La transición energética y los retos del sistema eléctrico

La Conferencia de Naciones Unidas sobre el cambio climático (COP26) celebrada en Glasgow en noviembre del año pasado reunió a delegados de más de 200 países. El resultado, tras dos semanas de intensas negociaciones, fue el Pacto de Glasgow para el clima. Este documento reafirma el objetivo de limitar el aumento de la temperatura media mundial a 1,5ºC, reducir las emisiones mundiales de dióxido de carbono en un 45% para 2030 respecto al nivel de 2010, y lograr la neutralidad climática en 2050. Para conseguir estos objetivos los países desarrollados se comprometen a movilizar 100.000 millones de dólares anuales para 2025 y poner en marcha un mecanismo de apoyo financiero a países en desarrollo para financiar su transición climática.

La reducción de emisiones de efecto invernadero requiere una transformación intensa en varios sectores. Algunos de los más importantes son: el sector energético, el industrial, el transporte y los edificios. En este artículo nos centraremos en el sector energético, y más específicamente en el sistema eléctrico. El resto de sectores están muy influenciados por el eléctrico, y van a estarlo en mayor medida debido al impulso a la electrificación que se producirá en las próximas décadas.

La energía es fundamental para el progreso humano. El agotamiento de los recursos de origen fósil y las emisiones de efecto invernadero que llevan asociados generan una serie de desafíos que deben ser tratados a nivel global, y exigen la búsqueda de soluciones de consenso basadas en el conocimiento. El Marco español para la energía y el clima establece un objetivo para 2050 de neutralidad climática y una presencia del 97% de energías renovables en el mix energético total. Para obtener este objetivo tan ambicioso es necesario implantar de forma masiva las energías renovables, mejorar la eficiencia energética, aumentar la electrificación y potenciar el uso del hidrógeno de origen renovable. A pesar de los considerables progresos realizados hasta la fecha en la descarbonización y en el aumento de la cuota de renovables en el sector eléctrico, el mix energético total de España sigue estando dominado por los combustibles fósiles. Los sectores del transporte, la industria y los edificios deben realizar un esfuerzo considerable para cumplir con los objetivos de aumentar la proporción de las energías renovables y reducir las emisiones.

La demanda de energía eléctrica en el año 2021 en España creció tras dos años consecutivos de descenso y alcanzó un total de 256,48 TWh, un 2,6% superior al año 2020.  Esta demanda se situó en niveles similares a los registrados en el año 2005, muy lejos todavía de los 268,81 TWh registrados en 2018.

La potencia eléctrica instalada en nuestro país suma 113,16 GW. Durante el año 2021 se produjo un máximo histórico en la contribución de la energía de origen renovable con una cuota en la generación eléctrica de del 48,4% debido al incremento de la producción eólica y solar fotovoltaica en un 10% y en un 37,4% respectivamente. El descenso en la generación no renovable correspondió principalmente a las centrales nucleares y a los ciclos combinados que generaron un 3,1% y un 2.0% menos que en 2021. Las causas de este aumento en la cuota de renovables son la instalación de nuevas granjas solares y parques eólicos, así como la renovación de los ya existentes con generadores más eficientes, unido todo ello a que la demanda de energía eléctrica se ha visto atenuada por los efectos de ralentización de la economía producidos por la pandemia de COVID-19.

La eólica es la tecnología renovable de mayor relevancia en el sistema peninsular español. Su producción ha sumado el 49,5% del total de energía renovable, habiéndose instalado un total de 750 MW nuevos. Durante el año 2021 la producción eólica diaria tuvo una participación en la estructura de generación que osciló entre el 2,8% el día de menor producción, y el 53,5% el día de mayor producción. La generación hidráulica es la segunda tecnología renovable de mayor impacto, alcanzando los 29,60 TWh. Su aportación a la estructura de generación peninsular fue del 12,0%, situándose como la cuarta fuente de generación en cuanto a su contribución al total peninsular. La energía solar fotovoltaica es la que mayor crecimiento ha experimentado entre las renovables en 2021 con un 67% de aumento respecto al año 2020. Durante el mes de julio de 2021 la solar fotovoltaica produjo la mayor cantidad mensual registrada hasta la fecha con 2.565 GWh, alcanzando la máxima participación en la estructura de generación con un valor de 12,1%. La participación anual de esta tecnología en el mix peninsular fue del 8,3%.

En la Comunidad Autónoma de Castilla y León la demanda eléctrica en 2021 fue de 13,67 TWh, un 1,8% superior a la del año anterior, pero inferior a los 14,28 TWh del año 2018. En 2021, Castilla y León generó 27,02TWh de energía eléctrica, casi el doble de la consumida. Por tanto, Castilla y León es una comunidad generadora de energía, que en la actualidad es mayoritariamente de origen renovable, y supone un recurso económico muy importante.

Pese al gran despliegue de energías renovables en nuestro país, el objetivo de lograr un 97% de energías renovables en el mix energético global para 2050 está muy lejos de conseguirse. Además, existen dificultades de tipo técnico, ya que los sistemas de regulación y control del sistema eléctrico no están preparados para gestionar niveles tan altos de penetración energías renovables debido a su carácter inherentemente intermitente y altamente variable. Es cierto que la energía eólica y la fotovoltaica son hasta cierto punto complementarias, ya que el viento suele soplar con más intensidad por las noches, pero hay días con gran nubosidad, en los que ni el sol ni el viento serán suficientes para cubrir la demanda eléctrica. En estos casos es necesario disponer de otras fuentes de energía renovable, o bien de sistemas que permitan almacenar el exceso de energía producida en ciertos momentos para su utilización cuando no haya generación renovable suficiente.

El almacenamiento energético es el otro elemento fundamental de la transición energética, ya que permite flexibilizar la producción de energía renovable y garantizar su integración en el sistema eléctrico. La energía eléctrica no puede almacenarse de forma fácil y económica, por esta razón los sistemas eléctricos están diseñados para generar la demanda necesaria en cada momento. La dificultad para gestionar las energías renovables hace que los sistemas de almacenamiento de energía sean necesarios, ya que evitan el desaprovechamiento del exceso de energía limpia en periodos de baja demanda y permiten su utilización en periodos de alta demanda. De esta forma, las renovables se vuelven gestionables y se dota de mayor eficiencia y seguridad al sistema eléctrico. Para almacenar la energía eléctrica es necesario transformarla en otro tipo de energía, por ejemplo, energía mecánica, térmica o química. Entre las tecnologías de almacenamiento a gran escala, la más rentable y probada es el bombeo hidroeléctrico, que consiste en llevar agua a la zona alta de un embalse mediante bombas eléctricas y convertir el exceso de energía eléctrica en energía mecánica potencial. Para explotar al máximo esta tecnología es necesario invertir en el desarrollo de sistemas de bombeo en las centrales hidroeléctricas existentes. A pequeña y mediana escala, las baterías de ion de litio son una de las tecnologías de almacenamiento que mayores expectativas despiertan. El litio tiene un elevado potencial electroquímico y puede acumular grandes cantidades de energía. Estas baterías tienen un peso reducido y una eficiencia alta, sin embargo, tienen inconvenientes como su coste elevado, su dependencia de un elemento escaso como es el litio, y la dificultad de su reciclado. Según un reciente estudio de Bloomberg-NEF, se prevé que el coste por kWh de las baterías de ion litio pueda verse reducido a la mitad en 2030, lo que impulsará el mercado de almacenamiento eléctrico y promoverá la implantación del vehículo eléctrico. Además, la llegada de nuevas tecnologías como las baterías de ion sodio, en las que actualmente se está investigando a escala de laboratorio, y que se basan en un elemento que abunda en la naturaleza, contribuirán a potenciar y abaratar el almacenamiento energético a gran escala. Las instalaciones de almacenamiento de energía eléctrica a nivel mundial estaban en el entorno de los 17GWh en 2018 y se espera que puedan alcanzar los 2.850GWh en 2040.

Finalmente, todas estas tecnologías limpias deben complementarse con el diseño de mercados eléctricos apropiados que impulsen su implantación garantizando un precio asequible a los consumidores, ya sean domésticos o industriales, y retornos económicos adecuados para los productores e inversores que permitan el mantenimiento y la seguridad de las instalaciones existentes, su renovación y la inversión en nuevas instalaciones más eficientes y sostenibles.

En resumen, la transición energética hacia un sistema eléctrico más limpio, sostenible y que no dañe el medio ambiente es posible, pero requiere de acciones bien planificadas y basadas en el conocimiento. Para lograr el objetivo es necesario alejarse de posiciones ideológicas y doctrinales y confiar en las posibilidades que nos brinda la ciencia y la técnica. Es la mejor forma de conseguir un progreso sostenible para toda la sociedad.

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Enrique Baeyens Lázaro es Vicerrector de Investigación de la Universidad de Valladolid.