Emilio Menéndez Pérez |
Dr. Ingeniero de Minas. Subdirección I+D. G. ENDESA |
Planteamiento
Una parte de la sociedad de nuestro entorno de Primer Mundo reclama el desarrollo e implantación de formas limpias de energía, las renovables son una respuesta a esa inquietud ambiental. Pero son además una solución para el abastecimiento autóctono de energía, en particular los menos desarrollados económicamente. Muchos países son dependientes del suministro exterior de energía y, esto que ya es preocupante en algunas economías, puede serlo mas ante previsibles crisis energéticas, tal y como nos muestra por ejemplo la Conferencia Mundial de la Energía al advertirnos que la actual bonanza energética no puede hacernos olvidar los problemas derivados de la limitación de recursos energéticos fósiles. ( 1 ), ( 2 ).
Incluso sin crisis energéticas, desde organismos como la Agencia Internacional de la Energía se hacen previsiones de futuros y continuados incrementos de los precios de los hidrocarburos, no así del carbón, que es preciso tener en cuenta para planificar el futuro esquema eléctrico.( 3 ). Figura nº 1.
No obstante, en nuestra Europa Occidental, el interés por las energías renovables, hoy, lo hemos de ligar directamente a la preocupación ambiental. En la cual, las emisiones de CO2 y de otros gases de efecto invernadero, que son una de las causas del Cambio Climático del que tanto se ha hablado en Kyoto, ocupan un lugar preeminente. Los países del Primer Mundo somos los causantes mayoritarios de esa emisión, Europa, La CEI, USA, Canada y Japón suponemos algo menos de la cuarta parte de la población mundial y emitimos las tres cuartas partes del CO2. Figura nº 2.
Así hemos de entender, como ambiental, el origen de la propuesta de la Comisión de la Unión Europea de alcanzar para el año 2.010 una participación de las renovables de al menos un 12% en el abastecimiento de energía primaria para el conjunto de los países de la Unión.
Esta propuesta se basa en diferentes planteamientos sociales y políticos, entre ellos la Declaración de Madrid, que ya en el año 1.993 asumía la necesidad de alcanzar una participación del 15% en el abastecimiento de energía primaria para dicho año 2.010. Pero además la Comisión dispone de información técnica que muestra que es factible el incremento de la presencia de las renovables en nuestro esquema energético. El informe TERES es quizás el documento mas relevante. ( 4 ).
En este contexto vamos a analizar cual es la situación española en la implantación de energías renovables y especial las que se transforman en energía eléctrica y como podemos llegar a cubrir el reto a que hemos hecho referencia.
Las Energías Renovables en España
El IDAE en diferentes documentos nos mantiene al día de la evolución de estas energías en nuestro país, que, en el año 1.996, representaron algo mas del 7% de nuestro suministro de energía primaria. En el conjunto de los países de la Unión Europea esa participación es del 5,3%, aunque países como Austria, Finlandia y Suecia sobrepasan el 20%. En nuestro país la biomasa y la hidráulica, ( potencia superior a 10 MW ), suponen la casi totalidad del aporte de energías renovables. Figura nº 3. ( 5 )
La energía eléctrica de origen renovable ha supuesto en el año 1.996 casi la cuarta parte del total. Aunque este valor es engañoso, por un lado la hidráulica de mas de 10 MW representó en ese año el 83,5% del total de la electricidad a partir de renovables y, no en todos los criterios al respecto se incluye este topo de hidráulica en la valoración de renovables. Por otro lado, ese año 1.996 fue un buen año hidráulico y eso no es frecuente en nuestro país, la producción de esta hidráulica, ( superior a 10 MW ), fue en 1.995 el 56% de la correspondiente a 1.996. Figura nº 4.
Si no contamos con la energía hidráulica procedente de instalaciones de potencia superior a los 10 MW, nos encontramos que el resto de las renovables contribuyen a menos del 5% de la generación de electricidad en nuestro país. La minihidráulica supone el primer sumando con mas de 5.000 GWh y una potencia de 1.400 MW en 1.996.
La biomasa supone algo mas de 3,5 millones de tep anuales, de los cuales el 90% se destinan a usos térmicos. De la utilizada para generación eléctrica, la mayor parte se localiza en las industrias de la pasta y papel, 100 MW de los 150 MW de potencia instalada en el año 1.996
La energía eólica está creciendo de forma significativa. En el año 1.995 la potencia instalada sobrepasaba ligeramente los 100 MW, en el 1.996 los 200 MW y a finales de 1.997 nos encontramos con unos 400 MW de potencia instalada.
Las energías renovables en usos térmicos suponen poco mas del 5% del aporte de energía primaria dirigida a combustibles de uso directo, de los cuales los derivados del petróleo son mayoritarios, destinados a automoción y otras aplicaciones. Para cumplir con esa propuesta de alcanzar el 15% de abastecimiento con energías renovables se debería incrementar la actual aportación con 6 millones de tep.
Aunque el objeto primario de este documento no es analizar el análisis de las renovables como combustible de uso directo, hemos de llamar la atención sobre este hecho, al cual la respuesta solo puede venir de la obtención de biocombustibles, bien a partir de residuos vegetales, bien a partir de cultivos energéticos.
Potencial de las energías renovables en España.
La valoración del potencial de las renovables en un país es preciso referirlas a unos determinados precios de la energía y al estado de desarrollo de las tecnologías correspondientes. En esa evaluación global del informe TERES, antes citado, se plantea que para el año 2.020, en las condiciones previsibles para ese momento, España podría obtener un tercio de su abastecimiento de energía primaria a partir de las renovables, uno de los ratios mas elevados de la Unión Europea.
Aquí vamos a profundizar un poco mas en cada una de las alternativas, buscando además una posible realización en un plazo mas cercano, el año 2.010 y el desarrollo tecnológico esperable para esas fechas.
a) Minihidráulica
Se estima que es posible instalar hasta 7.000 MW de minihidráulica. Las restricciones para incrementar su implantación no están ligadas al desarrollo tecnológico, si no mas bien por razones de viabilidad económica de un buen número de aprovechamientos, poca disponibilidad de agua o inversión excesiva, pero también por rechazo ambiental ligado a la pesca deportiva, la incidencia de los canales en la ganadería y otras causas. En este contexto se estima que el potencial aprovechable será de unos 3.500 MW.
b) Eólica
La tecnología eólica está en constante evolución, eso ha hecho crecer las expectativas de aprovechamiento de este recurso energético. Es un tema que merece un trabajo específico, pero de momento nos limitamos a dar nuestra particular estimación que se situa en el entorno de los 5.000 MW. Figura nº 5.
Que este potencial sea aprovechable se liga a la resolución de algunos problemas de infraestructuras, en especial que se disponga de líneas y capacidades de evacuación de energía a las cuales conectar las correspondientes salidas de los parques eólicos. Pero también es importante que esos parques no introduzcan elementos distorsionadores del entorno que provoquen el rechazo ambiental a la eólica.
En nuestro país disponemos de tecnología de generación eléctrica eólica que nos permite plantearnos la recuperación de este recurso, su continuo desarrollo, tanto en nuevos diseños como en potencia unitaria de los aerogeneradores, nos mantiene en línea con la evolución mundial. Aunque hemos de tener en cuenta que en razón de nuestra orografía y otras causas no podemos pensar en una fácil implantación de aerogeneradores de grandes dimensiones unitarias. Figura nº 6.
c) Biomasa en generación eléctrica
Los recursos teóricos de biomasa son muy amplios. Por un lado tenemos la biomasa residual: agrícola, forestal, industrial y ganadera. De otro tenemos la posibilidad de los cultivos energéticos. Hoy se consumen 3,5 millones de tep, pero el potencial es diez veces mas. ( 5 ).
La cuestión está en como recuperar esa biomasa, en que forma los agentes mas cercanos al terreno están dispuestos a participar y asegurar esa recogida y como las administraciones pueden garantizar las ayudas económicas que hagan competitiva esa recogida, teniendo en cuenta a ese respecto que existe un claro bien social en esa actividad. ( 6 ).
En ese sentido vamos a dar dos ejemplos muy distintos de gestión de residuos dirigidos a la generación de electricidad. En primer lugar la planta de Vetejar, en la cual las coperativas olivareras han promovido y asegurado con sus residuos el funcionamiento de una instalación de 12 MW, la participación de la empresa industrial ABENGOA y la eléctrica Compañia Sevillana de Electricidad del Grupo ENDESA da solidez energética al proyecto. El hecho de que los residuos estén concentrados y su vertido sea un problema ambiental, hace que su coste en central tenga un valor bajo, ligado a su manejo y transporte, eso hace viable la planta a los precios que se aplican hoy esta generación eléctrica.
De otro lado, en el Concello de Allariz, la gestión de su Ayuntamiento permite la recogida de biomasa forestal residual con empleo local que cuenta con la subvención de la XUNTA de Galicia para prevención de incendios forestales. Esto permite disponer de materia prima a costes competitivos para hacer funcionar una instalación de generación de 2,3 MW de potencia. La presencia de IDAE, SODIGA, Unión Fenosa y el Grupo ENDESA en el proyecto ayuda en su realización.
Otro recurso de biomasa son los cultivos energéticos. En España la superficie de tierras que dejarán de cultivarse para usos alimentarios será importante, tanto por razón de los acuerdos de la PAC, como otras actuaciones particulares. El desarrollo de cultivos energéticos es importante. Desde diferentes instancias se está trabajando en esta línea. El Grupo ENDESA participa en varios de estos proyectos. ( 7 )
Una planta de 10 MW de potencia necesita unas 75.000 t anuales de biomasa, esto es unas 25.000 tep/a. Por tanto el potencial teórico es muy elevado, de varios miles de MW como potencia que puede ser instalada. Siempre contando con un esquema de alta participación local en la gestión del recurso de biomasa.
Pensando en las condicioes geográficas y sociales de nuestro país hemos de pensar en instalaciones de media y pequeña potencia, de 1 a 15 MW, en este contexto el esquema de caldera y turbina de vapor puede no ser adecuado, bien por recurrir a turbinas pequeñas o bien por que se establezca un funcionamiento irregular a la planta en razón de la biomasa disponible a lo largo del año o la variación de los precios de la electricidad a lo largo del día.
En este sentido hemos de hacer dos consideraciones, en primer lugar la que nos lleva a la conveniencia de desarrollar la tecnología de gasificación de la biomasa, para obtener un gas convenientemente limpio para su combustión en una instalación sencilla y de operación flexible, tal cual es el motor diesel. Se está trabajando al respecto desde diferentes universidades y centros de investigación. ( 8 ).
Por otro lado hemos de recordar la flexibilidad de la biomasa para seguir una curva de demanda eléctrica prefijada. En este sentido hemos de recordar que la electricidad se va a facturar al sistema general a un precio de subasta semihoraria que tendrá importantes variaciones de las horas valle, nocturnas a las puntas diurnas. La electricidad de la biomasa se valorará con una prima constante sobre los valores resultantes de dicha subasta. Por ello será mejor producir en el día que en la noche y mejor en otoño e invierno que en primavera y quizás en el verano.
d) Solar térmica media y alta temperatura
El potencial de la energía solar para generar electricidad es muy elevado. En mas de la mitad de nuestro territorio, una instalación que cubra 150 Has puede producir unos 200 GWh/a. Es decir aplicando esto a un millar de municipios podríamos producir toda la electricidad que se demanda en el país. Ahora bien tenemos muchas restricciones al respecto. La primera es que el coste de generación se situa en el entorno de las 30 ptas/kWh, que hoy no es competitivo.
Por otro lado la energía solo se produciría en las horas diurnas, lo cual obligaría a establecer sistemas de almacenamiento de electricidad de gran magnitud, que encarecerían el suministro de electricidad.
Hoy se ve como alternativa mas viable la construcción de plantas térmicas híbridas que funcionen en base con un combustible fósil, gas natural u otros. En las horas diurnas se produciría un plus de electricidad con sol, que además en esas horas tendría un precio mas elevado. En nuestro país se propone la realización de proyectos de demostración al respecto, aprovechando instalaciones de generación convencional ya en operación.
e) Fotovoltaica
En este caso al analizar el recurso potencial nos encontramos en un caso similar al anterior. Las restricciones a la hora de aplicar esta opción son diferentes. El coste de generación eléctrica se acerca a las 100 ptas/kWh, aunque nuevos diseños como es la concentración pueden reducir a la mitad esos valores. ( 9 ).
La energía fotovoltaica admite en gran medida la aplicación distribuida. Pensando en las aplicaciones conectadas a red admiten al menos las siguientes tres alternativas:
- Tejados fotovoltaicos para consumos individuales o de pequeñas agrupaciones. Es una solución ligada a una concienciación verde. Supone inversiones específicas elevadas y la contribución al suministro energético es muy baja. Por ejemplo 100.000 tejados de 3 kW de potencia unitaria supondrían una inversión de unos 300.000 millones de ptas y una participación en la generación eléctrica de unos 600 GWh/a, es decir un 0,3% de la demanda española.
- Integración estructural en edificios. Se parece al caso anterior, al menos a primera vista en el potencial de participación en la generación de electricidad. La ventaja diferencial sería que sus costes de instalación se pueden reducir si se consiguen elementos de fachada sustitutivos de los convencionales a un precio no muy superior que estos convencionales. De llegarse a esto la extensión de la opción a muy diversas construcciones puede dar un potencial energético de mayor nivel que el caso anterior.
- Plantas de media potencia. Son la gran opción de futuro, en especial si se sitúan en áreas de alta radiación solar. En este sentido se sigue investigando para reducir costes. Se estima que pueden ser soluciones viables al año 2.020.
Ante la expectativa de aplicación de la energía fotovoltaica y, en su caso las pilas de combustible, sería conveniente estudiar y potenciar el uso de la electricidad en corriente continua en ciertas aplicaciones, lo que ahorraría la inversión de corriente.
f) Calentamiento solar
La instalación de paneles de calentamiento de agua para usos sanitarios y calefacción es una opción técnicamente resuelta, que precisa de programas de incentivación para aprovechar el buen nivel de recurso en nuestro país, donde está poco extendida esta práctica comparada con otros de nuestras latitudes, como es el caso de Grecia.
Se puede pensar en establecer ritmos de instalación de algo mas de 50.000 m2, de forma que en una década alcancemos una cobertura del 1% de nuestra demanda de energía primaria. Desde el sector eléctrico no estamos en teoría involucrados en esta actividad, pero en concreto en el Grupo ENDESA, la empresa MADE es uno de los fabricantes punteros de nuestro país, con capacidad para atender a un programa como el aquí apuntado.
g)Biocombustibles
No es el objeto de este trabajo el análisis de esta forma de las energías renovables, pero no podemos pasar sin dar un par de matices al respecto. En primer lugar lo que supone el desafío europeo de un 12 ó 15% de penetración en el abastecimiento de energía primaria. La parte de esta dedicada a combustibles de uso directo es de unos 70 millones de tep, lo que supone que deberíamos pensar en el 2.010 en abastecernos con unos 9 millones de tep de biomasa en forma de biocombustibles de uso directo. Estamos en 3,5 millones de tep de biomasa y podríamos pensar en una década en llegar a cerca de 1 millón de tep en calentamiento solar, por lo que deberíamos añadir unos 5 millones de tep de biocombustibles, preferentemente líquidos y sustitutivos de los derivados del petróleo, en automoción y otros usos.
Salvo que se produzcan cambios de orientación muy profundos, no es previsible que el incremento de participación de la biomasa alcance el millón de tep. Esos cambios se ligan a diferentes aspectos, entre ellos el de desarrollo tecnológico, en el cual es importante conseguir obtener biocombustibles líquidos a partir de biomasas de elevada productividad agrícola, materias primas celulósicas o hemicelulósicas, mediante hidrólisis u otros procesos, sobre los cuales ya se investiga.( 10 ).
Propuestas de generación eléctrica con renovables
Un objetivo que podemos plantearnos para el año 2.010 es el de conseguir en la generación eléctrica un grado de cobertura de un 15% de la demanda que exista en esa fecha. Esta previsiblemente estará por encima de los 200.000 GWh/a, es decir estamos hablando de conseguir con renovables unos 30.000 GWh/a.
En ellos no incluimos la hidráulica de mas de 10 MW de potencia. En primer lugar por que no se considera como tal en las estadísticas de energías renovables. En segundo lugar por que del lado de los combustibles de uso directo será muy difícil llegar al 10% de participación de las renovables, por lo cual hemos de intensificar el reto en generación eléctrica. Sobre todo pensando que se nos acabará pidiendo como país que moderemos nuestro incremento en la emisión de CO2 y otros gases de efecto invernadero.
En razón a lo visto en el apartado anterior, potencial de recursos renovables, podemos hacernos varios esquemas objetivo, para el año 2.010, en los cuales la participación mayoritaria la han de llevar siempre la minihidráulica, la eólica y la biomasa. Figura nº 7.
Deberíamos llegar en minihidráulica a una potencia instalada del oreden de 3.000 MW, lo que podría darnos una producción eléctrica anual en el entorno de los 10.000 GWh/a. En razón de las controversias ambientales en esta energía es difícil pensar en sobrepasar estas cifras, aunque el potencial y la tecnología lo permitieran.
En eólica deberíamos llegar a una potencia instalada del orden de los 5.000 MW, lo que supondría una generación de unos 12.000 GWh/a. Parece una apuesta arriesgada, habríamos de subir a un ritmo de construcción de unos 400 MW/año, pero ello es factible, por recurso y por aceptación social.
Se debería pensar en llegar a las máquinas de mayor potencia idóneas para nuestra orografía, alrededor de 600 ó 700 kW. Tanto para nuevos parques, como para sustituir otras máquinas pequeñas de los primeros parques comerciales. Podemos pensar en tener unos 8.000 aerogeneradores instalados en unos 200 parques, estas dos cifras así expresadas no parecen tan exageradas.
En biomasa nos vemos obligados a pensar en unos 1.500 MW de potencia instalada, lo cual no parece fácil, salvo que se establezcan planes de fomento intensivo, con participación de las administraciones autonómicas y locales, además de reconocer componentes de costes en la recogida de la biomasa que induzcan beneficios sociales.
Pensar en unas 200 instalaciones parece difícil, aunque si podemos que podríamos llegar a señalar ese número de comarcas en las cuales fuera factible llegar a esa implantación, en base a residuos agrícolas y forestales, quizás con participación de cultivos energéticos.
Por otro lado se podría pensar en introducir biomasa en centrales térmicas existentes, como combustible complementario, pensando además que puede tener efectos beneficiosos, como es la reducción en la formación de óxidos de nitrógeno. No obstante esta solución nos presenta limitaciones estratégicas y operativas.
La participación de la energía solar, tanto térmica como fotovoltaica, será simbólica en el horizonte del año 2.010. No parece que en conjunto se alcancen un centenar de MW como plantas de demostración. En la década siguiente pueden aparecer estas opciones con mayor fuerza comercial.
Sistemas de incentivación
En el apartado anterior nos hemos referido a instalar nueva potencia en el orden de 8.000 MW, esto supone una inversión global en el entorno de 1,5 billones de ptas. Este esfuerzo es muy elevado y no es fácil de asumir salvo a través de actuaciones concertadas en las cuales habría que contar con participaciones significativas de las empresas eléctricas.
Ahora bien una inversión de este tipo sería fomentadora de empleo en nuestro entorno, en especial si repercute en suministros de empresas de fabricación y tecnología española. Por ello merece la pena reflexionar como sería posible llegar a realizarla.
En esa misma situación se encontrarán otros países europeos, por lo cual el problema es mas amplio y quizás sea preciso enfocarlo en un esquema global. Dado que además el compromiso a favor de las renovables es europeo, es preciso analizar propuestas que afecten al conjunto de la Unión Europea y a sus sistemas de reconocimiento de extra costes.
Una propuesta que ya empieza a circular es la de plantear un nivel de participación de las renovables en las empresas eléctricas, al cual irían asociados unos bonos comercializables de exceso de producción que serían vendibles a aquellas empresas que no alcanzaran los niveles establecidos. La idea se plantea en Holanda, que es un país con elevada preocupación por las emisiones de CO2.
Esta propuesta la hemos de mirar con interés desde las empresas eléctricas españolas, ya que los recursos de energías renovables son en proporción a nuestra producción eléctrica mayores en nuestro país que en la media europea. Tenemos una amplia superficie con una baja densidad de población en amplias zonas. Además, tanto el viento como el sol, este hacia futuro, son abundantes.
Bibliografía
1.- WEC.- World Energy Council.- Journal July 1.997
2.- MENENDEZ PEREZ Emilio.- Las energías renovables. Un enfoque político-ecológico.- Los libros de la catarata. 1.997.
3.- IEA Coal Research.- Clean Coal Technology. Markets and opportunities to 2.010.
4.- EDS. TERES. The european renewable energy study. ALTENER Programm. European Commission, 200 Rue de la Loi, Brussels.
5.- IDAE.- ENERGÍAS RENOVABLES EN ESPAÑA. Anuario de proyectos 96.- Biblioteca CINCO DÍAS.
6.- BALESTEROS, M., MARTÍNEZ J.M. (CIEMAT): "La biomasa como vector energético" Curso en la Universidad Carlos III. Madrid, octubre 1.995.
7.- FERNÁNDEZ, J.: "Cultivos energéticos para producción de electricidad", revista Tecnoambiente, nº62, junio 1.996.
8.- BILBAO R. y otros: "Gas production in the thermal decoposition of lignocellulosic residues. Selectivity and yields" Biomas for Energy and Industry. 7th EC Conferencia. pp: 1019-1024
9.- LUQUE, A., LORENZO, E. y otros: publicaciones varias sobre energía fotovoltaica. Instituto de Energía Solar. Universidad politécnica de Madrid.
10.- BALLESTEROS, M., BALLESTEROS, I., y otros: "Obtención de bioalcohol. Optimización de un proceso a partir de tubérculos de patata. Hidrólisis ácida. Fermentación en contínuo", revista Ingeniería Química, febrero y marzo de 1.994.