Energia elektrikoa
Elektrizitatearen garapenaren historia
Miletoko Talesen idazkietan ageri denez, K.a. 600. urtean jakina zen anbarra, igurtziz gero, elektrizitatez kargatzen dela. Hala ere, 1600 urtera arte ezer gutxi aurkitu zen fenomeno horri buruz. Urte hartan, W. Gilbert zientzialari ingelesak hainbat materialen elektrifikazioa deskribatu, eta “elektrizitate” hitza erabili zuen lehenengoz; grekoek anbarra adierazteko duten hitza, hain zuzen. Horregatik, Gilbert elektrizitate modernoaren aitatzat jotzen da.
Hurrengo mende eta erdian, hainbat aurkikuntza egin ziren. Besteak beste, erakarpen- eta aldarapen-fenomenoak, material eroale eta isolatzaileak, karga negatiboa eta positiboa, eta abar aurkitu ziren. XVIII. mendearen erdialdean, Coulombek elektrikoki kargatutako gorputzen arteko erakarpenaren adierazpen matematikoa eman zuen, eta, horrekin, elektrizitatearen azterketa kuantitatiboa hasi zen.
XVIII. mendearen amaieran, Voltak lehenengo pila eraiki zuen (pila voltaikoa). 1827an, korrontea, tentsioa eta erresistentzia erlazionatzen dituen legea argitaratu zen, Ohmen legea. 1841ean, ostera, Jouleren legea eman zen argitara; eroale batean zehar korronte elektrikoa igarotzean energia bero gisa disipatzen dela dio, hain zuzen.
Ondoren, elektromagnetismoaren aroa heldu zen. 1819an, Oerstedek aurkitu zuen korrontea daraman hari eroale bat eremu magnetiko batez inguratuta dagoela. Geroago, Ampèrek hainbat lege elektromagnetikoren formula matematikoa eman zuen, Aragok elektromagnetoa asmatu zuen, eta Faradayk oinarrizko motor elektrikoa eraiki zuen. Motorraren lehenengo aplikazio praktikoa 10 urte geroago iritsi zen, Faradayk berak motorra elikatzen zuen sorgailu elektrikoa asmatu zuenean. 50 urte geroago, lehenengo zentral elektrikoak eraiki ziren.
Industria elektrikoa 1882an hasi zela esan daiteke. Urte hartan Edisonek New York Cityko Pearl Streeteko estazioa ireki zuen. Estazioak korronte zuzeneko sei sorgailu zituen, eta haietako bakoitza gai zen 100 kW inguru produzitu eta 2,6 kilometro karratuko azalera hornitzeko. Ondoren, 1885 inguruan, Teslak korronte alternoaren sistema polifasikoa garatu zuen, eta 1887an Westinghousek hainbat hobekuntza egin zituen transformadorean. Handik aurrera, korronte alternoaren banaketa-sistema garatu zen. Hasierako lurrun-makinen ordez lurrun-turbinak erabiltzen hasi ziren, eta zentral elektrikoak asko handitu ziren. Gainera, 1920an motor elektriko txikiak asmatu ziren, eta horiek motorra makina bakoitzari konektatzea ahalbidetu zuten. Izan ere, ordura arte makina guztiak lurrun-makina nagusi baten edo motor handi baten bidez elikatzen ziren.
Elektrizitatearen ekoizpena gaur egun
Energia-kontsumoa, azken kontsumo gisa neurtuta, 7.000 Mtpb ingurukoa izan zen 2001ean, eta 8.428 Mtpb-koa, 2008an. Horrek esan nahi du urtetik urtera, batez beste, % 2,3 hazi dela; 1971. urteaz geroztik, berriz, azken lau hamarkadetako hazkundea % 1,7koa izan da. Sektorez sektore, nabarmentzekoa da bizitegi-, zerbitzu- eta eraikuntza-sektoreek pisu handiena dutela azken kontsumoaren gainean; izan ere, energia-kontsumo totalaren % 36 sektore horiei dagokie, industria- eta garraio-sektoreen gainetik (% 28 eta % 27, hurrenez hurren).
Gaur egun, elektrizitate gehiena zentral termikoetan ekoizten da, batez ere harrikatza erretzen duten zentraletan. Horiekin batera, zentral nuklearrak eta zentral hidroelektrikoak dira energia elektrikoaren ekoizle nagusiak. Horiez gain, azken urteetan ziklo konbinatuko zentralen erabilera asko areagotu da. Beste maila batean, gainerako energia berriztagarriak daude. Horien bidez produzitzen den elektrizitate-kantitatea gero eta handiagoa da, eta hurrengo urteetan ere goranzko joera izango duela aurreikusten da.
Esan bezala, zentral elektriko gehienetan elektrizitatea lurrunaren bidez ekoizten da. Zentral termikoetan, harrikatzaren, gasaren edo petrolio-produktuen errekuntzan askatutako beroa erabiltzen da galdaran tenperatura eta presio handiko lurruna sortzeko. Ondoren, lurruna turbinan zehar hedarazten da, eta turbinak sorgailuari eragiten dio. Zentral nuklearretan, berriz, ura lurrun bihurtzeko, erregai nuklearraren —gehienetan uranio-235 isotopoaren— fisioan askatutako beroa erabiltzen da. Bestalde, zentral hidroelektrikoetan ura zuzenean erabiltzen da turbinei eragiteko. Uraren energia zinetikoa, dela berez dabilen urarena dela urtegi batean metatu eta jausten uzten den urarena, biratze-energia mekaniko bihurtzen da turbinan, eta hori, gero, energia elektriko bihurtzen da sorgailuan.
energia elektrikoaren ekoizpena
Produzitu ondoren, energia elektrikoa zuzenean erabili, sare elektrikora bideratu edo metatu egin behar da. Zentraletan ekoitzitako elektrizitatea metatzea, ordea, garestia da, eta ez oso eraginkorra. Horregatik, zentralek gai izan behar dute une oro produzitzen duten energia elektrikoa uneko eskariarekin bat etorrarazteko, eta, hartara, energia metatu behar ez izateko. Zentral termiko batean beste galdara bat martxan jartzeko zortzi ordu inguru behar izaten direla kontuan hartuta, gerta daiteke zentral termiko handiak puntako kargari erantzuteko gai ez izatea. Eskari horri aurre egin ahal izateko, hornitzaile ugarik gas-turbinako zentral osagarriak izaten dituzte, segundo gutxitan elektrizitate gehiago produzitzeko gai direnak.
Ekoitzitako energia elektrikoa eskaria dagoen guneraino eramateko, transmisio- eta banaketa-linea elektrikoak erabiltzen dira (Ik. elektrizitate-sare).
Zentral horien guztien arazo nagusiak bi dira: alde batetik, zentral termikoetan erabiltzen diren erregai-fosilak agortzea, eta, bestetik, zentral termikoek aireratzen dituzten gas eta zatiki poluitzaileak eta zentral nuklearretako hondakin erradioaktiboak. Gainera, hondar-beroa (energia elektriko bihurtzen ez den bero-energia) behar bezala ez barreiatzekotan, bero-poluzioaren arazoa sor daiteke. Zentral hidroelektrikoei dagokienez, esan behar da, ingurunea poluitzen ez badute ere, hidroelektriko handiek paisaian eta biodibertsitatean inpaktua izan dezaketela, baita herritarren bizimoduan ere (herriak edo nekazaritza-lurrak urperatzea, adibidez). Zentral hidroelektriko txikiek edo minizentralek, berriz, eragin txikia dute ingurumenean.
Arazo horiei irtenbidea eman guran, gaur egun iturri berriztagarriak eta garbiak erabiltzeko joera areagotzen ari da. Energia-iturri alternatibo horiek eguzki-energia, itsasoko energia, energia hidraulikoa (minizentralak), haize-energia, biomasa eta energia geotermikoa dira (Ik. energia-iturri). Hala ere, egun energia-iturri horietatik lortzen den elektrizitate-kantitatea txikia da. Epe luzera, batzuek eguzki-energia jotzen dute funtsezko alternatibatzat. Azkeneko urteetan, aurrerakuntza nabarmenak egin dira teknologiaren ikuspuntutik, eta ekoizpenaren kostua ere asko jaitsi da. Joera horri eutsiz gero, pentsatzekoa da hurrengo urteetan eguzki-energia asko jasotzen duten herrialdeetan kontsumitutako energiaren parte handi bat eguzki-energia termoelektriko zein fotovoltaikoaren bidez lortuko dela. Haize-parkeak ere asko ugaritu dira azkenaldian, eta hurrengo urteetan are gehiago eraikiko direla aurreikusten da. Gainera, haize-sorgailuek gero eta energia gehiago ekoizteko gaitasuna dute, eta itsasoko instalazioak ere gero eta gehiago eta gero eta eraginkorragoak dira, eta pentsatzekoa da hurrengo urteetan gero eta energia gehiago ekoitziko dela haize-parkeen bidez. Energia geotermikoaren eta biomasa-energiaren bidez elektrizitatea sortzeko instalazioak ere badaude, eta ikusteko dago izan dezaketen garapena eta zabalkundea. Azkenik, itsas energia dugu. Gero eta leku gehiagotan erabiltzen da, batez ere Europako iparraldean; orografiaren ikuspuntutik hain egokiak ez diren kokalekuetan ere errentagarria izan dadin, beharrezkoa da sektore horretako teknologia aurreratzea. Euskal Herrian, adibidez, 2011n olatuetatik etekin energetikoa ateratzeko instalazio pilotu bat jarri zuten martxan Mutrikun (Gipuzkoa), eta lortzen den elektrizitate guztia banaketa-sare orokorrera bideratzen da zuzenean. 296 kW-eko potentzia instalatua du, eta urtean 600.000 kWh ekoiztea aurreikusten da (600 pertsonaren elektrizitate-premiak asetzeko adinako energia). Beste garapen-ildo bat energiaren eraginkortasuna areagotzearena da. Energia elektrikoa produzitzeari begira, ziklo konbinatuak eta baterako sorkuntzak indar handia hartu dute azkeneko urteetan.
2009ko biztanleko energia-kontsumoaren munduko mapa (tpb)
Energiaren bihurketa eta errendimendua
Energia elektrikoa lortzeko prozesu batzuetan, energia primarioa beste energia-mota batzuetan transformatzen da lehenik, eta, mota horien transformazioaren bidez, elektrizitatea lortzen da azkenean. Erregai fosil eta nuklearren kasuan, esaterako, energia primarioa energia kimikoa da (lotura kimikoen eta nukleoaren lotura-energiak, hurrenez hurren). Erregaien errekuntzan edo fisioan bero-energia askatzen da, eta zuzenean (berokuntzan, ibilgailuetan eta abarretan) edo lurruna lortzen erabil daiteke. Lortutako lurrunak turbinari eragiten dio, eta, hala, bero-energia energia mekaniko bihurtzen da. Azkenik, turbinak sorgailuari eragiten dio, eta energia mekanikoa energia elektriko bihurtzen da. Zentral hidroelektrikoen eta haize-sorgailuen kasuan, energia primarioa energia mekanikoa da, eta zuzenean bihurtzen da energia elektriko. Zelula fotovoltaikoetan, ostera, eguzki-energia da zuzenean energia elektriko bihurtzen dena.
Energia hidraulikoa energia elektriko bihurtzeko prozesuaren errendimendua % 80tik gorakoa da. Izan ere, bihurtze-prozesuan hainbat energia-galera gertatzen dira, hala nola turbinetan, hodietan eta sorgailuetan. Bestetik, makina termikoetan beroa energia mekaniko bihurtzean lor daitekeen errendimendu maximoa Termodinamikaren Bigarren Legeak ezartzen du (Ik. termodinamika). Gainera, segurtasuna bermatzeko, tenperaturak muga batetik beherakoa izan behar du, eta horrek ere errendimendua gutxitzea dakar. Erregai fosilak darabiltzaten zentralen kasuan, errendimendua % 40 ingurukoa izaten da. Zentral nuklear gehienetan, aldiz, presio eta tenperatura txikiko lurruna erabiltzen da, eta, beraz, aurrekoek baino errendimendu txikiagoa izaten dute; % 30 ingurukoa, hain zuzen (Ik. errendimendu)
Etorkizunerako aurreikuspenak
Petrolio-eskariaren hazkunde-erritmoa moteldu egin da azken hamarkadan; gas naturalaren eta ikatzaren hazkunde-tasak, berriz, gora egin du. Gas naturalaren kasuan, teknologiaren alorrean eskaintzen dituen aukerengatik gertatu da hazkunde hori, garapen teknologiko horrek eraginkortasuna handitzea dakarren neurrian. Ikatzari dagokionez, berriz, ikatz-erreserba zabalak agertu dira, eta, ekonomiaren ikuspegitik gorantz doazen herrialdeetan, ikatz-eskaria oso handia da; izan ere, orain mende bat mendebaldean erabilitako kontsumo-eredu berberen gainean oinarritu dute industria-zabalkundea.
Nolanahi ere, oraindik ere petrolioa da gehien erabiltzen den energia-iturria, 2008an ekoizpen osoaren % 33ko kuota izan baitzuen, ikatza (% 24,5) gero eta gertuago badu ere. Bestetik, energia berriztagarriek ere hazkunde-tasa handiak dituzte; urtean % 8-10 gutxi gorabehera, azken hamarkadan. Baina horien kuota globala txikia da oraindik ere; % 3, gutxi gorabehera.
Txina munduko ikatz-ekoizle eta -kontsumitzaile nagusia da dagoeneko. Azken hamarkadan, ikatzaren ekoizpena eta kontsumoa % 100 baino gehiago hazi da Txinan; sorkuntza elektrikoaren eskari handiaren eraginez, bereziki. Txinak eta gorantz doazen beste herrialde batzuek —Indiak, adibidez— % 80 energia gehiago kontsumitu dute azken hamarkadan. Neurri handi batean, ikatzaren kontsumoan oinarritu dute hazkunde ekonomiko handia, eta horrek lotura sendoa sorrarazi du bi herrialde horien ekonomiaren eta ikatzaren erabileraren artean. Horren adierazgarri dugu azken hamarkadan ikatzaren ekoizpenean nabari den urteko hazkunde-tasa handia; hain zuzen ere, azken 50 urteetako handiena.
Bestetik, gas naturalak gorakada handia izan du; batez ere, 2010etik aurrera. Gas natural likidotuak eta gasa ekoizteko bide ez-konbentzional berriek merkataritza-arrakasta lortu izanak handiagotu egin dute erregai horren lehiakortasuna. Iturri horri dagokionez, aipatzekoa da azken urtetan eskisto-gas naturalaren erreserba handiak aurkitu dituztela AEBn, eta nolabait gehiegizko gaitasuna sorrarazi du. Horri esker, munduko beste toki batzuetako merkatuak lasaitzeko aukera izan da, eta Estatu Batuek aurrea hartu diote Errusiari gasaren ekoizpenean; hala ere, Errusia da oraindik munduko gas-erreserba handienak dituen herrialdea; erreserba guztien % 23,7, hain zuzen.
2009an eskarian izandako beherakada alde batera utzita, azken urteetan moteldu egin da kontsumoa petrolioaren merkatuan, eta prezioetan gorabehera handiak izan dira. Egungo erreserbei dagokienez, nabarmentzekoa da erreserba gehienak (guztien % 57) Ekialde Ertainean pilatzen direla; bigarren, Latinoamerika dator, % 15ekin.
Energia nuklearraren erabilerak zertxobait behera egingo du, oro har (batez ere, 2011n Fukushiman [Japonia] izandako istripuaren ondoren hainbat estatutan zentral nuklearrak ixteko eta gehiago ez eraikitzeko hartzen ari diren erabakien ondorioz), eta hidroelektrikoak antzera jarraituko du. Azkenik, energia-iturri berriztagarrien erabilerak gora egingo du apurka.
munduko energia-kontsumoaren eta ekoizpenaren balantzea (Mtpb) (2008ko datuak)
Orain dela urte gutxi arte, estatua izan da, batez ere, elektrizitatean inbertitu duena. Nolanahi ere, elektrizitatearen sektorearen liberalizazioak hainbat aldaketa eragin ditu (Ik. merkatuaren liberalizazio). Alde batetik, ekoizleen arteko harremanak asko aldatu dira; izan ere, errentagarritasun ekonomikoa ziurtatzeko, enpresak elkartu, akordioak sinatu eta proiektuak elkarren artean banatu dituzte. Inbertitzaileen aldetik ere, aldaketa nabariak izan dira. Pixkanaka, inbertsioak diru pribatuaren esku geratu dira nagusiki. Horren ondorioz, inbertitzaile pribatu horiek dira inbertsioen arriskuak bere gain hartu dituztenak. Horregatik, amortizazio bizkorrena eta seguruena duten proiektuak bultzatzen dituzte (ziklo konbinatuko zentralak), amortizazio epe luzeagoa duten proiektuen aurrean (zentral nuklearrak, kasu). Beste alde batetik, orain prezioak merkatu libreak definitutako kostu marjinalen arabera finkatzen dira, ez zerbitzu-kostuen arabera. Gainera, konkurrentzia areagotzean, ekoizle-kontsumitzaile harremana ere aldatu egin da. Ekoizleek ahalegin berezia egiten dute marketin egokiaren bidez eta kalitate handiko zerbitzua eskainiz kontsumitzailearen arreta erakartzeko.
Elhuyar