Energía fotovoltaica y energía solar termoeléctrica ¿competidoras o complementarias?

Las dos tecnologías solares más importantes no deben verse como rivales sino todo lo contrario.

energía solar fotovoltaica y termoelectrica

El descenso espectacular del precio de los paneles fotovoltaicos (FV) está cambiando drásticamente el panorama energético mundial. Además de generar grandes recelos entre los productores tradicionales de energía, un efecto adicional ha sido la sustitución de concursos para la construcción de plantas solares termoeléctricas (STE), por plantas fotovoltaicas (FV). En respuesta, recientemente la Alianza Mundial por la STE (CSP Alliance) ha publicado un documento en el que se recogen numerosas investigaciones que ponen en valor muchas de las ventajas no tenidas en cuenta de la STE con almacenamiento de energía (The Economic and Reliability Benefits of CSP with Thermal Energy Storage, Dec. 2012).

La medición del coste

El punto de partida es que el método más extendido para valorar una planta de generación de electricidad, el LCOE, o coste por Kw, es una medida muy limitada, cuando no directamente errónea. Este método se basa en dividir el precio, por ejemplo, de un panel FV de un Kw de potencia, por el número total esperado de horas de funcionamiento, con lo cual da una medida del coste del Kwh (por ejemplo, 600€ por Kw/(1500 horas de sol x 25 años) = 0.016€ Kwh). Para un consumidor puede que sea una medida relevante, pues se puede comparar con el precio más o menos estable pagado a la empresa suministradora. Pero para un productor que vende energía en el mercado mayorista no, ya que el precio de la electricidad varía mucho a lo largo del día, entre diferentes días de la semana, etc.

Posibilidad de almacenamiento

Por otra parte, ese precio no tiene en cuenta los posibles beneficios adicionales que puede ofrecer determinado tipo de energía, como es precisamente el caso con la energía generada en plantas STE con almacenamiento. Estas plantas almacenan la energía solar en depósitos de sales fundidas con muy pocas pérdidas, que posteriormente se pueden emplear en generar electricidad en la turbina de la instalación. Las ventajas del almacenamiento con este método son muchas. Sin entrar en grandes detalles, lo cierto es que puede proveer energía casi instantáneamente ante un aviso del operador de la red eléctrica, y todas las veces que sean necesarias a lo largo del día. Además, pueden generar energía a otros plazos más dilatados, como pueden ser varios minutos, etc. Y tampoco tienen restricciones respecto al volumen a suministrar, dentro del límite de la cantidad almacenada. Las ventajas respecto a otros tipos de energía ‘gestionables’ son, por tanto, muy considerables.

Y en el contexto en el que estamos, precisamente una gran ventaja es que pueden paliar la intermitencia de las energías solar FV y eólica —aunque esta intermitencia haya sido muy exagerada, tendenciosamente—. Y también, dicho sea de paso, la inflexibilidad de otras plantas no gestionables, especialmente la nuclear pero también las de carbón. Por este motivo, además de generar beneficios directos y medibles en un hipotético mercado completamente liberalizado, que desde luego no es el español, generan otros como es permitir el despliegue de otras tecnologías renovables.

En suma, que hay que medir su contribución en términos de una valoración conjunta de todos los costes y beneficios que genera en todo el sistema eléctrico (‘net system costs‘). La valoración LCOE sería válida al principio del despliegue de las renovables, cuando quizá lo más importante fuera buscar la energía más barata. Pero una vez que la penetración de las renovables es considerable, este método de valoración alternativo es más adecuado. Desde luego, tampoco hay que olvidar en esta comparación que este mismo criterio de ‘coste-beneficio’ se debe aplicar al resto de las tecnologías: por ejemplo, la FV está especialmente adaptada al autoconsumo lo que tiene importantes ventajas desde varios puntos de vista.

Por otra parte las ventajas de la STE con almacenamiento, hoy por hoy, se prolongan durante plazos cortos (1 o 2 días), ya que el almacenamiento de energía suele ser de unas horas (de 2 a 10 de la potencia de la planta), y si no hay radiación solar directa, esta energía se consume completamente. Una posibilidad muy interesante, no obstante, es la ‘hibridación’, en el sentido de que la misma turbina puede emplear otro tipo de combustible, como gas o biomasa, en cuyo caso sería ya completamente gestionable (es decir, que puede variar su producción de energía a voluntad), y además seguiría siendo completamente renovable en el caso de la biomasa.

FV y STE, ¿competidoras o complementarias?

Y volviendo al tema central de este post, ¿es competitiva con la FV? Desde luego, la FV tiene ventajas innegables, empezando por su bajísimo coste, y además es escalable, de modo que sirve tanto para el auto consumo en pequeña escala, como para volúmenes importantes de producción para ser suministrados a grandes centros de consumo a través de la red eléctrica. Y también, se adapta bastante al perfil de la demanda diurna, de modo que contribuye al descenso en el precio de las horas punta —lo que se ha comprobado recientemente en Alemania—. Pero no es almacenable, y precisamente esta es la gran ventaja de la STE con todo lo que eso implica, aunque en el resto de los aspectos esté en desventaja (solo adaptable para grandes volúmenes de varios MGw, es cara hoy por hoy, y con pocas perspectivas de que sus costes desciendan mucho, pues requiere ‘mucha’ obra civil). Hay otros sistemas de almacenamiento de energía a gran escala, y particularmente la hidráulica de bombeo. Pero de nuevo la gran ventaja de la STE es que se almacena la energía directamente en calor y sin que sea necesaria su conversión previa a electricidad, lo que convierte a este método en más eficiente.

La conclusión de esta comparación es inmediata: ¿por qué no combinar la FV para generación y consumo inmediato, y la STE para almacenar energía y suministrarla diferidamente? Esta combinación sería altamente efectiva y casi sin competencia en el mundo de la energía, al menos para lugares con radiación solar suficiente, y más si se ‘hibridan’ con biomasa. El único problema sigue siendo, claro está, el relativo alto coste de la STE, pero de nuevo, eso se puede compensar con el bajísimo coste de la FV. Existe ya algún estudio muy reciente que demuestra que una determinada combinación de las dos tecnologías es la opción más eficiente, por encima de la FV o la STE por separado (Mills and Wiser, Lawrence Berkeley National Laboratory, LBNL‐5933E, Dec. 2012.).

Para resumir: las dos tecnologías solares más importantes, FV y STE con almacenamiento, no deben verse como competidoras sino más bien al contrario; y la razón es que las ventajas y desventajas de cada una se compensan entre sí. Y respecto al coste, el relativo alto coste de la STE se compensa con el muy bajo de la FV. Y como conclusión, se equivocan los reguladores que optan definitivamente solo por la FV olvidando la STE, sin hablar demasiado del caso español, en el que después de la casi aniquilación de la FV, ahora se persigue también a la STE.

Ignacio Mauleón

Conectando el sol

Energía fotovoltaica

En una serie de estudios recientes, la EPIA (Asociación Europea de la Industria Fotovoltaica) ha analizado cómo se pueden integrar volúmenes importantes y crecientes de esta fuente de energía a las redes eléctricas de distribución actuales. Las conclusiones son particularmente interesantes, dado que hasta hace poco tiempo la energía fotovoltaica (FV) se consideraba muy marginal. Posteriormente, cuando empezó a desplegarse, se dijo que era muy cara, y ahora, cuando resulta evidente que es una de las energías más importantes del futuro, por el descenso espectacular de su coste, el argumento de las grandes eléctricas en todo el mundo es que no es posible integrarla en la red actual de distribución de electricidad, dada su escasa fiabilidad derivada de su intermitencia.

Necesitamos fuentes autóctonas

Pero la demanda energética en el mundo y en Europa va a seguir aumentando, y en este último caso es crucial contar con fuentes autóctonas, debido a la alta dependencia exterior, que ronda el 55-60 %.

A la vez, el impresionante descenso de costes de esta fuente, y el alza continuada y previsible del coste de las alternativas fósiles la han convertido en imprescindible.

Y aquí viene la gran pregunta: ¿es posible integrar fuentes de energías renovables variables e intermitentes, sin afectar a la seguridad de la oferta? La respuesta unánime de los operadores y distribuidores de electricidad en las redes actuales ha sido afirmativa, de acuerdo con la EPIA.

Aunque no siempre luce el sol…

El primer problema es la variabilidad a lo largo del día y de las estaciones. Por la noche no hay sol, en verano hay más que en invierno, y las nubes reducen su efectividad, aunque de ninguna manera la anulan. Este es un problema que se plantea en zonas pequeñas, pero «sumando» varias, se reduce rápidamente, como muestra la realidad. Sí es cierto que el perfil intradía es variable, pero es prácticamente fijo día a día, de modo que resulta perfectamente predecible con gran antelación, y así no requiere centrales convencionales de respaldo para suplir demandas ocasionales, lo que supone un ahorro importantísimo de costes.

Por otra parte, el problema de la variabilidad e intermitencia, si lo enfocamos teniendo en cuenta otras fuentes renovables disminuye drásticamente: por ejemplo, la eólica produce más por la noche y en invierno, precisamente los períodos en los que la FV produce menos, de modo que la producción conjunta es más estable y predecible. Si incluimos la hidráulica y la biomasa, que son perfectamente gestionables, es decir, cuya generación se puede controlar a voluntad, el problema se reduce aún más. Y no olvidemos la posibilidad de almacenar la electricidad y de adaptar el consumo a la generación.

Posibilidad de almacenamiento

En cuanto al almacenamiento, los avances mundiales están siendo particularmente rápidos, y ya se han descubierto importantes yacimientos de litio y se están poniendo en funcionamiento fábricas para producir baterías (particularmente en Bolivia, Argentina y otros países). Conforme sigue descendiendo su coste, además, el gasto en sistemas de almacenamiento es más asumible. El previsible despliegue de coches híbridos aumentará esta opción. Y el consumo se puede adaptar más a la generación en el tiempo, particularmente en el sector residencial. Finalmente, también es posible mantener una parte de la capacidad en posición de stand-by o espera para atender aumentos ocasionales de la demanda, aunque esta es una opción a evitar por su alto coste.

Desde el punto de vista de las redes de distribución, se suele decir que impone costes: por ejemplo, el autoconsumo, al evitar la distribución, también evita pagar el coste de las redes e impuestos asociados, que tendrían que pagar el resto de consumidores. Sin entrar demasiado en la debilidad de este «argumento», la FV genera grandes beneficios a la estabilidad de la red y logra importantes reducciones de costes generales. Al consumirse cerca de donde se produce, se evitan grandes y costosísimas inversiones en nuevas redes de distribución eléctrica que de otro modo Europa debería acometer. Se reducen asimismo los grandes riesgos derivados de los posibles fallos y averías de las redes, y un buen ejemplo reciente ha sido el huracán Sandy, y los continuos apagones y desconexiones de las redes a nivel local. Por último, y contando con las posibilidades de almacenamiento a nivel residencial, aumenta la estabilidad de la red. En conjunto, por tanto, el despliegue de la FV supondría grandes ventajas para la red actual, e incluso para los consumidores que no optaran por esta forma de consumo eléctrico.

Alemania toma el sol

Todas las consideraciones anteriores son las que explican por qué, incluso en condiciones muy desfavorables, las renovables, incluida la FV, están alcanzando altos grados de penetración, y como ejemplo el caso alemán: con la mitad de radiación solar que en España, han instalado ya más de 30 Gw de paneles solares FV, equivalentes a 13 centrales nucleares. Queda pendiente para futuros posts, el análisis de la Solar Térmica de Concentración, y la integración de los paneles en la edificación, dos aspectos cruciales para el mundo y en especial para España.

La inversión en fotovoltaica está creciendo en todo el mundo a tasas espectaculares, del 50-70 % anual sostenido en los últimos cuatro años. España mientras tanto, ha pasado del liderazgo a la cola en sólo dos años por la política antirrenovable del Gobierno, lo que es completamente inaceptable, sobre todo dada la ventaja de la que se partía y que se mantiene por los altos niveles de radiación solar. Más inaceptable resulta todavía si tenemos en cuenta que contamos con varias multinacionales, como Acciona y Abengoa, esta última líder mundial absoluto en tecnología termosolar.

Ignacio Mauleón