Cuba hacia 100% con energías renovables

Por: Conrado Moreno Figueredo

La participación de las tecnologías energéticas renovables crece a nivel mundial en 20% anual, si se tienen en cuenta todas sus manifestaciones. La mayoría de los países desarrollados invierten sumas millonarias para poner en explotación las diversas fuentes renovables de energía, por ser limpias y sobre todo sostenibles. Los mayores progresos se observan en las energías eólica y fotovoltaica. Avances importantes se aprecian en los biocombustibles y en el empleo de los desechos. Se puede afirmar, por tanto, que en no menos de diez años las fuentes renovables de energía serán las de mayor participación
en el balance energético mundial.

Cuba no está de espaldas a esta realidad. Nuestro país es rico en recursos energéticos renovables y pobre en los no renovables; el sol, el viento, la biomasa (fundamentalmente la procedente de la caña de azúcar) y la hidroenergía son las fuentes a las cuales se les puede apostar con mayor certeza para la diversificación de la matriz energética. Lograr 100% de autoabastecimiento energético con fuentes renovables de energía es un reto para esta generación. No podemos demorarnos más; no podemos continuar pensándolo más.

De acuerdo con las potencialidades de las fuentes renovables de energía, las diferentes tecnologías y aplicaciones en Cuba pueden dividirse en dos grupos:

A- Las fuentes renovables de energía, sus tecnologías y aplicaciones con un mayor desarrollo técnico-comercial, productoras de electricidad y con una mayor aplicación actual en Cuba y el mundo:

1. Energía eólica (parques eólicos, pequeños aerogeneradores y molinos de viento
para el bombeo de agua).
2. Solar fotovoltaica (aislada de la red y conectada a la red).
3. Biomasa cañera para producir electricidad.
4. Biomasa forestal para producir electricidad.
5. Pequeñas hidroeléctricas.
6. Biogás para la producción de electricidad.

B- Las fuentes renovables de energía, sus tecnologías y aplicaciones con un mayor desarrollo técnico-comercial que disminuyen los consumos de electricidad, gas y otros portadores energéticos:

1. Cogeneración de calor (vapor) de la Industria azucarera.
2. Energía solar térmica.
3. Molinos de viento para el bombeo de agua.
4. Biogás para la cocción de alimentos.
5. Biomasa forestal para la cocción de alimentos.
6. Biocombustibles para el transporte.

Con este amplio diapasón, no hay dudas de que la meta de 100% con energías renovables es alcanzable; no es un sueño inalcanzable. Por otro lado, no son pocos los años que estiman los países más avanzados para satisfacer esta meta. Se necesita un período de transición donde paulatinamente se vayan introduciendo estas tecnologías en conjunto con un programa de medidas (ahorro, eficiencia energética y cogeneración) para disminuir la demanda hasta llegar a igualar esta demanda con la energía proporcionada con fuentes renovables de energía. Se puede comenzar por los edificios con energía convencional cero, pasando por comunidades y poblados hasta la ciudad satisfecha a 100% con fuentes renovables de energía. La figura 1 ilustra la relación entre la reducción de la demanda
y el crecimiento de las energías renovables.

Fig. 1. Relación entre la reducción de la demanda
y el uso de las fuentes renovables de energía.

Energía eólica

Los desarrollos tecnológicos de esta fuente renovable de energía a gran escala se encuentran en los parques eólicos terrestres (on-shore) y en los marítimos o costa afuera (off-shore). Los parques terrestres son menos costosos relativamente, aunque introducen impactos medioambientales y sociológicos que los hacen muy cuestionados en determinados escenarios. Los parques eólicos off-shore tienen la ventaja de la calidad
y fortaleza de los vientos en mar afuera, presentan menos ruidos e inconvenientes medioambientales y sociológicos. Su operación y mantenimiento son más caros y complejos. Esto último, junto a la inversión inicial, los hace 20% más caros que los terrestres. En ese contexto, la energía eólica a gran escala crece entre 20 y 30% anualmente.

El potencial eólico cubano fue determinado en el Mapa Eólico, elaborado en 2006 a partir de 49 estaciones meteorológicas. El resultado fue que a una altura promedio del viento a 50 metros, el potencial eólico total se ubica entre 4 000 y 12 000 MW, incluyendo zonas costeras, espacios interiores, regiones montañosas y las pequeñas islas o cayos alrededor de la isla mayor.

Entre 2005 y 2010 se realizaron mediciones del viento en prácticamente todo el país,
lo que constituyó una prospección intensiva del recurso. Se pudo caracterizar con mayor precisión el potencial eólico técnicamente instalable. Esto permitió precisar que existen
21 zonas en la costa norte de la isla, en la zona oriental, que son las más ventajosas para la instalación de parques eólicos. Si se suman las potencialidades de esas 21 zonas,
el total arroja que el potencial técnicamente instalable es de 1 100 MW hasta
el día de hoy.

Si se instalaran estos 1 100 MW la generación de electricidad alcanzaría 2 500 GWh. Este potencial puede ser mayor si se continúa la prospección del recurso aumentando
el número de estaciones de medición, elevando la altura de las torres de medición hasta 100 metros y sobre todo extendiendo el tiempo de medición para que los estimados sean más precisos. Zonas del centro y el occidente del país, que son prometedoras, deben investigarse.

Si bien en otros países las zonas montañosas son ventajosas, en Cuba eso no secumple por varias razones: los altos costos con respecto a las disponibilidades de áreas de emplazamiento en zonas llanas y la complejidad de nuestros sistemas montañosos, además de los impactos medioambientales y sociopolíticos que esos parques eólicos introducirían. Por razones similares, los parques eólicos marítimos no ofrecen perspectivas a corto plazo, sobre todo por la disponibilidad de zonas llanas favorables para instalar parques eólicos terrestres y los altos costos de los parques fuera de costa. A esto se le agrega el conflicto con el desarrollo turístico en los cayos al Norte de Cuba y la gran profundidad de nuestros mares cercanos.

Los pequeños aerogeneradores presentan grandes perspectivas en el país, atendiendo a que 5% de la población aún no recibe electricidad de la red eléctrica. Aún no se producen en el país con la suficiente madurez tecnológica como para calificarse de satisfactorio el desarrollo de estas pequeñas máquinas. Las zonas costeras, adonde no llega la red eléctrica, pudieran beneficiarse con esta tecnología. El uso del molino de viento para el bombeo de agua es tradicional en el país y estas máquinas se introdujeron desde principios del siglo pasado, para el abasto de agua tanto a la población como al ganado. Hoy más de 8 000 molinos se encuentran instalados a todo lo largo y ancho del archipiélago y, además, se producen en el país para abastecer el mercado interno.

Energía solar fotovoltaica

En solo una hora el Sol suministra más energía a la Tierra que la que se consume en un año en todo el mundo. Sobre la base de la tecnología fotovoltaica, la luz solar se puede convertir en electricidad directamente hacia los diferentes campos de aplicación. Existen dos tipos de instalaciones fotovoltaicas: las conectadas a la red (on-grid), que entregan electricidad a la red eléctrica, y las aisladas que son instalaciones fotovoltaicas alejadas de la red eléctrica. Esta es una tecnología que ha avanzado notablemente en los últimos años. Si bien en 1970 la eficiencia de una celda solar no excedía 9%, actualmente llegar
a 21% de eficiencia. El costo del kWp ha descendido de 50,00 USD/kWp hasta menos
de 2,00 USD/kWp.

La aplicación de la energía solar fotovoltaica más usada es la generación de electricidad, aunque también se puede emplear en la desalinización de agua, bombeo, protección catódica, señales ferroviarias, teléfonos móviles, refrigeración remota, etc. Grandes avances se han logrado en lo que respecta al almacenaje de la energía.

China se ha consolidado como el líder del mercado mundial tanto en costo como en producción. En la región asiática se le agregan Taiwán, Malasia, India y Corea, que ya compiten con Estados Unidos, Japón y Europa.

En Cuba, la radiación solar alcanza unos 5 kWh/m2 diarios (1 825 kWh/m2 al año), distribuida en todo el territorio nacional, por lo que se califica de buena comparada con otras regiones europeas en las que esta fuente tiene un alto nivel de aplicación. La radiación solar varía tan poco que se estima menor de 8% en más de 97% en todas las zonas de la isla.

En Cuba hasta el momento se han instalado unos 3 MW, básicamente en sistemas aislados, resolviendo necesidades sociales en zonas remotas. Más de 9 000 instalaciones prestan estos servicios con una alta repercusión social (Fig. 2).


Fig. 2. Primera central fotovoltaica cubana con más
de 1 MW de potencia, en construcción.

La diversificación de los sistemas fotovoltaicos conectados a la red de los centros de carga en el modo de la generación distribuida, garantizando adecuados niveles de eficiencia energética, debe ser una de las actividades priorizadas en esta fuente renovable de energía, la cual debe realizarse con un aporte importante de componentes nacionales, aprovechando la capacidad de producción de la fábrica de componentes electrónicos de Pinar del Río. Estas tecnologías se prevén para un ciclo de vida útil de 25 años, generando electricidad de forma eficiente, con capacidad para aprovechar el potencial solar disponible en todo el territorio, pudiendo aportar durante el ciclo de vida útil por cada MW de potencia un total de 38 750 MWh, que representa un ahorro de más de 2,5 millones de USD solo por concepto de combustible, dejando de emitir 127 875 toneladas de CO2 a la atmósfera. Se ha demostrado que el costo del kWh fotovoltaico es menor que el kWh producido con combustibles fósiles, de acuerdo con los precios actuales de estos últimos.

Según estimados de especialistas cubanos en el tema, con 100 km2 se pudieran generar 15 000 GWh/año, lo que se iguala con la generación actual a base de combustibles convencionales. Estas instalaciones pudieran ubicarse en terrenos, techos, cubiertas, bordes de autopistas, etcétera.

Energía solar térmica

Las instalaciones solares térmicas transforman la energía del Sol en calor. La tecnología de producción de agua caliente a partir del Sol ha evolucionado desde los simples colectores solares planos, hace más de 40 años, hasta los modernos colectores de tubos al vacío. En China y en Taiwán se concentra la producción de calentadores solares, con 80% de la producción mundial. Le siguen Europa, India, Japón y Estados Unidos.

Como se mencionó anteriormente, sobre cada metro cuadrado de suelo cubano inciden
5 kWh diarios. El consumo de agua caliente de una vivienda cubana es de 80-100 L
a 45 °C diarios, para lo que se requiere una energía eléctrica que es menor de 3 kWh,
por lo que la energía solar incidente por metro cuadrado es superior a este valor. Por tanto, este gasto de electricidad se puede satisfacer con un metro cuadrado de colector solar.
El empleo del agua caliente solar en instalaciones industriales y turísticas traería ahorros apreciables de electricidad y otros portadores no renovables de energía.

En 2008 se puso en funcionamiento una fábrica de calentadores solares de tubos al vacío en la ciudad de Morón, en la cual se producirán más adelante calentadores solares planos y de tipo compacto. Es indudable que el calentamiento solar presenta ventajas económicas que lo hacen una tecnología viable para las condiciones cubanas.

Existen otras formas de empleo de la energía solar que aún no se utilizan, como el curado solar del tabaco en sustitución de las instalaciones que hoy se emplean y que son altas consumidoras de combustible, y el secado de madera, frutas, semillas y otros productos que sustituyen a los secadores eléctricos y los que funcionan a base del consumo de combustible fósil.

Ya están en explotación las plantas solares térmicas de gran escala que transforman la energía solar en electricidad, en las cuales se aplica el principio de la concentración solar. Sobre ellas no existen experiencias en Cuba y es necesario comenzar a investigar su aplicación en el país.

Biomasa cañera y forestal

La biomasa cañera se emplea como fuente de energía desde hace cientos de años, para producir calor, y posteriormente electricidad. Cuando se combinan ambos procesos se le conoce como cogeneración. Más de 1 350 millones toneladas de caña se producen cada año en el mundo (FAO-WADE, 2004). Una alta eficiencia de cogeneración en la industria azucarera pudiera producir 25% de la energía que demanda el mundo (WADE, 2004).
En países desarrollados, la eficiencia de la tecnología de cogeneración es de más de
100 kWh por cada tonelada de caña procesada. Con 1 350 millones se pueden obtener potencialmente 135 029 GWh por año (Fig. 3).


Fig. 3. La caña de azúcar es una de las principales
fuentes de biomasa energética en Cuba.

Es necesario aprovechar la potencia energética instalada en los centrales azucareros del país, con la introducción de las soluciones tecnológicas que permitan el uso de la biomasa cañera para la generación de electricidad durante todo el año, y aplicando las transformaciones tecnológicas que posibiliten el incremento de las capacidades de generación instaladas. Existen grandes potencialidades si se introduce la caña energética, si se emplea el marabú como fuente de energía y si se hace una correcta utilización de la biomasa forestal disponible como combustible para la generación y calor en la industria. Las calderas que queman combustibles fósiles pueden ser objeto de transformaciones para la utilización del potencial de biomasa.

La gasificación en pequeñas y medianas centrales de generación de electricidad a partir de los desechos forestales, residuales de aserríos e industrias de beneficio de las cosechas del arroz, coco y café representan otro potencial aún no explotado totalmente.

El gas metano que emiten los vertederos existentes en el territorio nacional y su aprovechamiento en la generación de electricidad, es un portador energético aún no aprovechado en su totalidad, excepto en el vertedero de Calle 100, en La Habana, donde existe una instalación para la extracción de este gas, aunque no se le da un uso energético. Los vertederos de las grandes ciudades como Santiago de Cuba, Matanzas, Camagüey, Cienfuegos, Holguín y Guanabacoa, necesitan de inversiones que los pongan en explotación.

El biogás es un producto natural generado por las bacterias contenidas en la biomasa.
Se produce durante la fermentación en ausencia de oxígeno, lo que se conoce como fermentación anaerobia. Su potencialidad se encuentra en el tratamiento de residuales contaminantes en vaquerías, unidades porcinas y avícolas, destilerías, mataderos, fábricas de conserva, procesadoras de café, residuos sólidos urbanos y restos de cosecha.
El resultado final del biogás proviene de la combustión para utilizarse directamente como energía térmica, o en ciclos combinados de calor y potencia.

La diversificación de digestores de biogás en las industrias del país que generan desechos biodegradables, extendería el uso del biogás para la cocción de alimentos y la generación de electricidad para el autoconsumo industrial. La venta del excedente de electricidad a los objetos sociales cercanos sería una forma de incentivar a los productores de biogás,
y reduciría el consumo de energía generada con el combustible fósil. La diversificación del biogás permitiría aprovechar el potencial de residuales de los centros porcinos, avícolas, mataderos, destilerías, combinados lácteos y cervecerías, entre otros. Los lodos residuales y los efluentes líquidos de los digestores se destinan a la producción de biofertilizantes.

Biocombustibles

Los biocombustibles más difundidos son el biodiesel y el etanol. El biodiesel se obtiene a partir de plantas que contienen gran cantidad de aceite. El etanol se produce de biomasa que contiene azúcar o fécula. Los biocombustibles se emplean fundamentalmente en el transporte.

El etanol en Cuba se ha producido tradicionalmente de la caña de azúcar. Las etapas del proceso de producción son: extracción del azúcar, fermentación, destilación, rectificación y de-hidratación. Es un combustible destinado a las mezclas con gasolina (etanol anhidro), o a su uso directo en motores especiales (etanol hidratado). Actúa como oxigenante y antidetonante.

El etanol anhidro es utilizado en mezclas desde 5 hasta 25% con la gasolina, en motores sin adaptación. Se han extendido en Brasil los autos flexibles (utilizan indistintamente gasolina, etanol o sus mezclas). En Cuba no se ha difundido el empleo de las mezclas etanol-gasolina, y la tecnología se encuentra en fase de investigación-desarrollo. La caña de azúcar produce la materia prima para la producción de etanol, a razón de más de
5 000 kg de etanol por hectárea.

El desarrollo de la producción de etanol requiere de la rehabilitación y modernización
de 10 destilerías y la construcción de 8 nuevas, para pasar de 75 000 toneladas por año hasta 375 000 toneladas por año.

El etanol producido será destinado fundamentalmente para su utilización en las mezclas con gasolina y para la exportación.

El biodiesel proviene del aceite extraído de plantas oleaginosas. Este aceite es resterificado en un proceso químico que finalmente produce el biodiesel. En su forma cruda este aceite vegetal no puede ser empleado como combustible para motores de combustión interna tradicionales. Se trabaja en proyectos de investigación para rebasar esta limitación.

En Cuba se investiga en las mezclas de aceite de Jatropha curcas en combustible diesel, con el objetivo de obtener la mezcla que más se asemeje en cuanto a densidad y viscosidad al diesel. Es decir, la mezcla más adecuada para emplear en un motor diesel. Con los resultados obtenidos se analiza la influencia de estos biocombustibles sobre las prestaciones de un motor diesel como una alternativa energética.

En todos los casos, la producción de biocombustibles en Cuba se rige por principios éticos tales como: los biocombustibles no pueden desarrollarse a expensas de las necesidades alimenticias del hombre, deben ser medioambientalmente sustentables
y deben contribuir a la reducción de las emisiones de gases efecto invernadero.

La energía hidráulica

La energía hidráulica, o hidroenergía, es la tecnología más antigua empleada para la producción de electricidad. Una quinta parte de la electricidad producida en el mundo proviene de ella.

El uso de la hidroenergía como fuente de generación de electricidad, en Cuba, data de principios del siglo xx, cuando se pusieron en explotación pequeños aprovechamientos hidroeléctricos, entre los que figuran la pequeña central hidroeléctrica del Guaso, en Guantánamo, con una potencia de 1 800 kW; San Blas, en Cienfuegos, con 2 000 kW; Piloto, con 295 kW y San Vicente, con 71 kW, ambas en Pinar del Río, y Barranca, en Granma, con 200 kW; todas en operación (Fig. 4).


Fig. 4. La centenaria hidroeléctrica de Piloto,
recientemente remozada.

En la actualidad operan 180 instalaciones hidroeléctricas: 1 central hidroeléctrica, 7 pequeñas centrales hidroeléctricas, 35 minihidroeléctricas y 137 microhidroeléctricas.  La capacidad instalada total es de 62,22 MW, con una producción de energía eléctrica de 149,5 millones de kWh/año.

El potencial hidroenergético en presas y embalses que se ubican en 232 sitios, con una potencia energética estimada de 97,43 MW, no está en explotación. El país debe trabajar para comenzar la producción de picoturbinas hidráulicas (menos de 1 kW), dirigidas a suministrar electricidad a viviendas aisladas, así como al desarrollo y asimilación de turbinas hidráulicas de flujo variable y alta eficiencia, dirigidas al aprovechamiento de presas con baja carga, como son las destinadas al riego agrícola. Existe otro potencial hidroenergético disponible para la generación de energía no empleado aún en ríos, canales y trasvases, así como en las conductoras de agua que existen en el país.

La conciencia y la eficiencia energéticas

Para alcanzar la meta de que toda la energía demandada sea cubierta con fuentes renovables de energía en una zona o región se necesitan, además de los aspectos tecnológicos explicados anteriormente, dos elementos más:

• Disminuir la demanda de energía con soluciones dirigidas al incremento de la eficiencia energética, como es el caso de la introducción de la energía solar pasiva en edificaciones construidas y por construir, así como la aplicación de mejoras tecnológicas en todo el equipamiento consumidor de energía y la garantía de su óptima operación y mantenimiento.

• Cambiar la forma de vida, de actuación y de pensar de los individuos, mediante el despliegue de un permanente accionar en favor de una conciencia energética en la cual prevalezca el ahorro de energía.

A modo de ejemplo

A la ciudad de Dardesheim en Alemania se le conoce como «La Ciudad de la Energía Renovable». Esta es una pequeña ciudad alemana de menos de 1 000 habitantes. En el 2006, el gobierno municipal decidió otorgarle esta categoría. La ciudad comenzó en 1994 con cuatro instalaciones eólicas, una de 80 kW y tres aerogeneradores de 350 kW que producen un millón de kWh, que es la energía anual necesaria para abastecer las viviendas privadas de la ciudad. La potencialidad eólica se incrementó con un parque 62 MW que produce 135 000 MWh, 45 veces más que la electricidad que consume la ciudad (3 millones de kWh) y 15 veces más que las demandas energéticas (alrededor de 8 millones de kWh de electricidad, incluyendo el calentamiento, la climatización, la refrigeración y el combustible de los vehículos).

Existen nueve instalaciones fotovoltaicas que trabajan desde el 2005, produciendo la tercera parte de la electricidad residencial. Alrededor de diez colectores solares proporcionan agua caliente y variados sistemas térmicos sobre la base de biomasa.

Desde el 2005 dos empresas de vehículos automotores ofrecen el cambio de motores diesel por motores basados en aceite vegetal local (semilla de colza); además, el parque eólico posee dos autos de servicio del parque que se mueven con aceite vegetal producido localmente, a los que se suman dos carros eléctricos que se abastecen con la electricidad del parque.

El objetivo general de la ciudad es que las energías técnicas de los casi 1 000 habitantes (electricidad, calor, frío y combustible para el transporte) sean proporcionadas por fuentes renovables de energía producidas regionalmente (potencia eólica, biomasa, energía solar e hidroacumuladoras).

Se ofertan regularmente paseos turísticos para visitantes regionales y nacionales, diputados, políticos, turistas interesados en las energías renovables y escuelas, así como asociaciones locales y regionales. Ello constituye una de las bases económicas de la comunidad, además de los numerosos empleos que se han fomentado. Numerosas son las actividades de capacitación y educación energéticas que allí se realizan.

La Universidad de Dardesheim está vinculada a un proyecto que convierte la calefacción convencional en calefacción a partir de la biomasa. El 100 % de energías renovables en Dardesheim no es una visión futura, sino una realidad.

Si después de reducir la demanda, la zona o ciudad es capaz de autoabastecerse con fuentes renovables de energía, nos encontramos ante lo que hoy se denomina como «ciudad neutra o de cero energía». Esta proyección no está lejos de la realidad, y por el contrario, cada día son más y más las ciudades o regiones, que han establecido este objetivo energético a mediano y largo plazos.

Conclusiones

No hay duda de que la estrategia energética de Cuba se dirige hacia una energía limpia, segura y sustentable, o lo que es lo mismo, hacia las fuentes renovables de energía. Constituye una necesidad impulsar el aprovechamiento de esas fuentes energéticas para sustituir los combustibles fósiles expuestos a la subida de sus precios, reduciendo así la dependencia de los combustibles importados. Resulta un imperativo que nuestro país no puede darse el lujo de continuar con la incertidumbre del suministro del petróleo importado. El medioambiente no puede esperar por nosotros. Tenemos que protegerlo.

Es un hecho cierto que las fuentes no renovables de energía se agotarán, pero mientras tanto la dependencia de dichas fuentes estará provocando crisis en la economía del país.
Si Cuba quiere preservar las conquistas logradas y mantenidas hasta el momento por la Revolución, el país debe rápida y progresivamente moverse hacia 100% de energías renovables en todas las ramas de la economía. Las tecnologías para poner en explotación estas fuentes renovables existen hoy en día, y a costos ya competitivos.

Es responsabilidad de esta generación hacer todo lo posible para cambiar el rumbo hacia 100% con fuentes renovables de energía. Cuba puede lograrlo. Como dijo Ban Ki-moon, el Secretario General de la ONU: «Es un reto moral de nuestra generación. Lo más importante es que las generaciones que nos suceden dependen de nosotros. No podemos robarle a nuestros niños su propio futuro».

* Doctor en Ciencias Técnicas. Profesor Titular del Centro de Estudio de Tecnologías Energéticas Renovables (CETER), La Habana, Cuba. e-mail: conrado@ceter.cujae.edu.cu

(Tomado de Cubasolar)

Un comentario sobre “Cuba hacia 100% con energías renovables

  • el 23 junio, 2018 a las 11:23 pm
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    Muy interesante que CUBA siga siendo lider en Educación y Tecnologia. Es un orgullo que ustedes sigan apostando por las energias renovables.

    Respuesta

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