Rubén Lijó
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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zoompyy
Nadie niega que haya muchos intereses económicos detrás del chollo de la electricidad, pero todos sabemos también que es imposible alimentar una ciudad de 1 millón de habitantes con unos cuantos molinillos y placas solares. Ya no digamos ciudades como Madrid o Barcelona.
Es muy fácil decir que cierren las centrales, pero a ver cómo producimos toda la electricidad que produce una sola. Porque está claro que nadie va a cambiar las comodidades de su casa (vitrocerámica, microondas, TV grande, ordenador, lavadora, secadora, aspirador...) a costa de reducir el consumo energético.
felipeenriqueblanco
Las energías renovables no son intermitentes, son variables, acusarlas de intermitentes es un menosprecio intencionado que pretende condicionar la opinión del lector. Ese ha sido el abjetivo preferido de todos los enemigos de las renovables.
tuberculo
Yo creo que la dificultad se centra en el modelo de generación. En el actual modelo, donde se produce en un único gran punto y se consume en pequeos puntos alejados, es complicado alcanzar el 100% debido a lo que buenamente se ha explicado en el artículo.
Quizás una alternativa que permita alcanzar ese 100% sin tantos problemas (que seguirán existiendo, obviamente), es cambiar el modelo hacia una gran cantidad de pequeños puntos de generación. De esa manera, podría disminuirse el problema de "controlar" la calidad eléctrica. Pero sin duda, también es necesario desarrollar sistemas que permitan "almacenar" la energía (algo que sería quizás más sencillo al trabajar en pequeñas escalas que con respecto a los grandes puntos de generación actuales).
dayb
Quiero pensar que el artículo no se ha visto influenciado por ningún tipo de patrocinio, pero no me lo ponen fácil.
Claro que podemos consumir energía 100% renovable, pero no con tanto lobby. La clave está en el almacenamiento y en tener una parte de ese almacenamiento en baterías. En el mismo caso que se cita de las baterías instaladas en Australia se destaca que la respuesta de esas baterías era varios órdenes superior a lo esperado por cualquier otro productor de energía eléctrica, tirando abajo todos los argumentos en relación a la frecuencia de red. De hecho, actualmente ya se usan los FACTS, que son sistemas con microalmacenamiento para la estabilización de puntos concretos de la red.
Producir energía 100% renovable es tan fácil (tecnológicamente hablando) como instalar 1,N veces la potencia media consumida y tanto almacenamiento como sea necesario, distribuyéndolo entre almacenamiento de respuesta lenta o rápida según el caso.
imf017
El único obstáculo a la implantación total de energías 100% renovables es económico: las empresas petroleras y de minería más las empresas asociadas y otros actores que ganan pasta explotando recursos no renovables no quieren dejar de ingresar las millonadas que reciben cada año de sus actividades.
Si implantamos el uso total de renovables se hundirían petroleras y "gaseras", explotaciones mineras de carbón, refinerías, armadores de buques petroleros, prospectores de petróleo, carbón y gas natural, contratistas militares privados (recordemos que las guerras modernas se producen para controlar recursos naturales), fabricantes de armas, y un largo etc.
xavxa
Un artículo muy interesante, aunque con alguna errata.
Pero lo que quiero aportar es el grave olvido en cuanto a lo que se consideran Energías Renovables. Además de eólica y fotovoltaica para producir electricidad, disponemos tambirn de otras muchas soluciones probadas, operativas y disponibles:
- Solar térmica para agua caliente y calefacción. La solar q aprovechamos la ahorramos de electricidad y fósiles.
- Solar termoeléctrica para producir electricidad, con y sin almacenamiento
- Hidráulica de bombeo: es el mejor de los sistemas de almacenamiento de electricidad.
- Biomasa para calefacción y ACS. Tenemos la materia prima asegurada, y es más barata q gas natural o carbón. Hay multitud de plantas entre 1 y 5 MW.
- Biomasa eléctrica: que más decir de la biomasa, y además obtenemos electricidad.
- Microgeneration electrica con almacenamiento: aquí meteríamos cualquier sistemas q nos permita generar electricidad en nuestras casas o empresas y q permita consumo diferido con almacenamiento local. Tenemos la FV con almacenamiento y la microeólica con almacenamiento. Y sin necesidad de "balance neto".
Y por último, en este tipo de artículos se suele olvidar el sistema más efectivo: el ahorro y la eficiencia. Empezando por lo poco razonable q es tener o poner algunas centrales eléctricas, como los ciclos combinados, a muchos cientos de kilómetros de los puntos de consumo.
Por si surge alguna duda sobre lo q es la biomasa, una definición muy fácil: es lo que se quema en los incendios forestales.
Salu2
Shandow
Muy interesante el artículo, considero que el problema no está en las limitantes tecnológicas, que las hay, sino más bien en el enfoque político y económico que nos gobierna. Es fácil validar las trabas que tenemos, pero por ejemplo son las mismas a las que se enfrentó el almacenamiento de datos hace 2 décadas, sin embargo, ya se anuncian memorias micro SD de 1 terabytes, lo que antes eran salones completos, ahora es del tamaño de una uña, para que eso pasara la industria tuvo que enfocarse en ello, por eso me gustan empresas como Tesla, que a pesar de vivir en un bombardeo mediático constante, siguen innovando en un mercado controlado por la dependencia a los combustibles fósiles, si Musk no se hubiera arriesgado el carro eléctrico aún no sería una opción en la actualidad. Por lo tanto, es menester seguir empujando para lograr ese 100%, la única limitante real es la voluntad.
davichuski
Gorona del Viento es una Central que supuestamente iba a abastecer toda la demanda de la isla del Jierro, y que apenas consigue producir algo mas de un tercio de lo necesario
Los dos tercios restantes se generan a base de quemar... wait for it... Diesel!!!!
Lo mejor de todo es el precio del Mwh de la central (75€ en el pool actualmente, en máximos y subiendo) pero en Gorona sale a 440€ el Mwh (al principio 1000€ el Mwh) que pagamos todos. Una solución economicamente viable? de verdad...
KOROtito
Esto se ve fácilmente en los SIMS CITY. Una nuclear produce mucho mas que cualquier otra energia...
pacokiko
La clave esta en mejorar el propio almacenamiento.
belgarath2002
Se puede usar el 100% de la energía necesaria de origen renovable, el que diga que no es porque le interesa que no cambie el modelo actual. No obstante, para poder suministrar la demanda del día habría que aceptar que durante la noche tendrían que estar parados muchos de los aerogeneradores para que no se sobrecargue la red, y eso de tener una inversión parada y sin generar dinero..... como que a los inversores no les gusta.
De todos modos, mucho decimos del precio que nos cobran por la energía, como si los suministradores y generadores fueran los ladrones, cuando resulta que 2 de cada 3 euros que pagamos son de impuestos para el estado; otro asunto a solucionar.
marceloquirico
Buen artículo, pero si me piden una opinión, no es posible un sistema 100to x 100to de energías renovables basadas en el sol y el viento justamente por la intermitencia e inestabilidad de estas fuentes. Además nadie dice que los aerogeneradores comerciales conocidos funcionan en base al principio del generador de inducción, es decir, el motor de inducción funcionando como generador. Estos generadores requieren de una fuente de corriente alterna de base para funcionar que les proporcione energía reactiva para su excitación ya que no la generan por medios propios (los generadores sincrónicos SÍ lo hacen). Reemplazar miles de enormes molinos de viento funcionando con generadores asincrónicos en todo el mundo no es viable económicamente. Si finalmente se usaran generadores sincrónicos en ellos, queda el tema de la frecuencia, que por razones obvias no será constante. Se puede resolver rectificando la corriente trifásica del aerogenerador y alimentar con ella un inversor IGBT para producir una corriente alterna trifásica de tensión y frecuencia constante. Bien, pongamos que con esto ya se resuelve el problema de por sí serio de la sincronización de generadores (e incluso la regulación de tensión) pero queda todavía el tema del almacenamiento para cuando no hay tanta producción por falta de suficiente viente. Las baterías como se ha indicado, no son opciones viables por su costo y finitud (cualquiera sabe que ninguna batería es eterna) por lo que quedaría recurrir a los supercapacitores, pero esta tecnología tampoco está tan desarrollada y dudo que puedan sostener el consumo de toda una región en las condiciones más desfavorables.
¿Cómo se resolverá esto? La generación en base solo a sol y viento es utópica e inviable, más propia de una fantasía ecologista que de una realidad palpable.
Además de la energía eólica y solar, se debería considerar también la energía mareomotriz y la undimotriz, que podrían aportar la generación de base para excitar a los generadores eólicos y regular la tensión y frecuencia del sistema, ya que las mareas y olas existen siempre, y los alternadores pueden regular su velocidad por los métodos ya conocidos. Otra opción sería aprovechar la energía solar y eólica para almacenar energía en celdas de hidrógeno y alimentar los inversores IGBT desde ahí, y ya sería otra la cuestión.
Pero por el momento la generación hidroeléctrica, termoeléctrica y termonuclear son las únicas opciones para mantener una red estable y segura, quizás se podría disminuir el impacto de las centrales termoeléctricas tradicionales si se usara únicamente metano (gas natural) como combustible, ya que es el único hidrocarburo con las menores emisiones de CO2 (el resto de la combustión del metano es vapor de agua, esto es debido a que la molécula de metano posee un solo átomo de carbono y cuatro de hidrógeno, la combustión de un volumen de metano produce un volumen de CO2 y dos volúmenes de agua) y prohibir las centrales a carbón o reconvertirlas para que quemen gas natural.
jaux80
¿No os cansáis ya de repetirnos la misma cantinela, Xataka? Que sí, que la nuclear y las centrales de ciclo combinado de gas os molan. ¿Cuánto tiempo lleváis ya reescribiendo el mismo artículo una y otra vez? Se os ve el plumero de una forma descarada.
anonimoaleatorio
El problema es de verdad la generación o el almacenamiento?
En España, que tenemos km y km de costa (muy ventosa, por cierto, aparte de un mar muy vivo), una orografía envidiable (todo cordilleras, valles y ríos), muchas zonas con más de 250 días de sol al año... muy mal se ha usado toda la riqueza que tenemos.
Eso con respecto a la generación, podemos disponer de casi cualquier cantidad de energía en cualquier sitio de España, sin necesidad de importar a Francia energía nuclear...
Para el almacenamiento, hay opciones bastante básicas. Resulta que los compuestos químicos (de la misma forma que una batería), son capaces de almacenar esa energía: buscad en la wikipedia "Power-to-gas"
Si incluso podemos recuperar restos de procesos de combustión y recombinarlos con ese exceso de energía producido, incluso podríamos producir una cantidad negativa de productos de combustión (CO2 y H2O). En el caso básico de la wiki, usar la electrolisis para almacenar esa energía, recuperada al quemar el hidrógeno de vuelta cuando sea necesario.
Imaginad si podemos reducir el nivel de CO2 en la atmósfera reconvirtiéndolo en metano :-) listo para volver a quemarlo
carl.hernan
Dudo que podamos llegar al punto de que toda nuestra energía sea 100% renovable, pero sí que cada vez más vamos a incorporar fuentes de energía ecológica y sostenible. Además el petróleo pronto llegará a su fin...
richargonzalez
Disminuir el consumo .. es la clave.
togepix
Hablemos claro. El único obstáculo son los lobbies energéticos y los gobiernos con puertas giratorias .
El obstáculo no son las tecnologías , son el poder político y energético .
Fin del artículo .
joseramos3
Aquí en Uruguay hace tiempo que la utopía es realidad y nuestra energía es 100% renovable.