La apuesta por el desarrollo de las energías renovables ha traído consigo un sueño: el de ser 100% renovables en un futuro, con suerte, no muy lejano. Sin embargo, este objetivo se ha convertido más bien en un eslogan que grupos ecologistas repiten hasta la saciedad para justificar la queja ante cualquier tipo de acción considerada como no sostenible.
El pasado año 2014, en plena polémica por las prospecciones petrolíferas en las Islas Canarias, era el cántico que sonaba en cada manifestación así como el principal argumento para convencer a las masas de ir en contra de aquella actividad. Cuando hablamos del cierre de centrales nucleares es también inevitable que en algún momento se recurra al ya manido "escenario 100% renovable" como argumento.
Y es que este objetivo ha ganado fuerza en los últimos años gracias a la mejora en la competitividad de las energías renovables, y a la creciente concienciación con el cambio climático y el desarrollo sostenible. Pero plantear ese ideal 100% renovable como una solución a corto plazo para prescindir de combustibles fósiles o nucleares está lejos de ser realista. Son muchos los retos y desafíos que se plantean en el sector a la hora de aumentar el porcentaje de penetración renovable y la solución a la mayor parte de ellos no parece estar cerca.
No sólo hay que generar energía
La búsqueda de sistemas de generación cada vez más sostenibles es la piedra angular en la carrera para reducir los gases contaminantes. Nuestros sistemas eléctricos se basan fundamentalmente en la quema de combustibles fósiles por parte de las centrales convencionales. Mediante la quema de combustible calientan el fluido que posteriormente acciona una turbina. Esta turbina gira, generando el movimiento rotativo que posteriormente servirá para que nuestros generadores eléctricos produzcan energía gracias a la ley de inducción electromagnética.
Ahora bien, nuestros sistemas eléctricos deben asegurar siempre que la energía que se genera en cada instante sea la misma que se consume. Es decir, que los generadores responderán coordinadamente y de manera instantánea ante cualquier mínima variación que se produzca en nuestros hogares, fábricas u oficinas. Y como la principal característica de las energías renovables es su intermitencia, parece estar claro que no son un candidato perfecto para sustituir a los generadores convencionales, que sí son capaces de generar cuando se les pide. Aunque, por supuesto, ni todo es lo que parece ni existe la perfección. Hay soluciones y disponemos de una hoja de ruta que recorreremos paso a paso en este artículo.
Este equilibrio generación-consumo es el que permite mantener constante la frecuencia a 50 Hz en países con influencia europea y 60 Hz en países con influencia estadounidense. Las desviaciones al respecto de dichos valores deben ser muy pequeñas y estar siempre dentro de unos márgenes límites durante espacios temporales del orden de milisegundos.
Precisamente por esto, los generadores deben hacer regulación potencia-frecuencia siendo capaces de aportar potencia activa cuando el sistema eléctrico lo requiera, o de dejar de generarla cuando haya disminuido el consumo. Desajustes en este tipo de regulación son los que pueden ocasionar que tu reloj se retrase 6 minutos, pero también averías en maquinaria de fábricas o el mal funcionamiento de dispositivos.
Pero este es únicamente uno de los servicios de regulación que deben ofrecer los generadores. Por otra parte, también es necesario mantener los niveles de tensión en cada punto del sistema eléctrico. El parámetro que nos permite controlar la tensión es la llamada potencia reactiva, que es la parte de la potencia asociada a los campos magnéticos. Si la tensión baja en un punto de la red e inyectamos potencia reactiva conseguiremos restablecerla en el valor que debe estar, e igual de manera opuesta.
La clave está en los tiempos cortos
El control de frecuencia o de tensión es fundamental y son aspectos que las últimas generaciones de dispositivos renovables ya consideran. Pero para sustituir a los generadores convencionales deben ser capaces de hacer exactamente lo mismo en el mismo tiempo de respuesta.
Cuando a un generador que está en operación se le pide dar más energía, necesita un tiempo concreto para aumentar el calor que se transfiere al fluido, que posteriormente este accione la turbina a una mayor velocidad y que así el generador pueda producir ese aumento en la energía eléctrica que inyectará al sistema de potencia.
Sin embargo, si la necesidad de inyección de energía es inmediata para mantener el equilibrio ante un aumento brusco de carga, el generador dará una respuesta inercial por la cual frenará la velocidad de giro de su rotor y ese frenado dará temporalmente el pico de energía necesario. Estará operando a una velocidad frenada respecto a la que le corresponde mientras que la turbina se reajusta para recuperar la velocidad, y todo esto con el objetivo de garantizar que existe equilibrio generación-consumo.
Los aerogeneradores son capaces de contribuir al control potencia-frecuencia mediante el giro de sus aspas para captar más o menos energía del viento. Sin embargo, en la actualidad no contribuyen a la respuesta inercial coordinada que dan los generadores síncronos convencionales porque se basa fundamentalmente en la extracción de la energía de grandes masas en rotación. Se están desarrollando mecanismos de emulación de la respuesta inercial que pretenden imitar este comportamiento, aunque aún queda mucho trabajo hasta que podamos ver contribución por parte de este tipo de sistemas.
El almacenamiento como pieza clave
Por otra parte, dejando como asignatura pendiente el desarrollo de sistemas de regulación que permitan que las renovables ofrezcan el mismo comportamiento que los generadores convencionales, queda ver cómo solucionar la intermitencia de la energía.
El almacenamiento energético no es un reto en cuanto al tipo de soluciones necesarias sino en cuanto al precio de las mismas en la escala que se requiere. Las baterías tienen aún un coste muy elevado y una vida útil reducida. Con el estado actual de la técnica, las instalaciones de almacenamiento energético y generación necesarias para alcanzar un suministro 100% renovable serían económicamente inviables.
Aun así, los sistemas de almacenamiento energético a gran escala a día de hoy cumplen un servicio fundamental en la integración renovable. Este es el caso de la Hornsdale Power Reserve que instaló Tesla al sur de Australia y contribuye a la regulación del sistema eléctrico. Las necesidades de suministrar potencia para el control de la frecuencia van en aumento y los sistemas de almacenamiento pueden ser grandes aliados de cara a no perder capacidad de regulación al aumentar el porcentaje renovable.
También, en pequeñas islas como Ta'u (Samoa) o El Hierro (España) se demuestra cómo el almacenamiento sí es una solución económicamente viable. En el caso de la isla de Samoa, se ha creado una microrred basada fundamentalmente en una gran central solar fotovoltaica y sistemas de baterías dimensionados a escala. Por su parte, El Hierro ha desarrollado la Central Hidroeólica de Gorona del Viento, en la que parques eólicos almacenan su energía en una central hidroeléctrica reversible.
En estos casos sí se logran muy altos porcentajes de generación renovable durante días seguidos. Esto es posible por el bajo consumo que hay en estas pequeñas poblaciones, aunque quizá por esto sean un lugar ideal para el estudio de soluciones que luego sean escalables a sistemas eléctricos más grandes. Con el avance de la tecnología y la reducción de precios, tal vez estas pequeñas islas sean una ventana al futuro y nos muestren el camino a seguir.
¿Podemos ser 100% renovables?
El aumento en la penetración de renovables debería ser la meta primordial en materia energética, aunque no de cualquier manera ni a cualquier coste. Aspectos como los analizados son algunos de los escollos que debe superar el sector antes siquiera de plantearnos la posibilidad de un sistema eléctrico enteramente renovable.
Hay escenarios intermedios y, si bien este ideal sería evidentemente una solución a gran parte de los retos que se nos presentan en materia medioambiental, es necesario priorizar objetivos según su viabilidad técnica y económica. Para disponer de sistemas eléctricos cada vez más sostenibles, en primera instancia el foco debería estar puesto en el cierre de las centrales térmicas convencionales que, mediante la quema de combustibles fósiles, son con diferencia las más contaminantes.
En este sentido, tecnologías como la nuclear o el gas natural con captura de CO2 pueden ser grandes aliados en un mix energético con alta presencia renovable y creciente instalación de sistemas de almacenamiento. El desarrollo de otros sectores como el vehículo eléctrico constituirá también un factor a tener en cuenta como ayuda para la creación de modelos sostenibles de suministro energético.
¿Podemos ser 100% renovables? Se trata de una sencilla pregunta que despierta mil retos e incógnitas. Existen aún límites técnicos y costes desorbitados que hacen que la respuesta a corto plazo sea negativa y que tampoco presentan una visión muy clara de cara a un futuro próximo. Sin embargo, la necesidad de dar pasos claros en esta dirección es evidente y la implicación de los sectores público y privado está marcando la diferencia de manera exponencial. A nivel internacional el objetivo está claro y se están dando los pasos adecuados en la medida de lo posible. Sigamos andando el camino.
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