ELECTRICIDAD DE ORIGEN RENOVABLE Y CAMBIO CLIMÁTICO

ELECTRICIDAD DE ORIGEN RENOVABLE Y CAMBIO CLIMÁTICO

Mientras escribo estas líneas (noviembre de 2022) se está celebrando en Sharm el Sheij (Egipto) la COP27, la 27ª edición de la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Cambio unas conferencias anuales que se celebran en el ámbito de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (CMNUCC) y que sirven como reunión formal de las Partes de la CMNUCC (Conferencia de las Partes, COP) para evaluar el progreso en el tratamiento del cambio climático.

Año tras año en las diferentes COP se ha insistido en la descarbonización de la economía, es decir, la reducción de las emisiones de CO2 asociadas a la actividad humana (o a algunas actividades, supongo que sabéis de la polémica alrededor del caos aéreo provocado por los aviones de los asistentes a la COP27, incluidos más de 400 jets privados).

Descarbonización y electrificación de la economía

Uno de los medios propuestos para lograr la descarbonización es el abandono del uso de los combustibles fósiles, sustituyendo su empleo por la electricidad (es lo que se conoce como la electrificación de la economía) en aquellos usos donde sea posible, por ejemplo, calefacción doméstica, coches eléctricos, generación de calor para determinados procesos industriales, etc. Pero para que esta solución sea aceptable, no nos vale “cualquier electricidad”, esta tiene que ser “verde”, es decir, que su generación implique bajas emisiones de CO2 (ojo, bajas, no nulas ya que cualquier actividad humana implica emisiones de CO2 ¡incluso mientras respiras!) y de origen renovable.

La tarea no es sencilla. En España, los combustibles fósiles suponen el 74% de nuestro consumo total de energía primaria (42% petróleo, 20% gas natural, 12% carbón).

Sin embargo, el público general asocia electricidad verde con electricidad “0 emisiones” y generalmente encuadra en esta categoría sólo a la electricidad de origen fotovoltaico y eólico, olvidándose curiosamente de otras tecnologías renovables, como la veterana generación hidroeléctrica, la solar térmica, la geotérmica, la biomasa, etc porque sólo considera las emisiones debidas a la propia generación de energía eléctrica obviando otros factores. Por eso para comparar distintas tecnologías de generación el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) prefiere hablar de gCO2eq/kWh  (si queréis saber más sobre el tema os recomiendo este otro post).

La variabilidad de la generación renovable

Frente a otras tecnologías de generación, el principal inconveniente de la generación renovable más extendida es la variabilidad de su producción, y para poder evaluarla hablaremos del Factor de capacidad o factor de planta.

Factor de capacidad o de planta

El factor de capacidad de una central eléctrica es el cociente entre la energía producida durante un determinado periodo de tiempo (generalmente un año) y la energía que podría haber generado si funcionara a plena carga durante ese mismo periodo, expresado en %.

El factor de capacidad nunca es del 100%, ya que se ve afectado por:

  • Las operaciones de mantenimiento, ya sean previstas o como consecuencia de una avería inesperada que obliguen a reducir la producción o desconectar la planta de la red.
  • La ausencia de demanda de electricidad que -si no existe algún sistema de almacenamiento- obliga a los administradores de la red eléctrica a disminuir o parar la producción en algunas unidades.
  • La intermitencia o irregularidad de la fuente de energía primaria (el sol, el viento o el agua en el caso de las energías solar fotovoltaica y termosolar, la eólica y la hidráulica o falta de combustible en las centrales térmicas convencionales).
  • La falta de capacidad de las líneas de distribución, de manera que al no poder evacuarse la producción, esta debe limitarse o interrumpirse. Es lo que se conoce como curtailment
  • Las pérdidas debidas a equipos eléctricos como inversores, líneas de transmisión internas, etc.
  • Otras pérdidas debidas por ejemplo a sombras en el caso de energía solar.
TecnologíaFactor de capacidad típico
Eólica10% – 40%
Fotovoltaica10% – 30%
Hidroeléctrica60%
Nuclear60% – 90%
Carbón70% – 90%
Gas60%
Tabla 1. Factores de capacidad típicos para distintas tecnologías de generación. Fuente: WIKIPEDIA

De los factores antes mencionados, para el caso de la generación fotovoltaica y eólica podemos esperar mejorar algunos (la hidroeléctrica es una tecnología veterana, por lo que no son de esperar mejoras importantes): ubicaciones óptimas (más horas de sol al año, sin sombras, regímenes de viento adecuados y continuos, sin obstáculos), mayor eficiencia de los paneles, aerogeneradores más potentes y eficaces capaces de conseguir buenas cifras de producción con un rango amplio de velocidades de viento, mejora de la red de distribución para evitar el fenómeno del curtailment y no desperdiciar capacidad de producción, desarrollar capacidad de almacenamiento para conservar los excedentes de producción (días soleados con poco consumo) y aprovecharlos en los momentos de poca o nula producción (durante la noche o en picos de consumo para no recurrir a los ciclos combinados)… pero el principal factor limitante seguirá siendo la variabilidad del recurso renovable, es decir, la radiación solar en el caso de la energía solar (fotovoltaica y termosolar), la velocidad del viento en el caso de la eólica y la disponibilidad de agua en el caso de la hidroeléctrica.

Estos factores de capacidad también se ven influidos por el modo en cómo se utilizan las centrales de generación de cada tipo de tecnología. Los siguientes son datos de 2019 para España, que consideraremos como referencia (es antes del COVID-19, no hay precios desbocados del gas, etc).

TecnologíaPotencia instalada en 2019 (GW)Energía generada en 2019 (GWh)Factor de capacidad
Eólica25,70854.245,0024,15%
Fotovoltaica8,7499.252,0012,10%
Hidráulica17,09924.719,0016,55%
Turbinación bombeo3,3311.646,005,66%
Nuclear7,11755.824,0089,79%
Carbón9,68312.671,0014,98%
Ciclo combinado26,2555.242,0024,09%
Tabla 2. Datos de 2019 de España de potencia instalada, energía producida y factor de capacidad para distintas tecnologías de generación. Fuente: REE

Como explicábamos en este post, las nucleares suponen la generación de base del sistema, ya que por su diseño prácticamente sólo tienen dos modos de funcionamiento: produciendo al 100% o paradas, ya sea por recarga (cada 12, 18 ó 24 meses) o por algún incidente.

En cuanto a las renovables, se utiliza todo lo que puedan generar, y el déficit entre generación nuclear+solar+eólica y la demanda se cubre principalmente con hidroeléctrica y generación térmica -por eso se conoce como Hueco Hidrotérmico–  sobre todo centrales de ciclo combinado de gas natural y si fuera necesario, con carbón, aunque en España el aporte de la generación térmica con carbón se ha reducido mucho en los últimos años, ya que no resultaba competitiva, lo que ha llevado al desmantelamiento de muchas de estas centrales.

Vemos como la nuclear, con poco más de 7GW de potencia, es capaz de generar 55.824,00 GWh. Para generar un poco menos (54.245,00 GWh), la potencia eólica instalada es de casi 26 GW, unas 3,5 veces la nuclear.

¿Cómo puede afectar el cambio climático a la generación renovable?

Al depender de la meteorología y el clima, parece lógico que el Cambio Climático afecte de alguna manera a la generación renovable. Además, parece que el área del Mediterráneo es la más amenazada de toda Europa por los efectos del Cambio Climático.

Hidráulica

Empezaremos con la tecnología de generación eléctrica en la que parece más evidente la influencia del Cambio Climático con el fenómeno de la sequía.

Este año 2022 está siendo en general particularmente seco en todo el país, incluso en regiones no habituadas a padecer este problema que periódicamente suele darse en el sur.

Imagen 1. Agua embalsada, situación por Comunidades Autónomas a fecha 15/11/2022. Fuente Embalses.net

La siguiente gráfica puede servir para ver lo anómalo de la situación actual:

Gráfica 1. Datos semanales de agua embalsada en España para los años 2020, 2021, 2022 y valores medios en los últimos 10 años. Fuente Embalses.net

El año pasado, ya hubo polémica con el vaciado de pantanos para producir electricidad cuando el precio del gas empezó a dispararse (recordemos que el mercado eléctrico es marginalista, y que el precio de la tecnología de generación necesaria para cubrir la demanda que resulte más cara fija el precio que recibirán el resto de las tecnologías). Obviamente, este año 2022 en el que continúan las bajas precipitaciones y se parte de menores reservas, la aportación de la hidroeléctrica es menor.

Gráfica 2. Datos de generación hidroeléctrica en España entre 2012 y mediados de noviembre de 2022. Fuente: REE.es

Los científicos coinciden en que la sequía será un riesgo muy relevante en el área del Mediterráneo. Las predicciones apuntan a un aumento considerable de las sequías: por cada grado que aumente la temperatura veremos reducidas las lluvias un 4%.

Imagen 2. Riesgo de sequía en el mundo según informe de la COP26. Podemos ver como para la Península Ibérica el riesgo es alto. Fuente: AFP

Periodos de sequía más largos y frecuentes, y temperaturas más altas (mayor evaporación) reducirán la cantidad de agua embalsada y el caudal de los ríos, lo que reducirá la energía aportada por la generación hidroeléctrica.

Fotovoltaica

Aunque para su funcionamiento no necesita agua, tampoco será inmune al Cambio Climático que podría afectar a esta tecnología de distintas maneras:

  • El incremento de las temperaturas, resulta que el rendimiento de los paneles solares se reduce a temperaturas altas. El frío no afecta al rendimiento, pero investigaciones del MIT estiman que, de media, la producción de energía fotovoltaica se reduce en un 0,45% por cada grado de aumento de la temperatura. Así, temperaturas de más de 30º C pueden llegar a reducir la eficiencia de las placas solares en un 10%. La temperatura ideal para una producción de energía óptima se sitúa entre los 20 y 25º C.
  • La disminución de la irradiación solar y su mayor intermitencia, hay estudios en los que se apunta a variaciones en la circulación atmosférica y a una mayor nubosidad provocada por la mayor evaporación de agua como consecuencia de las temperaturas más altas.
  • El aumento de la cantidad de partículas en suspensión en la atmósfera, debido a la mayor aridez de los terrenos secos. Este polvo flotando en el aire reduce la cantidad de luz solar que incide en los paneles fotovoltaicos, además de depositarse sobre ellos reduciendo su eficiencia.

La siguiente gráfica muestra cómo se ha distribuido la generación fotovoltaica durante los últimos años. Puede verse que sigue una tendencia con forma de parábola, con los mínimos en invierno (a principios y finales de año cuando las horas de sol son menos y el tiempo suele ser nuboso) y los máximos en los meses centrales (aunque las altas temperaturas del verano reduzcan el rendimiento de los paneles, este fenómeno se compensa por el mayor número de horas de sol).

Gráfica 3. Datos mensuales de generación fotovoltaica en España entre 2020 y mediados de noviembre de 2022. Fuente: REE.es

El lector más suspicaz tal vez haya visto algo curioso en marzo de 2022. Cuando el inicio de la primavera debía suponer un aumento en la producción fotovoltaica hay una reducción de la misma. En la siguiente gráfica se aprecia mejor.

Gráfica 4. Datos diarios de generación eléctrica fotovoltaica en España a lo largo de 2022. Fuente: REE.es

Esto se ha debido a que el mes de marzo de 2022 ha sido el marzo menos soleado en los últimos 39 años. Este mes se recordará sobre todo por los episodios extremos de calima y lluvias de barro, que afectaron prácticamente a todo el país y redujeron la generación solar, tanto fotovoltaica como termosolar.

Imagen 3. Panel fotovoltaico cubierto de polvo sahariano tras las lluvias de barro tan frecuentes en marzo de 2022.
Imagen 4. El Peñón de Gibraltar desde La Línea de la Concepción (ciudad de residencia del autor) durante lo peor del fenómeno. Fuente: Diario Área del Campo de Gibraltar (galería de fotos)

Eólica

La energía eólica tampoco se escapa de los efectos del Cambio Climático, que puede provocar cambios en las circulaciones atmosféricas y “sequías” de viento. Hay que destacar que la producción de un aerogenerador es proporcional al cubo de la velocidad del aire, por lo que una pequeña variación de la velocidad tiene un gran efecto.

Gráfica 5. Generación eólica mensual en España entre 2020 y noviembre de 2022. Fuente: REE.es

En la gráfica anterior puede verse que la generación eólica sigue una forma similar a una parábola invertida (una U), con los mínimos en los meses centrales del año.

En 2021, en zonas de Europa central y del noroeste, las velocidades del viento fueron inusualmente bajas, con algunas de las velocidades más bajas registradas en los últimos 40 veranos, según el Servicio de Cambio Climático de Copernicus (C3S). En algunos lugares del Reino Unido, la República Checa, Irlanda, Alemania y Dinamarca las velocidades del viento anuales fueron incluso un 10% más bajas que la media de los últimos 30 años, como muestran los datos del C3S.

Aunque la sequía eólica del año pasado se asocia principalmente a la variabilidad del clima es importante mencionar que el cambio climático puede jugar un papel fundamental a la hora de influir en el régimen de vientos a largo plazo, y por lo tanto en la producción esperada para un determinado parque eólico. El Sexto Informe de Evaluación del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático de las Naciones Unidas sugiere que hay una probabilidad del 80% de que la media de velocidades del viento en la región de la Europa mediterránea disminuya, y una probabilidad del 50% de que ocurra lo mismo en el norte de Europa si la temperatura global aumenta 2ºC más allá del 2050. Esto se explica por el recalentamiento del Ártico cuya temperatura está aumentando mucho más rápidamente que en las latitudes inferiores, con lo que la diferencia de temperatura se reduce y disminuye el viento.

El viento son corrientes de aire que se mueven entre zonas de distintas presiones (de zonas de altas presiones hacia zonas de bajas presiones) y estas diferencias de presión se deben a la temperatura (el aire caliente es más ligero y tiende a elevarse, provocando la bajada de la presión, mientras que el aire frío es más pesado por lo que es responsable de las altas presiones).

¿Puede el cambio climático hacernos depender más de tecnologías de generación sucias?

Poco más o menos era así como titulaba un reciente post en mi LinkedIn, que publiqué a raíz de la noticia de elEconomista.com titulada “La sequía obligará a parar por primera vez en su historia la mayor central hidroeléctrica de Endesa

La verdad es que llevaba tiempo queriendo escribir sobre el tema pero no había tenido oportunidad para sentarme a preparar algo, así que cuando recientemente apareció en mi feed de LinkedIn esta noticia, la compartí junto con algunas de mis reflexiones,porque aunque era una publicación muy breve, creo que encierra una realidad importante sobre la que había que reflexionar.

Imagen 5. Post en LinkedIn que desarrollo en esta publicación en MyTips

Ejemplos recientes no nos faltan (todos de este año):

Los recursos energéticos de Noruega ya no se pueden exprimir más para salvar a la UE artículo de ElConfidencial.com de 23/08/2022 sobre las limitaciones de Noruega para exportar más gas natural y electricidad que en un 90% es de generación hidroeléctrica. Un invierno con menos nieve de lo habitual y una primavera sin lluvias han dejado las reservas de agua solamente a la mitad de su capacidad, cuando lo habitual es que sobrepasen el 75% tras el deshielo.

Apagones industriales en China: el calor y la sequía obligan a racionar la energía por el riesgo de suministro, artículo de ElEspañol.com de 17/08/2022. En medio de una ola de calor -que en el momento de la noticia duraba ya 64 días- el consumo eléctrico disparado obligó a las autoridades chinas a parar varias fábricas para reducir el consumo ya que la sequía había reducido la producción hidroeléctrica. No se descartaba que la medida se trasladara también a los hogares, mediante cortes eléctricos selectivos y temporales. Esto ha hecho a China depender más de la generación de las centrales que queman carbón.

¿Hará eso que dependamos más de las tecnologías “clásicas” y peor vistas mediambientalmente, supuestamente menos dependientes de la meteorología? Podría ser, ya lo hemos visto a lo largo del año pero tampoco estas se han visto libres de problemas causados o agravados por la meteorología:

La caída de la capacidad de producir energía por la sequía obliga a España a consumir más gas, artículo en Público.es de 14/09/2022. Los datos oficiales del MITECO revelan que la capacidad de producir energía de las centrales hidráulicas estaba ya un 8,5% por debajo de los niveles de 2021 por las mismas fechas. Los pantanos que producen energía tienen actualmente la posibilidad de producir hasta 3.928 GWh, mientras que el año pasado llegaban a los 4.950 GWh, de acuerdo con las estadísticas oficiales del Boletín Hidrológico Peninsular

La sequía en el río Rin pone en riesgo el transporte de mercancías en Alemania, artículo de ElPais.com de 16/08/2022. La sequía compromete las cadenas de suministro de Alemania, pero también el suministro de energía eléctrica yaque Alemania pretendía aumentar el uso del carbón -que se transporta mayoritariamente a través de vías fluviales- para reemplazar el gas ruso.

Alemania prioriza el transporte de energía: el carbón antes que los pasajeros por la crisis y la sequía, en este artículo de ElMundo.es fechado el 25/08/2022 ahonda en los problemas enumerados en el anterior enlace, hasta el punto de plantear conceder más prioridad al transporte de carbón en tren o en barcazas frente al transporte de pasajeros.

Francia activa un plan de sequía para algunas centrales nucleares, artículo del 18/07/2022 en ElPeriódicodelaEnergía.com. A la crisis energética del país vecino provocada por su excesiva dependencia de la nuclear y la indisponibilidad de muchos de sus reactores (32 parados de los 56 totales) por mantenimiento rutinario, problemas de corrosión en unos y revisión en otros similares,  se unió este verano la sequía y las altas temperaturas. Para aliviar la situación las centrales de Golfech, Blayais y Saint Alban recibieron autorización para verter a los ríos el agua de refrigeración de sus reactores a una temperatura superior a la que establece la normativa medioambiental que está en vigor desde 2006 y que establece unos límites de temperatura para preservar la fauna y la flora de los ríos. Posteriormente, esta autorización se extendió a las centrales de  Bugey y Tricastin.

En España, las centrales nucleares no vierten el agua que se utiliza en el reactor directamente a los ríos, sino que previamente pasa por las torres de refrigeración, por eso aunque aquí suframos de episodios de olas de calor y/o sequías con mayor frecuencia que Francia, por el momento ninguna central nuclear española ha tenido que bajar su potencia por culpa de estos fenómenos.

Francia vuelve a encender la última térmica de carbón para producir electricidad debido a la crisis, noticia del 29/11/2022 en Euronews.com. La central térmica de carbón de Saint.Avold debía haber cerrado definitivamente a finales del pasado invierno, pero la actual crisis energética ha hecho que el gobierno francés prorrogue su funcionamiento.

Relacionadas con España:

La generación de energía renovable caerá este año y perderá el record de 2021, noticia del 18/11/2022 en El Periódico de la Energía que destaca que la generación eléctrica de las renovables en España ha caído en lo que va de año cerca de un 5 % respecto al mismo periodo de 2021 debido principalmente por la reducción de la producción hidráulica a causa de la sequía y a pesar del récord que ha registrado la producción de energía eólica.  Los ciclos combinados -que emplean gas para producir electricidad- se han convertido en la primera tecnología de generación en el país, por delante incluso de la nuclear.

REE pide aplazar la revisión de centrales para reducir el riesgo de apagones, noticia del 22/11/2022 en El Economista.es, según la cual Red Eléctrica envió una carta a las principales eléctricas en septiembre, pidiendo que retrasasen los mantenimientos previstos de sus centrales de ciclo combinado para incrementar los niveles de seguridad.

El uso de gas para electricidad se disparó en octubre mientras industria y hogares redujeron su consumo y el de combustible, noticia del 01/12/2022 en 20minutos.es. La falta de generación hidráulica y eólica ha tenido que compensarse con la generación de los ciclos combinados que consumen gas.

As Pontes o la paradoja climática, reportaje de El Confidencial en el que destaca como en plena COP27 la mayor central térmica de España volvió a reactivarse, a pesar de que debió apagarse definitivamente en 2021.

Conclusiones

  • Una de las opciones – sí, no es la única- para lograr la descarbonización es la electrificación, de manera que la electricidad sustituya algunos de los usos de los combustibles fósiles.
  • Una mayor electrificación de la economía nos hace más dependientes de la electricidad. Actualmente, la coincidencia temporal de una serie de circunstancias ha generado en Europa una verdadera preocupación porque la actual demanda eléctrica no pueda satisfacerse. ¿Qué pasará en el futuro con una demanda eléctrica aún mayor?
  • La electrificación de la economía implica aumentar la capacidad de generación de electricidad “verde”, de origen renovable, en un factor múltiplo de la capacidad de generación “sucia” que se pretende reemplazar, debido al reducido factor de capacidad de la generación renovable.
  • Por su naturaleza, la “materia prima” (radiación solar, agua, viento) utilizada por la generación renovable de la que suele hablarse generalmente (solar fotovoltaica, hidráulica y eólica) es más susceptible a posibles efectos negativos del Cambio Climático; olas de calor, cambio en los regímenes de viento, sequías…
  • Es necesario desarrollar otras tecnologías de generación renovable: biomasa, geotermia, undimotriz, mareomotriz, corrientes marinas
  • Si no se invierte en capacidad de almacenamiento y mejora de la red de distribución, una mayor electrificación de la economía obligará a una mayor capacidad de generación de respaldo basada en tecnologías sucias a fin de mitigar la variabilidad de la generación “verde” y asegurar el suministro eléctrico.

Para saber más

  • Embalses.net, web que recoge el estado de los embalses y pantanos de España.

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Víctor D. Parra

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