Generación de energía: qué es, tendencias y principales tipos de generación de energía

La generación de electricidad es esencial para la sociedad moderna, ya que alimenta las industrias, las ciudades y los hogares. Hay varias maneras de generarla, cada una con sus propias características, ventajas y desafíos.

En este artículo, comprenderá qué es la generación de energía, aprenderá sobre los principales tipos y se sumergirá en los conceptos de energía solar y eólica. Además, comprenderá el concepto de generación distribuida (en comparación con la generación centralizada tradicional), incluidas modalidades como la generación solar compartida y la venta de energía a la red.

¿Qué es la generación de energía?

La generación de energía eléctrica es el proceso de producir electricidad a partir de otras formas de energía, ya sea la energía mecánica de una turbina en movimiento, el calor de la quema de combustible, la luz solar capturada por un panel fotovoltaico u otra fuente. Es decir, se toma una energía primaria (procedente del viento, el sol, el agua o reacciones químicas o nucleares) y se convierte en electricidad utilizable para hogares, industrias y otras aplicaciones.

Esta generación suele ocurrir en centrales eléctricas, que albergan el equipo necesario para realizar la conversión. Dependiendo de la fuente, una planta puede ser, por ejemplo, una central hidroeléctrica (que convierte la energía potencial del agua en electricidad mediante turbinas y generadores hidráulicos) o una central térmica (que convierte la energía química de los combustibles en calor y luego en electricidad). En todos los casos, la electricidad producida se entrega al sistema eléctrico para su distribución a los consumidores.

La generación de energía eléctrica es un pilar de la infraestructura moderna: prácticamente todas las actividades diarias dependen de ella, desde la iluminación, el transporte y las comunicaciones hasta los procesos industriales. Por lo tanto, garantizar formas eficientes y sostenibles de generación de energía es un desafío estratégico para satisfacer la creciente demanda de electricidad de manera confiable.

Tipos de generación de energía eléctrica

Con los avances tecnológicos, han surgido diversas formas de generación de energía, que pueden clasificarse en fuentes renovables (que se regeneran de forma natural o son inagotables, como el sol y el viento) y fuentes no renovables (como los combustibles fósiles y la nuclear). Las principales formas de generación eléctrica incluyen:

• Energía hidroeléctrica: utiliza la energía del agua del río (cascadas o embalses) para mover turbinas hidráulicas acopladas a generadores. Es renovable y tiene un bajo costo operativo, lo que representa la mayor parte de la electricidad en Brasil.
  
  
• Energía térmica a partir de combustibles fósiles: quemar carbón mineral, petróleo (fueloil o diésel) o gas natural para producir calor y, en consecuencia, electricidad a través de turbinas de vapor. Aunque se usa ampliamente en todo el mundo, emite gases de efecto invernadero y contaminantes del aire.
  
  
• Energía nuclear: utiliza la fisión de átomos (como el uranio) en un reactor nuclear para generar calor, que produce vapor e impulsa las turbinas. No emite CO₂ durante la generación y tiene una alta densidad energética, pero produce residuos radiactivos que requieren un almacenamiento seguro e implican altos costos y estrictos protocolos de seguridad.
  
  
• Energía eólica: aprovecha la energía eólica. Las turbinas eólicas (aerogeneradores) con palas grandes giran cuando son impulsadas por el viento para alimentar un generador eléctrico. Es una fuente renovable limpia y de rápida expansión, aunque de forma intermitente (depende de la disponibilidad eólica).
  
  
• Energía solar fotovoltaica: convierte directamente la luz solar en electricidad a través de paneles solares (células fotovoltaicas). Es una fuente renovable abundante y modular (se puede instalar desde tejados residenciales hasta grandes parques solares), pero su generación varía con la incidencia de la luz solar (día/noche y condiciones climáticas).
  
  
• Biomasa: utiliza materia orgánica (bagazo de caña de azúcar, madera, biogás residual, etc.) como combustible en las calderas para generar electricidad de manera similar a una planta térmica. Es renovable ya que el CO₂ emitido durante la combustión se reabsorbe durante el crecimiento de la planta, aunque emite contaminantes atmosféricos y residuos (cenizas). En Brasil, es común en las fábricas de azúcar y etanol que queman bagazo para la cogeneración.
  
  

Todas las fuentes tienen ventajas y desventajas en cuanto a su funcionamiento, impacto económico y huella ambiental. Comprender esta combinación es clave para equilibrar las inversiones y las decisiones técnicas.

¿Cómo funciona la generación de energía solar?

Energía solar fotovoltaica se genera a través de paneles solares que convierten la luz solar directamente en electricidad. Cada panel contiene células fotovoltaicas hechas de material semiconductor (como el silicio) que, cuando son golpeadas por la radiación solar, liberan electrones y producen una corriente eléctrica continua. Un dispositivo llamado inversor convierte esta corriente continua en corriente alterna, con las características adecuadas para su uso en la red eléctrica y en los dispositivos eléctricos comunes. Todo este proceso se lleva a cabo de forma silenciosa y sin partes móviles, lo que hace que la generación solar sea muy sencilla y limpia de operar.

La energía solar se puede usar a pequeña escala (por ejemplo, paneles instalados en los techos de casas y negocios) o a gran escala, en parques solares con miles de paneles en áreas abiertas. Es una fuente intermitente (solo se genera durante el día y la producción varía según la luz solar y el clima), pero ha crecido rápidamente gracias a la caída de los costos de los equipos y a los beneficios ambientales. A nivel mundial, la generación solar fotovoltaica ya representa alrededor del 7% de toda la electricidad producida y continúa expandiéndose año tras año. En Brasil, la capacidad solar instalada ha crecido exponencialmente en la última década, impulsada tanto por los grandes parques solares como por los millones de sistemas distribuidos en los tejados.

¿Cómo funciona la generación de energía eólica?

Energía eólica se genera a partir de la fuerza del viento. Se instalan grandes turbinas eólicas (aerogeneradores); sus palas son movidas por el viento, haciendo girar un rotor conectado a un generador eléctrico. Por lo tanto, la energía cinética del viento se convierte en energía mecánica rotacional y luego en electricidad. Los parques eólicos suelen constar de docenas o cientos de aerogeneradores en áreas con vientos fuertes y constantes (como regiones costeras o abiertas). La electricidad de cada turbina es transportada por cables a una subestación y luego se integra en la red eléctrica.

Como fuente renovable, la energía eólica no emite contaminantes durante la generación. Su principal desafío es la intermitencia: la producción varía con la intensidad del viento. Sin embargo, los avances tecnológicos han aumentado la eficiencia de las turbinas y mejorado la previsión eólica, lo que ha permitido una mayor integración de esta fuente en la red.

Hoy, la energía eólica representa alrededor del 10% de la generación eléctrica mundial y ya es la segunda fuente de electricidad más grande de Brasil durante ciertos períodos (especialmente durante los meses más ventosos en el noreste). El rápido crecimiento de los parques eólicos ha convertido a esta fuente en uno de los principales impulsores de la expansión del suministro de energía limpia en todo el mundo.

¿Qué es la generación de energía distribuida?

Generación distribuida (DG) es la producción de electricidad cerca del punto de consumo, normalmente a pequeña escala, por parte de consumidores que también se convierten en generadores. En lugar de depender únicamente de centrales eléctricas grandes y distantes (generación centralizada), DG permite que los hogares, las empresas y las industrias instalen sus propios sistemas de generación, como paneles solares en los tejados o pequeñas turbinas eólicas, para abastecer parte o la totalidad de su demanda.

En Brasil, la DG cobró impulso con la regulación del sistema de medición neta, en el que los consumidores que generan un exceso de energía pueden inyectarla en la red y recibir créditos para compensar sus futuras facturas de electricidad. Esto hizo que la expansión de los sistemas, especialmente los sistemas solares fotovoltaicos en los tejados, fuera económicamente viable en todo el país. El resultado ha sido un crecimiento exponencial: en la actualidad, hay cientos de miles de microgeneradores y minigeneradores distribuidos conectados a la red, lo que supone un total de varios gigavatios de capacidad instalada.

La DG ofrece beneficios como la reducción de las pérdidas (al generar cerca del punto de uso) y un suministro más diversificado, pero también plantea desafíos de gestión para las empresas de servicios públicos, que han tenido que adaptarse a este cambio en el paradigma del sector eléctrico.

Generación de energía distribuida versus generación de energía centralizada

Ubicación y escala

En la generación centralizada, las grandes centrales eléctricas (cientos o miles de MW) generalmente están ubicadas lejos de los centros de consumo y envían electricidad a través de largas líneas de transmisión a las ciudades. En la generación distribuida, varios generadores pequeños (desde unos pocos kW hasta unos pocos MW) se instalan cerca o en el lugar de consumo, inyectando energía directamente a la red de distribución local. Esto reduce las pérdidas de transporte, pero requiere una red preparada para un flujo de energía bidireccional.

Funcionamiento y control

En la generación centralizada tradicional, la operación del sistema es más sencilla, con unas pocas plantas grandes distribuidas según la demanda, bajo el control directo del operador nacional. En la generación distribuida, el desafío consiste en coordinar miles de fuentes dispersas sin un control centralizado sobre cada una de ellas. Esto requiere sistemas de gestión de redes inteligentes para mantener la estabilidad y la calidad de la energía, integrando de forma segura a DG en el sistema.

¿Cómo funciona la generación de energía solar compartida?

La generación compartida es un modelo de DG en el que varios consumidores se unen para compartir la energía generada por una sola planta solar. Funciona así: un grupo de personas o empresas forma una cooperativa o consorcio e instala una granja solar conjunta (por ejemplo, en un terreno alquilado). La electricidad producida por esta planta se inyecta en la red eléctrica y la energía se convierte en créditos divididos entre los participantes, descontando proporcionalmente cada factura de electricidad. En otras palabras, incluso aquellos que no pueden o no quieren tener paneles solares en su propiedad pueden unirse a un grupo y beneficiarse de la energía solar generada de forma remota, recibiendo un descuento en su factura como si tuvieran sus propios paneles.

Esta disposición ofrece varias ventajas:

• Inclusión energética: permite a los consumidores que no tienen un lugar adecuado para instalar paneles (por ejemplo, habitantes de apartamentos o inquilinos) acceder a los beneficios de la energía solar.
  
  
• Economía de escala: los proyectos compartidos más grandes tienden a tener costos más bajos por kWh generado que muchos sistemas pequeños, lo que mejora la viabilidad económica y el rendimiento para todos los participantes.
  
  
• Optimización del sitio: permite instalar paneles donde la luz solar incide mejor y hay espacio disponible, lo que maximiza la producción, por ejemplo, en zonas rurales o tejados de almacenes, incluso si los consumidores se encuentran en zonas urbanas.
  
  

La generación compartida está regulada por ANEEL en Brasil para garantizar que los miembros de la cooperativa o del consorcio estén dentro del área de concesión de la misma empresa de servicios públicos. En los últimos años, este concepto ha ganado popularidad, ya que las empresas ofrecen «suscripciones» a parques solares, democratizando aún más el acceso a la energía limpia.

Generación de energía solar en venta

Además de utilizar la energía solar para el autoconsumo, también es posible generar energía con fines comerciales. En Brasil, esto ocurre de dos maneras principales:

• Plantas de energía solar a gran escala: proyectos desarrollados para vender energía a gran escala. Esta venta puede realizarse en el mercado regulado (mediante subastas gubernamentales, en las que los distribuidores compran la producción de parques solares mediante contratos a largo plazo) o en el mercado libre (mediante contratos bilaterales con grandes consumidores o comerciantes de energía, conocidos como PPA). Muchos desarrollos solares recientes han seguido estos modelos, suministrando a los distribuidores o empresas energía 100% renovable.
  
  
• Generación micro/mini distribuida con excedentes: los pequeños productores (como los propietarios de sistemas fotovoltaicos en azoteas) generalmente no venden energía directamente, sino que inyectan el excedente en la red y reciben créditos para compensar las facturas futuras. De este modo, ahorran el equivalente a la energía suministrada a la red. Si bien no existe una compensación financiera directa por el superávit, la reducción de los gastos produce una ganancia real. En este contexto, han surgido modelos empresariales creativos, como las cooperativas y las empresas que permiten a terceros beneficiarse de los créditos generados por una granja solar compartida.
  
  

En resumen, la energía solar también se ha convertido en un producto comercial: las grandes plantas negocian megavatios mediante contratos mayoristas, mientras que las pequeñas generadoras reducen los gastos o incluso atienden a otros consumidores mediante esquemas de compensación. La demanda de electricidad limpia ha impulsado estos acuerdos de venta, convirtiendo a la energía solar en un actor importante en el mercado energético.

Conversión de energía a través de residuos (residuos)

También llamada conversión de residuos en energía (WTe), la generación de energía a partir de residuos consiste en utilizar residuos sólidos para producir electricidad. Un método es la incineración de residuos urbanos en plantas especialmente diseñadas: la basura no reciclable se quema en los hornos y el calor generado se utiliza para producir vapor que impulsa las turbinas y genera electricidad. Este proceso reduce significativamente la cantidad de residuos que se envían a los vertederos y, al mismo tiempo, aprovecha el contenido energético de los residuos. Las plantas de este tipo funcionan en varios países de Europa y Asia y están equipadas con filtros y sistemas de control de emisiones para minimizar la liberación de contaminantes tóxicos derivados de la quema de residuos.

Otra forma de generar energía a partir de residuos es a través del biogás. En los vertederos, la descomposición anaeróbica de la materia orgánica produce gases (principalmente metano) que pueden capturarse a través de tuberías. En lugar de liberar este metano (un potente gas de efecto invernadero) a la atmósfera, se canaliza hacia motores o turbinas que generan electricidad. Hay proyectos en Brasil y en todo el mundo que utilizan el gas de vertedero de esta manera, convirtiendo un pasivo ambiental en una fuente de energía útil. Del mismo modo, los residuos orgánicos separados (como los restos de comida y el estiércol) pueden procesarse en biodigestores para producir biogás y luego generar electricidad en pequeños generadores.

Actualmente, la proporción de conversión de residuos en energía en la matriz eléctrica es pequeña, especialmente en Brasil. Los altos costos y los desafíos técnicos han ralentizado su progreso. Sin embargo, a medida que aumenta la presión para encontrar soluciones sostenibles de tratamiento de residuos, crece el interés por las plantas de WTe y los proyectos de biogás para vertederos. Además de generar energía renovable, estas iniciativas ayudan a reducir la contaminación y las emisiones incontroladas de metano, combinando la gestión de residuos y la generación de electricidad en una estrategia de economía circular.

¿Cuál es la forma de generación de energía más utilizada en el mundo?

A nivel mundial, la generación de electricidad sigue dominada por los combustibles fósiles. Las centrales térmicas alimentadas con carbón son actualmente la forma de generación de energía más utilizada en todo el mundo. Según datos mundiales recientes, la combustión de carbón representa alrededor del 33% de toda la electricidad producida, lo que convierte al carbón en la principal fuente individual. Le sigue el gas natural, con aproximadamente el 21%. Esto significa que más de la mitad de la electricidad del planeta se sigue produciendo a partir de combustibles fósiles, que emiten grandes cantidades de CO₂ y otros contaminantes.

Las fuentes bajas en carbono están creciendo, pero aún están a la zaga de los combustibles fósiles en todo el mundo: todas las centrales hidroeléctricas juntas generan alrededor del 14% de la electricidad; la energía nuclear, alrededor del 9%; la energía eólica, alrededor del 10%; y la solar fotovoltaica, aproximadamente el 7%. Estos porcentajes han ido aumentando año tras año en el caso de la energía eólica y solar, pero el carbón y el gas siguen siendo dominantes debido a su uso generalizado en los países más poblados (como China, la India, los Estados Unidos y otros). Muchos países desarrollados han reducido el uso del carbón por motivos medioambientales, pero a nivel mundial sigue ocupando el primer lugar en la matriz energética.

En resumen, la forma de generación más utilizada en el mundo es la generación térmica a carbón, como resultado de su disponibilidad y su bajo costo histórico en muchas regiones. Sin embargo, se está produciendo una transición: la proporción de carbón y otros combustibles fósiles ha ido disminuyendo gradualmente, mientras que las fuentes renovables ganan terreno impulsadas por los objetivos climáticos. La Agencia Internacional de Energía (AIE) proyecta que, para cumplir los objetivos climáticos, se utilicen fuentes bajas en carbono (renovables y nucleares) tendría que representar alrededor del 85% de la generación mundial en 2050 — exigiendo una reducción acelerada del uso de carbón en los próximos años.

Fuente: Nuestro mundo en datos

¿Cuál es la forma de generación más utilizada en Brasil?

En Brasil, la hidroelectricidad es, con mucho, la principal forma de generación de electricidad. Las centrales hidroeléctricas instaladas a lo largo de los ríos representan, en promedio, más de la mitad de la producción anual de electricidad del país, alcanzando alrededor del 65% en los años con lluvias favorables. Este predominio hidráulico hace que la matriz energética de Brasil sea mayoritariamente renovable: aproximadamente el 84% de la capacidad instalada del país proviene de fuentes renovables (hidroeléctrica, eólica, solar y biomasa), mientras que el promedio mundial es solo del 27%. En otras palabras, además de la hidroeléctrica, Brasil tiene una proporción significativa de energía eólica, de biomasa y, más recientemente, de energía solar en su combinación eléctrica, lo que lo convierte en un punto de referencia en generación limpia.

A pesar de la rápida expansión de los parques eólicos y las plantas solares en los últimos años, las centrales hidroeléctricas siguen siendo la columna vertebral del sistema eléctrico brasileño, debido a su gran capacidad instalada y a su capacidad de almacenar agua en embalses, lo que proporciona estabilidad al suministro. Las fuentes fósiles (como las plantas de gas natural y carbón) tienen una participación menor en la matriz nacional y funcionan principalmente como respaldo durante las sequías o los períodos de alta demanda. En resumen, la forma de generación más utilizada en Brasil es la generación hidroeléctrica, con un amplio margen sobre otras fuentes.

¿Cuál es la forma de generación más utilizada en Europa?

Europa tiene una matriz energética relativamente limpia y diversificada. Considerando a la Unión Europea en su conjunto, la energía nuclear destaca como la mayor fuente de generación individual: aproximadamente una cuarta parte de la electricidad del bloque ha sido de origen nuclear en los últimos años. Las centrales nucleares de países como Francia, Suecia y Finlandia mantienen este elevado porcentaje, lo que convierte a la energía nuclear en la forma más utilizada de forma individual.

Sin embargo, cuando se agrupan, las fuentes renovables (hidroeléctrica, eólica, solar, biomasa) ya representan una proporción mayor que cualquier otra fuente en Europa. En los últimos años, la generación eólica y solar ha crecido rápidamente en muchos países europeos, mientras que el uso del carbón ha disminuido debido a las políticas de descarbonización. El gas natural sigue siendo una fuente flexible importante, ya que representa entre el 20 y el 25% de la generación europea, según el año. En resumen, la energía nuclear sigue siendo la principal fuente individual en Europa, pero la región está haciendo la transición hacia una matriz cada vez más renovable, en la que la energía eólica y solar ganan terreno, mientras que los combustibles fósiles pierden terreno.

Los impactos ambientales de la generación de energía

Cada tipo de generación de energía tiene impactos ambientales. En general, las fuentes de combustibles fósiles son las más dañinas para el medio ambiente debido a las emisiones a la atmósfera. La quema de carbón, petróleo o gas natural en las centrales térmicas libera grandes cantidades de gases de efecto invernadero (principalmente CO₂), que contribuyen al calentamiento global, así como contaminantes como el dióxido de azufre (SO₂), los óxidos de nitrógeno (NOx) y las partículas, sustancias que causan lluvia ácida y problemas respiratorios. Por el contrario, las fuentes de energía renovables (eólica, solar, hidráulica, de biomasa) y la nuclear emiten poco o nada de CO₂ durante la generación. Los estudios muestran que las plantas alimentadas con carbón y gas tienen un factor de emisión de gases de efecto invernadero al menos diez veces mayor por kWh generado que las fuentes limpias como la eólica o la solar.

Otros impactos a considerar incluyen el uso de la tierra y los recursos hídricos. Las centrales hidroeléctricas forman embalses que inundan grandes áreas y afectan a los ecosistemas y las comunidades (alteran los hábitats y desplazan a las personas). Los parques eólicos y las plantas solares requieren grandes áreas y pueden interferir con los paisajes y la vida silvestre (las aves y los murciélagos pueden verse afectados), aunque sus efectos son mucho más localizados y manejables en comparación con las plantas térmicas fósiles.

Las centrales nucleares no contaminan el aire, pero producen residuos radiactivos que requieren un almacenamiento seguro y conllevan el riesgo de accidentes graves (aunque poco frecuentes).

Las plantas de biomasa o de conversión de residuos en energía liberan contaminantes del aire durante la combustión y producen cenizas u otros residuos que deben desecharse adecuadamente.

En resumen, las fuentes fósiles causan importantes impactos globales y en la salud a través de las emisiones, mientras que las fuentes renovables y nucleares evitan estos problemas, pero pueden tener efectos locales específicos. La transición a fuentes limpias es esencial para reducir las emisiones de carbono del sector eléctrico y mitigar el cambio climático, y cada proyecto debe planificarse para minimizar los impactos ambientales locales.

¿Cómo apoya Delfos a las empresas de generación de energía renovable?

Con el crecimiento de las fuentes renovables, surge la necesidad de una gestión inteligente de las plantas y granjas para maximizar la eficiencia. Aquí es donde entra en juego Delfos, ofreciendo soluciones basadas en inteligencia artificial (IA) para ayudar a los operadores de energía eólica, solar y otras energías renovables a optimizar sus operaciones.

En la práctica, la plataforma de Delfos realiza un monitoreo avanzado de equipos en tiempo real y aplica algoritmos de inteligencia artificial para predecir fallas y anomalías antes de que se conviertan en problemas graves. Por ejemplo, en un parque eólico, el sistema analiza los datos de docenas de sensores de cada turbina (vibración, temperatura, velocidad del viento, rendimiento eléctrico, etc.) y puede identificar patrones que indican desgaste o fallos incipientes. Con esta alerta temprana, el equipo de mantenimiento puede actuar de forma planificada, evitando paradas inesperadas o daños importantes. Esto se denomina mantenimiento predictivo, lo que reduce drásticamente el tiempo de inactividad de las turbinas eólicas y los costos de mantenimiento correctivo de emergencia.

Más allá del mantenimiento predictivo, Delfos ayuda a optimizar el rendimiento. La plataforma identifica, por ejemplo, si una turbina eólica o un conjunto de paneles solares tienen un rendimiento inferior (debido a la suciedad, la desalineación o las necesidades de calibración) y ofrece recomendaciones para corregirlo y aumentar la producción de energía. Delfos también integra modelos de previsión de generación que, al combinar datos históricos y meteorológicos, pueden proyectar con mayor precisión la cantidad de energía que producirá una planta eólica o solar en las próximas horas o días. Esto ayuda a las empresas a planificar y vender energía con más confianza.

Las empresas de generación renovable que utilizan las soluciones de Delfos pueden aumentar la eficiencia y la fiabilidad de sus plantas. Reducen las interrupciones no planificadas, maximizan la capacidad de los activos y toman decisiones inteligentes y basadas en datos, en lugar de limitarse a confiar en calendarios fijos o reaccionar ante un fallo. Los resultados prácticos muestran que se suministra más energía (menos turbinas e inversores sin conexión) y se reducen los costos operativos, lo que mejora tanto la sostenibilidad como la rentabilidad en las empresas de energía limpia.

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