El almacenamiento de electricidad: una mirada hacia su ordenación y planificación
Emilio Menéndez Pérez. Dr. Ingeniero de Minas
La red eléctrica debe ser estable, ha de “garantizar el servicio” en cualquier circunstancia y, por otro lado, ha de ser eficiente, para lo cual, entre otros hechos, ha de minimizar los “vertidos o sobrantes de energía”; ambas son cuestiones que abordamos en este artículo. Todo ello sin olvidar los aspectos ambientales y de diálogo social, además de recuperar la valoración de “ser un servicio para todos”, un “servicio esencial”.
Caminamos hacia un esquema energético en el cual la electricidad incrementará su participación en el consumo final de energía (CFE). En la actualidad, en España y otros países europeos, supone algo menos de la cuarta parte de ese CFE y, previsiblemente en una década se situará en un tercio del mismo. Se prevé un cambio significativo de las fuentes de generación: menor participación de las centrales de carbón y nucleares, e incremento de los aportes de las energías renovables.
La red eléctrica debe ser estable, ha de “garantizar el servicio” en cualquier circunstancia y, por otro lado, ha de ser eficiente, para lo cual, entre otros hechos, ha de minimizar los “vertidos o sobrantes de energía”; ambas son cuestiones que abordamos en este artículo. Todo ello sin olvidar los aspectos ambientales y de diálogo social, además de recuperar la valoración de “ser un servicio para todos”, un “servicio esencial”.
En esa Transición Energética para las dos próximas décadas aumentará la participación de las energías renovables en la generación de electricidad; los recursos: eólico y solar, son previsibles, pero no son continuos en el tiempo, nos dejarán “huecos y excesos de recuperación energética”. Hemos de disponer de sistemas de almacenamiento, para evitar los vertidos y, a la vez, soportar a la red en los periodos de no disponibilidad de viento o sol.
El gas natural será el “combustible de la transición”, aportará potencia y flujo de electricidad mediante las centrales de ciclo combinado. Nos llega de terceros países, más de la mitad desde África y Oriente Medio: Argelia, Nigeria, Qatar y otros; es una cuestión a tener presente, las reservas en esos países son amplias, pero la geoestrategia energética global puede alterar el precio que se pague por él, o en circunstancias extremas pudiera cuestionar el aprovisionamiento.
Bombeo hidráulico: los embalses como almacenamiento
La dificultad para almacenar electricidad ha sido una cuestión clave desde el nacimiento del sistema eléctrico. En sus primeros años, éste contó con pequeños motores de combustión, que quemaban gas de carbón, pero enseguida pasó a la hidroelectricidad. Un embalse de agua es un almacenamiento de “energía potencial”, no lo olvidemos; ahora se habla del bombeo hidráulico, lo hemos de analizar sabiendo que está encajado en los ríos, que son un “bien público”, y en sus embalses.
El bombeo hidráulico se basa en dos almacenamientos de agua, a distinta altura topográfica, que están conectados por un sistema de tuberías con turbinas de generación y bombas de trasiego. Cuando hay excedente de electricidad se bombea agua desde el embalse inferior al superior, al crecer la demanda eléctrica se puede turbinar agua desde el superior para dejarla ir al inferior donde se almacena de nuevo; se cierra así un ciclo de bombeo - turbinado.
Tuvo una primera etapa en el sistema eléctrico español regulado, su objetivo era evitar los “vertidos de electricidad” que pudieran resultar de la generación nocturna excedentaria de las centrales nucleares, que no regulaban carga, y de las de carbón que sí regulaban carga y soportaban la red eléctrica, pero tenían que operar con un “mínimo técnico” de potencia, el cual no podía bajar de cierto valor para mantener la estabilidad. El desarrollo del bombeo fue soportado por aquel esquema regulado.
En una segunda etapa, con la “Ley del Sector Eléctrico de 1997”, aparece la gestión comercial basada en las subastas eléctricas, el bombeo pasa a ser negocio. Durante la noche, en las “horas valle”, la electricidad tiene un precio bajo, las empresas la toman para subir agua a un almacén de cota alta, en el día, en las “horas punta”, el precio de la electricidad es más elevado, las empresas turbinan el agua almacenada llevándola a un embalse inferior; este es el “ciclo de bombeo”.
Hay dos tipos de bombeo. En el “bombeo mixto”, los dos cuencos de almacenamiento son embalses convencionales en ríos, que pueden estar en el mismo o en un río y un afluente suyo, los dos cuencos suelen ser de amplias dimensiones; ese bombeo tiene capacidad de aportar potencia eléctrica a la red, pero también capacidad de almacenar energía; el cuenco superior recibe agua que aporta su río y, también la que se bombea. Se desarrolló en gran medida en la primera etapa del bombeo.
El “bombeo puro” dispone un embalse inferior y un cuenco superior que no está en un cauce fluvial, es “artificial”, construido en un altiplano, a veces puede ser de dimensiones pequeñas. Con esta concepción, la potencia de bombeo y turbinado es elevada, lo cual es bueno para dar soporte a la red frente a cambios, de demanda o generación, rápidos; el volumen de energía almacenada depende de las dimensiones del cuenco superior.
El almacenamiento de energía mediante bombeo hidráulico tiene en todo su ciclo un rendimiento en torno al 75 %; es una opción eficiente. En el Plan Integrado de Energía y Clima, PNIEC, se propone que el “Bombeo Puro”, se incremente desde la potencia actual, 3.337 MW a la de 6.837 MW en el año 2030. La potencia del bombeo mixto, no se incrementaría, se mantendría en 2.687 MW. La construcción de nuevos embalses en ríos puede generar rechazo social o problemas ambientales.
Ahora estamos en una “tercera etapa”, en la cual hemos de valorar un “objetivo superior”, caminar hacia la “sostenibilidad energética”, para ello hay que ir a un modelo de alta penetración de las energías renovables; es preciso frenar la evolución del “Calentamiento Global”. El sistema hidráulico en su conjunto, que se basa en un bien público, ha de encajar en ese objetivo, con políticas que se establezcan a partir de las reflexiones y diálogos oportunos.
Nuestro sistema hidráulico, incluyendo las instalaciones de bombeo, está asociado a empresas privadas; éstas miran hacia los capitales que vienen de Europa, ahora unidos a esquemas específicos relacionados con “La Pandemia”; también miran hacia flujos de inversión de otros orígenes. Pero esto no nos debe hacer olvidar que el sistema hidráulico se desarrolló hace años, con soporte de aquellos gobiernos y, cómo ya se ha dicho, repetidamente, sobre un “bien público”.
Las concesiones hidráulicas tienen periodo de vigencia, algunas ya ven cerca su fecha de caducidad. Parece lógico pensar en ir a otros esquemas empresariales, con presencia pública y, sobre todo, una gestión dialogada que facilite la estabilidad de la red eléctrica. Para ello se han de “estudiar y ordenar” los ritmos de desembalsado de agua, así como los esquemas operativos de las centrales de bombeo, definiendo los tiempos de bombeo y turbinado en cada circunstancia.
Centrales Termosolares: una alternativa con futuro
La generación de electricidad a partir de energía solar tiene dos vías, la fotovoltaica y la de ciclo térmico de vapor, o termosolar. La primera está en situación de competitividad económica, se han reducido los costes de inversión; se desarrollará en diferentes tipos de instalaciones, desde las de pocos kW de potencia a las grandes plantas fotovoltaicas, de cientos de MW, las cuales, ahora son atractivas para los grupos inversores.
La opción termosolar requiere inversiones mucho más elevadas y, previsiblemente, no será competitiva en un esquema de precios basado en las subastas. En España se hizo su “curva de aprendizaje”, disponemos de medio centenar de plantas de pequeña potencia, unos 50 MW cada una. Esta tecnología permite almacenar “energía térmica”, que se convierte cuando se necesite, por ejemplo, en horas nocturnas, en electricidad que se pasa a la red eléctrica; es su ventaja y característica diferencial.
Las plantas termosolares operan en latitudes de alta radiación directa, es decir de los Pirineos hacia el sur. No son factibles en el centro o norte de Europa, allí sólo es válida la opción fotovoltaica. Los campos solares permiten generar vapor que se dirige a un turbo alternador, o que se pasa por un depósito de sales fundidas para acumular energía térmica, la cual se devuelve, cuando se precisa, al ciclo en forma de vapor y generación eléctrica.
En España, hacia el año 2030, se precisará más capacidad de almacenamiento, que no sólo se ha de conseguir con sistemas hidráulicos: embalses y bombeo; es preciso disponer de plantas termosolares con almacenamiento, de mayor potencia que la actual, entre 150 y 250 MW, lo cual les permitiría soportar con fiabilidad las oscilaciones de la red eléctrica. Por ello, se ha de reflexionar y encontrar esquemas de gestión económica que faciliten su desarrollo.
Los países del sur somos los que podemos ofrecer opciones para un amplio desarrollo solar de la Unión Europea, tanto en fotovoltaica y sobre todo en termosolar; el caso de España es singular al disponer de “amplios territorios vaciados”. Alemania lo entendió así en su colaboración con la Plataforma Solar de Almería. Tenemos la oportunidad de exportar electricidad, también de extender la actual industria solar de nuestro país y, con ello de crear empleo.
Baterías: una tecnología en evolución
Las baterías son equipos de pequeñas dimensiones, con alto rendimiento, del orden del 90%. Trabajan en corriente continua, pensamos en ellas unidas a los vehículos híbridos o eléctricos; pero también tienen otros usos, las veremos, almacenando electricidad, en instalaciones de generación con energías renovables. Su tecnología está en evolución, habrá diversos diseños electroquímicos, demandando en general materiales especiales para su fabricación.
Hay diferentes posicionamientos respecto a ellas. Alemania subvencionará el desarrollo tecnológico y, también su aplicación en los automóviles; también mira hacia las viviendas con sistemas fotovoltaicos donde puede haber una mayor autogestión de la electricidad así producida. Es un país en el cual los sistemas de bombeo o termosolares no admiten el desarrollo que se ha planteado en el caso español; lo cual no implica que aquí las olvidemos.