El futuro de las energías renovables

SVEN TESKE

 

Descarga Caminos hacia la sostenibilidad S.M.A.R.T. (PDF)

 

La eficiencia es un proceso en el que se hace «más con menos». Para alcanzarla, se pueden tomar medidas tanto en casa como en las empresas y las industrias, actualizando o sustituyendo determinados sistemas o aparatos, que ahorrarán dinero y energía

¡Cuidado al saltar!: la interconexión de las infraestructuras energéticas

Durante las últimas décadas se ha registrado un considerable desarrollo de las energías renovables (ER), cuyas tecnologías ya están maduras. En concreto, las energías eólica y solar fotovoltaica han alcanzado economías de escala a través de la interacción de programas de fomento del mercado, mejoras tecnológicas y producción en serie. Las energías renovables han logrado convertirse en un sector convencional. Sin embargo, si tenemos en cuenta el enorme potencial global de todas ellas, su volumen en el mercado actual solo permite atisbar lo que podrían ser en el futuro. Aunque la eólica y la solar fotovoltaica dominan los debates sobre energías renovables, las tecnologías disponibles presentan una enorme variedad y a cada una de ellas se le pueden dar usos muy concretos.

Hacia una cuota global del 100% para las energías renovables

El Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) publicó en 2012 la recopilación de datos más exhaustiva sobre energías renovables de que disponemos hasta la fecha: el Special Report Renewable Energy (SRREN). Según este informe, la demanda energética total de China o de Europa en la actualidad podría cubrirse, multiplicada por 2,5, con las tecnologías disponibles hoy en día para generar energías renovables, en tanto que África podría incluso cubrir 200 veces la energía que se consume actualmente mediante renovables. En consecuencia, este potencial alternativo no constituye hoy un factor que limite el pleno abastecimiento global.

A pesar del enorme potencial de las renovables, hay que hacer más con menos

Utilizar eficientemente la energía es más barato que producirla de cero y suele tener muchas otras ventajas. Por ejemplo, una lavadora o un lavavajillas eficientes utilizan menos energía y también ahorran agua. La eficiencia en la construcción no va en contra de la comodidad, sino que debería ofrecer una comodidad todavía mayor. Por ejemplo, una casa bien aislada será más cálida en invierno, más fresca en verano y más sana para sus habitantes. Un frigorífico eficiente es más silencioso, no tiene escarcha dentro ni condensación fuera, y probablemente dure más. Una iluminación eficiente proporciona más luz donde se necesita. En consecuencia, es realmente mejor describir la eficiencia como un proceso en el que se hace «más con menos». Para alcanzarla, se pueden tomar medidas tanto en casa como en las empresas y las industrias, actualizando o sustituyendo determinados sistemas o aparatos, que ahorrarán dinero y energía. Sin embargo, los principales ahorros no proceden de medidas acumulativas, sino de una reformulación conceptual completa de «toda la casa», «todo el coche» o incluso «todo el sistema de transporte». De esta forma, las necesidades energéticas pueden con frecuencia reducirse en un 40%. La eficiencia energética se asienta en los siguientes pilares:

  • La aplicación de las mejores tecnologías constatadas y de ciertas tecnologías emergentes a través de criterios de eficiencia energética.
  • Cambios de comportamiento, como reducir la temperatura media en las habitaciones.
  • Cambios estructurales, como el tránsito de los coches individuales alimentados con combustibles fósiles a los transportes públicos eléctricos.
  • La sustitución de equipos e instalaciones al final de su ciclo vital (económico), pasando, por ejemplo, a la iluminación mediante LED.

En consecuencia, la eficiencia energética no constituye un sector homogéneo y comprende una amplia gama de tecnologías y medidas. Aunque los mercados de energías renovables se puedan definir claramente a través de un pequeño número de parámetros técnicos y financieros, resulta difícil medir el desarrollo de esa eficiencia. Sin ella, la demanda anual global aumentaría respecto a la actual entre 251 y 826 EJ (exajulios). Dicho de otro modo, las medidas de eficiencia energética de los últimos 25 años han ahorrado una cantidad de energía igual a la demanda conjunta de China, la India y Europa. Entre 1990 y 2014, la intensidad de las fuentes globales de energía primaria no dejó de caer a una media anual del 1,5%. En 2015, la intensidad energética fue más de un 30% inferior a la de 1990. Con todo, el crecimiento económico global ha sido mucho mayor, lo cual ha generado un crecimiento neto constante de la demanda energética, que entre 1990 y 2014 aumentó en un 56%, situándose en un índice de crecimiento anual del 1,9%.

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Cambios sectoriales

Dentro de la industria energética, el sector eléctrico fue el que más rápidamente cambió en la última década. En la actualidad, la energía eólica es una de las técnicas nuevas más baratas de producción de electricidad y, en muchos países, la solar fotovoltaica ha alcanzado la paridad de red. En 2015, una de cada dos centrales eléctricas de nueva planta funcionaba con energías renovables. La eólica y la solar fotovoltaica han registrado un desarrollo extraordinario, que ya ha cambiado de manera ostensible el funcionamiento de los servicios públicos.

En 2015, el consumo de energía para generar calefacción representaba en torno a la mitad del total del consumo energético mundial, en tanto que, en la década pasada, el consumo mundial de energía productora de calor solo se incrementó a una tasa anual de menos del 1%. Sin embargo, la demanda de refrigeración continúa aumentando gracias a un mayor acceso a la energía, sobre todo en países en desarrollo de clima cálido, y al aumento de las temperaturas medias globales. Además, al incrementarse tanto el número de edificios eficientes de alto consumo energético como los ejemplos de arquitectura solar pasiva, se reduce la demanda de calefacción. En el sector de la construcción, la biomasa y la energía solar térmica proporcionan la inmensa mayoría de la calefacción renovable actual. Al contrario que en el sector eléctrico, las cifras de las que disponemos para el de generación de calor son incompletas. Según los cálculos actuales, la cuota que ocupan la biomasa y la energía solar térmica en el total de la calefacción para inmuebles se sitúa entre el 7 y el 10%. La bioenergía domina la producción de calor renovable en el sector industrial, con una cifra de alrededor del 10% de la demanda total.

Aunque la producción de energía renovable continúa registrando índices de crecimiento de dos dígitos, mucho más lento ha sido el desarrollo de las tecnologías renovables de calentamiento y refrigeración. En parte, esto se debe al pequeño tamaño de las empresas del sector, así como a procesos de toma de decisiones que afectan sobre todo a los consumidores. El crecimiento de este sector se ha visto asimismo obstaculizado por políticas de apoyo a las renovables que, dada su complejidad, también han sido menos en cantidad.

El sector más difícil para el cambio de los combustibles fósiles a las energías renovables es el del transporte. Tres son los principales puntos de acceso de dichas energías a este sector: la utilización de biocombustibles líquidos puros y su mezcla con combustibles convencionales; el incremento del número de vehículos que utilizan gas natural y el de infraestructuras que pueden activarse con biocombustibles gaseosos; y la electrificación creciente del transporte. En 2015, el uso de energías renovables para transporte atrajo una mayor atención internacional. La transición hacia un consumo energético 100% renovable debe partir de una transformación tecnológica y modal. Tres son las principales medidas necesarias para crear un sistema de transportes futuro más eficiente desde el punto de vista energético, y más sostenible, y se centran en:

  • La reducción de la demanda de transporte.
  • El cambio de los «modos» de transporte (para pasar de una intensidad energética alta a otra baja).
  • La mejora de la eficiencia energética a través del desarrollo tecnológico.

Al resto de la demanda energética tendrá que responder la producción de biomasa sostenible: una propulsión eléctrica que sustituya los motores de combustión en múltiples vehículos. Hay medios de transporte que no pueden electrificarse con las tecnologías disponibles: sobre todo buques y aviones, pero tampoco los camiones de gran tonelaje y los vehículos para la construcción. En consecuencia, habrá que sustituir los combustibles fósiles por combustibles sintéticos, hidrógeno y metano, producidos con fuentes de energía renovables. Para fabricar esos combustibles hace falta electricidad, lo cual incrementará considerablemente su demanda futura. La Agencia Europea de Medio Ambiente (AEMA) encargó una evaluación que calculara los impactos futuros, tanto de una mayor utilización de los vehículos eléctricos en el sistema energético europeo como de las consiguientes emisiones en la red de transporte y los sectores energéticos afectados. Si en Europa el porcentaje de vehículos eléctricos llegara al 80% en 2050, la demanda de electricidad aumentaría considerablemente. Según esa investigación, en el conjunto del consumo eléctrico europeo, la cuota de los vehículos eléctricos pasaría de estar alrededor del 0,03% en 2014, a entre el 4 y el 5% en 2030, alcanzando el 9,5% en 2050. En este último año las centrales eléctricas tendrían que producir 150 GW más para poder recargar las baterías de los coches eléctricos de la Unión Europea. Además, sería preciso integrar este aumento de la demanda en las redes de suministro energético de toda Europa. En consecuencia, lo esencial aquí es saber cuánta electricidad se necesita, qué tipo de producción se utiliza para cubrir el incremento de la demanda y cómo se solventarán los picos de consumo.

Cómo compensar la producción variable de energía eólica y solar con una gestión y un almacenaje intersectoriales

En la actualidad, el sector eléctrico, el de transporte y el de calefacción son en gran medida independientes, ya que sus fuentes de energía e infraestructuras son distintas. En tanto que el eléctrico se limita a la red de distribución, el de la calefacción depende en buena parte de las redes generales de provisión de gas y, en algunos casos, de redes de conducción de distrito. En la actualidad, el sector del transporte no está conectado ni con el eléctrico ni con el de la calefacción, y la infraestructura que precisa para abastecerse de energía, centrada en el crudo, se sirve de petroleros, oleoductos y gasolineras. El transporte público ya está vinculado al eléctrico, ya que los trenes, tranvías y metros utilizan energía eléctrica.

Al incrementarse la electrificación, el sector eléctrico irá poco a poco fusionándose con los de la calefacción y el transporte. Al mismo tiempo, las renovables no precisan de combustibles fósiles, lo cual tendrá una gran influencia en las empresas extractoras de petróleo, gas y carbón.

Finalmente, puede que la producción de electricidad por medios renovables, sobre todo la solar fotovoltaica, se acerque a los consumidores y que, si continúan proliferando las descentralizadas energías renovables, se genere por medio de pequeñas unidades más cercanas a la demanda. En este caso, la capacidad de una central eléctrica convencional, única y centralizada, se distribuiría en varios cientos de lugares, para lo cual habría que cambiar profundamente el modelo de negocio de los servicios públicos tradicionales.

Tendencias tecnológicas para una gestión renovable de la electricidad

El incremento de la cuota de las energías renovables en el sector eléctrico exige más cambios en las infraestructuras y una nueva gestión de las redes de distribución. Sin embargo, la integración de tecnologías de producción energética renovable en los sistemas actuales es una tarea similar en todos los sistemas del mundo, independientemente de que sean grandes, centralizados o insulares. Se necesita una rigurosa planificación de futuro para garantizar que la producción disponible siempre responda a la demanda. Además de equilibrar en todo momento la oferta y la demanda, la red eléctrica debe ser capaz de satisfacer criterios de calidad energética concretos, como el voltaje y la estabilidad de la frecuencia, que pueden exigir la incorporación al sistema de nuevos equipos técnicos y también el apoyo de diversos servicios auxiliares. Además, los sistemas eléctricos deben ser capaces de solventar emergencias como cortes súbitos del abastecimiento, en caso de avería en una unidad de generación, o interrupciones del sistema de transmisión.

La integración de la energía renovable en una red inteligente transforma la necesidad de producción de carga base. En lugares como España, Dinamarca, Alemania y el sur de Australia hay días en los que los parques eólicos y solares ya proporcionan más del 30% de la demanda diaria. Esto redefine la necesidad de producción de carga base, de manera que, para responder día y noche a la demanda, es necesario contar con diversos proveedores de energía flexible (solar fotovoltaica con gas, geotérmica y eólica) y también gestionar la demanda. Esa combinación de tecnologías puede generar flexibilidad en el abastecimiento de electricidad, pero exige un cambio considerable de los modelos de negocio de los servicios públicos.

Tecnologías de almacenamiento: el enfoque en cascada

Una vez que la cuota de electricidad producida por medios renovables supere el 30-35%, será necesario, tanto almacenar energía para compensar la posible escasez de generación como acumular los posibles excedentes eléctricos producidos durante períodos ventosos o soleados. Hoy en día disponemos de tecnologías de almacenaje para diferentes fases de desarrollo y distintos tamaños de proyecto, además de para responder a las necesidades que presenta el almacenaje de energía a corto y a largo plazo. Las tecnologías que proporcionan almacenaje de corta duración pueden compensar fluctuaciones de producción de unas pocas horas, en tanto que las que sirven para almacenar energía a más largo plazo o por períodos estacionales pueden solventar desfases de varias semanas. No hay una tecnología de almacenaje «universal» que sirva para todo. A lo largo de la cadena de oferta y demanda se precisan diversas tecnologías para responder a necesidades temporales muy concretas: desde la reserva de segundos, relativa a la estabilidad de frecuencia, al almacenaje estacional, de varios meses. Se necesita una cascada de diversas tecnologías de almacenaje para integrar localmente la energía (eléctrica) renovable variable (ERV) en las redes de distribución, mantener las infraestructuras para compensar con otras fuentes la generación de electricidad mediante ERV y contribuir a la autogeneración y el autoconsumo de esta por parte de los usuarios.

Gestión de la generación para un suministro sin interrupciones

La carga varía con el tiempo y se precisan más recursos de producción eléctrica flexibles para proporcionar la cantidad de energía correcta. En las zonas rurales, las tecnologías habituales son las turbinas de gas de ciclo combinado (TGCC) o las centrales hidroeléctricas con capacidad de almacenaje suficiente para responder a las fluctuaciones de carga diarias. Las repercusiones que tiene añadir generación de electricidad renovable al típico sistema de producción centralizado afectarán a la forma de funcionar de un sistema eléctrico de diseño convencional. La magnitud de las repercusiones dependerá de la tecnología renovable utilizada.4 Las centrales de biomasa, geotérmicas, las termosolares de concentración (CSP en sus siglas en inglés) y las hidroeléctricas con almacenaje pueden regular la producción de electricidad y proporcionar tanto carga mínima como máxima. Por su parte, las centrales solares fotovoltaicas, las eólicas y las hidroeléctricas sin almacenaje dependen de los recursos naturales disponibles, con lo que la producción de electricidad es variable. A veces se dice que esas fuentes de energía renovable son «intermitentes»; sin embargo, ese término no es correcto, ya que intermitente equivale a incontrolable y no distribuible. En realidad, la producción de electricidad de esas plantas generadoras ya se puede prever con cierto grado de certidumbre y reducirse, lo cual la hace distribuible.

El futuro sistema energético utilizará una gestión intersectorial de la oferta y la demanda

La nueva forma de almacenar energía (batería) sigue siendo cara e incapaz de proporcionar almacenaje estacional de larga duración. Las instalaciones de acumulación por bombeo más eficientes no pueden expandirse por doquier. En consecuencia, la interconexión de las redes de distribución con las conducciones de calefacción de distrito, los gaseoductos (para convertir electricidad en gas) y las líneas eléctricas ferroviarias ofrece una amplia gama de nuevas posibilidades. El almacenaje en forma de calor de los «excedentes» generados por centrales eólicas y solares a través de bombas de calor o de gas mediante electrolisis, o mediante las baterías de vehículos eléctricos, y también la gestión de la demanda de numerosas aplicaciones contribuyen a integrar medios de generación de electricidad más variables. El futuro sistema energético utilizará toda la gama de tecnologías que ofrecen los diversos sectores energéticos para distribuir la generación y gestionar la demanda. En consecuencia, cada servicio público desarrollará nuevos conceptos de negocio, lo que conllevará sus propias políticas de fomento. Puede que el desafío principal no radique en las tecnologías, sino en un marco estable y coherente de políticas, que exige una planificación a largo plazo. Es muy probable que la interconexión de los sistemas, que ofrece nuevas oportunidades de negocio, conduzca a un abastecimiento de energía más flexible.

BIOGRAFÍA

SVEN TESKE

Director de investigación del Instituto para los Futuros Sostenibles (ISF) en la Universidad Tecnológica de Sídney (UTS), ha publicado más de cincuenta informes especiales sobre estos temas, incluyendo Perspectiva Mundial de la Energía Eólica y Generación solar. También ha colaborado en el informe especial del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) sobre energías renovables publicado en 2011, y es miembro del grupo asesor de la Fundación Japonesa de Energías Renovables. Teske ha sido asimismo miembro del Comité de Expertos del informe anual del Fondo Monetario Internacional sobre Perspectivas de la Economía Mundial (WEO, por sus siglas en inglés). En 1999 fundó la primera cooperativa en el sector energético de Alemania; durante diez años fue director de Energías Renovables de Greenpeace, donde lideró cinco ediciones del proyecto [R]evolution energética: perspectiva mundial sobre energía renovable, investigación conjunta del Centro Aeroespacial Alemán, el Consejo Mundial de Energía Eólica y diversas organizaciones sin ánimo de lucro.

Descarga Caminos hacia la sostenibilidad S.M.A.R.T. (PDF)

Notas

1. Edenhofer, O., et al., eds., Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation. Special Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge: University Press, 2012, http://www.ipcc.ch/report/srren/.

2. REN21, Global Status Report Renewables 2016, París, REN21 Secretariat, 2016, http://www.ren21.net/status-ofrenewables/ global-status-report/.

3. «Electric Vehicles and the Energy Sector – Impacts on Europe’s Future Emissions», Agencia Europea de Medio Ambiente, Septiembre 2016, http://www.eea.europa.eu/themes/transport/electricvehicles/ electric-vehicles-and-energy/.

4. Teske, S., et al., powE[R] 2030, Greenpeace, 2014, http://www.greenpeace.de/files/publications/201402-power-gridreport. pdf

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