Ago 13 2022
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Econom铆a

La Lavadora de Medianoche usa detergente y agua caliente

Pr贸logo

El bloque anterior se centr贸 en analizar varios casos reales, con datos de la Red El茅ctrica Espa帽ola sobre la producci贸n de electricidad en Espa帽a. Se repiti贸 varias veces el t茅rmino 鈥榚stabilidad鈥, as铆 como sus derivados 鈥榗ontrol鈥, 鈥榠nestabilidad鈥, 鈥榬uido el茅ctrico鈥 y otros t茅rminos.

A煤n as铆, apenas se pas贸 de puntillas sobre el tema de control de la estabilidad de la red el茅ctrica, si bien se dej贸 claro que toda esta serie va precisamente de 茅sto: la estabilidad (o falta de ella) de la red el茅ctrica espa帽ola, c贸mo las renovables afectan, c贸mo eso tiene un coste, y c贸mo se hace para mantenerla.

Por eso, este bloque o secci贸n, se dedicar谩 a explicar someramente, para principiantes, c贸mo funciona el mecanismo de control y estabilizaci贸n de la red el茅ctrica a un nivel b谩sico, as铆 como algunos elementos m谩s adelantados como los l铆mites relativistas que aplican a la red.

A partir de ah铆, se analizar谩 c贸mo afecta la introducci贸n de energ铆as renovables en la red el茅ctrica, en su estabilidad, en los sistemas de control, la red de distribuci贸n, y su consumo. Es un tema muy muy complejo, pero algunas partes son relativamente sencillas de entender a nivel de concepto.

Principios b谩sicos

El sistema el茅ctrico que hace que las familias espa帽olas tengan electricidad en sus hogares de forma no aislada, consta b谩sicamente de tres partes importantes y diferenciadas: los sistemas de producci贸n (鈥榩unto A鈥), los consumidores (鈥榩unto B鈥), y la red de distribuci贸n que lleva la electricidad de A a B, de lejos la parte m谩s complicada y compleja de todas.

Si bien tenemos alguna idea de lo que significa consumir, la parte de producir s贸lo se conoce superficialmente, y sin embargo es la encargada de que tengamos luz en nuestros hogares con unas caracter铆sticas muy importantes.

Estos sistemas de producci贸n se pueden dividir en dos grandes sistemas muy diferentes entre s铆: los sistemas basados en el giro mec谩nico de un alternador, y la fotovoltaica.

Dentro de los sistemas con alternador, hay dos tipos: los sistemas e贸licos de velocidad variable o as铆ncronos, y todos los dem谩s.

Como se puede ver, las renovables son algo 鈥榩articulares鈥. Adem谩s de intermitentes. Por eso, dejaremos de lado de momento dichas renovables, y nos centraremos en lo que es la generaci贸n b谩sica s铆ncrona.

Todas las redes de distribuci贸n de electricidad del mundo funcionan b谩sicamente (desde el punto de vista de los hogares) con lo que se conoce como 鈥榗orriente alterna鈥 (CA o AC en ingl茅s, Altern Current), es decir, una tensi贸n que va cambiando de polaridad, 50 veces por segundo (Hz, Hercios) en Eurasia y 脕frica, o 60 Hz en todo lo que es Am茅rica.

Hay varias razones para ello, siendo la principal que los transformadores de potencia est谩n bien adecuados para trabajar a esas frecuencias manteniendo el sistema sencillo, cosa que no pasa si la frecuencia es muy alta, o si se trabaja en corriente continua. Eso facilita todo lo que es la cadena o red de distribuci贸n.

Otra ventaja es que la tensi贸n se suele mantener bastante estable independientemente de otros factores, cosa que no pasa, por ejemplo, con un generador de Corriente Continua (una dinamo). De ah铆 sacamos los dos primeros par谩metros importantes a la hora de 鈥榤edir鈥 la estabilidad: la frecuencia a la que se produce, y la tensi贸n.

Ahora bien, hay un tercer par谩metro importante que no es sencillo pillar a simple vista, y que es el resultado de entender esto de la corriente alterna: la fase. Adem谩s resulta que es el 鈥榲alor鈥 que se utiliza para el control de la generaci贸n. El t茅rmino fase est谩 muy relacionado con el de frecuencia. Hemos dicho que la corriente en Eurasia, y por tanto, en Espa帽a, trabaja a 50Hz de forma alterna. Pero en la red, hay muchos generadores, y no pueden ir cada uno a su ritmo: todos tienen que estar sincronizados.

Todos tienen que 鈥榠r al paso鈥. La fase mide el retraso o adelanto entre dos sistemas que no van exactamente 鈥榓l paso鈥. Misma frecuencia鈥 y a la vez. Es decir, con un desfase entre uno y otro de 鈥榗ero鈥 (en teor铆a de cero grados, o cero radianes, medidas angulares).

En teor铆a, s铆 que hay un cierto desfase, pero ese valor depende de la tensi贸n y potencia suministrada en cada caso. Adem谩s, hay otro factor complejo detr谩s (tanto en el sentido de complejidad del concepto para ser entendido, como en el sentido de 鈥榲alor complejo鈥 matem谩tico): la potencia real, la potencia reactiva y su compuesto la potencia aparente.

Dejemos la 鈥榗omplejidad鈥 atr谩s, ya que no es relevante para el an谩lisis que se va a cubrir en esta serie, y dejemos como que hay una cierta 鈥榝ase鈥 (adelanto o retraso) a la hora de 鈥榤arcar el paso鈥 que depende de ciertos valores particulares de producci贸n o consumo requerido. Simplemente eso. Para simplificar el an谩lisis podr铆amos pensar que esa 鈥榝ase鈥, adem谩s, es siempre 鈥榗ero鈥.

Por tanto, podr铆amos decir que el par谩metro importante a tener supervisado, es el de la frecuencia, puesto que el sistema de control se encarga de ajustar la 鈥榝ase鈥 para que la potencia generada cumpla con lo necesario.

As铆 pues, podemos supeditar casi todo el an谩lisis de estabilidad (para el nivel pretendido en esta serie de publicaciones, que es 鈥榮encillo鈥) a lo que es la frecuencia. Parad贸jicamente, el tema frecuencia apenas ser谩 visto en esta entrada.

Un ejemplo cl谩sico

Bien, 驴como funciona un sistema de generaci贸n y su sistema de control? En la anterior entrada se puso un ejemplo sencillo, y que viene bien retomar para explicar c贸mo se mantiene el control de un generador: una alternadora o 鈥榖urra鈥 para una instalaci贸n peque帽a desconectada de la red.

Una alternadora 鈥榗l谩sica鈥, es decir, el sistema m谩s generalizado de producci贸n de energ铆a el茅ctrica, gira constantemente a una misma velocidad: 3.000 revoluciones por minuto en un motor con un s贸lo par de polos, 1.500 rpm en uno de dos pares, 1.000 en uno de 3 pares, etc.

Si dividimos 3.000 por los 60 segundos de un minuto, tenemos que una alternadora de dos polos gira 50 veces por segundo: los 50Hz. Por tanto, el 鈥榯ruco鈥 del sistema de control es mirar en todo momento que la velocidad de giro sea constante.

Cuando entra una nueva carga, o simplemente cuando se demanda m谩s potencia, bien sea porque se le da a un interruptor para encender una bombilla, o porque el termostato de la nevera o del horno activa la carga (un compresor y una resistencia respectivamente), aumenta la potencia demandada, lo que, a una misma tensi贸n, significa una mayor corriente, y por tanto, un mayor campo magn茅tico que 鈥榝rena鈥 el motor que hace girar el alternador.

Esta variaci贸n puede ser muy r谩pida, y los sistemas de control son relativamente lentos, as铆 que hace falta algo que 鈥榚nlentezca鈥 la respuesta, que la haga m谩s lenta y por tanto m谩s controlable.

B谩sicamente, hay un elemento f铆sico que cumple a la perfecci贸n este concepto: lo que se conoce como 鈥榲olante de inercia鈥. No es ning煤n invento nuevo: ya se usaba en las antiguas m谩quinas de vapor precisamente con el mismo fin: estabilizar la velocidad de giro. Los motores de coche tambi茅n lo utilizan, y no son los 煤nicos.

Para los interesados, se puede considerar el volante de inercia como un almac茅n de energ铆a rotativa. Cuando entra una carga, el volante ofrece resistencia a ser frenado, as铆 que una parte de la energ铆a que tiene almacenada es la que se vierte en la red el茅ctrica para compensar el aumento de energ铆a demandado.

Eso hace que la frenada no pare en seco el alternador, s贸lo retrasa la fase, dando as铆 el tiempo necesario al sistema de control para que compense el aumento de demanda dando m谩s potencia al motor que gira el eje de la alternadora para corregir ese retraso en fase y ponerlo de nuevo en su lugar.

Resumiendo: una gran masa rotativa, un gran volante de inercia, o la 鈥榠nercia rotativa鈥 es un elemento deseable, importante, para mantener la estabilidad de la red. Por eso, todos los sistemas que generan electricidad mediante alternadores tienen volantes de inercia de mayor o menor tama帽o.

Un dato importante: la energ铆a que guarda un volante de inercia depende del cuadrado de la velocidad de rotaci贸n. A doble velocidad, cuatro veces m谩s energ铆a.

Por eso, aunque las aspas de los aerogeneradores son muy grandes, al rotar muy despacio, tienen una inercia rotativa muy baja, as铆 que los aerogeneradores suelen tener un multiplicador para hacer rotar el generador a m谩s revoluciones鈥 y de paso poner un volante de inercia m谩s adecuado aunque sea de menor peso.

Ojo: hay aerogeneradores que no tienen nada de eso, y, en general, suelen tener inercias rotativas bajas. El mantenimiento de la caja multiplicadora de velocidad (lo contrario a un engranaje reductor) es uno de los puntos importantes y caros de los aerogeneradores. Para el resto, generalmente el alternador se suele poner bastante grande, y con mucho peso, favoreciendo as铆 su efecto inercial, muchas veces, adem谩s, potenciado.

Varios ejemplos vienen al paso: las turbinas de gas son elementos rodantes bastante pesados de por s铆, y a煤n m谩s las turbinas de agua que mueven los alternadores de las hidroel茅ctricas (aunque eso depende del tipo de turbina), sin contar la propia masa del agua.

Las de vapor son similares a las de gas, aunque son m谩s sencillas. Por eso no es raro encontrar que las turbinas tanto de vapor como de gas tienen volantes de inercia 鈥榓帽adidos鈥, habitualmente de forma externa, en el eje que acopla el alternador.

No s贸lo hay volantes de inercia en los generadores: hay elementos de estabilizaci贸n independientes que b谩sicamente son enormes volantes de inercia con un motogenerador as铆ncrono. Este tipo de tecnolog铆a de almacenamiento energ茅tico se est谩 empezando a utilizar cada vez m谩s, a pesar de tener muchas p茅rdidas, precisamente para dar estabilidad a redes con gran penetraci贸n de renovables.

Como ejemplo, podemos poner el sistema que hay en Lanzarote, instalado por la REE. No es el 煤nico, y su funci贸n siempre es la de aportar estabilidad de frecuencia y tensi贸n en sistemas peque帽os, y con abundancia de renovables. Ojo: es un sistema de almacenamiento de energ铆a de corto plazo, decenas de segundos a lo sumo.

Ah铆 queda marcado un primer punto con respecto de la fotovoltaica: 茅sta no tiene nada de inercia, ni de almacenamiento energ茅tico (m谩s all谩 de milisegundos), as铆 que es imposible que pueda aportar estabilidad energ茅tica por s铆 misma.

Entre los aerogeneradores, hay bastante variedad. Los hay as铆ncronos o de velocidad variable, y los hay de velocidad fija. Los hay mas 鈥榖谩sicos鈥 que meten en la red todo lo que producen, y los hay m谩s sofisticados con alg煤n sistema de control m谩s refinado, incluyendo su propio volante de inercia as铆ncrono, o, los m谩s avanzados, preparados para una gran penetraci贸n, que incluso tienen peque帽as bater铆as para reducir su impacto en cuanto a estabilidad.

En el caso de los sistemas as铆ncronos, 茅stos son m谩s complejos ya que pueden trabajar a diferentes velocidades de rotaci贸n, mediante t茅cnicas de generaci贸n de campos magn茅ticos y otras cosas.

Digamos que los sistemas s铆ncronos hacen girar una bobina a una velocidad constante dentro de un campo magn茅tico hecho por imanes permanentes (o electroimanes). En uno de velocidad variable, lo que genera el campo magn茅tico son electroimanes pero con un control que hace 鈥榞irar鈥 ese campo magn茅tico a la velocidad adecuada para que parezca que gira a una velocidad constante. Eso da un grado m谩s de control, y por tanto de complejidad (electr贸nica), adem谩s de menor rendimiento (la generaci贸n del campo magn茅tico consume energ铆a).

Ese tipo de control se halla en los volantes de inercia antes mencionados y en ciertos tipos de aerogeneradores 鈥榮encillos鈥 (en el sentido mec谩nico, con las aspas fijas no variables) y no tan sencillos (con control de paso de las palas), y tiene ciertas ventajas. Primero, ayuda a mantener algo la estabilidad de frecuencia y tensi贸n. Pero lo m谩s interesante es que permiten un gran control sobre lo que se conoce como potencia reactiva, lo cual en determinadas circunstancias, es de ayuda.

Sin embargo, la inercia rotativa de los aerogeneradores es muy baja, y b谩sicamente esta tecnolog铆a s贸lo est谩 para mitigar lo peor de los efectos de la variabilidad de la generaci贸n. Por eso se han desarrollado sistemas de control m谩s avanzados, generalmente con bater铆as, para permitir una gran penetraci贸n de la e贸lica en la red el茅ctrica, pero eso es material algo m谩s avanzado que veremos m谩s adelante en este mismo art铆culo.

La velocidad y el tocino

Hemos hablado de tres par谩metros importantes en cuanto a estabilidad: frecuencia, tensi贸n y fase. Hace falta un 煤ltimo par谩metro importante a la hora de caracterizar la estabilidad, o, para el caso, la inestabilidad: la velocidad. En el caso que nos ata帽e, se trata de la capacidad de variar la potencia suministrada a m谩s, o de reducirla, en una cierta cantidad en cuesti贸n de segundos a minutos鈥 u horas.

Precisamente de eso iba la 煤ltima parte del an谩lisis con que se termin贸 la 煤ltima entrada: de la velocidad de variaci贸n de la potencia suministrada, a intervalos de 10 minutos. Justo antes de esto, ya hemos dicho que el volante de inercia sirve precisamente para eso: para suministrar potencia a partir de la energ铆a almacenada, aunque sea durante unos segundos. Pero los volantes de inercia tienen su otro lado: dado que su principio es precisamente la capacidad para no variar su velocidad de giro, eso significa que para llevarlo a su velocidad de trabajo, cuesta una cierta energ铆a y鈥 tiempo.

Dicho de otra manera: poner en marcha un alternador conlleva un tiempo s贸lo para acelerar la velocidad de giro del volante de inercia, y que generalmente implica que los grandes generadores tardan m谩s tiempo en estar a punto para entregar potencia a la red el茅ctrica.

Se coment贸 en el ejemplo de la entrada anterior que si hay un 鈥榓pag贸n鈥, los alternadores di茅sel tardan unos minutos en arrancar y ponerse a generar. Y eso que al no haber red no tienen que sincronizarse a ninguna frecuencia 鈥榚xterna鈥. Adem谩s dichos alternadores suelen ser 鈥榩eque帽os鈥, es decir, con un volante de inercia relativamente reducido.

Pero cuando se trata de verter potencia del orden de cientos de megawatios en la red el茅ctrica, primero hay que acelerar una gran inercia rotativa hasta la velocidad de giro nominal, y luego, encima sincronizarla. En s贸lo eso, se puede tardar f谩cilmente 10 minutos. Eso significa que adem谩s de los volantes de inercia que siempre est谩n ya girando, s贸lo hay un tipo de energ铆a capaz de reaccionar en menos de 10 minutos: la potencia ociosa, tambi茅n conocido como 鈥榤aterial rodante sincronizado鈥.

O sea, capacidad de generaci贸n que no est谩 generando, generadores que est谩n por debajo de su potencia nominal o m谩xima, o incluso 鈥榤谩xima de emergencia鈥. Reducir potencia suministrada es relativamente m谩s r谩pido y sencillo, pero no es inmediato.

Volviendo a la demanda de m谩s potencia, eso hace que todas aquellas centrales que son f谩ciles de controlar y que tienen la responsabilidad de hacerlo, tienen que trabajar fuera de su potencia m谩xima nominal, generalmente perdiendo rendimiento. No s贸lo eso: hay centrales que est谩n en marcha y listas para entregar potencia, pero sin hacerlo, s贸lo como respaldo.

Si una central est谩 arrancando y haciendo acelerar el alternador, se la clasifica como material rodante no sincronizado, y suelen poder entregar potencia en alrededor de 10 minutos. Generalmente, 茅stas 煤ltimas adem谩s suelen tener una cierta 鈥榓genda鈥: uno de los trabajos importantes de la REE es la de prever la potencia necesitada en cada momento, as铆 que planifican qu茅 centrales y cuando se tienen que poner en marcha.

A todo gas

Para poder cumplir eso, hace falta el tiempo necesario para poner en marcha cada generador, en qu茅 situaci贸n se est谩, potencia que puede generar, el sitio en que est谩 (eso es algo complicado, clave, objeto de la siguiente entrega) de la red el茅ctrica. Tras lo explicado hasta aqu铆, se puede elaborar una lista de tipos de central por velocidad, aunque sea relativa.

Aunque sea por tama帽o, los generadores di茅sel son r谩pidos pero quedan 鈥榙escartados鈥: aplican, por supuesto, pero en redes peque帽as o donde las variaciones de demanda no son excesivas en MW, como suelen ser los casos insulares (Canarias, Baleares). Por tanto, en lo que es la red peninsular, los primeros de la lista son aquellos que s贸lo tienen que acelerar un gran volante de inercia: la hidroel茅ctrica.

Dado que una parte importante de la inercia es agua, resultan relativamente r谩pidas de arrancar, del orden de decenas de minutos, m谩s de un cuarto de hora desde paradas, pero dentro de ese orden de magnitud. Adem谩s, raramente est谩n paradas. Son las m谩s r谩pidas en arrancar porque s贸lo tienen que acelerar la parte de generaci贸n el茅ctrica.

Pero el resto de centrales, adem谩s, tienen otras cosas que hacer antes. Dado que su principio de funcionamiento es termodin谩mico, es decir, usan calor para hacer mover el generador, tienen que 鈥榗alentar鈥 todo el sistema t茅rmico, y a ser posible, que llegue a un 鈥榬茅gimen estacionario鈥. Intentar acelerar las cosas causa problemas de estr茅s t茅rmico y termomec谩nico (dilataciones y contracciones, tensiones estructurales, fatiga de materiales).

Adem谩s, generalmente la eficiencia (y en parte la potencia) suele depender de las temperaturas m谩ximas que soporta todo el sistema termodin谩mico.Eso hace que cuanto m谩s grande sea 茅ste, m谩s lentas son en arrancar esas centrales, aunque eso se aplica generalmente a todos los sistemas de generaci贸n.

Las turbinas de gas son las que tienen un tama帽o de 鈥榸ona caliente鈥 m谩s peque帽o, aunque a temperaturas bastante altas, del orden de 1000潞C o m谩s. La c谩mara de combusti贸n es del orden de un metro de larga, y luego siguen unas pocas etapas de alta presi贸n y alta temperatura, que son las m谩s castigadas.

Por eso las centrales de gas son las m谩s r谩pidas en arrancar del grupo de las t茅rmicas, y estamos hablando de 45 a 90 minutos en poder entregar potencia, dependiendo del tama帽o y del tipo.

Generalmente las m谩s grandes (y eficientes, f谩cilmente m谩s de 55%, llegando algunas ya al 60%) suelen ser las que se usan en ciclos combinados, y no suelen ser excesivamente lentas, del orden de esos 45 a 60 minutos en entregar potencia鈥 del grupo de turbina de gas. La raz贸n es que no aprovechan del todo la potencia que se podr铆a sacar de esas turbinas, su turbina de baja presi贸n que mueve el alternador es relativamente peque帽a.

Y eso es porque 鈥榙ejan escapar鈥 los gases calientes (a unos 550 鈥 600 潞C) para la parte de generaci贸n a vapor: digamos que 鈥榚nchufan鈥 el 鈥榯ubo de escape鈥 a una caldera de vapor. De esa manera una central de ciclo combinado se gana su nombre: combinan una turbina de gas con otra de vapor鈥 que tarda f谩cilmente media hora m谩s en entregar su parte de potencia.

Eso implica que seg煤n el tipo de parada (desde cero, asumimos), tarda entre 45 y 60 minutos en dar una parte de su potencia, y entre 60 y 90 minutos o m谩s en entregar el resto. Si ese grupo de generaci贸n ha sido parado hace poco, las temperaturas dentro todav铆a no se han enfriado, la caldera tiene parte de calor residual, etc, entonces podr铆a volverse a poner en marcha de forma relativamente m谩s r谩pida.

Si por el contrario, se busca algo que arranque m谩s r谩pido aunque tenga menos eficiencia (del orden del 30 鈥 35%, a pesar de a帽adir etapas para aprovechar los gases calientes, que en este caso salen por debajo de los 400 潞C), se puede tirar de lo que se llaman turbinas de gas tipo 鈥榩eaker鈥 o para cubrir picos de demanda: son aquellas que est谩n pensadas para arrancar r谩pidamente, con menos inercia tanto t茅rmica como mec谩nica, generalmente m谩s peque帽as, y menos eficientes.

Incluso hay 鈥榓pa帽os鈥 que se aplican en ciertas partes del mundo donde hace calor: la potencia y rendimiento de las turbinas de gas dependen de la temperatura y la presi贸n atmosf茅ricas. Dado que no vuelan a gran altura (donde hay menor temperatura y presi贸n, y por tanto rinden mejor como es el caso de los aviones), la presi贸n no se puede modificar.

Pero s铆 la temperatura

En sitios donde hace calor, como por ejemplo Arabia Saud铆, lo que se ha hecho es poner un sistema de frio que utiliza el ciclo de absorci贸n del amon铆aco para generar hielo mientras no hace falta un exceso de demanda. Luego, cuando hace falta m谩s potencia, se usa dicho hielo para enfriar el aire de entrada de la turbina (en el desierto, que f谩cilmente es de 50潞C) lo cual hace que entren m谩s kg de ox铆geno dentro y por tanto permite 鈥榮obrepotenciar鈥 la producci贸n durante un tiempo (mientras haya hielo) sin que haya ning煤n tipo de problema.

Eso s铆, para poder hacer el hielo, se requiere el escape relativamente caliente de una turbina de gas, no de la salida de la caldera de un ciclo combinado. Tambi茅n est谩 el sistema de inyecci贸n de agua/vapor, conocido como Ciclo de Cheng, o el STIG y que es un viejo truco que usa, por ejemplo, el Jumbo a la hora de despegar. Pero es un gran consumidor de agua, puesto que el vapor se pierde.

A煤n as铆, las turbinas no son muy amigas de paradas y arranques a menudo. El problema es que para trabajar a m谩s de 1200潞C en la parte caliente y de forma fiable y eficiente, hacen falta ciertas tolerancias pensadas para compensar las dilataciones de los materiales a esa temperatura, as铆 que les va bien mantenerse siempre dentro de un cierto margen t茅rmico. El enfriamiento/calentamiento repetitivos causa fatigas en los materiales que hace que este tipo de turbinas duren bastante menos y tengan un desgaste y mantenimiento bastante superior:聽 no han sido dise帽adas para tales menesteres.

Las turbinas tipo 鈥榩eaker鈥, sin embargo, s铆 que est谩n m谩s pensadas para este tipo de funcionamiento, y adem谩s se suelen hacer m谩s f谩ciles de mantener, pero eso tiene un inconveniente: menor rendimiento (tolerancias mec谩nicas m谩s grandes, por poner un ejemplo).

De todas maneras, hay aqu铆 un punto ciego en muchos sitios a la hora de considerar el tema rendimientos y presuntos ahorros con las renovables: el arranque consume mucha energ铆a s贸lo para calentar y acelerar el sistema de generaci贸n, esos 45 鈥 90 minutos de arrancada (ojo, la hidro tambi茅n gasta energ铆a s贸lo para arrancar, pero al ser m谩s r谩pidas, eso dura poco y la p茅rdida es menor).

Adem谩s, todas aquellas que est谩n rodando, sincronizadas o no, est谩n consumiendo. Y muchas que est谩n produciendo por debajo de la potencia nominal, adem谩s, producen con menor rendimiento, es decir, consumiendo y emitiendo m谩s por cada MWh producido. Mantener la estabilidad tiene un consumo y unas emisiones no contabilizadas.

Afortunadamente, las turbinas de gas son bastante flexibles en cuanto a margen de generaci贸n, manteniendo un rendimiento aceptable. Adem谩s, son las m谩s r谩pidas de respuesta despu茅s de la hidroel茅ctrica, por las mismas razones que se han explicado a la hora de arrancar: el cambio de consigna de potencia es r谩pido.

En el caso de las hidroel茅ctricas, cambiar la potencia suministrada es r谩pido: abrir m谩s o menos el 鈥榞rifo鈥 del agua. En las de gas, m谩s o menos lo mismo: abrir m谩s o menos la espita. La corta distancia entre el quemador y la turbina de alta presi贸n (y lo que sigue) hace que respondan a variaciones r谩pidas en segundos sin inmutarse, y con gran variaci贸n de potencia, adem谩s, correctamente suministrada.

M谩s madera

La cosa cambia cuando vamos a las centrales de carb贸n o fuel oil: es aproximadamente el mismo caso que la parte de vapor de un ciclo combinado.

Aproximado, o id茅ntico: tanto las centrales que queman combustibles pesados (carb贸n, biomasa, fuel oil) como las nucleares, son sistemas que funcionan con turbinas de vapor, y por tanto, tienen una caldera de vapor que calentar, con una gran inercia t茅rmica.

Aunque lo que es la turbina de vapor es muy eficiente y r谩pida de respuesta (del orden del 40 a 45% de eficiencia, se ha usado durante d茅cadas para propulsar barcos, todav铆a lo hacen aquellos que son nucleares), la inercia de la caldera hace que sean bastante m谩s lentas de reacciones.

Caso particularmente grave es el de las nucleares: no s贸lo hay que calentar el agua, tambi茅n se calienta todo el inmenso y pesado reactor nuclear y los fluidos intermedios.

En este caso, estamos ante el tipo de central m谩s lento de reacciones de todos los que hay. Y no hace falta inventarse los datos para poder hacerse una idea de cuan lentas son, puesto que en los datos de la REE ya expuestos se pueden apreciar varios casos de parada/arranque de las nucleares. Veamos un gr谩fico de uno de ellos.

El d铆a 9 de enero de 2021 a la 1:00 de la madrugada se procedi贸 a parar un grupo de potencia de unos 450 MW. Tard贸 alrededor de 2h 40 minutos de dejar de aportar potencia, pero incluso se pas贸 el rato posterior absorbiendo energ铆a de la red durante 3h 20 minutos m谩s para enfriarse. A las 7:00 de la ma帽ana ya se hab铆a completado el proceso de apagado.

Luego, tras los trabajos necesarios, se volvi贸 a arrancar la unidad a las 21:00 del mismo d铆a al trepidante ritmo de 21.5MW de potencia m谩s vertidos a la red cada hora. En total, tard贸 21 horas en llegar a dar la potencia nominal. 21 horas entre que empieza a suministrar, y llega a su m谩ximo. 21 horas para variar 450MW.

Con ese ritmo, este tipo de centrales se puede ver claramente que son incapaces siquiera de seguir el ritmo de variaci贸n de la potencia demandada (por el consumo diario). Por eso van parejos con hidroel茅ctrica y bombeo.

Pero lo m谩s grave, y que parece que nadie entiende, es que son todav铆a menos capaces de compensar la variabilidad que introducen las renovables el茅ctricas intermitentes. Con datos num茅ricos: las variaciones que actualmente introduce la fotovoltaica se graficaron en la anterior entrada en valores rondando los 400MW en s贸lo 10 minutos. Aqu铆 tenemos un reactor nuclear que tarda 21 horas en variar esos 400MW.

Lo que s贸lo la fotovoltaica demanda YA en 10 minutos, no se puede cubrir ni con 21 horas de nuclear. Mucho menos, visto de esas 21 horas, cubrir la rampa de subida de la curva del pato que demanda poner en marcha mucha m谩s potencia en s贸lo 3 鈥 4 horas. Eso descarta las nucleares. Al menos, las actuales. En un t茅rmino intermedio se hallan las centrales de carb贸n, biomasa y fuel oil o similares, basadas en turbinas de vapor.

Aunque la masa a calentar es bastante menor (no hay todo un reactor nuclear de muchas toneladas de cemento y acero y dem谩s), sigue siendo lento, y sigue tardando horas en arrancar, bastante m谩s lento que no las de gas. Eso implica que la 煤nica forma que tienen de aportar estabilidad es mediante potencia ociosa, y a煤n as铆 su velocidad es limitada en comparaci贸n con las turbinas de gas, lo que implica adem谩s, que hace falta un porcentaje mayor de centrales de vapor en funcionamiento para poder compensar la misma variaci贸n.

El rango, adem谩s, parece ser m谩s estrecho que las turbinas de gas, y es seguro m谩s corto a煤n que las hidroel茅ctricas (que son las 煤nicas que pueden trabajar 鈥榓 la inversa鈥, absorbiendo/almacenando energ铆a).

Esa limitaci贸n viene del hecho que la caldera tiene que tener un m铆nimo de presi贸n dentro para que funcione, as铆 como una circulaci贸n para evitar que se recaliente. Por eso el l铆mite inferior suele estar en el 50% de la potencia m谩xima, bastante m谩s elevado que las turbinas de gas. Sin embargo, cuando est谩n trabajando dentro de ese rango son claramente m谩s r谩pidas que las nucleares, estando a煤n as铆 lejos de las de gas.

Eso limita la penetraci贸n de renovables que se puede controlar si la generaci贸n con este tipo de centrales tiene mucho peso en el mix productivo. Pongamos por ejemplo, China: es una de las causas de los cortes de luz y cierres de producci贸n 鈥榩lanificados鈥 para contener la situaci贸n.

Concentr茅monos

Hay a煤n otro tipo de centrales de vapor, ojo. Y son importantes: las de concentraci贸n solar. El principio de funcionamiento es el mismo que las de carb贸n, s贸lo que la manera de hacer vapor es concentrando mucha energ铆a solar en la caldera.

La primera consecuencia de todo esto, es que este tipo de centrales va a 鈥榚ntrar鈥 si o s铆 m谩s tarde que la fotovoltaica: hay que hacer presi贸n en la caldera. Eso se f谩cil de ver a partir de los gr谩ficos superpuestos de la producci贸n por ambos tipo extra铆da de los datos de la REE (la producci贸n de la termosolar se ha escalado por 4,5 para que se pueda comparar mejor):

Como se puede observar, la fotovoltaica empieza聽 producir sobre las 7:20 de la ma帽ana, mientras que la termosolar de concentraci贸n empieza sobre las 8:50, una hora y media m谩s tarde.

Hay que saber que estas centrales, a esa hora, est谩n quemando gas para acelerar la entrada en producci贸n, as铆 que ya tienen la caldera precalentada. Un 鈥榙etalle sin importancia鈥 totalmente soslayado.聽 Y a煤n as铆, estamos hablando de 90 minutos. Sirve de ejemplo del tiempo que tardan los sistemas a vapor a ponerse en marcha.

 

Lo que s铆 se ve, y es sumamente importante, es que la producci贸n es plana durante todo el rato que produce, con una 鈥榚ntrada鈥 m谩s abrupta que la fotovoltaica, una bajada tambi茅n m谩s r谩pida, y una 鈥榤eseta鈥 de producci贸n tras la puesta del sol que se alarga toda la noche (si han conseguido almacenar suficiente energ铆a calor铆fica).

Se observa una bajada un poco antes que salga el sol y que puede ser debido a varios factores.

Esta producci贸n nocturna se debe a que hay centrales que tienen un sistema de almacenamiento de calor por sales fundidas que permite que se produzca vapor durante las horas nocturnas. Esos sistemas hacen a este tipo de centrales a煤n m谩s interesantes, puesto que permiten tener potencia disponible, despachable en el momento m谩s decisivo: durante la puesta de Sol.

Es importante reconocer que aqu铆 se ha trabajado con los datos agregados de todos los tipos de centrales termosolares de Espa帽a, donde s贸lo unas pocas tienen este sistema de almacenamiento de calor. Podr铆a ser interesante hacer un estudio m谩s pormenorizado por capacidad de almacenamiento, para poder ver el potencial posible de este tipo de centrales.

Desgraciadamente la REE no da los valores de forma segregada: aqu铆 tenemos la suma de todos los tipos de centrales, con y sin almacenamiento.

Hasta aqu铆, las termosolares, especialmente las que tienen almacenamiento t茅rmico, tienen una gran ventaja sobre la fotovoltaica: son capaces de entregar potencia de forma controlada y aportar estabilidad. Encima, habida cuenta que la gran variabilidad aleatoria de la fotovoltaica suele ser durante las horas centrales, que es cuando producen las de concentraci贸n, permiten un elevado grado de control y de estabilizaci贸n a帽adido a tener en cuenta.

Las que tienen almacenamiento por sales fundidas, adem谩s, prometen ser buenas para cubrir el pico de demanda nocturno, el que queda muy vistoso en la 鈥榗urva del Pato鈥.Sin embargo, hay algunos factores negativos. El primero, es que ya hemos visto que en Espa帽a hay otro pico igualmente importante particular en la curva del pato aut贸ctona, que es a primera hora de la ma帽ana, y que no hay manera de cubrirlo con la termosolar.

El segundo, m谩s importante, es que este tipo de centrales no producen siempre: la gr谩fica que se ha puesto es del solsticio de verano, San Juan, 24 de Junio de 2021. D铆a propicio donde los haya, sol y calor (reduce las p茅rdidas) a raudales.Veamos ahora la producci贸n termosolar total de Espa帽a el d铆a de Reyes de 2021:

Para ser justos, se ha vuelto a escalar la termosolar un 4,5 para igualar potencias instaladas. Por si uno no lo ve claro, la roja es la termosolar, y la azul la fotovoltaica. S铆, es un d铆a particularmente nublado, como los d铆as alrededor de esta fecha. Lo t铆pico en invierno en la pen铆nsula. Dig谩moslo alto y claro: la termosolar de concentraci贸n s贸lo sirve durante ciertas 茅pocas del a帽o. Eso deja en agua de borrajas las ventajas explicadas anteriormente.

脡olo, hijo de H铆potes

Hemos hablado ligeramente sobre varios tipos de e贸lica, diciendo adem谩s que algunos generadores estaban preparados para hacer cierta compensaci贸n.聽 Hace ya tiempo que los que trabajan en este sector son muy conscientes de la problem谩tica de la inestabilidad que aportan los sistemas renovables. Empezando por la e贸lica.

Obviamente, al principio la e贸lica apenas hac铆a nada m谩s que ayudar ligeramente, y la inestabilidad que aportaba era despreciable, igual que la energ铆a total que aportaba. Adem谩s, muchas veces se usaba como sistema aut贸nomo con almacenamiento en bater铆as, as铆 que tampoco era un problema.

As铆 pues, los primeros sistemas eran sencillos y no presentaban inconvenientes apreciables m谩s all谩 de los retos tecnol贸gicos que empezaban a saltar a los ojos de los ingenieros y personal t茅cnico que trabajaba en su desarrollo y que vio claramente que el mercado tarde o temprano tendr铆a que empezar a afrontar este asunto: es desde hace tiempo un 鈥榓rgumento de venta鈥.

A medida que van avanzando en la gran producci贸n renovable (en muchos pa铆ses su aportaci贸n es relevante, como es el caso de la soleada Espa帽a), esos problemas se han ido agravando, as铆 que tener sistemas que puedan lidiar con esto ha sido uno de los puntos a favor de vender ciertos aerogeneradores.

Mientras en Espa帽a la ley 鈥榦bliga鈥 a que toda la producci贸n renovable sea vertida a la red, en otros pa铆ses eso se matiza para poder acomodar los problemas de inestabilidad que genera. Es el caso de Alemania y del Reino Unido. Sin embargo, en esos otros pa铆ses se da la chocante realidad que a muchas centrales e贸licas se les paga para NO producir electricidad, siendo ese otro 鈥榥egocio lucrativo鈥 nada desde帽able, y con el que se frotan las manos los pa铆ses que se hallan alrededor del norte de Alemania, puesto que son los m谩s beneficiados de este sistema.

Se llega al punto que interesa poner m谩s e贸lica en esa zona para cobrar para no producir.

Obviamente esto hace que los fabricantes de aerogeneradores grandes est茅n interesados en promocionar productos que sean capaces de reducir la inestabilidad que producen. Por eso los sistemas de control de los aerogeneradores han ido avanzando y ahora muchos tienen sistemas que permiten un cierto margen de maniobra para compensar la variabilidad que produce el viento en el corto plazo, esos diez minutos.

Aunque hay varios sistemas, b谩sicamente todos parten del mismo punto: la inercia de giro es baja como para ser 煤til m谩s all谩 de los pocos segundos. Por eso hace falta otro sistema que permita que la potencia entregada var铆e hacia abajo y hacia arriba.

Hay dos 鈥榚strategias鈥 o 鈥榚xtremos鈥 que se utilizan en este sentido: producir por debajo de la potencia m谩xima que permitir铆a el viento (alrededor del 90% de la potencia que se podr铆a extraer), o tener energ铆a almacenada para verterla cuando haga falta subirla, energ铆a que se 鈥榓lmacena鈥 cuando la potencia demandada baja.

En realidad, se suelen utilizar ambas a la vez. Las bater铆as necesaria para la estrategia de almacenamiento son caras, as铆 que interesa reducirlas dejando as铆 la capacidad de respuesta ante aumentos de la demanda/bajada de intensidad de viento mermada, atenuando esa variabilidad m铆nimamente.

Sin embargo, eso permite que la potencia vertida sea del orden del 95 en lugar del 90%, manteniendo as铆 una cierta capacidad de maniobra un poco m谩s larga en el tiempo sumando ambas soluciones a la par que se produce m谩s energ铆a. Eso hace bastante para atenuar la variabilidad, pero sigue siendo insuficiente. Por eso se ha desarrollado (derivado m谩s bien) otro sistema particular: la 鈥榮imulaci贸n de inercia鈥, que no s贸lo aplica a los aerogeneradores, ya que se desarroll贸 para los 鈥榩acks鈥 de bater铆as conectados a red.

Hemos comentado el tema de la frecuencia, y en lo que media hasta este p谩rrafo, no se ha vuelto a mencionar (su importancia radica justo en lo que viene a continuaci贸n, pero sobre todo en la siguiente entrada). Dijimos que los generadores habitualmente eran s铆ncronos y se manten铆an 鈥榚nganchados鈥 a la frecuencia a base de mantener la velocidad de giro.

Y pusimos un par de excepciones: los aerogeneradores 鈥榲iejos鈥 o as铆ncronos, de velocidad variable, d贸nde la frecuencia se mantiene fija en todo momento mediante control electr贸nico (para simplificar la mec谩nica), y ciertos tipos de aerogeneradores que son exactamente estos que ahora se describen, que son complejos mec谩nica y el茅ctrica/electr贸nicamente.

La idea de esta tecnolog铆a es la de 鈥榮imular鈥 un generador s铆ncrono, pero sin serlo. La frecuencia que se vierte est谩 controlada por la electr贸nica, y depende de la capacidad de generaci贸n que tiene el aerogenerador. De esta manera, cuando el viento baja s贸lo moment谩neamente, la capacidad 鈥榦ciosa鈥 (ese exceso que va del 95 al 100%) se materializa, as铆 como se vuelca lo que hay en la bater铆a, pero se mantiene la frecuencia sin problema.

Pero si esa bajada del viento se mantiene m谩s all谩 de cierto tiempo, entonces aunque se siga produciendo al 100%, el sistema empieza a bajar su frecuencia lentamente, con la ayuda de la energ铆a que antes sobraba (de lo contrario, ser铆a m谩s r谩pido o se llevar铆a al paro) para indicar a la red que los sistemas de energ铆a despachable entreguen m谩s potencia.

En el caso 鈥榦riginal鈥 del desarrollo de esta t茅cnica, la reducci贸n de la frecuencia viene por la suma de la potencia demandada as铆 como por la capacidad restante de las bater铆as.

Obviamente, todo esto est谩 muy simplificado (se han escrito varios tratados con de miles de p谩ginas al respecto). Y a煤n as铆, eso no es m谩s que una medida paliativa ya muy implantada, y cuyo resultado hace que, a pesar de tener m谩s MW de potencia instalada de e贸lica que no de fotovoltaica, la variabilidad es similar. Pero no es nula, ni de lejos.

Demanda

Hemos presentado los datos de variaci贸n de la producci贸n de la fotovoltaica y de la e贸lica, pero no hemos hablado de la variaci贸n por excelencia, la de demanda. De la 鈥榗urva del Pato鈥, as铆 como de los datos de las anteriores entradas, se puede observar c贸mo la variaci贸n de la demanda es sumamente importante, especialmente en invierno.

As铆 pues, para saber de qu茅 estamos hablando, hace falta presentar la variaci贸n de demanda durante un per铆odo de 24 horas de referencia. Bueno, mejor dicho, durante dos per铆odos de referencia, que ya hemos visto: los solsticios. Invierno primero, verano despu茅s.

Se puede constatar que efectivamente, la variaci贸n de demanda es mayor en invierno que no en verano, con picos que van desde m谩s de 1000 MW/10 minutos a unos meros 700 MW/10 minutos. Es es poco m谩s del doble de la variaci贸n que introduce la fotovoltaica鈥 o m谩s o menos la variaci贸n producida por la fotovoltaica y la e贸lica sumadas.

Visto desde otro 谩ngulo: las renovables el茅ctricas intermitentes, en la actualidad, duplican la variabilidad que tienen que controlar aquellas centrales que se encargan de dar estabilidad al sistema. De esas que se han reducido.

Ojo, estamos hablando de sistemas quasi estoc谩sticos, aleatorios: a veces se suman, a veces se (contra)restan. Aumenta la variabilidad pero sobre todo la aleatoriedad, nada bueno, pero no necesariamente implica que siempre tenemos el doble de variaci贸n. Sin embargo, el trabajo para estabilizar la red se dobla mientras la capacidad de hacerlo se reduce: las centrales que deben hacerlo son las que se est谩n quitando. Y, adem谩s, se aceleran.

Esto conlleva ciertas implicaciones importantes. Bueno, eso de estoc谩sticos no es del todo correcto: la solar tiene una cierta previsibilidad. Veamos con m谩s detalle, de nuevo, las 鈥榗urvas del Pato鈥 en la REE para los dos solsticios. Primero, invierno, con dos gr谩ficas, la de producci贸n sin fotovoltaica, y la de variabilidad de la misma:

Como se aprecia, hay una fuerte rampa de subida por la ma帽ana antes que salga el sol, y otra m谩s suave cerca de la puesta del sol. Obviamente, la raz贸n es que el sol sale tarde y mucha gente madruga, as铆 que tenemos que tirar de electricidad para suplir una luz diurna (y la electricidad asociada) que a煤n no ha llegado. Por la tarde, vuelve a haber otro pico de subida por la situaci贸n inversa: se pone el Sol, deja de haber luz (y electricidad fotovoltaica) y debemos suplirla con producci贸n controlada para hacernos la cena y dem谩s cosas en casa.

Se puede observar la clara diferencia con la curva para California (seguramente de fechas primaverales), donde la rampa potente es la que se produce tras la puesta del sol, no la de primera hora de la ma帽ana.

Claro que si multiplicamos por 7 la producci贸n fotovoltaica, la situaci贸n cambia y se empieza a parecer muy mucho a la situaci贸n californiana:

El caso es que hay dos picos al d铆a en que hay que poner en marcha un cierto n煤mero de centrales despachables s贸lo para un pu帽ado de horas. M谩s cuanta m谩s penetraci贸n haya de solar fotovoltaica.

Hay que notar que lo 鈥榚strecha鈥 de la curva debida a la fotovoltaica hace que a pesar de producir menos potencia, la variaci贸n sea pr谩cticamente la misma (menos potencia, pero en menos horas) que en verano en cuanto a velocidad.

En rom谩n paladino: s贸lo centrales de respuesta r谩pida pueden cubrir este hecho, a saber, hidroel茅ctrica y turbinas de gas, en algunos casos pueden valer las de ciclo combinado, pero en otros mejor las tipo 鈥榩eaker鈥, generalmente estas 煤ltimas van asociadas a una mayor penetraci贸n de renovables.

Carb贸n y todav铆a m谩s la nuclear, quedan descartadas de saque ante este hecho.Veamos la situaci贸n en el solsticio de verano, de nuevo con la producci贸n total menos la fotovoltaica, as铆 como la variaci贸n requerida:

Se puede apreciar que en estas circunstancias la situaci贸n de los picos se ha invertido ligeramente, aunque m谩s bien se han igualado: la rampa de la ma帽ana sigue siendo la m谩s r谩pida, pero es bastante m谩s breve que no la del anochecer, con un pico m谩s bajo. Obviamente la raz贸n es que el Sol sale bastante antes, as铆 que mucha gente se levanta con el Sol ya brillando y produciendo electricidad. Y tambi茅n se pone m谩s tarde, con lo que la cena se puede hacer con luz diurna.

En este caso, hay que quitar/a帽adir m谩s de 7,5GW de potencia en unas 7,5h en total, aunque en el momento de m谩s variaci贸n estamos hablando de a帽adir casi 5,5GW/h de forma puntual, y m谩s de 2,6GW/h de forma sostenida durante un par de horas.

En comparaci贸n, en invierno s贸lo estamos hablando de unos 4GW, pero en menos de 4h, lo cual nos deja en una situaci贸n similar, alrededor de 2,1GW/h de forma sostenida durante otro par de horas.

Eso no es moco de pavo.

Si, como hemos hecho antes, miramos que pasar铆a multiplicando por 7 la producci贸n fotovoltaica de ese d铆a, veremos un caso algo m谩s particular, la llamada Curva de Nessie:

Como se puede observar, hay una parte muy importante del d铆a en que toda la electricidad ser铆a fotovoltaica, con todo el resto de centrales apagadas.

Peor a煤n: con una gran parte de la fotovoltaica tambi茅n apagada.

La buena noticia: no habr铆a problemas de variabilidad porque simplemente se dejar铆a de producir la electricidad 鈥榮obrante鈥. La parte mala: 驴qui茅n dejar铆a de cobrar? Este es quiz谩s el elemento clave de todo el tema del precio de la electricidad y del porqu茅 las renovables la encarecen: la gesti贸n de la intermitencia significa mucha sobrecapacidad que hay que pagar para no producir.

De nuevo, y con m谩s contundencia que en el caso anterior, nos encontramos con que la nuclear y parcialmente el carb贸n quedan descartados, si bien en este caso a煤n podr铆amos hablar de ciclos combinados, incluso de algo de carb贸n para producir durante las horas nocturnas, ya que la curva durante este per铆odo es m谩s llana, con menos variaci贸n y sostenida durante bastantes horas.

Curas paliativas

Veamos ahora diferentes estrategias para paliar el problema de inestabilidad de potencia que se ha analizado. Estas estrategias son importantes porque son los costes muchas veces ignorados de la problem谩tica de las redes el茅ctricas, especialmente cuando empieza a haber renovables de por medio. Ya se ha comentado que para el caso de la nuclear, dada su escasa capacidad de variaci贸n, se utilizaba hidroel茅ctrica para las subidas de demanda, y bombeo (almacenamiento!) para las bajadas.

Ese sistema tambi茅n es aplicable a las renovables, con la limitaci贸n consabida de la situaci贸n de los embalses, y con el hecho que tenemos muy poca capacidad de bombeo: 3,331GW. Y hay que a帽adir un dato que no es conocido: la capacidad energ茅tica de esos sistemas de bombeo en GWh. Adem谩s, en el caso del bombeo, estamos hablando de una 鈥榙oble capacidad鈥: la del reservorio de abajo, y la del reservorio de arriba. S贸lo uno de los dos limita, Liebig mediante, pero eso depende de cada situaci贸n en particular.

Otra medida paliativa es el recorte de producci贸n. Es lo que hace Alemania con la producci贸n e贸lica del Mar del Norte, d贸nde se ubica la mayor capacidad no s贸lo del pa铆s teut贸n, tambi茅n el resto de pa铆ses de la zona: Holanda, Dinamarca, Suecia y Noruega, con el Reino Unido no muy lejos.

En Alemania adem谩s recortan la producci贸n fotovoltaica en verano al 70% o menos desde alrededor de 2015, y desde el 2019 tienen moratorias a la instalaci贸n de m谩s renovables intermitentes, que dependen de la capacidad de absorci贸n de la regi贸n en que est谩n situada: el 谩mbito es totalmente local.

En esa zona, adem谩s, hay que a帽adir la capacidad de bombeo y almacenamiento hidroel茅ctrico que aportan los pa铆ses escandinavos, con su gran capacidad debida a tantos lagos y embalses, as铆 como a las grandes nevadas.

Estas son s贸lo algunas de las medidas. El uso de volantes de inercia para estabilizar es otra que tambi茅n se ha comentado, y que se utiliza para dar una estabilidad en los sitios d贸nde predomina la fotovoltaica, que ya se ha dicho que no tiene ning煤n tipo de sistema de estabilizaci贸n.

Sin embargo, el mismo problema de la curva del pato mencionado, que no es peque帽o, es digno de estudiar, puesto que es uno de los problemas grandes que tenemos ahora. Ah铆 se suele compensar con la suma de tres medidas, y que dependen de varios factores.

La primera medida es el uso de hidroel茅ctrica, al ser la m谩s r谩pida. Pero est谩 condicionado al estado de los pantanos. La segunda, la importaci贸n de potencia de otros lugares, que est谩 condicionado a la capacidad de estos sitios externos de proporcionar potencia. Este punto es sumamente complejo y abarca mucho m谩s de lo que se comenta aqu铆: es el tema central de la siguiente entrada.

El tercer caso, cuando todo el resto falla, son las centrales de gas, que ya hemos dicho que son las 煤nicas que pueden hacer esta labor debido a dos factores: son las m谩s r谩pidas de respuesta, con m谩s margen de maniobra, y son las m谩s r谩pidas tambi茅n en arrancar tras la hidro. Quedar铆a una cuarta opci贸n en los sitios en que se pueda aplicar: el carb贸n. Aqu铆, afortunadamente, apenas se usa. Sin embargo, analizaremos el uso de este recurso en otras partes, como por ejemplo, importante, China (y sus recientes apagones repetitivos).

Adem谩s, a las 鈥榤alas鈥, a煤n hay otros recursos, que tambi茅n se han aplicado a China y a California, pero son 鈥榤edidas extremas鈥 justo por debajo de los apagones repetitivos y m谩s o menos planificados: el corte de suministro acordado a grandes consumidores de electricidad.

Hemos dicho que hay que ser capaces de a帽adir/retirar m谩s de 2,1GW/h de forma sostenida durante unas cuantas horas, mientras adem谩s ser capaz de sostener la variabilidad: a veces en 10 minutos hay que a帽adir 1GW entero, a veces 100MW. 驴C贸mo se puede hacer eso? Pues el 鈥榯ruco鈥 es 鈥榮encillo鈥: teniendo capacidad ociosa.

A la hora de a帽adir, simplemente se programa qu茅 centrales (son bastantes a coordinar) tienen que entrar a qu茅 hora, aproximadamente. Al hacerlo, las que entran est谩n sincronizadas antes de que les toque el turno, pero prestas para entrar (esa es la idea de 鈥榤aterial rodante sincronizado鈥: pueden entrar en cualquier momento). Adem谩s, las que ya han entrado, igual no est谩n a tope, y no son pocas, lo que deja bastante margen para que puedan aumentar su potencia en caso de necesidad.

El ejemplo m谩s claro es la rampa de subida de las tardes para compensar el 谩nade. En un momento dado, casi todas las centrales de ciclo combinado est谩 al 95% prestas para que entre la siguiente. En el momento preciso 茅sta entra, y el resto baja su producci贸n a lo que haga falta, de tal manera que pueden ir incrementando de nuevo la potencia a medida que baja la producci贸n fotovoltaica y sube la demanda, hasta que llega el momento de que entre la siguiente.

Ah铆 hay un punto importante: la cantidad importa. Cuantas menos centrales, menor es la cantidad de MW que se pueden compensar. Si no hay ninguna, no hay compensaci贸n posible. Por eso en todo el a帽o nunca ha bajado la producci贸n de ciclos combinados a cero: siempre hemos tenido generaci贸n con gas. Ese truco tiene ciertas implicaciones: se est谩 gastando energ铆a en mantener rodando unas centrales que no est谩n produciendo nada. Recordemos que las centrales de ciclo combinado necesitan m谩s de una hora en arrancar completamente.

Si se tiene que recurrir al carb贸n, la cosa es m谩s complicada: su reducida velocidad as铆 como su lentitud en arrancar y su reducido margen de maniobra, significa que la 煤nica opci贸n es para estar funcionando durante bastantes horas (no tiene sentido un arranque de 4 h para luego s贸lo producir durante 1 h), y con bastante potencia ociosa. Eso significa que si no hay alternativa, hay una limitaci贸n m谩xima de renovables no controlables que se pueden cubrir, dependiendo de las centrales a carb贸n que tengas en plantilla.

Ese es exactamente el caso de China: estaban parando centrales de carb贸n, ya que con menos centrales de gas pod铆an cubrir las variaciones de las renovables, pero al empezar a tener problemas con el gas (y tambi茅n con el carb贸n), tuvieron que cortar el grifo a las renovables, a los grandes consumidores, y a煤n as铆 no pod铆an cubrir la variabilidad, llegando a cortar a regiones enteras.

De hecho, China tuvo que hacer algo bastante dif铆cil de digerir por los dirigentes asi谩ticos, que es lo de echarse atr谩s en su decisi贸n de reducir el consumo de carb贸n, y, peor a煤n, pedir a Australia a qui茅n estaban 鈥榮ancionando鈥 al racionar el carb贸n que les compraban, haciendo 鈥榩edidos extraordinarios鈥 mientras intentaban aumentar la producci贸n nacional de carb贸n.

Lo que pas贸 en China tampoco es nuevo. Hace a帽os que est谩 pasando en California, y adem谩s demuestra otra de las consecuencias obvias de todo esto: la planificaci贸n es esencial.

Conclusiones

La primera, es que hace falta una cierta capacidad de respuesta r谩pida y controlable, y que 茅sta depende del tipo de centrales que haya en cada pa铆s, y en c贸mo se pretende mantener la red estabilizada. El resultado en concreto en Espa帽a (as铆 como en muchos otros pa铆ses) es el aumento absoluto de la dependencia de las centrales m谩s r谩pidas que hay: hidroel茅ctrica y gas.

Como la hidroel茅ctrica est谩 limitada tanto en cantidad de ubicaciones (casi todos los posibles est谩n ocupados ya en casi toda Europa) como en capacidad (Hm3 disponibles, que dependen de la 茅poca del a帽o, pa铆s y meteorolog铆a), el resultado neto es una dependencia cada vez mayor del gas, as铆 como una variabilidad tambi茅n cada vez mayor de los precios seg煤n las condiciones meteorol贸gicas.

Atr谩s se est谩n quedando las d茅cadas en que la variaci贸n del precio de la luz se limitaba a la subida anual de enero. Eso se ha acabado, ahora todo depende de c贸mo sople el viento, de si sale el sol, o de si ha llovido 煤ltimamente. En cuanto llega esa 茅poca del a帽o en que el viento est谩 calmado y los pantanos secos, las noches se vuelven caras de narices precisamente por esa raz贸n.

Por supuesto, se puede cambiar de estrategia, como por ejemplo, volver a recuperar el carb贸n para sustituir el gas. Pero resulta que la lentitud de respuesta del carb贸n limita el uso de 茅ste para este fin a tener una cantidad grande de centrales de carb贸n en marcha para sumar la velocidad o 鈥榗apacidad en MW/minuto鈥 necesaria de respuesta a base de tener mucha potencia ociosa鈥 y reduciendo la eficiencia aumentando el consumo de carb贸n.

Esto 煤ltimo es lo que ha pasado en China este a帽o: capacidad reducida de producci贸n hidroel茅ctrica por la misma raz贸n que Taiw谩n ten铆a sequ铆a, variabilidad de renovables al alza, poco gas, y poco carb贸n, implicaba que necesitaba recortar variabilidad y dejar potencia ociosa libre, de ah铆 los cortes de suministro repetidos y planificados.

Otra estrategia es la que persiguen en California, extensible al Reino Unido (y de paso a las Islas Baleares): comprar fuera la electricidad necesaria. As铆 les va a los californianos, que se han adelantado a China en varios a帽os en eso de los cortes de luz por barrios por no poder producir la electricidad necesaria. Avisados se quedan los baleares.

Y as铆 les ha ido a los brit谩nicos con el precio de la luz a 10 veces el precio con el continente聽 鈥榓islado鈥: unos 3000鈧/MWh llegaron a pagar en oto帽o pasado. Y as铆 nos ir谩 si pretendemos apostar a las nucleares para contrarrestar las diferencias entre demanda y producci贸n. O quiz谩s peor.

Incluso las grandes reservas de energ铆a hidroel茅ctrica de Europa, los pa铆ses escandinavos, ya han agotado el pasado oto帽o su capacidad de producci贸n para poder controlar la red europea sin tirar de combustibles f贸siles. Si adem谩s retiramos m谩s combustibles f贸siles con alguna capacidad de maniobra, a帽adiendo la r铆gida nuclear, m谩s problemas vamos a tener, puesto que eso implicar铆a una necesidad de m谩s hidroel茅ctrica.

Dicho claramente: por s铆 solas, LAS NUCLEARES NO PUEDEN CUBRIR LA VARIABILIDAD DE LAS RENOVABLES EL脡CTRICAS INTERMITENTES. No las actualmente en uso.

Ya se pueden ir olvidando Michael Schellemberger (activista medioambiental, ganador del Green Book Award, y 鈥楬茅roe del Medioambiente鈥 seg煤n la revista Time), Zion Lights (ex portavoz de Extinction Rebellion) y Patrick Moore (ex vicepresidente de Green Peace). Y la Uni贸n Europea. Que tanta gente est茅 interesada ahora en promover la nuclear como 煤nica opci贸n para tener una red el茅ctrica estable es cuando menos curioso. Pero no deja de ser un claro ejemplo de Dunning 鈥 Kr眉ger.

Tambi茅n hay que decir, a favor de esta gente, que las centrales nucleares actuales, las que est谩n llegando al fin de su vida 煤til, las que ya 鈥榟an hecho el da帽o鈥 (seg煤n palabras de algunos anti-nucleares que pretenden alargar la vida 煤til de las mismas), son las m谩s r铆gidas que existen. Y lo son por razones que se ver谩n en dos entradas, d贸nde entraremos en otros detalles de planificaci贸n, poniendo en perspectiva la situaci贸n actual y la pol铆tica que se utilizaba durante el siglo XX.

Hay que hacerse una pregunta: 驴los capitanes de los nav铆os a propulsi贸n nuclear atracan a toda velocidad?驴O pueden variar la potencia de propulsi贸n con una cierta velocidad? Es obvio que las centrales nucleares pueden ser capaces de ser 谩giles, al menos en comparaci贸n con lo que hay ahora, pero se trata de centrales de nuevo cu帽o y/o peque帽as, la mayor铆a de ellas, experimentales.聽

Un tipo en concreto, adem谩s, 鈥榖ebe de trucos鈥 ya mencionados aqu铆: las centrales de sales fundidas, que b谩sicamente sustituyen el concentrador solar de calor por un reactor nuclear, y le 鈥榩asan la pelota鈥 de la estabilizaci贸n y variaci贸n de potencia al almacenamiento de calor por sales fundidas.

Eso tiene una serie de consecuencias que hace que no se puedan descartar 鈥榙el todo鈥 las nucleares de nueva generaci贸n para planificar la futura red el茅ctrica, pero eso es la tem谩tica de otra de las entradas de esta serie que viene m谩s adelante. No adelantemos acontecimientos.

El hecho es que hasta ahora, las nucleares siempre han ido acompa帽adas de hidroel茅ctrica, no s贸lo en producci贸n, sino en bombeo: cuando la demanda baja, en lugar de recortar producci贸n utilizan el sobrante generado por la nuclear para bombear agua y as铆 鈥榓lmacenar鈥 esa energ铆a.

Recordemos que las nucleares, a luz de lo visto, tampoco se puede 鈥榓pagar鈥櫬 r谩pidamente (eso vale para casi todas, incluidas las experimentales). No s贸lo eso, una vez 鈥榓pagada鈥, hay que enfriar durante un tiempo el n煤cleo del reactor. De no hacerlo, pues pasa lo que pas贸 en Fukushima: la falta de electricidad no permiti贸 鈥榓pagar鈥 los reactores con la necesaria 鈥榣entitud鈥, lo que provoc贸 que se acumulase hidr贸geno (驴verde fosforito?) que fue lo que estall贸鈥 y provoc贸 una serie de problemas en cascada.

Por eso, mezclar algo tan voluble como las renovables el茅ctricas intermitentes y descontroladas con nuclear es llamar al desastre. Actualmente apenas hay capacidad hidro para compensar las variaciones que demanda la suma consumo + renovables intermitentes, como para que aumenten estas 煤ltimas y encima reduzcan capacidad de control quitando centrales de gas del medio.

En ese sentido, Alemania hace lo m谩s inteligente: eliminar las r铆gidas nucleares y sustituirlas por producci贸n despachable con capacidad para estabilizar la red, y as铆 aumentar la capacidad de penetraci贸n de las volubles renovables el茅ctricas intermitentes.

Desgraciadamente para el medio ambiente (afortunadamente para el bolsillo de los germanos), esa capacidad 鈥榓帽adida鈥 es en base a carb贸n (aut贸ctono!). Luego est谩 el tema de 鈥榩lanificaci贸n鈥 y 鈥榚scala鈥, que ya de momento se antoja m谩s necesaria que nunca para poder 鈥榮incronizar鈥 los arranques de los sistemas despachables. Sin embargo, este punto de la planificaci贸n se ver谩 con m谩s detalle en las dos pr贸ximas entradas, d贸nde a帽adiremos la dimensi贸n espacial al an谩lisis, el donde, compagin谩ndolo con el c贸mo que hemos visto hoy en la que sigue a esta, para continuar en la otra con los conceptos de planificaci贸n de la producci贸n.

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