La energía solar y la eólica tienen un aliado de energía firme: el gas natural

La energía solar y la eólica tienen un aliado de energía firme: el gas natural

La electricidad es una fuente de energía secundaria que se genera a partir de las fuentes primarias de energía, entre las cuales se encuentran las renovables y las no renovables.

Los expertos en el mundo prevén que las energías renovables primarias continuarán aumentando su participación en la generación de electricidad, y particularmente la solar y la eólica debido a la permanente reducción en los costos que es impulsada por los continuos adelantos tecnológicos.

Sin embargo, la incorporación de la energía solar y la eólica en los sistemas eléctricos tradicionales ha creado nuevos retos técnicos y económicos, los cuales incluyen acciones para subsanar, de manera competitiva en costos, las limitaciones que muchas veces existen en estos sistemas.

Lo anterior debido a que, a excepción de la geotermia, las fuentes primarias renovables de energía son no firmes o variables. Dependen del estado de la naturaleza en el momento de generar. Muchas de estas fuentes, como la solar y la eólica, experimentan altos niveles de estacionalidad, variabilidad e intermitencia. La magnitud y frecuencia de estas variaciones son inherentes a cada fuente de energía y dependen de sus propias características naturales.

Entre otras acciones, esta problemática se subsana con un mayor respaldo de energía firme de bajo costo, confiable y flexible en el sistema eléctrico.

Costa Rica no escapa a esta situación de alta variación, fluctuación e intermitencia inherente a estas energías renovables primarias. Con respecto a la producción de las plantas eólicas, y tal como lo señalé en una columna anterior, el ICE ha indicado recientemente que “la potencia eólica ha sido a veces cero durante 12 días y 16 días”, que “en escala horaria, las variaciones de potencia son importantes” y que “en escala diaria, se encuentran períodos sin viento de más de una semana”. Con respecto a la energía solar, el ICE ha señalado también que “en escala de minutos, las variaciones de potencia son importantes…” y que “en escala diaria, más del 50% del tiempo no hay potencia”.

En Costa Rica, la energía firme para enfrentar este tipo de situaciones es aportada prioritariamente por las plantas de generación hidroeléctrica del ICE que cuentan con embalse estacional (como Cachí, Pirrís y Reventazón) o plurianual (Arenal).

En última instancia, está el respaldo de las plantas térmicas de búnker y diésel importados con una capacidad instalada de 571 MW, pero su generación es muy cara, lo que representa una limitación económica (baja competitividad en costos). Esta capacidad instalada es la segunda más alta después de la capacidad de las plantas hidroeléctricas.

Con respecto a la energía firme de las plantas con embalse, el ICE ha indicado que “la capacidad limitada de respaldo de los embalses limita el desarrollo de la energía solar y del viento”.

Esta es una situación que se deberá corregir en el futuro para poder aumentar la participación de la energía solar y eólica en la generación eléctrica nacional.

Con respecto a este tema, en una columna anterior señalé que el respaldo de energía firme proveniente de las plantas hidroeléctricas con embalse se va a ir deteriorando y limitando con el tiempo. Lo anterior como consecuencia de los crecientes impactos del cambio climático que, entre otras cosas, reducen las precipitaciones y amplifican los efectos de eventos climáticos extremos que reducen aún más las precipitaciones y provocan sequías, como el fenómeno del Niño.

Para lograr aumentar el aprovechamiento de la energía solar y eólica, se requiere entonces, entre otras cosas, introducir opciones adicionales y complementarias de energía firme que sean de bajo costo, no vulnerables, no volátiles en costo, abundantes, confiables y flexibles.

La geotermia, que es una fuente renovable firme, no se utiliza como respaldo porque las plantas geotérmicas, por su naturaleza misma, no pueden aportar energía firme de respaldo en caso de que el sistema eléctrico lo requiera, porque operan fijas en la base de la generación, y normalmente a su máxima capacidad.

Sin embargo, a pesar de ser particularmente variables e intermitentes en el tiempo, la energía solar y eólica son fuentes de energía renovable muy importantes, por lo que se debe fortalecer su desarrollo en el país.

Estas son las dos fuentes renovables de energía primaria que más están creciendo en el mundo y aumentando su participación en los sistemas eléctricos de muchos países.

Además de sus propios méritos, lo anterior ha sido posible gracias al creciente respaldo de energía firme de bajo costo, confiable y eficaz suministrado por el gas natural.

Un estudio realizado para la National Bureau of Economic Research (NBER) de EE.UU. por expertos y entidades de varios países analizó cómo el gas natural está impulsando y facilitando la introducción de las energías renovables en los sistemas eléctricos de 26 países y cómo se están enfrentando los retos asociados a la alta variabilidad e intermitencia, muchas veces imprevista, de las energías renovables, y en particular de la energía solar y eólica.

La NBER es una organización sin fines de lucro y no partidista fundada en 1920 en EE.UU. Uno de sus objetivos es realizar investigaciones económicas y divulgarlas entre académicos, personas responsables de las políticas públicas, profesionales y empresas. Es la principal organización de investigación económica sin fines de lucro de ese país. Entre sus miembros se encuentran 26 Premio Nobel de Economía y 13 expresidentes del Consejo Presidencial de Asesores Económicos. Más de 1.400 profesores e investigadores universitarios en economía y negocios son también miembros.

Entre muchos otros aspectos, este estudio publicado hace un año señaló lo siguiente:

• “La difusión de energías renovables en los sistemas eléctricos implica una alta variabilidad de la oferta energética”.
• “Las fuentes de energía renovables, como la eólica y la solar que son hoy en día las opciones más competitivas en costos, son intermitentes”.
• “La variabilidad en la generación ha sido identificada como una barrera significativa para la integración de los recursos eólicos y solares”.
• “La evidencia presentada en este estudio apoya la conclusión de que las tecnologías de reacción rápida basadas en el gas natural han habilitado la difusión de energías renovables al proporcionar una capacidad de respaldo confiable y despachable para protegerse contra la variabilidad de la oferta energética”.
• “El estudio llama la atención sobre el hecho de que las energías renovables y las tecnologías de reacción rápida basadas en el gas natural son altamente complementarias y deben ser instaladas conjuntamente para cumplir los objetivos de reducir las emisiones y asegurar un suministro estable”.

Un artículo publicado por el periódico The Washington Post, cuyo título traducido al español es “Resulta que la energía eólica y la solar tienen un amigo secreto: el gas natural”, analizó el estudio de la NBER y señaló lo siguiente, entre muchas otras cosas:

• “Debido a la naturaleza particular de las fuentes de energía limpia como la solar y el viento, no se puede simplemente agregar a la red estas fuentes en grandes cantidades y creer que es el final de la historia. Por el contrario, debido a que estas fuentes de generación de electricidad son ‘intermitentes’ —la energía solar fluctúa con el clima y el ciclo diario y la eólica fluctúa con el viento— deben existir medios (en el sistema) que permitan continuar suministrando electricidad cuando éstas dejan de producir. Y cuanto más renovables se tenga, más grande será este problema”.
• “La solución a este problema... ha incluido... la instalación plantas de reacción rápida basadas en el gas natural, las cuales pueden producir rápidamente los faltantes cada vez que la generación con renovables disminuye (o deja de generar)”.
• “Los investigadores... encontraron en este estudio una relación sorprendentemente estrecha entre las energías renovables por un lado y el gas natural por el otro”.
• “Este estudio llama la atención sobre el hecho de que las energías renovables y las tecnologías de reacción rápida basadas en el gas natural son altamente complementarias y que deben ser instaladas conjuntamente para cumplir con los objetivos de reducir las emisiones y asegurar un suministro estable”.
• “Esto permite responder rápidamente a las fluctuaciones de la demanda de la red e integrar las energías renovables según sea necesario”.
• “Un tema importante que la investigación indica que las plantas renovables son más costosas debido a la necesidad de respaldo adicional(de energía firme)”.
• “El estudio también refuerza el concepto generalizado del gas natural como un ‘combustible puente’ que permite una transición hacia un mundo de más renovables, ya que es flexible y también contribuye con menos emisiones de dióxido de carbono”.
• “El estudio muestra la causalidad que ocurre con las plantas de gas natural que se agregan y que provocan que los proyectos de renovables sean más fáciles de integrar. Es un factor habilitador”.

Al igual que muchos otros estudios internacionales, el de la NBER muestra cómo el gas natural se ha convertido en el mundo en un “factor habilitador” (“enabling factor”) clave, en un aliado importante de energía firme de bajo costo y en un “combustible puente” esencial para incorporar más rápidamente la energía solar y eólica en la generación de electricidad en un proceso continuo de transición hacia un mundo de más energías renovables.

Con base en la amplia evidencia que existe en el mundo, muchas personas consideran que el gas natural se ha convertido en una fuente de energía “hermana”, “amiga” o “aliada” de las energías renovables porque potencia su desarrollo a través de un respaldo de energía firme de bajo costo y muy confiable.

La competitividad eléctrica, que es clave para impulsar el desarrollo económico y social, no solamente se obtiene con la energía no firme de bajo costo, sino también con la energía firme de respaldo de bajo costo.

El gas natural, que es la fuente de energía que más está creciendo internacionalmente y que va a desplazar en el futuro al petróleo de su primer lugar como la principal fuente de energía del mundo, es además muy abundante, muy flexible en su operación, ambientalmente más amigable que muchas otras opciones actuales y está asociado a tecnologías muy avanzadas y eficientes. Se usa igualmente en todos los otros sectores de actividad económica (industria, transporte, comercio, servicios, agricultura y residencial) como energía sustituta de los caros derivados de petróleo (que en Costa Rica son importados) y como materia prima para la producción de miles de productos no energéticos, como los fertilizantes, los textiles y los plásticos.

La eventual producción nacional de gas natural generaría adicionalmente grandes cantidades de recursos fiscales y de divisas que el país necesita sin afectar los costos.