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Sistemas balanceados: sobre la justa proporción de renovables para una reducción eficiente de CO2

Autor | OETEC-ID


Palabras Claves
sistemas balanceados, energías renovables, CO2, emisiones de carbono, energía eólica, energía solar, EE.UU., California, Wisconsin, Alemania, almacenamiento, intermitencia, renovables intermitentes, costo-beneficio, macrismo, desarrollo económico



13-06-2016 | La retórica sobre matrices energéticas dominadas por energías eólica y solar dejan de lado sus limitaciones técnicas. Sin embargo, existen alternativas viables para combatir el cambio climático sin afectar el crecimiento económico: los sistemas balanceados. En estos sistemas, conformados por un mix de fuentes de generación de base de bajas emisiones de carbono, incluyendo a la energía solar y eólica, resultan los medios más rentables para producir electricidad y reducir las emisiones de carbono. En este sentido y basándonos en datos de la realidad en lugar de modelos matemáticos, la experiencia contradice las presunciones más radicales de que una matriz energética conformada por el 80%, o incluso el 50% de energías renovables (eólica y solar) es el medio más efectivo para la reducción de emisiones. En una matriz balanceada, la eólica y la solar no deberían superar un máximo del 25%, cubriendo el restante 75% con energías de base de baja emisión de carbono como la nuclear o el ciclo de gas combinado con "captura y secuestro de carbono. Para abordar seriamente la relación entre la generación de energía y la reducción de emisiones de CO2, debe tenerse en cuenta un factor: que la necesidad de consumo no ha cambiado. Los escenarios donde las energías renovables se transforman en un fin en sí mismo sólo pueden derivar en un aumento de los costos de la energía que impactará seriamente en la economía, golpeando a los que menos recursos poseen. Estas aseveraciones, entre otras, se basan en un trabajo científico de investigadores estadounidenses cuyas conclusiones resultan importantísimas a la luz de la política energética de la actual administración nacional en la Argentina. Una administración, por cierto, que parece haber perdido de vista no sólo los ingentes costos asociados a una incorporación masiva de energías renovables intermitentes a la matriz nacional, no sólo que dicha incorporación requiere de una altísima compensación con energías convencionales que a la vez pretenden sustituir, sino que la reducción de CO2 no puede ni debe perseguirse a cualquier precio. Y agréguese a todo esto la desventaja del insipiente sector industrial doméstico vinculado a este tipo de tecnologías y que dados los actuales términos de la licitación promovida por el macrismo no sólo que estará imposibilitada de competir con firmas extranjeras sino que además se extinguirá. En suma, la decarbonización de un sistema energético no puede atentar contra las crecientes necesidades de consumo de energía por parte de la población (argentina y global) ni tampoco contra las de un aparato industrial y productivo que como sucede en nuestro caso es aún muy débil.


Introducción
Actualmente, el mercado de la generación eléctrica atraviesa una coyuntura marcada por factores que, en muchos casos, son externos a las propias dinámicas del mismo. Entre ellos podemos mencionar el establecimiento de nuevas regulaciones, subsidios a fuentes renovables, leyes medioambientales y la aparición de nuevas tecnologías, los cuales transforman a la industria tradicional de la generación de energía.

A partir de los crecientes compromisos asumidos por la gran mayoría de los países -en gran medida debido a la presión social- para disminuir las emisiones de carbono (CO2) a la atmósfera, los gobiernos se encuentran obligados tácitamente a encarar el desafío de reconvertir sus matrices energéticas en pos de cumplir con el objetivo mencionado, el cual alcanzó su esplendor en el reciente acuerdo (1) firmado en París por 175 países en diciembre de 2015. Sin embargo, dicha transformación, como venimos señalando sistemáticamente desde el OETEC (2), no se puede encarar en detrimento del crecimiento económico, particularmente en países como la Argentina que están en plena expansión de sus matrices productivas.

Energías renovables: ¿un fin en sí mismo?
En ese sentido, hablar de matrices energéticas que contemplen una participación mayoritaria de renovables manteniendo los estándares de vida de una sociedad moderna, así como también los niveles de crecimiento proyectados, son medidas funcionales a un discurso político de lo deseable, pero con escaso sustento en la realidad. Diversos estudios nos demuestran que a la hora de los números finos, respecto al establecimiento de un escenario energético dominado por las energías renovables, dicho ideal se ve limitado por barreras técnicas que aún no han sido superadas. Por lo tanto, esta situación deseable en el mediano plazo, puede transformarse en una amenaza para la provisión de energía en el largo plazo y en una causa más del encarecimiento de la energía en todos los ámbitos, factor que inevitablemente actuaría como freno económico para el desarrollo de cualquier sociedad.

Lejos de los escenarios ideales o deseables planteados por algunos movimientos activistas con apoyo de científicos y con capacidad de lobby en altas esferas de la política, se están identificando a las energías renovables como un fin en sí mismo y no como un medio para la generación de energía para el desarrollo, dejando de lado un análisis profundo que contemple otras variables más allá de las emisiones de gases de efecto invernadero, como por ejemplo el encarecimiento de los costos, las capacidades técnicas disponibles y las necesidades reales de las economías en expansión. Hoy existen alternativas más viables, más realistas, menos costosas, e incluso más eficientes en la reducción de emisiones, que incluyen a las energías renovables, pero descartan técnicamente una matriz energética dominada por ellas.

Estas alternativas se encuentran diseñadas a partir de estrategias balanceadas que buscan la mejor configuración de una matriz energética según necesidades y capacidades. Es decir, buscan diseñar una matriz balanceada entre las distintas fuentes de generación, incluyendo tanto a las energías renovables (particularmente la eólica y la solar), como a las de base como la nuclear y las de ciclo de gas combinado, ambas de baja generación de CO2 (en el caso de las últimas, se utilizarían combustibles fósiles con mecanismos de "captura y secuestro" de carbono).

Los sistemas balanceados
Un mix energético de estas características, llamado sistema balanceado por los especialistas del sector, determinará los porcentajes de participación en la matriz energética de cada fuente de generación, en función de la obtención de resultados óptimos respecto a costos, tamaño del sistema y eficiencia en la reducción de emisiones. Dado que las variables a lo largo del planeta no son iguales, a la hora de diseñar un sistema balanceado, deben tenerse en cuenta la geografía, los costos, los recursos, el grado de industrialización, el grado de desarrollo económico, la interconexión, y otros factores determinantes.

Planteado el objetivo de reducir las emisiones de CO2 a fin de que estas no produzcan un aumento de la temperatura del planeta por encima de los 2°C y mantener al mismo tiempo las demandas de energía de un sistema económico en expansión, con los sistemas balanceados, básicamente se apunta a proceder de una manera equilibrada, responsable y realista, para que la consigna de desarrollo económico sin emisiones de carbono sea lo más viable posible, sin poner en peligro el crecimiento económico.

Composición de las matrices y reducción eficiente de CO2
Para ilustrar lo anterior, nos referiremos al informe publicado recientemente en The Electricity Journal titulado "Renewables and decarbonization: Studies of California, Wisconsin and Germany" (Abril - 2016) en el que se realiza un exhaustivo estudio de campo comparando dos escenarios. Cabe destacar que sus autores son investigadores del Chicago Council on Global Affairs (EE.UU.), la Clean Air Task Force (EE.UU.) y la Energy Innovation Reform Project (EE.UU.).

En uno de los dos escenarios, los porcentajes de participación de las energías renovables en una matriz energética (solo la eólica y la solar fotovoltaica) alcanza el 50% y el 80% respectivamente; en el otro escenario la matriz energética está diseñada a partir de un sistema balanceado, que contempla una participación del 25% de fuentes renovables y el otro 75% proveniente de fuentes de energía de base de baja emisión de carbono, particularmente nuclear y ciclo de gas combinado con "captura y secuestro de carbono", aplicando distintas configuraciones según el área de competencia.

Las comparaciones se hicieron sobre tres casos de estudio con características distintas: Alemania, California (Estados Unidos) y Wisconsin (Estados Unidos). Las tres variables arrojaron resultados similares, con pequeñas variaciones, que llegaban a una misma conclusión: los sistemas balanceados conformados por fuentes de generación de base de bajas emisiones de carbono, incluyendo a la energía solar y eólica, son los medios más rentables para producir electricidad y reducir las emisiones de carbono. Esta última conclusión contradice las presunciones más radicales de que una matriz energética conformada por el 80%, o incluso el 50%, de energías renovables es el medio más efectivo para la reducción de emisiones.

Pues bien, ¿cómo funcionan los sistemas balanceados con más capacidad de absorber emisiones que las matrices dominadas ampliamente por fuentes renovables? Con las afirmaciones que siguen no queremos restarle mérito a las energías eólica y solar, simplemente poner sobre la mesa algunos datos duros para trasladar el debate desde lo deseable a lo factible.

Al plantear el establecimiento de una matriz energética dominada por energías solar y eólica, hay que ser sinceros y entender las limitaciones de estas fuentes por su condición de intermitencia dada su dependencia de un factor externo: el clima. Dicha intermitencia constituye un escollo fundamental de superar ya que la demanda de energía es constante y exige previsibilidad. Este tipo de fuentes funcionan generalmente de forma estacionaria, es decir, mientras que en una época del año su factor de carga será elevado, durante la otra parte éste se reducirá drásticamente. Los factores de carga -la diferencia entre lo que realmente entrega al sistema eléctrico y su potencial, medido en un año- para las fuentes eólicas rondan entre el 30% y el 40%, mientras que para las solares solo entre el 10% y el 25%. Además, dada su dependencia de la intensidad del viento y la nubosidad, las mismas no están en condiciones de ser fuentes universales.



Fuente: The Electricity Journal "Renewables and decarbonization: Studies of California, Wisconsin and Germany" (Abril - 2016). La ilustración presenta los factores de capacidad mensual que ofrece el viento en California en los años 2009 y 2014. Es evidente que los picos de generación se verifican en los meses de verano. También es evidente que, aunque el patrón general de la producción es similar, la variabilidad interanual lejos está de ser trivial en ciertos meses.

Las fuentes intermitentes necesitan indefectiblemente un sistema de back up y de almacenamiento, siendo una clara muestra de la inviabilidad de eliminación de las fuentes de generación de base de la matriz energética, ya que para una matriz dominada íntegramente por energías renovables resulta imposible asegurar la provisión a una sociedad que cada vez demanda más electricidad.



Fuente: The Electricity Journal "Renewables and decarbonization: Studies of California, Wisconsin and Germany" (Abril - 2016). Datos de radiación solar para cuatro lugares ampliamente separados en Estados Unidos; la subida anual y la caída en la generación pueden es más que ostensible.

En este sentido, el trabajo al que nos referimos anteriormente, señala que en una matriz dominada por fuentes renovables tanto en un 50% como en un 80%, la tasa de eliminación de emisiones asciende a un 70%, dadas las intermitencias y la necesidad de recurrir a fuentes de base para asegurar el suministro. Del otro lado, un sistema balanceado, donde se planifica previamente teniendo en cuenta la captura de emisiones, la tasa de eliminación de emisiones asciende al 80%, con solo una participación de energías renovables de un 25% y cubriendo el otro 75% con energías de base de baja emisión de carbono como la nuclear o el ciclo de gas combinado con "captura y secuestro de carbono".

También hay que tener en cuenta el costo de transmisión y de infraestructura que estas fuentes de generación demandan, ya que la ingeniería necesaria para equiparar la generación con las energías de base, no sólo conlleva un alto impacto en los costos, sino también en el ecosistema en el que se emplazan estas instalaciones. Sumado a esto se encuentran los costos de las instalaciones de almacenamiento de energía, muy costosas pero necesarias si queremos aprovechar al máximo posible los períodos estacionarios.

Para abordar seriamente la relación entre la generación de energía y la reducción de emisiones de CO2, debe tenerse en cuenta un factor: que la necesidad de consumo no ha cambiado. Los escenarios donde las energías renovables se transforman en un fin en sí mismo sólo pueden derivar en un aumento de los costos de la energía que impactará seriamente en la economía, golpeando a los que menos recursos poseen.

En cambio, se encuentra disponible la alternativa de diseñar una estrategia balanceada que nos permita establecer un sistema balanceado de generación. Bajo esta estrategia, las fuentes fósiles no serán desplazadas, sino que -tecnología disponible mediante- se reconvertirán en una fuente de bajas emisiones de carbono aprovechándose los enormes potenciales de la energía nuclear, incluyendo al mismo tiempo a las energías renovables. De este modo se crea una matriz energética viable y rentable donde la reducción de las emisiones de carbono cumple con los objetivos acordados en el Acuerdo de París.

Conclusiones "estadounidenses"
Reservamos para el final las conclusiones de los autores del trabajo aquí reseñado, importantísimas a la luz de la política energética de la actual administración nacional en la Argentina.

"La transformación de la red eléctrica de la nación es una cuestión de gran importancia para nuestra economía, la seguridad nacional y la calidad ambiental. La trascendencia de estas cuestiones sólo es igualada por su complejidad. Teniendo en cuenta su incidencia en la competitividad resulta esencial que su análisis incluya la comparación entre diferentes alternativas, es decir, aquellas políticas que mejor podrían reducir las emisiones de CO2 de forma significativamente en el tiempo en paralelo a mantener la asequibilidad y la confiabilidad del sistema eléctrico, y minimizando otros daños ambientales… No obstante, se ha impuesto el argumento de que las renovables constituyen la tecnología ideal para lograr dichos resultados, y que la única cuestión a definir es cómo aplicarlas. Pero esta aseveración encierra una peligrosa confusión entre los medios y los fines… En los estudios aquí presentados vemos que la intermitencia del viento y de la energía solar fotovoltaica significa que los sistemas que dependen fuertemente de ellos deben ser significativamente más grandes que los sistemas convencionales; esto aumenta dramáticamente su costo y requisitos de capital (aunque no examinados aquí, el viento y solar requieren además de enormes extensiones de tierra). Una creciente dependencia de la generación en energías renovables intermitentes (RI) implica una cada vez mayor demanda de tecnologías de almacenamiento (y/o transmisión) capaces de controlar su intermitencia".

"Ante estos hechos, es difícil evitar la conclusión siguiente: el uso intensivo de las energías renovables intermitentes puede no ser la manera más costo-efectiva para reducir las emisiones de CO2 del sector eléctrico. Contrariamente y en aquellos países donde las RI son un fin en sí mismo, advertimos que los esfuerzos se concentran en promover un sistema eléctrico lo más grande posible, cuando en realidad debería ser avanzar hacia un sistema energético que, siendo lo más pequeño posible, permita satisfacer nuestras necesidades. Esto y no lo anterior tal vez resulte la manera más eficiente de decarbonizar una matriz con el menor impacto social y ambiental posible… Es que convocar a un futuro 100% renovables implica un interminable ciclo de licitaciones y batallas políticas para la construcción de la nueva infraestructura requerida…".



Parque eólico Tehachapi Pass (California). Uno de los más importantes de EE.UU., con apróximadamente 5.000 turbinas. La potencia instalada del parque es de 705 MW. 1 MW requiere de 60 acres de superficie. Y como 2 acres son prácticamente las dimensiones reglamentarias de un campo de fútbol, las 5.000 turbinas ocupan una superficie equivalente a 21.000 canchas de fútbol.

Conclusiones
La actual administración macrista parece haber perdido de vista no sólo los ingentes costos asociados a una incorporación masiva de energías renovables intermitentes a la matriz nacional, no sólo que dicha incorporación requiere de una altísima compensación con energías convencionales que a la vez pretenden sustituir, sino que la reducción de CO2 no puede ni debe perseguirse a cualquier precio. Y agréguese a todo esto la desventaja del insipiente sector industrial doméstico vinculado a este tipo de tecnologías y que dados los actuales términos de la licitación promovida por el oficialismo no sólo que estará imposibilitado de competir con firmas extranjeras sino que además y sin lugar a dudas terminará por desaparecer.

La decarbonización de un sistema energético no puede atentar contra las crecientes necesidades de consumo de energía por parte de la población (argentina ni global) ni tampoco contra las de un aparato industrial y productivo que como sucede en nuestro caso resulta aún muy débil. Las renovables eólica y solar no pueden ser fin en sí mismo, sino una herramienta para mejorar el perfil industrial argentino en paralelo a una reducción de las emisiones de CO2 (siempre y cuando dicha reducción no afecte el normal desarrollo económico nacional).



Bibliografia
(1) http://unfccc.int/resource/docs/2015/cop21/spa/l09s.pdf

(2) Ver Laboratorio en Medio Ambiente, Energía y Cambio Climático http://www.oetec.org/listados.php?nm=1

OETEC. Energías renovables eólica y solar: una mala opción para países en vías de desarrollo http://www.oetec.org/nota.php?id=1642&area=1

The Electricity Journal
Volume 29, Issue 3, April 2016, Pages 6-12.
"Renewables and decarbonization: Studies of California, Wisconsin and Germany"
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1040619016300136