El futuro de la energía en 100 preguntas

Pedro Fresco

• Editorial: Nowtilus
• Año: 2018
• ISBN:
  9788499679723
• Categoría: Physical Sciences
• Categoría: Energy

Las claves esenciales para entender los grandes cambios que se avecinan en el mundo de la energía. Una visión completa de las fuentes de energía, el consenso científico sobre el cambio climático antropogénico y el futuro de la eficiencia energética: las previsiones sobre el fin del petróleo y la energía nuclear, el reto del mix eléctrico 100 % renovable a medio plazo y el futuro de la fusión nuclear, la economía del hidrógeno y el cambio de paradigma en el transporte.¿Es el gas natural el combustible fósil menos contaminante? ¿En qué consiste el fracking? ¿Tiene futuro la energía nuclear? ¿Podríamos cubrir todas nuestras necesidades energéticas con la energía del sol? ¿Se puede extraer energía del mar? ¿Cuáles son los principales biocombustibles? ¿Cuáles son las acciones individuales más efectivas para combatir el cambio climático? ¿Podría América Latina desarrollar un mix eléctrico completamente renovable? ¿En qué consiste el autoconsumo de electricidad? ¿Tienen futuro los vehículos que funcionan con hidrógeno? ¿Se puede conseguir que una casa no necesite climatización? ¿Cuáles serán las baterías del futuro? ¿Llegaremos a ver un mundo donde la energía sea 100 % renovable?

ENERGÍAS HIDRÁULICA, EÓLICA Y SOLAR

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¿SE PUEDEN COMPARAR LOS COSTES DE LOS DISTINTOS TIPOS DE ENERGÍA?

Comparar los costes de los distintos tipos de energías no es algo fácil. Estos costes son enormemente variables en función del país y del momento en que los hagamos, pues en el mundo de la energía las cosas cambian muy deprisa. Saber cuánto cuesta producir 1 kWh para una central determinada es algo casi imposible, pues las empresas que las gestionan obviamente no son transparentes en la información transmitida por cuestiones de competencia. Habrá veces que tenderán a sobredimensionar los costes, por ejemplo, cuando de estos dependa una remuneración regulada, y habrá otras que la tendencia será a infravalorarlos, por ejemplo, para vender las bondades de una fuente de energía.

Los costes de la generación de energía se pueden dividir en tres grandes tipos:

• Costes de capital: Son los costes de inversión para poner en marcha la central, la inversión de capital inicial. Son costes fijos, es decir, no dependen de si la central genera energía o no.
• Costes de operación y mantenimiento: Son todos aquellos costes que son imprescindibles para mantener en funcionamiento la central. Aquí se incluyen los costes laborales, las operaciones de mantenimiento, la gestión de activos, etcétera. Hay fijos y variables.
• Costes de combustible: Es el precio de obtención del combustible necesario para producir la energía. Son costes variables en los que se incurre si se genera energía y que no se tienen en caso contrario.

Tener en cuenta estos tres costes es fundamental para poder valorar bien cuánto cuesta un kWh de cada fuente de energía, ya que estos costes son muy distintos en cada caso. Por ejemplo, las energías renovables tienen un coste de capital proporcionalmente muy alto porque casi todo es inversión inicial, pero luego tienen costes de combustibles bajos o directamente nulos. En el caso de las centrales térmicas que funcionan con combustibles fósiles es distinto, los costes de combustible sí son muy relevantes. En el caso de una central nuclear los costes de capital son relativamente altos, los de combustible intermedios y los de operación y mantenimiento los más altos entre todos los tipos de energía. En cualquier caso, es importante valorar cuantos kWh se van a generar en la vida útil de la instalación para poder amortizar correctamente los costes fijos.

Una forma de intentar valorar los costes de generación es atender a las señales que da el mercado, pero esto puede ser confuso. En los mercados marginalistas, que son la mayoría, atender al precio al que las fuentes de energía ofertan para entrar en el mercado nos llevaría a engaño porque las plantas no ofertan a su coste de producción sino a un coste que les permita entrar en el mercado sin perder dinero o bien ganando el máximo posible. Las energías como la eólica, la solar o la hidráulica fluyente ofertarán a coste cero o cercano a cero porque así se garantizan entrar en el mercado y cobrar el precio de casación, ya que saben que no van a perder dinero porque su coste variable es prácticamente cero al no tener coste de combustible. Obviamente su coste no es cero porque tienen que amortizar los altos costes iniciales, pero no tiene sentido parar la producción si hay viento, agua o sol, así que si el precio del mercado casa a cero no pierden casi nada, simplemente dejarían de ganar dinero.

En el caso de las centrales de combustibles fósiles el precio ofertado puede parecerse más al coste, pero tampoco podemos fiarnos de eso. Si el mercado es poco competitivo, es posible que oferten a un precio bastante superior a su coste de generación para ganar más dinero, ya que saben que van a entrar en casación. Pero también puede pasar lo contrario, podrían ofertar a un precio menor a su coste si saben que a su precio de coste no van a entrar en el mercado y van a tener que parar la central. Una central parada no tiene costes variables pero sí tiene costes fijos, así que puede llegar a interesar generar por debajo de coste si el precio de venta supera los costes variables y se consigue amortizar parte de los fijos. Lo que sí es seguro es que una central térmica siempre ofertará por encima de sus costes variables.

Mucho más fiables para conocer los costes son las subastas, que se hacen sobre todo en el caso de las renovables, o ciertos contratos a largo plazo entre los sistemas eléctricos y las centrales generadoras de energía. Este último caso sería el de la central de Hinkley Point C en el Reino Unido que firmó un contrato a 35 años por el que venderá la electricidad a 92,5 libras/MWh. Por lógica, este precio será algo mayor que los costes de generar electricidad de la central, nunca será menor (para vender a precio menor que el coste no harían la central) y no debería ser mucho mayor (a no ser que el comprador haya negociado muy mal o en posición muy débil).

El caso de las subastas es muy interesante porque se hacen continuamente en todos los países del mundo y nos permite una actualización constante de los costes de las distintas energías renovables. Las empresas de renovables pujan a la baja, de manera que se llevan los proyectos quienes ofrezcan menor precio, normalmente a un precio fijo comprometido durante varios años o bien en un formato de «mercado más prima», donde los generadores cobran el precio de mercado más un diferencial, ganando la subasta quien menos diferencial ofrezca. Si una empresa puja a un precio fijo, es de suponer que los costes de generación serán algo menores a ese precio y si puja en el sistema de «mercado más prima» a prima cero, es porque sus costes son menores a su expectativa de precios de mercado.

Otra forma de comparar los distintos costes de los distintos tipos de energía es un concepto llamado levelized cost of electricity (LCOE) o coste nivelado de la energía, que compara los niveles de coste de las distintas tecnologías en un momento temporal dado y para un país concreto. La fórmula del LCOE no es demasiado complicada, simplemente divide la suma de costes de la generación de energía durante toda la vida útil de la central eléctrica entre la cantidad de MWh que se espera generar a lo largo de esta vida útil, ofreciéndonos un resultado en unidad monetaria entre MWh.

El LCOE sirve muy bien para analizar la realidad en un momento concreto, sobre todo en el caso de la mayoría de renovables que no tienen coste de combustible y, por tanto, el coste dependerá fundamentalmente de los costes de inversión de ese momento. En el caso de las energías fósiles es más incierto porque el precio de los combustibles varía a diario y hacer una proyección a futuro es muy complicado. Obviamente, el LCOE de una central de ciclo combinado de gas será distinto con un precio del gas a 20 €/MWh que con un precio de 40 €/MWh y, realmente, somos incapaces de saber cuánto va a costar el gas en el futuro y menos en el plazo de vida útil de la central, que puede ser décadas.

En determinados países los costes nivelados suelen ser más bajos de forma generalizada, debido a cuestiones como el coste de la mano de obra o los impuestos. Por otro lado, los costes de las energías renovables están fuertemente condicionados por su capacidad de generación. El LCOE de una planta fotovoltaica en Escocia debería ser muy superior al de una planta en Australia debido a que en la segunda habrá mucha mayor radiación solar y, por tanto, mayor generación de energía. Por la misma razón, un parque eólico en Escocia, en el que se estimen 3000 horas de funcionamiento anual, muy probablemente tendrá menor LCOE que uno en Florida con 2000 horas de funcionamiento. Todas estas situaciones hay que tenerlas en cuenta para hacer las comparativas correctamente.

En cualquier caso, este tipo de análisis también tiene sus limitaciones. Por un lado, no se tiene en cuenta los efectos sobre el medio ambiente o la peligrosidad de estas energías (más allá de los costes económicos que se deriven de ellos), por lo que una energía más barata puede ser socialmente menos conveniente. Por otro lado, tampoco se tiene en cuenta la intermitencia o continuidad de las energías, algo relevante para la fiabilidad de un sistema eléctrico. El coste es, por tanto, tan solo uno de los factores a tener en cuenta a la hora de analizar la conveniencia de una fuente de energía.

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¿CUÁNTOS TIPOS DE CENTRALES HIDROELÉCTRICAS HAY?

La energía hidráulica es aquella que proviene de la energía cinética y potencial de las corrientes de agua de los ríos y que, cuando se usa para generar electricidad, se suele llamar también energía hidroeléctrica o hidroelectricidad. Ya en la Antigüedad, los seres humanos usaban las corrientes de agua para generar movimiento en una rueda hidráulica, movimiento que utilizaban para moler grano o para transportar agua. El fundamento de la energía hidroeléctrica es básicamente el mismo, el uso de la corriente para generar movimiento, pero en este caso de una turbina hidráulica para así generar electricidad.

A pesar de ser una energía renovable, la energía hidráulica también es una energía tradicional, pues se usa desde la segunda mitad del siglo XIX. La primera central hidroeléctrica se construyó en Northumberland, Gran Bretaña, en 1880 y al año siguiente se construyó otra central en las cataratas del Niágara. A finales de la década de 1880 ya existían más de 200 centrales hidroeléctricas en Norteamérica. Durante el primer tercio del siglo XX esta energía se extendió por todo el mundo.

Hay varios tipos de centrales hidroeléctricas, aunque las más conocidas y las que más energía generan son las centrales de embalse. Para la construcción de este tipo de centrales se crea una presa artificial que acumula agua y se busca aumentar el desnivel entre la presa y el caudal posterior del río. Este embalse permite al agua adquirir energía potencial que posteriormente es transformada en energía cinética gracias a una tubería forzada (o tubería de presión), una tubería que parte de un punto algo más bajo que el nivel del agua de la presa y en la que, gracias a la energía potencial y la presión del agua del embalse, entra el agua a alta presión. La tubería forzada conduce el agua a una turbina hidráulica, una turbomáquina muy parecida a las turbinas de vapor y de gas de las centrales térmicas y que funciona de la misma manera, es decir, genera rotación al paso de un fluido a través de ella y transmitiéndose esta rotación a un eje que es parte de un generador eléctrico, produciendo electricidad de la misma manera que se hace en las centrales térmicas. Hay básicamente dos tipos de turbinas hidráulicas en las centrales hidroeléctricas: las turbinas de acción que son aquellas en las que el agua no sufre casi pérdida de presión y por tanto la generación de energía se basa solo en la energía cinética del caudal de agua, y las turbinas de reacción en las que sí que hay pérdida de presión del agua a la salida y por tanto la presión también es importante para la generación de electricidad. En función de la altura del salto del agua y del caudal de la tubería forzada se usará de un tipo u otro.

Esquema de una central hidroeléctrica de embalse. 1) Entrada del agua por una tubería forzada. 2) El agua mueve la turbina hidráulica cuyo movimiento hace girar el eje. 3) El giro del eje produce electricidad en el alternador. 4) Una vez turbinada el agua, esta continua su flujo natural. 5) La electricidad generada se aumenta de tensión en la subestación elevadora y se inyecta en la red eléctrica. (Imagen cedida por EDP).

Una vez turbinada el agua, esta se lanza al río para que continúe su flujo natural.

Una central hidroeléctrica tendrá más potencial de generación eléctrica conforme más acusado sea el desnivel, por eso para la instalación de estas centrales no sirve cualquier sitio, sino que hay sitios mejores donde se pueden generar mayores desniveles con inversiones menores en obra. Además del desnivel también es importante el caudal que fluye por la tubería forzada, ya que a mayor caudal también mayor generación de electricidad.

Además de las centrales de embalse también existen centrales de agua fluyente, que son aquellas que no tienen una presa para acumular agua y que turbinan el agua del caudal natural del río. En este tipo de centrales se crea un canal de derivación donde parte del agua del río se desvía hacia algún lugar cercano donde exista cierto desnivel natural, para así poder enviar el agua...