Debido al cambio climático y el impacto medioambiental, sectores intensivos en energía tan importantes como transporte, calefacción o agricultura, están orientándose al uso de la electricidad como vector principal. Por este motivo, el sector eléctrico ganará peso y relevancia en el futuro inmediato. El principal objetivo de la Comisión Europea es alcanzar la descarbonización total del sistema energético para el año 2050. España, en esta dirección ha marcado unos hitos sin precedentes, los cuales han sido elogiados por la comunidad internacional. No obstante, mientras algunos de ellos ya están siendo una realidad, como la reducción del carbón por debajo de la hoja de ruta establecida, otros representan retos que están generando cierta controversia entre la comunidad científica y técnica.
Tras casi una década de estancamiento en promoción de renovables, los planes apuntan a un aumento de la capacidad fotovoltaica del 144% y de la eólica del 45% durante los próximos 5 años. Muestra de ellos es el hecho que, durante el año pasado y el actual, ya se han dado crecimientos notables tanto en potencia instalada como en generación.
Cuando se aumenta en el sistema eléctrico la contribución de energía eléctrica procedente de renovables no gestionables, como es el caso de la solar y eólica, se hace más compleja la gestión de la red. Es decir, a medida que crecen estas fuentes se introduce más inseguridad en la etapa de generación por un doble motivo: por un lado, la mayor varianza de la generación (menor predictibilidad) y por otro el perjuicio en la estabilidad de la red por el mayor uso de generadores asíncronos. Las redes eléctricas no solo necesitan de sistemas de generación de energía, sino también fuentes que proporcionen inercia y que ayuden a mantener la necesaria frecuencia, y estabilidad del sistema.
Nuestro país cuenta con una posición geográfica que, si bien es óptima para las plantas fotovoltaicas y eólicas, carece del apoyo de países vecinos para garantizar la estabilidad antes mencionada, e integrar las renovables de forma más sencilla. Países como Alemania, u otros de centro Europa, cuentan con múltiples conexiones internacionales en gran parte de su perímetro que le proporcionan no solo apoyo para exportar e importar energía cuando se requiere, sino también beneficiarse de la estabilidad de un sistema mucho más grande.
20 GW de solar fotovoltaica para 2030
Tomando como referencia la generación fotovoltaica observada en la actualidad en la España peninsular, no es complicado extrapolar la futura generación tras el crecimiento previsto de solar fotovoltaica. En esta próxima década, durante las horas de mayor irradiación solar, se obtendrá de esta fuente en particular una potencia superior a los 10 GW en el año 2025, y del orden de 20 GW en 2030. Esta será una excelente contribución en horario diurno, pero dada la inherente peculiaridad de esta generación, implicará una caída de generación muy brusca durante el atardecer que obligará a tener apoyo de respaldo de muy rápida respuesta. Esta problemática ya ha sido evidenciada en algún estado de EEUU (California) y algunos lugares de Australia, ambos con gran penetración de solar fotovoltaica.
Los únicos sistemas de generación con respuesta rápida son la energía hidráulica y los ciclos combinados. La primera opción es la ideal, pero los meses de mayor irradiación solar son precisamente los más secos, con lo cual es muy improbable que este backup pueda sea posible. Si bien los ciclos combinados son capaces de responder y subir potencia en corto espacio de tiempo, tampoco están exentos de problema pues, aunque su respuesta es rápida en su primera etapa (turbina de gas), la segunda etapa del ciclo es de reacción mucho más lenta que la primera por la necesidad de generar vapor con la entalpía adecuada. La capacidad instalada actual de ciclos combinados en España está en torno a los 26 GW.
Merece la pena recordar que según el Plan Nacional Integrado de Energía y Clima (PNIEC) no hay previsto incremento de potencia en ciclos combinados para esta próxima década. Teniendo en cuenta que una parte importante de la reducción de consumo de carbón ha sido gracias al mayor uso los ciclos combinados, será necesario explorar alternativas adicionales pues este recurso podría resultar escaso para proveer energía y servir además de apoyo en requerimientos de respuesta rápida. Además, no debemos olvidar que esta fuente es emisora de CO2 y presentaría una solución no compatible con los objetivos del horizonte 2050.
Bombeo, baterías, hidrógeno verde y redes inteligentes
En este contexto, hay dos opciones que necesariamente tendrán que ser investigadas y desarrolladas. Por una parte, la potenciación del almacenamiento de energía durante periodos relativamente cortos (3-6 horas) y por otro dotar al sistema de capacidad para modular la demanda de acuerdo con la energía disponible en cada instante. Categorizar y despriorizar aquellos receptores que lo permitan (por ejemplo, carga de vehículo eléctrico, ciertos receptores domésticos, calefacción, etc) y utilizar una red inteligente para conectar/desconectar estos receptores no críticos puede contribuir a una gestión viable del sistema eléctrico. Junto a esto, la generación distribuida y gestionada por los consumidores ayudará a reducir presión sobre la gestión de la red.
Centrando la atención en el almacenamiento de energía, la única solución existente a gran escala a fecha de hoy es el bombeo hidráulico que cuenta a nivel mundial con alrededor de 170 GW (2018). La siguiente tecnología de almacenamiento, baterías de litio, cuenta con una potencia dos órdenes de magnitud inferior (1,6 GW). Otra tecnología con buenas perspectivas de futuro es la producción de hidrógeno verde (H2 producido por electrolisis usando electricidad con origen renovable) para su uso posterior bien como combustible exento de emisión de CO2, o en pilas de combustible.
El pasado 6 de octubre, el Consejo de Ministros aprobó la Hoja de Ruta del Hidrógeno con una previsión de 4 GW de potencia instalada de electrolizadores para el año 2030. Existen estudios prometedores en el uso del hidrógeno como futuro vector energético de almacenamiento que están siendo investigados por prestigiosos equipos. Además, existen buenas expectativas en la generación nuclear en reactores de fusión, pero cuyo horizonte de viabilidad es todavía lejano.
En el borrador del PNIEC tan solo se contempla un incremento de 1 GW de bombeo hidráulico hasta el 2025, y 2.5 GW adicionales para el periodo 2025-2030. Además, en la versión revisada del PNIEC de 20 de enero de 2020 antes mencionada, aparece una nueva partida de fuente de generación denominada “Almacenamiento” con 2.5 GW para el periodo 2025-2030, que no estaba presente en la primera versión del borrador. Estas cifras, además de parecer escasas para las necesidades que se pueden presentar, carecen de un parámetro necesario para poder caracterizar bien las necesidades futuras. En particular no detallan la cantidad total de energía que será posible almacenar por las mismas, es decir, cuantos GWh podrán almacenar y durante cuánto tiempo.
La promoción de renovables precisa de un desarrollo en paralelo de almacenamiento vinculado a estas fuentes, además de una gestión de la demanda con redes inteligentes. En esta dirección desde la Universidad Europea, en colaboración con el grupo liderado por el catedrático Martínez-Duart y perteneciente al Grupo Especializado en Energía de la Real Sociedad Española de Física, se está realizando una intensa labor de investigación para desarrollar estrategias que permitan el máximo aprovechamiento de las inversiones, minimizando posibles situaciones de curtailment (desconexión de generación por imposibilidad de canalizar la energía) y situaciones críticas de blackout por falta de generación.
