¿Es posible un escenario energético 100% renovable? (y II): retos y dificultades

Ignacio Mártil

Catedrático de Electrónica de la Universidad Complutense de Madrid y miembro de la Real Sociedad Española de Física

(El contenido de este artículo está recogido de forma más amplia y detallada en el Prólogo y en los Capítulos 1 y 6 de mi libro: “Energía Solar. De la utopía a la esperanza”; 2020, Guillermo Escolar Editor)

En un artículo anterior describí a grandes rasgos el gigantesco problema al que se enfrenta el planeta: frenar el Calentamiento Global. La posible solución pasa, entre otra serie de actuaciones, por dirigirnos hacia un mix energético 100% renovable, que permita suprimir las emisiones de CO2 de la producción de energía eléctrica. Ahora bien, para que esa alternativa energética sea viable, ese hipotético mix debería reunir una serie de requisitos mínimos que analizo en este artículo.

1. Requisitos exigibles a un mix global 100% renovable

1.a – Previsión a largo plazo de la demanda de energía eléctrica

Se prevé que el consumo mundial total de energía, tanto de energía eléctrica como del resto, crecerá al menos hasta 2100. Esto se debe a un factor clave, que en muchas ocasiones se olvida: el crecimiento de la población continuará al menos hasta el final del siglo:

Crecimiento de la población mundial desde 1750 y su proyección hasta 2100

Casi todo el crecimiento demográfico esperado -alrededor de 2.400 millones de personas en relación con la actualidad- ocurrirá en África, Asia y Oriente Medio, regiones del planeta donde los mix energéticos no tienen participación de fuentes renovables significativas en estos momentos. Este crecimiento de población se producirá simultáneamente al crecimiento de la renta per cápita, que está fuertemente correlacionado con el consumo de energía per cápita.

La energía eléctrica representa un porcentaje cada vez mayor de la demanda energética total del mundo y es la forma de energía de más rápido crecimiento en el planeta. La siguiente figura muestra la evolución del consumo de energía global desde comienzos de este siglo y las proyecciones del mismo hasta 2050. Como se ve, el crecimiento del consumo de energía es continuo:

Crecimiento del consumo de energía para el período 2000-2050, expresado en exajulios (1 exajulio = 10e18 J; 1 Julio = 2.78 × 10e-7 kWh)

Una respuesta eficaz frente al Calentamiento Global requiere el suministro de electricidad para evitar la utilización de combustibles fósiles. También se necesitarán sustitutos para los suministros de energía no eléctrica que tradicionalmente se abastecen con combustibles fósiles. Como ya analicé en otro reciente artículo, en la actualidad, las fuentes de combustibles fósiles representan alrededor del 80% de la energía primaria que consume el planeta y dos tercios de la energía final. Esto refleja la gran dependencia actual de los combustibles fósiles en una amplísima variedad de aplicaciones, principalmente el transporte y la obtención de calor residencial e industrial. Con estos problemas en el horizonte, cualquier escenario global futuro que parta de la base de suponer un estancamiento o una reducción de la demanda energética, ya sea de energía primaria o eléctrica, es poco realista y es inconsistente con casi cualquier proyección de la demanda de energía en el futuro. Cualquier programa de transición energética que no parta de previsiones realistas de crecimiento del consumo de energía está condenado al fracaso.

1.b – Dimensionado del sistema para condiciones climáticas extremas

El suministro de electricidad previsto deberá ser capaz de satisfacer la demanda en tiempo real para cualquier año, en todas las condiciones climáticas posibles y con garantías de suministro. Cualquier sistema de energía eléctrica debe proporcionarla en condiciones de seguridad del suministro para sus clientes de la forma más económica posible. Cualquier sistema de producción de esta energía debe reunir dos condiciones esenciales: suficiencia y seguridad:

i) Suficiencia: el sistema deberá ser capaz de satisfacer la demanda del consumidor en cualquier momento

ii) Seguridad: el sistema deberá tener capacidad suficiente para responder a los múltiples imprevistos que se pueden dar en el suministro.

La participación creciente de las fuentes de generación renovables presenta desafíos adicionales para garantizar el suministro, ya que es bien sabido que las tecnologías eólica y solar son muy dependientes del clima y en gran medida no están correlacionadas con la demanda. El operador técnico de nuestro sistema eléctrico, Red Eléctrica de España se ha enfrentado a este problema desde hace varios años, dado que la integración segura de las energías renovables es uno de los grandes desafíos para la operación del sistema eléctrico. Esta integración supone grandes retos y una elevada complejidad debido, entre otras particularidades, a la limitada capacidad de interconexión con el resto de Europa continental y a las peculiaridades de la curva de demanda peninsular:

Reparto por tecnologías de producción de energía eléctrica en España el día 1 de abril de este año. Las proporciones de cada tecnología a las 14 horas de ese día se muestran en la parte izquierda de la figura

Además, la fiabilidad de cualquier sistema eléctrico no puede establecerse en función de las condiciones meteorológicas “típicas”, sino que debe tener en cuenta la variabilidad del recurso, tanto actual como previsible en escalas de tiempo que van desde inferiores a un minuto hasta una década.

Por lo tanto, cualquier propuesta de mix energético con fuerte componente renovable debe demostrar que el suministro será capaz de satisfacer cualquier demanda previsible en tiempo real, en condiciones de seguridad del suministro y con un margen de reserva suficiente para posibles cortes no programados. Debe hacerlo de una manera que tenga plenamente en cuenta la disponibilidad limitada e intermitente de la mayoría de los recursos renovables y en condiciones climáticas extremas (fuertes períodos de sequía, olas de calor o de frío, etc.) que estén fuera del registro histórico. En otras palabras se deberá disponer de un mix que esté generosamente dimensionado.

1.c – Redes de transporte fiables

La red de transporte del sistema deberá garantizar que el suministro cumpla con los estándares de fiabilidad y demanda. Las redes de transmisión transportan electricidad desde los puntos de generación hasta las redes de distribución, que a su vez la transportan a los clientes finales (hogares y empresas). Para lograr una alta penetración de las energías renovables, será vital disponer de redes de transmisión adecuadamente dimensionadas. Una red de transmisión fiable es esencial para garantizar la viabilidad de cualquier sistema de producción de energía eléctrica de origen renovable con alta penetración en el territorio. El autoconsumo de energía, por sí solo, no podrá satisfacer el grueso de la demanda energética, por lo que el refuerzo de las redes de transmisión es absolutamente prioritario.

Es decir, el transporte de la energía eléctrica se debe asegurar desde más productores y a mayores distancias para garantizar la estabilidad del suministro en cualquier condición. Por ejemplo, una red de transmisión con costes optimizados para cumplir con un objetivo del 80% de energías renovables en Europa para 2050 requeriría 230.000 km adicionales en las redes de transmisión, lo que supone incrementar la longitud de la red de transporte actual en un 75%.

2. Problemas a identificar y resolver

2.a - Crecimiento de la demanda

Cualquier proyección de futuro energético debe partir de premisas razonables, alejadas de cualquier “voluntarismo energético”. Los supuestos de recortes significativos en el consumo de energía primaria no se sostienen ante la experiencia histórica, son incompatibles con proyecciones de consumo realistas y probablemente plantearían problemas a los países en desarrollo para lograr los objetivos de erradicación de la pobreza. Hay un punto esencial que no se debe olvidar: el crecimiento económico y la reducción de la pobreza en los países en desarrollo dependen de manera crucial de la disponibilidad de energía. Una reducción de la energía primaria es una vía poco probable para lograr estos objetivos.

Para ir más allá de las economías de subsistencia, las naciones en desarrollo deben acumular las infraestructuras necesarias, fuertemente dependientes a su vez del suministro de cemento y el acero. Ambos son muy intensivos en la demanda de energía, lo que probablemente acarreará un umbral mínimo de intensidad energética que es incompatible con posibles previsiones de reducción del consumo energético en esos países.

2.b - Capacidad de almacenar la energía producida

Por ejemplo, un escenario renovable de alta penetración para California, sugiere que llegar al 100% de generación a partir de fuentes renovables requeriría una capacidad de almacenamiento no inferior al 65% de la demanda máxima. No tener en cuenta la variabilidad de los recursos renovables es un riesgo muy elevado, que haría al sistema eléctrico muy vulnerable. Por ejemplo, la variabilidad interanual inherente a la producción hidroeléctrica es bien conocida y en España conocemos bien este problema. Este es otro de los grandes desafíos por resolver: el almacenamiento de las energías de origen renovables.

2.c - Evaluación realista de los costes: financieros, sociales, etc.

Asegurar un suministro estable y fiable frente a todas las variabilidades asociadas a la disponibilidad de todas las fuentes de energía renovable, traerá aparejado un aumento de costes y de complejidad, debido a la necesidad de instalar capacidad adicional que será redundante la mayoría de los años.

Hasta la fecha, los esfuerzos para evaluar la viabilidad de sistemas 100% renovables, teniendo en cuenta aspectos como el coste financiero, la aceptación social, el ritmo de implantación, el uso de la tierra y el consumo de materiales, han subestimado sustancialmente el desafío de eliminar los combustibles fósiles del mix energético. Irónicamente, el deseo de alcanzar el ideal 100% renovable sin una evaluación crítica de los problemas asociados, ha retrasado la identificación y la puesta en práctica de vías de descarbonización efectivas y completas. La exclusión prematura de otras tecnologías de los planes para descarbonizar el suministro eléctrico mundial posiblemente es imprudente, tal y como ha demostrado el cierre temprano de las nucleares en Alemania. Hemos de aprender de las experiencias fallidas.

3. Unas breves conclusiones

Un suministro de electricidad 100% renovable exigiría, como mínimo, una especie de New Deal de todo el sistema de suministro y demanda de electricidad para permitir que los suministros renovables se acerquen a la fiabilidad de los sistemas actuales.

Unir el alivio de la pobreza con una respuesta exitosa al Calentamiento Global en nuestros sistemas energéticos debería ser un objetivo internacional. Es probable que esto requiera cambios revolucionarios en la forma en que cultivamos alimentos, administramos la tierra, habitamos los hogares y edificios, demandamos electricidad y vivimos nuestras vidas. Esos cambios requerirán más, no menos energía. Por tanto, es necesario un cambio de enfoque tanto por parte de los científicos como de los responsables políticos. Corresponde a todos los gobiernos e instituciones buscar combinaciones óptimas de todas las tecnologías bajas en emisiones que estén disponibles, con cada tecnología utilizada racionalmente para aprovechar sus fortalezas con el objetivo de lograr sistemas de generación de electricidad bajos en emisiones, que sean escalables con seguridad y fiabilidad a las demandas de 10.000-12.000 millones de personas. Solo así será posible permitir que el desarrollo humano continúe a buen ritmo mientras se reducen rápidamente las emisiones de gases de efecto invernadero de la generación de electricidad.

En conclusión, la transición energética hacia un escenario 100% renovable es una tarea de proporciones enormes, que requerirá inversiones multimillonarias y políticas energéticas bien planificadas, permanentemente asesoradas por científicos solventes y alejadas de la lucha partidista cortoplacista, de la que muchos estamos muy hartos.