Alemania, rumbo al 100% verde
Proyecto: La locomotora europea experimenta por primera vez en la práctica cómo generar el grueso de su producción eléctrica con energía eólica y solar.
Sonnenschiff, en Friburgo, es conocido por el uso de energías alternativas. FOTO: GYULA GYUKLI
Los informes que demuestran que es posible vivir con un 100% de electricidad de origen renovable hace tiempo que proliferan y que consideran esta opción factible. Pero en Alemania no sólo se teoriza. Alcanzar niveles muy elevados de energía verde en el mix eléctrico del país es el objetivo oficial de la estrategia de transición energética puesta en práctica después de la catástrofe de Fukushima en marzo de 2011, la llamada Energiewende. El objetivo de esta política es que como mínimo un 80% de la electricidad consumida proceda de fuentes renovables en el horizonte de 2050.
Un primer proyecto llevado a cabo entre los años 2006 y 2008, capitaneado por el instituto Fraunhofer IWES, demostró que una producción al 100% verde podía responder a la demanda durante cada instante del año. Pero nada abordaba sobre aspectos cualitativos como si el sistema eléctrico podría garantizar la seguridad de la red en ese escenario; es decir, si en todo momento podría mantener la tensión y la frecuencia (véase el apartado Equilibrio) de la corriente en la medida en la que se requiere.
LA EÓLICA, LA MENOS CARA
En la actualidad, si se desacoplan consumo y producción eléctricas, las centrales térmicas e hidráulicas, regulables a voluntad, aumentan o disminuyen de forma automática su producción para estabilizar la frecuencia. ¿Cómo asegurar esta función esencial en un sistema renovable al 100%?
Para encontrar la respuesta a esta pregunta, el instituto Fraunhofer IWES ha dibujado un escenario virtual con un 100% de la electricidad limpia, en el que el consumo del país sea equivalente al de hoy (600 TWh al año). Para cubrir esa necesidad, la energía eólica proporcionaría un 60% del total; la fotovoltaica, un 20%; otro 10% procedería de la biomasa, y el 10% restante, de la hidráulica y la geotérmica. La energía del viento ocupa un lugar preponderante en el escenario dibujado debido al hecho de que es la menos cara de todas las renovables. Además, a diferencia de la solar, permite la generación tanto de día como de noche.
Del 30% al 100% de renovables
Producción eléctrica, en TWh y en %
La potencia eólica y solar instaladas totalizan 260 GW (tres veces más que los 80 GW de hoy). Esta potencia se traduce en fuertes excedentes de producción en determinados momentos, excedentes que hace falta almacenar para cuando haga falta energía. En el escenario dibujado también se prevé que un tercio de los sistemas fotovoltaicos instalados en edificios vayan acompañados de baterías, y apuesta igualmente por una tecnología aún emergente, el power-to-gas o metanación o metanización, que consiste en producir hidrógeno mediante electrólisis del agua, que acto seguido se recombina en metano y puede inyectarse en las redes gasistas urbanas.
Sobre esta base, los investigadores han construido una maqueta extremadamente precisa de un sistema eléctrico nacional al 100% renovable. Potentes ordenadores han simulado el funcionamiento de miles de instalaciones renovables distribuidas por el territorio, así como las necesidades de almacenamiento y los flujos de electricidad en una red eléctrica virtual. Al final del proyecto, en 2013, el equipo de expertos llevó a cabo pruebas sobre el terreno en instalaciones reales: 2 parques eólicos, 15 centrales fotovoltaicas y 7 unidades de biogás. Estas instalaciones descentralizadas están vinculadas entre sí por una red de comunicación específica que permite pilotarlas a distancia desde un solo centro de control (un regulador electrónico).
“Nuestra experiencia ha demostrado que las renovables no sólo son capaces de generar suficiente energía de forma permanente, sino que pueden garantizar además la estabilidad de la corriente”, resume Kurt Rohrig, director adjunto del Fraunhofer IWES.
Los costes de este giro se compensarían, como muy tarde, en 2030
Instalar baterías en los parques eólicos permitiría alimentarlos
Las centrales de biogás son regulables, como toda central térmica. Las producciones eólica y solar son, por su parte, previsibles de un día para el otro, con un grado de fiabilidad elevado. Además, estas instalaciones ya se pueden controlar a distancia de modo que se desconecten en caso de congestión o se enchufen a la red en caso de necesidad. Y si de manera imprevista se producen variaciones de frecuencia, se pueden introducir elementos correctores reduciendo o aumentando la potencia inyectada en la red.
¿Y EN CASO DE APAGÓN?
“La energía eólica y la solar pueden ofrecer la potencia suplementaria”, explica Reinhard Mackensen, investigador del Fraunhofer IWES. “Para ello, sólo hace falta que produzcan en un régimen ligeramente bajo, para poder ir aumentando la potencia en caso de necesidad”. En el caso de la energía eólica, por ejemplo, se lleva a cabo modificando el ángulo de las palas de los molinos, que giran más o menos deprisa. En especial, el regulador electrónico permite reacciones muy rápidas, de varios milisegundos en el caso de las fotovoltaica y también en el de las baterías (y cinco segundos en el de la energía eólica). Las renovables podrían así ejercer ellas mismas el papel que hoy desempeñan las centrales convencionales a la hora de corregir las variaciones de frecuencia.
En régimen de funcionamiento normal, las energías renovables pueden responder a las necesidades de ajuste. La situación podría, por el contrario, ser más delicada en caso de apagón. En un caso así, las grandes centrales actuales se vuelven a poner en marcha gracias a grupos auxiliares, pero las instalaciones de energía eólica y solar no están hoy equipadas para poder hacerlo. En caso de interrupción, estas instalaciones, al estar privadas de la energía necesaria para alimentar sus propios equipos, ya no pueden volverse a poner en marcha. “La instalación de baterías en los parques eólicos permitiría alimentarlos de manera independiente. Las centrales de biogás dispuestas cerca de los parques podrían igualmente desempeñar ese papel”, añade Reinhard Mackensen.
LA EÓLICA, LA MENOS CARA
Por otra parte, el control a distancia y simultáneo de miles de instalaciones descentralizadas supone desarrollar medios e interfaz de comunicación que deben ser especialmente fiables. La investigación está, en consecuencia, lejos de haber terminado para asegurar la seguridad de la red en cualquier circunstancia.
El proyecto Kombikraftwerk se limita a estudiar si es factible desde un punto de vista técnico un sistema al 100% renovable, sin abordar cuánto costaría. Este asunto está siendo investigado por otro departamento del mismo instituto Fraunhofer, pero va mucho más allá del mero sector eléctrico.
Este centro estudia ya la transformación, desde ahora y hasta el año 2050, del conjunto del sistema energético alemán (electricidad, calor y transporte) en un sistema al 100% renovable. Es lo que se ha bautizado como el proyecto Hércules.
Una primera estimación del Fraunhofer IWES publicada en 2014 concluía ya que las inversiones que debían acometerse para lograr alcanzar ese preciado objetivo ascendía a entre 30.000 y 40.000 millones de euros cada año, es decir, el 1,3% del producto interior bruto (PIB) alemán.
Sin embargo, estos costes serían compensados como muy tarde en el año 2030, debido a los ahorros que se obtendrían en las importaciones de energía fósil, que hoy le cuestan a Alemania más de 90.000 millones de euros cada año. La conclusión del instituto es clara: “La transición energética es una apuesta altamente interesante, que plantea un potencial enorme de beneficios”.
EQUILIBRIO
TENSIÓN Y FRECUENCIA, DE LA MANO
La tensión y la frecuencia de una red eléctrica deben mantenerse constantemente a un cierto nivel.
La tensión es comparable a la presión en un circuito hidráulico. Permite hacer avanzar la corriente. Varía según el tipo de red: de baja y media tensión (de 230 voltios a 60 kV), de alta tensión (60-230 kV) y de muy alta tensión (230-400 kV). Un exceso de tensión puede dañar los aparatos eléctricos, mientras que si no hay suficiente, el sistema se puede desconectar. La tensión es más fácil de regular que la frecuencia. Esta última es la característica principal de la corriente alterna (cuya tensión es alternativamente positiva y negativa, a diferencia de la continua, que ofrece una batería o un panel solar). En la red europea es de 50 hercios (Hz). Si se sale de su horquilla de seguridad, la corriente se corta para proteger los aparatos y equipos eléctricos.
