luz solar excitan a los electrones de los paneles solares -fabricados principalmente con materiales semiconductores como el silicio- liberando a los electrones para que fluyan direccionalmente bajo un campo eléctrico, generando corriente que es convertida por un inversor en corriente alterna para uso doméstico o de red.

Aunque la fabricación de paneles solares produce una huella de carbono, la electricidad limpia que genera cada panel a lo largo de su vida útil lo compensa con creces.

Los sistemas fotovoltaicos (FV) se han generalizado gracias a su fácil instalación y al descenso de los costes de sus componentes. En 2023, los sistemas fotovoltaicos a escala comercial rondarán los 800-1.200 dólares por kW, mientras que los sistemas residenciales costarán algo más.

Eficiencia de la generación de energía

Los paneles fotovoltaicos comerciales suelen alcanzar una eficiencia de 18%-22%, con productos de alta eficiencia que superan los 25%, y algunos promotores logran casi 40%. Aunque su eficiencia es muy inferior a la de otras energías renovables, la comodidad y el bajo coste de la energía solar la convierten en la opción preferida de los usuarios residenciales.

Distribución mundial y crecimiento futuro de la energía solar

China lidera tanto la fabricación como la instalación de paneles solares, seguida de Estados Unidos, Japón, Alemania e India. La Agencia Internacional de la Energía (AIE) prevé que la energía solar se convierta en la mayor fuente de electricidad del mundo en 2050.

Entre 2024 y 2030, se espera que la energía solar fotovoltaica represente 80% del crecimiento mundial de la capacidad renovable, impulsada por los nuevos parques solares a gran escala y el aumento de las instalaciones en tejados comerciales y residenciales. Según la AIE, la generación de electricidad solar fotovoltaica superará a la hidroeléctrica en 2029, convirtiéndose en la mayor fuente de energía renovable.

Energía geotérmica

La energía geotérmica aprovecha el calor interno de la Tierra para generar electricidad o calefacción. Se perforan pozos para acceder al agua caliente o al vapor subterráneos, que mueven turbinas para generar electricidad o se utilizan para calentar edificios.

Los sistemas geotérmicos someros de bomba de calor geotérmica funcionan sin emitir polvo, residuos ni CO2 y no requieren calderas, torres de refrigeración ni almacenamiento de combustible, lo que los convierte en soluciones de calefacción y refrigeración respetuosas con el medio ambiente actualmente disponibles.

Aunque la energía geotérmica genera pequeñas cantidades de contaminantes atmosféricos y acuáticos, sus emisiones de CO2 son sólo 1/35 de las de las centrales térmicas de carbón.

El desarrollo de la energía geotérmica requiere extensas exploraciones geológicas y perforaciones, lo que supone una elevada inversión inicial. Además, la distribución desigual de los recursos geotérmicos y los desafíos técnicos aumentan los costes. En 2023, el coste de las bombas de calor geotérmicas era de 4.589 USD, casi 1.200 USD más que en 2022.

Eficiencia de la generación de energía

La eficiencia de la generación de energía geotérmica suele oscilar entre 10% y 20%, en función de la temperatura y la tecnología.

Distribución mundial y crecimiento futuro de la energía geotérmica

Los recursos geotérmicos se concentran principalmente a lo largo de los límites de las placas tectónicas, como el Cinturón de Fuego del Pacífico y los cinturones geotérmicos Mediterráneo-Himalaya. Los países líderes en desarrollo geotérmico son Estados Unidos, Indonesia, Filipinas, Turquía y Nueva Zelanda.

Los avances tecnológicos han abierto nuevas perspectivas a la energía geotérmica, convirtiéndola potencialmente en la opción preferida en todo el mundo y entre las empresas. A medida que mejore la tecnología y disminuyan los costes de los proyectos, la energía geotérmica podría satisfacer hasta el 15% de crecimiento de la demanda mundial de electricidad en 2050.

Energía de biomasa

La energía de la biomasa procede de residuos agrícolas, madera y desechos orgánicos, y puede utilizarse para calefacción, generación de electricidad o producción de biocombustibles. Si se gestiona adecuadamente, la biomasa se considera neutra en carbono porque el CO₂ liberado durante la combustión es absorbido por las plantas.

Los sistemas geotérmicos someros de bomba de calor geotérmica funcionan sin emitir polvo, residuos ni CO2 y no requieren calderas, torres de refrigeración ni almacenamiento de combustible, lo que los convierte en soluciones de calefacción y refrigeración respetuosas con el medio ambiente actualmente disponibles.

Desde el punto de vista de los costes, la biomasa no es especialmente barata. En 2022, el coste medio mundial de instalación era de 2.162 dólares por kW, solo unos cientos de dólares menos que la energía hidroeléctrica.

La biomasa también es relativamente costosa en EE.UU., donde la combustión directa es el método más común de generación de calor a partir de biomasa. Los costes de instalación de pequeñas centrales de biomasa oscilan entre 3.000 y 4.000 dólares por kW.

Eficiencia de la generación de energía

La cocombustión de biomasa con otros combustibles alcanza eficiencias de hasta 45%, lo que la convierte en el método de generación de electricidad a partir de biomasa más rentable.

En 2050, la cuota de la biomasa en la producción de electricidad podría pasar de las 1,3% actuales a unas 3%-5% (PTE de la AIE, 2006), dependiendo de los supuestos.

En comparación con el potencial total estimado de la biomasa (10% a 20% de suministro de energía primaria para 2050), esta contribución a la electricidad es relativamente pequeña, pero la biomasa también es valiosa para la calefacción y la producción de combustible para el transporte.

Preguntas frecuentes sobre energías renovables

¿Qué sistemas de energía renovable pueden instalar los hogares?

• Residencias urbanas/suburbanas: Sistemas solares fotovoltaicos, con bombas de calor geotérmicas opcionales.
• Residencias rurales/agrícolas: Sistemas FV o una combinación de FV y calderas de biomasa.
• Meseta/Zonas montañosas remotas: Prioridad a los sistemas fotovoltaicos, con la energía hidroeléctrica como opción si las condiciones lo permiten.

Cuál es la mayor fuente de energía renovable?

En la actualidad, la energía hidroeléctrica es la mayor fuente de energía renovable del mundo, ya que representa casi 50% de la generación mundial de electricidad renovable, con un rendimiento superior a 90%. Algunas organizaciones predicen que en 2029 la energía solar superará a la hidroeléctrica y se convertirá en la mayor fuente de energía renovable del mundo.

¿Qué significa utilizar energías renovables??

• Reducir las emisiones de carbono y mitigar el cambio climático.
• Garantizar un suministro energético sostenible sin depender de los combustibles fósiles.
• Aumentar la independencia energética.
• Menores costes operativos a largo plazo.

Las energías renovables están transformando rápidamente el panorama energético mundial. Ya se trate de la altamente eficiente energía hidroeléctrica, de las energías eólica y solar, en rápido crecimiento, o de la biomasa y la energía geotérmica, cada tecnología tiene sus puntos fuertes y sus retos. Esta transformación está penetrando en todos los aspectos de la vida, desde el nivel global hasta el doméstico, desde las políticas hasta las tecnologías.

Para los usuarios domésticos, seleccionar el sistema de energía renovable adecuado no sólo puede reducir los gastos energéticos a largo plazo, sino también contribuir a la protección del medio ambiente. La próxima década es una ventana crítica; aprovechar los incentivos políticos, la madurez tecnológica y las tendencias de reducción de costes será la mejor oportunidad para avanzar hacia un estilo de vida bajo en carbono.