En el post anterior hemos analizado la probable evolución del consumo de energía global en función del previsible crecimiento de la población y crecimiento económico. Incidiendo en el proceso de electrificación de la economía y la cada vez mayor importancia de las energías renovables en este proceso, como resultado del temor al cambio climático y el menor coste de dicho tipo de energía. Aunque también incidiendo en el gran problema actual de muchas estas tecnologías, la no gestionabilidad.
Si tenemos en cuenta que la demanda global de energía primaria en 2018 ha sido de 14.302MToe (millones de toneladas equivalentes de petróleo) , equivalentes a 166.332TWh, y que la electricidad generada alcanzó los 26.672TWh, implica que esta satisfizo únicamente el 16% de de la demanda global de energía primaria. Presentando además la mayoría de la electricidad generada un origen no renovable, procediendo de la energía nuclear y combustibles fósiles, un 73,8% de la generación.
Como se muestra en la figura siguiente, los distintos tipos de energías renovables contribuyeron a un 26,2% de la generación energía, presentando la mayoría origen hidráulico (60%), mientras que la eólica y solar supusieron respectivamente solo el 21% y el 9,16% de la generación de electricidad renovable total.
Figura.- REN21 . Renewables2019. Global Status Report 2019
Esta dependencia de las energías fósiles ha dado lugar a que la generación de electricidad haya originado un volumen de emisiones en 2018 de 13Gtn, suponiendo el 38% de las emisiones de CO2 asociadas al consumo de energía
Hecho que indica claramente que la electrificación de la economía no es suficiente para luchar contra el cambio climático, sino que es necesario incidir sobre el mix de energías primarias a partir de los cuales se genera electricidad. Siendo por tanto evidente, bajo esta perspectiva, la necesidad de sustituir las energías fósiles, ya sea por energía nuclear, o preferentemente por energías renovables.
Realmente se están dando pasos en este sentido, y Bloomberg New Energy Finance (BNEF) estima que en el año 2050 el 64% de la generación eléctrica tendrá origen renovable , siendo el 48% de origen solar y eólico (figura siguiente).
Figura.- How Renewable energywill change Geopolitics
Esta evolución del mix de generación es importante en el sentido de que el volumen de emisiones procedente del consumo de electricidad evolucionará con la composición del mix de energía primaria utilizado. Siendo importante recordar que mientras la maquinaría que utiliza combustibles fósiles sigue utilizando el mismo combustible y contaminando en la misma medida, el origen cada vez más limpio de la electricidad contribuirá a reducir las emisiones procedentes de la maquinaria eléctrica, incluyendo en esta a los vehículos eléctricos (EV).
Sin embargo, la electrificación de la economía, además de ventajas, también presenta potenciales problemas. Entre estos últimos podemos incluir, además de la no gestionabilidad, referida al desequilibrio existente entre demanda y generación, el efecto rebote, y la alteración del modelo de consumo diario.
El perfil del consumo diario se considera estándar a pesar de estar condicionado por la localización geográfica y la estacionalidad, siendo la demanda más estable en climas templados.
El hecho es que durante muchas décadas la evolución diaria de la demanda era bastante predecible y caracterizada por dos picos de demanda diarios más o menos estables, lo que facilitaba la gestión del sistema. Pero la incorporación de energía eólica y solar fotovoltaica ha cambiado el perfil de demanda reflejándose en la denominada “duck curve” o curva del pato, haciendo más complicada la gestión y fiabilidad del sistema.
La cuestión es que el incremento de la capacidad instalada solar fotovoltaica distribuida (minorista) altera la curva de demanda, reduciéndose esta en las horas que brilla el sol, debiendo el administrador de red satisfacer la demanda total menos la energía solar distribuida producida, lo que se conoce como “carga neta”. Esta carga neta también es satisfecha por las energías renovables mayoristas, pero su incorporación al sistema también genera ciertos problemas para las energías de respaldo, que son aquellas que entran en funcionamiento cuando las condiciones meteorológicas impiden generar la suficiente energía renovable como para satisfacer la demanda, reduciendo el hueco térmico, que es la fracción de la generación de electricidad que es cubierta a partir de combustibles fósiles (carbón, gas o fuel).
Este tipo de situaciones da lugar a que en ciertos casos la carga neta se haya hecho negativa, reduciendo los ingresos de los productores, sobre todo los generadores de hueco térmico, al mismo tiempo que cuanta más generación fotovoltaica se genera, se vuelve más pronunciada la “curva del pato” (figura siguiente).
Figura.- Why the duck curve created by solar power is a problem for utilities .
Al hacerse más pronunciada la barriga del pato, las rampas de demanda son más pronunciadas, obligando a los productores a poner en marcha y apagar instalaciones rápidamente, especialmente antes de la noche, cuando la generación solar se reduce y la demanda aumenta rápidamente, lo que se lleva a cabo esencialmente a través de instalaciones de gas natural.
El resultado es que la mayor capacidad renovable instalada da lugar a que las centrales de respaldo se utilicen menos tiempo, es decir, se reduzca su “factor de utilización”, reduciendo sus ingresos, al mismo tiempo que necesitan ser puestas en actividad y apagadas frecuentemente encareciendo sus costes de operación y mantenimiento, además de contaminar más. Cuando además, también es necesario que algunas instalaciones deban encontrarse en funcionamiento como reserva por si se produce algún tipo de accidente o alteración del suministro.
Por tanto, las energías renovables, debido a su carácter no gestionable, al mismo tiempo que contribuyen a reducir el precio de la electricidad, también contribuyen a elevarlo, al tener que subvencionar las energías de respaldo necesarias para poder satisfacer la demanda cuando las condiciones meteorológicas impiden satisfacerla totalmente.
Indudablemente, esta situación será temporal mientras no se fabriquen sistemas de almacenamiento de energía masivos, baratos y fiables. Aunque a su vez, estos sistemas también contribuirán a incrementar los costes del sistema.
Pero el problema de la mayor penetración de las energías renovables no se limita a la gestión de la curva de demanda. El potencial abaratamiento de la electricidad también puede propiciar un efecto rebote, definido como el incremento de la demanda producido por la reducción de precio. Habiéndose estimado dicho efecto entre el 20-60% , amplitud debida a que la demanda se encuentra condicionada por factores económicos, estimándose que este efecto será mayor en las economías en vías de desarrollo que en los países desarrollados, ya que en estos últimos las necesidades básicas de tipo energético ya han sido satisfechas.
Sin embargo, este incremento de demanda también se verá compensado, al menos parcialmente, por una mayor eficiencia provocada por la penetración de las energías renovables, al evitar las pérdidas que se producen en cada una de las fases de conversión de las materias primas en energía útil, que van desde los procesos de extracción, al transporte y refinado.
A lo que habría que sumar el hecho de que una mayor penetración de la energía distribuida (minorista) reducirá las pérdidas por transporte; y también que los motores eléctricos son mecánicamente más simples al presentar menos piezas, siendo su mantenimiento también más simple y barato, presentando este tipo de motores menores pérdidas de energía y mayor eficiencia, lo que contribuye a un menor consumo total de energía, motivo por el que no se requerirá sustituir totalmente la cuota del 80% de combustibles fósiles actual al mismo tiempo que se reduce la intensidad energética.
Indudablemente, dado el problema de gestión planteado, un notable impulso a las energías renovables procederá del desarrollo de sistemas de almacenamiento, que previsiblemente evitará la necesidad de mantener sistemas de respaldo.
En este momento el almacenamiento se lleva a cabo a través de la generación por bombeo (almacenamiento hidráulico) y de baterías, esencialmente de litio. El impulso al desarrollo de baterías se ha visto beneficiado por la mayor penetración del vehículo eléctrico (EV). De hecho, los precios de las baterías de Li se han hundido un 85% desde 2010, pasando desde 1.160$/KWh a 176$/KWh en 2018, estimándose que podrían llegar a caer hasta los 100$/KWh en 2024.
La situación podría resumirse en que la electrificación de la economía es imparable y se acompañará de una cada vez mayor penetración de las energías renovables, penetración que dependerá del desarrollo de sistemas de almacenamiento de energía masivos. Sin embargo, en el camino habrá que salvar ciertos obstáculos, como la gestión del sistema derivada de la no gestionabilidad de gran parte de las energías renovables, que implica la dependencia de las energías fósiles como sistema de respaldo, lo que contribuye a incrementar los costes del sistema debido a los reducidos factores de utilización de estas tecnologías.
En cualquier caso, muchos países, a pesar de los costes y de que el desarrollo científico no permite que el consumo de energía sea todavía limpio 100%, están impulsando la penetración de las energías renovables en generación eléctrica. Entre ellos podemos mencionar Alemania y España.
Alemania, ha impulsado el cambio a través del proyecto Energiewende, que ha representado los últimos años un coste de unos 32.000 mill euros anuales , estimándose que hasta el año 2025 el proyecto costará 520.000 mill euros.
Estas inversiones han permitido incrementar la generación renovable del país hasta suponer el 35% de la generación eléctrica. Sin embargo, debido a que la reducción progresiva de la generación nuclear está siendo sustituida por carbón, no se reducen las emisiones de CO2 . Cuando además es interesante resaltar que estas políticas han logrado que el precio mayorista de generación sea el menor de Europa y el precio minorista de los mayores.
En España ha ocurrido algo semejante, ya que la burbuja descontrolada de las primas a las energías renovables ha encarecido notablemente los costes fijos de la electricidad a través del déficit de tarifa y de otros factores no tan conocidos como los pagos por capacidad y probablemente, y en menor medida, los pagos por interrumpibilidad, incrementando la factura eléctrica.
Esta situación ha contribuido a generar pobreza energética, que será en parte paliada a través del bono social eléctrico, que implica reducciones de la factura de entre el 25% y 100% en función de las condiciones de vulnerabilidad. Corriendo a cargo este bono de las empresas de generación y comercializadoras, lo que en realidad supone que estas repercuten el coste sobre el resto de consumidores, dando lugar a un sistema de subvenciones cruzadas en que el resto de consumidores financia el bono social suponiendo en realidad un impuesto más al consumo.
Quizá lo triste en nuestro país es que los resultados de las buenas intenciones se ven destrozados por la incompetencia en la gestión. Poniendo gran empeño los políticos en luchar contra una pobreza energética que ellos mismos han contribuido a crear.
Es indudable que se producirá una mayor electrificación de la economía en que las energías renovables tienen mucho que decir, pero ello no excluye que sea esencial desarrollar una estrategia sensata de transición energética. Siendo de destacar que en este momento se plantea, en el marco estratégico de Energía y Clima, una inversión de 236.000 mill de euros en un periodo de diez años, por lo que esperemos que no se repitan errores del pasado.
