Ejercicios: Sistemas y mercados energéticos

Clasifica estas fuentes de energía en renovables y no renovables, justificando brevemente cada caso: (a) solar, (b) carbón, (c) eólica, (d) gas natural, (e) hidroeléctrica y (f) nuclear.

Enumera los suministros energéticos habituales que llegan a una vivienda (electricidad, gas...) y explica qué aparato mide el consumo de cada uno y en qué unidad se factura.

Explica con un ejemplo doméstico la diferencia entre potencia (se mide en $\text{kW}$) y energía (se mide en $\text{kW} \cdot \text{h}$): usa el caso de un horno de $2000\ \text{W}$ encendido durante media hora para ilustrar ambas magnitudes.

Explica la diferencia entre energía primaria (la fuente tal como se obtiene: sol, gas, uranio) y energía final (la que usas: electricidad en el enchufe, gasolina en el surtidor), con un ejemplo de conversión de una en otra.

El contador inteligente de electricidad mide y comunica el consumo. Explica qué mide exactamente, con qué frecuencia envía los datos a la compañía y una ventaja que tiene frente al contador antiguo.

La potencia contratada es el máximo que puedes usar a la vez en casa. Explica qué ocurre si conectas aparatos que la superan (salta el limitador y se corta la luz) y cómo se soluciona la situación.

Nombra tres fuentes de energía renovable y escribe de qué fenómeno natural se aprovecha cada una (radiación solar, viento, agua embalsada o en movimiento).

En la factura se cobran los $\text{kW} \cdot \text{h}$. Explica qué representa $1\ \text{kW} \cdot \text{h}$ con un ejemplo (un aparato de $1000\ \text{W}$ funcionando una hora) y por qué es una unidad de energía y no de potencia.

La figura muestra la cadena que lleva la electricidad desde donde se genera hasta una vivienda, pero una de las etapas está tapada con un signo de interrogación, como se muestra en la figura.

Indica qué etapa falta en la cadena, explica qué ocurre en ella y razona por qué esa etapa se realiza a tensiones altísimas en lugar de hacerlo directamente a $220\ \text{V}$.

Una factura eléctrica suele incluir un término de potencia (por la potencia contratada, aunque no se use) y un término de energía (por los $\text{kW} \cdot \text{h}$ consumidos). Explica qué paga cada término y analiza qué ocurriría con la factura de una vivienda que contrata mucha potencia pero consume poca energía.

El «mix energético» de un país es el reparto de fuentes con que genera su electricidad. Analiza por qué importa tanto ese reparto en tres aspectos: dependencia de otros países, estabilidad del precio y emisiones de gases de efecto invernadero, poniendo un ejemplo de fuente en cada razonamiento.

Una vivienda tiene contratados $4{,}4\ \text{kW}$ de potencia. Calcula si pueden funcionar a la vez el horno ($2\ \text{kW}$), la lavadora ($2\ \text{kW}$) y la vitrocerámica ($1\ \text{kW}$), sumando sus potencias, y explica dos decisiones prácticas que evitarían superar el límite sin cambiar de tarifa.

La discriminación horaria reparte el día en periodos con precios distintos. Explica en qué consiste, qué aparatos de una casa conviene programar en las horas baratas (termo eléctrico, lavadora, lavavajillas) y por qué esos aparatos admiten esperar y otros no.

Entre la central eléctrica y tu casa hay varios transformadores. Explica qué hace un transformador, por qué se sube la tensión para transportar y se baja para consumir (relación con las pérdidas en los cables) y dónde has visto transformadores en tu ciudad (centros de transformación, cabinas, postes).

La energía solar es barata pero intermitente; el gas es caro pero está disponible a demanda. Explica qué es la intermitencia de las renovables y tres formas de gestionarla en el sistema eléctrico (embalses reversibles, baterías, interconexiones entre países).

Una factura tiene un término fijo de $10\ \text{€}$ y un consumo de $250\ \text{kW} \cdot \text{h}$ a $0{,}18\ \text{€}$ el $\text{kW} \cdot \text{h}$. (a) Calcula el importe total sin impuestos. (b) Calcula qué porcentaje del total corresponde al consumo y cuál al término fijo. (c) Razona a quién perjudica más un término fijo alto: a quien consume mucho o a quien consume poco.

El precio de la electricidad cambia a lo largo del día: suele ser más caro a las horas de máxima demanda y más barato cuando sobra generación renovable. Explica con la ley de la oferta y la demanda por qué ocurre esto y propón tres cambios concretos de hábitos con los que una familia podría aprovechar las horas baratas sin perder comodidad.

Una casa rural alejada necesita suministros de electricidad y de energía para cocinar y calentar agua. Analiza las opciones disponibles (red eléctrica, placas solares con baterías, gas butano o propano, biomasa) valorando coste inicial, fiabilidad, mantenimiento e impacto ambiental, y propón una combinación justificada.

El autoconsumo fotovoltaico consiste en generar en el tejado parte de la electricidad que se consume, volcando los excedentes a la red a cambio de una compensación. Evalúa sus ventajas y sus límites (inversión inicial, orientación, que el sol no coincide siempre con el consumo) y razona en qué tipo de vivienda compensa más instalarlo.

Una familia consume $300\ \text{kW} \cdot \text{h}$ al mes y estudia instalar placas solares que cubrirían el $40\ \%$ de ese consumo. Con un precio de $0{,}20\ \text{€}$ por $\text{kW} \cdot \text{h}$: (a) calcula el ahorro anual en euros. (b) Si la instalación cuesta $4000\ \text{€}$, calcula en cuántos años se amortiza. (c) Comenta dos factores que podrían acortar o alargar ese plazo (precio futuro de la energía, compensación de excedentes, ayudas públicas).

Se quiere ajustar la potencia contratada de una vivienda. Diseña el método: inventario de aparatos con su potencia, estimación de cuáles coinciden a la vez (coeficiente de simultaneidad), lectura de la potencia máxima que registra el contador... y aplícalo a un ejemplo razonado (casa con horno, lavadora, termo y aire acondicionado), concluyendo con una potencia recomendada.

La energía nuclear produce electricidad estable y sin emisiones de $\text{CO}_2$, pero genera residuos radiactivos de larga vida y exige grandes costes de construcción y desmantelamiento. Analiza esos cuatro aspectos (estabilidad, clima, residuos, economía) y expresa tu posición razonada sobre su papel en un mix eléctrico bajo en carbono.

En el mercado eléctrico, el precio de cada hora lo fija la última tecnología necesaria para cubrir la demanda (a menudo, el gas), aunque gran parte de la energía venga de renovables baratas. Explica con tus palabras este mecanismo (precio marginal), por qué una ola de calor que dispara la demanda encarece toda la electricidad y qué medidas suavizarían ese efecto.

Una caseta de campo sin conexión a red necesita alimentar una nevera pequeña ($150\ \text{W}$ durante unas $8\ \text{h}$ efectivas al día), cuatro luces LED de $9\ \text{W}$ durante $4\ \text{h}$ y un portátil ($65\ \text{W}$ durante $2\ \text{h}$). (a) Calcula la energía diaria necesaria en $\text{kW} \cdot \text{h}$. (b) Estima, razonándolo, la batería necesaria para dos días de autonomía y la potencia de placas que repondría ese consumo diario con $5\ \text{h}$ de sol útil. (c) Comenta qué días críticos hay que prever en este tipo de sistemas (varios días nublados seguidos).