INTRODUCCIÓN
Empecemos por el principio: ¿Qué es la electricidad?
Un electrón es una partícula con carga eléctrica negativa. Los electrones forman la corteza exterior “reactiva” de los átomos. El flujo de electrones entre dos puntos genera corriente eléctrica. Se origina al poner en contacto dos elementos entre los que existe una diferencia de potencial. Aunque los griegos ya empezaron a describir algunas de sus propiedades no fue hasta el siglo XVIII y XIX que se da un gran paso al conocer las propiedades de esta energía.
La corriente eléctrica genera también calor. Cuando las cargas eléctricas fluyen a través de un material conductor chocan con los átomos y éstos ganan velocidad que se manifiesta a través del calor. La transformación de la energía eléctrica en calor se denomina efecto Joule y es la manifestación térmica de la resistencia eléctrica.
Cómo producimos la electricidad
Dibujo del disco de Faraday, el primer generador electromagnético, inventado por el científico británico Michael Faraday en 1831. El disco de cobre (D) gira entre los polos de un imán en forma de herradura (A), creando una diferencia de potencial entre el eje y el borde debido al movimiento. Este experimento le permitió formular la ley de la inducción electromagnética o ley de Faraday.
Con este principio de base es cómo, en su mayoría, se obtiene hoy la electricidad. Un buen ensanche lo tenemos en la conocida dinamo de las bicicletas, las primeras fueron comercializados por una empresa alemana, Berko, en 1908.
Dinamo de botella desmontada. Izquierda: Carcasa con imán permanente interno que gira a través de la rueda de fricción. Derecha: bobina de inducción
Como podemos ver es necesaria una fuerza, en este caso es el movimiento de la rueda que hace girar la bobina de inducción alrededor del campo magnético provocado por el imán. Como resultado de este girar se crea electricidad que al pasar por la resistencia de la bombilla (recuerde el efecto Joule) obtenemos luz.
El alternador es una máquina destinada a transformar la energía mecánica en energía eléctrica, generando, mediante fenómenos de inducción electromagnética, una corriente alterna. Los alternadores se basan en la segunda ley del electromagnetismo, también conocida como la Ley de Faraday.
Un ejemplo lo tenemos en los alternadores de los coches. La electricidad que necesita, luces, motor de arranque, bujías, es producida por el alternador que a la vez se hace girar por el motor de explosión. La electricidad generada es alterna por lo que debe pasarse a continua (12v-24v) mediante un rectificador.
Energías disponibles para producir electricidad
Ya griegos y romanos utilizaban la fuerza del agua para moler el grano. Los molinos de viento se desarrollarán en Persia entre los siglos VI y VIII a. Tanto hidráulica como la eólica son hoy las fuentes principales de energías que, junto a la solar, debe permitirnos reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Son las energías que decimos renovables. Aunque todavía está poco desarrollada la geotermia (la’ energía térmica del’ corteza terrestre) es otra fuente de energía renovable. La geotermia la utilizaban ya los romanos que aprovechaban las fuentes de agua caliente para calentar habitaciones o construir baños. También otra fuente de energía que se está desarrollando es la que provocan los movimientos de masas de agua de mar y océanos.
Por otra parte, tenemos los recursos energéticos no renovables: carbón, biomasa, petróleo, gas natural y uranio.
En este enlace puede mirar esquemas de las diferentes las diferentes centrales de producción eléctrica: https://bibliotecavirtual.diba.cat/documents/10934/5244213/energies.pdf
Fuentes de energía utilizadas en Cataluña para producir electricidad
En los últimos años se han desarrollado e implantado en Cataluña las centrales de ciclo combinado que combinan una turbina de gas y una turbina de vapor y tienen un rendimiento global muy alto respecto a las centrales antes mencionadas.
Estas centrales se han convertido en una verdadera alternativa a las centrales convencionales, ya que tienen unos rendimientos energéticos bastante elevados y, en algunos casos, permiten que pequeños consumidores produzcan su propia energía eléctrica e incluso se conviertan en autónomos desde un punto de vista energético.
Las centrales de cogeneración, concretamente, han sido uno de los sectores que más se ha desarrollado en Cataluña desde la década de los noventa, sobre todo para generar electricidad en industrias o servicios cuyas necesidades son elevadas que hacen rentable la producción en el lugar de consumo. Mediante la cogeneración se obtiene energía eléctrica y energía térmica utilizando productos derivados del petróleo o gas natural como combustibles.
Las centrales de régimen ordinario tendrán libertad de implantación en todo el territorio español, previa autorización administrativa, así como de utilizar el combustible que consideren más conveniente. La energía producida se vende en el mercado bajo el control del operador del mercado, aunque las centrales también pueden vender directamente a grandes consumidores –o consumidores calificados- mediante un contrato entre ambas partes.
En Cataluña en 2020 la electricidad se obtuvo mayoritariamente de las energías no renovables, 36.329 GWh (80,21 TP3T). La serie desde 2010 nos muestra que ésta ha sido la tendencia con pocas variaciones.
En el gráfico de la derecha podemos ver que las centrales nucleares son, con diferencia, las que más contribuyen a la producción de electricidad, concretamente el 54,9%.
El año 2011 fue el último en el que se utilizó carbón como fuente energética.
Evolución de la producción de electricidad según la fuente
en https://www.idescat.cat/indicadors/?id=aec&n=15478
Transporte de la electricidad
Dado que la energía eléctrica no puede ser almacenada en grandes cantidades - sí en pequeñas cantidades mediante las pilas, las baterías y los acumuladores -, debe ser producida constantemente para que puedan ser atendidas todas las demandas.
Al margen de cuál sea la forma en que haya sido obtenida, la electricidad está abocada a una extensa y compleja red de hilos eléctricos para distribuirla entre todos los consumidores que deben utilizarlos.
Estas líneas unen permanentemente a los centros de producción y los puntos de consumo. En aquellos casos en los que la vivienda o la industria se encuentra muy alejada de la red principal, es más práctico producir la electricidad a través de otros métodos que no necesitan conexión permanente, como con placas solares fotovoltaicas o con combustibles y gases de origen fósil.
Ahora bien, no toda la red eléctrica tiene las mismas características -sección del hilo, soporte del tendido, etc.-, sino que cambian a medida que el voltaje mengua al acercarse a su lugar de destino. La tensión, cuando sale de la central de producción, es muy elevada y debe ir reduciéndose progresivamente mediante estaciones transformadas hasta alcanzar los 220 v, voltaje con el que funcionan los aparatos electrodomésticos o los distintos tipos de máquinas industriales.
Elos tipos de redes
La red de transporte se diferencia en tres tipos según la tensión que soporta el tendido eléctrico:
Líneas de alta tensión (AT): son aquellas que transportan la energía eléctrica a una tensión eléctrica muy elevada -desde 400.000 hasta 30.000- con el fin de reducir las inevitables pérdidas de energía asociadas al transporte de electricidad a largas distancias.
Líneas de media tensión (MT): líneas que llevan la corriente eléctrica a una tensión de entre los 30.000 y los 1.000 voltios.
Líneas de baja tensión (BT): llevan la energía hasta el punto de destino para que pueda ser utilizada por el consumidor. La tensión es inferior a los 1.000 voltios, ya que los equipos domésticos y algunos industriales funcionan con un voltaje de unos 380 o 220 V.
El transporte y distribución de energía eléctrica, así como su régimen económico, son dos actividades reguladas por el Gobierno del estado. Las líneas en alta tensión son administradas por la sociedad Red Eléctrica Española (REE), que ejerce como operador del sistema y gestor de la red de transporte. Las líneas en media y baja tensión, en cambio, son propiedad de cada compañía eléctrica distribuidora, cuya actividad principal es construir las instalaciones de distribución destinadas a facilitar la energía en los puntos de consumo, garantizar su mantenimiento y gestionar su funcionamiento. Para asegurar el principio del libre mercado, la ley garantiza que todos los comercializadores y consumidores cualificados tendrán derecho a acceder a todas estas redes de distribución.
Las redes de distribución han sido diseñadas para que, cuando exista una repentina interrupción del suministro de energía en un punto cualquiera de la red, sea posible recibir energía procedente de otro centro de producción. Dado que la demanda eléctrica, además, no es siempre homogénea -ya que en determinados momentos se concentra una demanda superior a lo normal-, estos centros están preparados para dar respuesta a incrementos excepcionales de los niveles de consumo.
Corriente eléctrica continua o alterna
- La corriente eléctrica continua es aquella que fluye de un punto a otro siempre en el mismo sentido. La corriente de un montón o batería es del tipo continuo.
- La corriente alterna es aquella que fluye de un punto a otro cambiando de sentido periódicamente. La electricidad comercial a gran escala procede de generadores que producen corriente alterna.
En el fondo, la forma de producir no ha variado. Gracias al descubrimiento de que el movimiento de un conductor eléctrico sometido a un campo magnético produce voltaje (ley de Faraday), se desarrollaron los alternadores, dinamos i transformadores. Pero para girar las turbinas se necesita energía. La electricidad se produce en centrales capaces de obtener energía eléctrica a partir de energías primarias. Estas energías primarias pueden ser renovables (el viento, la radiación solar, las mareas…) o no renovables (el carbón, el gas natural, el petróleo…). La nuclear tiene la ventaja de que no emite gasas de efecto invernadero pero por otra parte su fuente el uranio no es infinito y existen graves problemas con el almacenamiento de los residuos radiactivos resultantes.
Las primeras centrales eléctricas funcionaron con carbón, petróleo o con energía hidráulica que movimiento de agua de corrientes horizontales o verticales. El movimiento del agua mueve palas de una rueda de molino o de una turbina. Ya los antiguos griegos y romanos utilizabas la rueda hidráulica para moler trigo.
La primera gran central hidroeléctrica catalana, la de Repollo en el río Flamisell, empezó a producir electricidad en 1914. Situada a 1480 metros de altura, en el fondo de la Vall Fosca, las turbinas son movidas por el agua que se desliza del estanque Gento situado 700 metros arriba. Un par de décadas antes algunas grandes fábricas ya habían empezado a producir su propia electricidad básicamente por el alumbrado, aunque no tardarían en utilizarla para mover máquinas que hasta entonces eran movidas por máquinas de vapor.
https://www.pallarsjussa.net/ca/patrimoni-cultural/museu-hidroelectric-de-capdella
https://www.ccma.cat/tv3/sense-ficcio/viatge-per-la-historia-de-les-centrals-hidroelectriques/noticia/3096102/
El alternador es una máquina destinada a transformar la energía mecánica en energía eléctrica, generando, mediante fenómenos de inducción electromagnética, una corriente alterna. Los alternadores se basan en la segunda ley del electromagnetismo, también conocida como la Ley de Faraday.
Un ejemplo lo tenemos en los alternadores de los coches. La electricidad que necesita, luces, motor de arranque, bujías, es producida por el alternador que a la vez se hace girar por el motor de explosión. La electricidad generada es alterna por lo que debe pasarse a continua (12v-24v) mediante un rectificador.
El precio de la electricidad en el mercado mayorista
Este precio varía de día en día en función de la demanda prevista para el siguiente día. Esta demanda se satisfecha por las diferentes fuentes de producción
El precio viene determinado por la demanda prevista. La previsión de consumo termina determinando ante de forma directa el precio de la luz. Sabiendo la demanda prevista el organismo regulador selecciona al proveedor de electricidad con el precio más bajo, seleccionando después al siguiente proveedor con precio más bajo y así hasta completar la demanda prevista. La última que entre en este pool es la que fija el precio marginal.
En la siguiente gráfica se muestre la demanda eléctrica real, prevista y programada para el día 19 y 20 de octubre de este año.
Cómo pagamos la electricidad los usuarios
La electricidad consumida se mide en kilovatios por hora (kWh). Un aparato que gasta electricidad como el difusor de los antimosquitos consume unos 10 W a la hora, el mismo que una bombilla LED de 10 W. Un año de 365 días tiene 8760 horas, de tenerlo enchufado continuamente consumiría 87.6 kWh, al coste actual de 0,300 € el kWh nos tono.
¿Qué potencia contratar
Hay que saber que, además del coste de la energía consumida, en la factura nos cargan también el coste de hacernos llegar a casa, lo que llaman peajes, y muchos otros conceptos. Un hecho a tener en cuenta es el de la potencia contratada que es un gasto fijo. Ésta debe adecuarse al máximo consumo que podamos efectuar en un momento determinado y que corresponde a la suma del gasto de todos los artefactos que estén en funcionamiento en un momento determinado.
En estos momentos puedes escoger si tienes la misma potencia todo el día o bien defines una potencia por el período valle y otro por el período punta. Los expertos recomiendan que la potencia contratada en el período punta sea lo más bajo posible pues es el más caro, permiten que la potencia del período valle sea más alto al ser más barata.
La gráfica del coste en € por año de la potencia contratada se ha hecho considerando que se pagan 30 € año por kW en la franja punta y valle y 3 € en la franja valle.
Se puede ver que nos interesa tener la potencia más baja posible en la franja punta y plano y que podemos subir la de la franja valle sin que repercuta demasiado en la factura de la luz. Así aunque ponemos varios electrodomésticos a funcionado en el rango valle sin que nos salte el Interruptor de Control de Potencia
Distribuidoras y Comercializadoras
La distribuidora es la encargada de transportar la energía a los distintos puntos de suministro y medir el consumo del cliente. Como vemos sólo cinco empresas se encargan de distribuir la electricidad en España
Por otra parte, las comercializadoras son las que compran la electricidad en las primeras y las que facturan al consumidor final. La comercializadora del hogar aislado es Somos Energía y la distribuidora Endesa, del hogar urbanita la comercializadora es Naturgy y la distribuidor Endesa. Con la primera se tiene un contrato por discriminación horaria y con la segunda un contrato de tarifa plana que incluye gas y electricidad con una cantidad fija de euros al mes.
Mercados eléctricos
En España la electricidad tiene dos plataformas o mercados, uno mercado regulado que se llama así porque el precio lo pone el estado. Ésta es la tarifa PVPC (Precio Voluntario al Pequeño Consumidor), cuyo precio cambia hora a hora y día a día según el equilibrio oferta-demanda entre quienes producen energía (la compañía generadora) y quienes la venden al consumidor (la comercializadora).
El otro es el mercado libre donde el precio y las condiciones son las acordadas entre las partes. En esta modalidad de contratación, el precio de la energía eléctrica es libre y puede ser fijado de cualquier forma, es decir, puede ser un precio fijo, un precio variable según el coste de producir la electricidad en el mercado eléctrico o bien un precio variable en función de cualquier otro parámetro.
Discriminación horaria
La discriminación horaria hace que el precio que pagas por la energía consumida varíe en función de distintos tramos. Su objetivo teórico es favorecer el consumo eléctrico en horas en las que hay poca demanda. Esto ha sido posible por la sustitución de los viejos contadores eléctricos por otros llamados inteligentes que envían los datos de consumo mediante pequeños impulsos sobre la propia red eléctrica.
El’ Orden IET/290/2012, de 16 de febrero de 2012, establecía los plazos para sustituir a los contadores antiguos por nuevos contadores inteligentes. El 100% de los contadores debían estar cambiados a 31 de diciembre de 2018.
Hasta junio de 2021 existían dos tramos tarifarios, el valle, de las 0 a las 8 horas y el tramo punta, de las 8 a las 24 horas.
A partir del 1 de junio, todos los clientes con potencia inferior o igual a 15 kW tendrán la misma tarifa de acceso con 3 períodos de aplicación al final de energía. Se consideran horas valle las 24 horas de los sábados, domingos, el 6 de enero y festivos nacionales con exclusión tanto de los festivos sustituibles como de los que carecen de fecha fija (pensamos en algunos días festivos religiosos).
Valle: horas con precio reducido. Se considerarán horas valle las 24 horas de los sábados, domingos, el 6 de enero y festivos nacionales con exclusión tanto de los festivos sustituibles como de los que carecen de fecha fija.
La franja valle, la más económica, va de las cero horas a las 8. La más cara, punta, la han metido en medio de la mañana y en la tarde, va de las 10 a las 13 horas y de las 18 a las 21 horas y la franja plano va de las 8 a las 10, de las 14 a las 2 a las 18 y de las 14 a las 28 y de las 14 a las 28.
La discriminación horaria también afectará a la potencia, lo que pagamos por estar conectados a la red y disponer cuando queramos de la energía que necesitamos sin cortes de suministro. Hasta ahora sólo podíamos tener una potencia y por ésta pagábamos lo mismo durante todo el día. Con la nueva tarifa podemos contratar dos potencias distintas, con precios también distintos.
Disección de la factura de la luz
El precio que pagamos por la luz es la suma de la electrizidad utilizada más otros conceptos fijos y variables. Un fijo es lo que se paga por el alquiler del contador de luz, el otro fijo es el pago proporcional a la potencia contratada. L‘IVA, que de normal es el 21% de la base imponible, hasta el 31 de diciembre de este año será del 5%. Otro pago variable es el’impuesto de electricidad, también reducido del 5,1% al 0,5%. Pagamos por el transporte de la electricidad hasta nuestra casa, y recientemente pagamos un 'cargo normativo' por compensar a las eléctricas por chocar el precio del gas y que nos añade a la factura 0,075 € por kWh consumido.
En la factura además constan los datos de titularidad, de pago y las fechas del período facturado.
Este resumen de una factura de Som Energia muestra los conceptos más destacados.
Evolución del precio € del kWh según franja horaria en Som Energia
Obtención de los datos de consumo eléctrico
Hemos tenido a su alcance dos fuentes de los mismos datos de consumo. Por un lado de la misma Distribuidora Endesa mediante su portal e-Distribución un fichero por cada uno de los hogares y por otro de las comercializadoras Naturgy por Badalona y Som Energia por Arenys de Lledó. De la primera se descargan ficheros en los que cada fila es el consumo eléctrico en una hora y día determinados desde octubre de 2020. Lamentablemente las dos comercializadoras sólo ofrecen la posibilidad de descargar las facturas pasadas en formato PDF. Los datos obtenidos en PDF deben incorporarse manualmente en un fichero de datos manipulable informáticamente.
Con los archivos de e-Distribución hemos asignado a cada registro si éste pertenece al período punta, plano o valle. Recordemos que aparte del horario de las 0 a las 8 horas que corresponde al período valle, también son de este período valle los sábados, domingos, el 6 de enero y festivos nacionales no movibles. Como paso previo a estudiar estas fechas es necesario asignar a qué período de los tres posibles corresponde cada fila teniendo en cuenta qué hora es o qué día es.
Hay que decir que en la casa de Arenys viven todo el año dos adultos y dos niños pequeños, pero que alrededor de Navidad y en verano se pueden añadir entre dos y cinco adultos más. En la casa de Badalona conviven tres adultos. Por otra parte, también hay que tener en cuenta que de 2020 sólo tenemos los datos de tres meses y de 2022 los datos de nueve meses.
CÓMO HA SIDO EL CONSUMO EN ESTOS DOS HOGARES
En esta tabla se muestran los datos globales de consumo kWh en ambos hogares. El consumo de Arenys ha sido superior al de Badalona en 1529 kWh.
| kWh | Arenys | Badalona |
| Consumo total en los 24 meses | 11.113 | 9.584 |
| Media consumo mensual kWh | 463 | 399 |
| Consumo máximo mensual | 832 | 640 |
| Consumo mínimo mensual | 262 | 256 |
Consumo total de electricidad (kWh) por ubicación y año
Con el fin de tener una mejor percepción y poder comparar los consumos totales por ubicación y año, hemos calculado la media del consumo mensual de los tres años representados. Los cálculos de 2020 y 2022 se han realizado con los tres y nueve meses disponibles respectivamente.
En la gráfica se puede ver que salvo para 2020 el consumo es superior en Arenys que en Badalona. Por otra parte, y en los dos últimos años, el consumo de kWh se ha mantenido relativamente estable.
Consumo de kWh por ubicación a lo largo de estos 24 meses
El consumo mensual de kWh de Arenys muestra un patrón que se repite de año en año, con un gran pico alrededor del verano y otro pico menor coincidiendo con Navidad. En Badalona cuando hay menos consumo kWh es en verano y los máximos se dan en las inmediaciones de Navidad. El aumento del número de habitantes en la casa de Arenys aumenta en estos dos períodos pero en verano el aumento es más prolongado y además debe sumarse el consumo provocado por el aire acondicionado y el filtrado de la piscina.
Otro aspecto a destacar es el del consumo mensual máximo. En tanto que en Arenys el consumo mensual máximo ha alcanzado los 800 kWh, en Badalona no se ha alcanzado los 700 kWh. En ningún caso el consumo mínimo ha descendido por debajo de los 200 kWh.
Consumo kWh en porcentaje según ubicación y franja horaria
En esta gráfica expresamos el consumo total de kWh en cada franja horaria expresada en porcentajes, es decir, que la suma de las tres franjas horarias por cada año suma 100%.
Podemos ver que en Arenys la franja donde hay más consumo kWh es en el período valle y que punta y plano tienen un consumo similar. En cambio, en Badalona no se ven tantas diferencias en función de la franja horaria. Hay que tener en cuenta que mientras el contrato de Arenys tenía distintos precios según la franja horaria, el de Badalona era de tarifa fija, independiente del horario.
Consumo por franja horaria y día de la semana
Mirar cómo gastamos la electricidad por franja horaria a lo largo de la semana nos muestra que no existen diferencias en el consumo, por franja horaria entre los diferentes días laborales. Lógicamente, el consumo los fines de semana corresponde al 100% al período valle.
Consumo kWh a lo largo del día, de lunes a viernes, por año
La observación de estas tres gráficas nos muestra que en Badalona se repite la pauta de consumo a lo largo del día en los diferentes años, esta pauta se caracteriza por un consumo mínimo durante la noche para aumentar rápidamente llegando a un máximo al mediodía en pleno período punta y mostrando otro pico en el segundo período punta. En Arenys se ve que en los dos últimos años se ha modificado la pauta de consumo a lo largo del día, así vemos que el consumo empieza a subir a partir de las cinco de la mañana y alcanza su máximo a las ocho y el menor consumo durante el día es en los dos períodos punta.