Tecnología un tema fundamental

Red de suministro y almacenamiento de energía

Si bien los expertos en energía están de acuerdo en que la red de suministro alemana necesita ser ampliada para que las energías renovables constituyan la mayor parte del suministro de energía, no hay consenso en qué es lo que hay que hacer. Algunos estimados colocan la cantidad de nuevas líneas a construir en 4.500 km, mientras que otros creen que la mitad de esa cifra será suficiente. A la fecha, la red alemana cuenta con 35 mil km de líneas de transmisión de tensión muy alta más 95 mil km de líneas de alta tensión; todas ellas hechas para el sector de energía convencional. Las nuevas líneas que se requieran para las energía renovables son menos en comparación. Hay 510.000 kilómetros de líneas eléctricas de media tensión y alrededor de 1,1 millones de kilómetros de líneas de distribución de baja tensión.

El cambio a la electricidad renovable será un desafío técnico debido a que la energía solar y la energía eólica no son suministrables, dicho en otras palabras, no es posible acelerar la generación de las turbinas eólicas o los paneles solares de la misma manera en que se hace con una termoeléctrica y las plantas nucleares para que respondan a las demandas de energía; hay varias soluciones posibles.

El problema general es que la cantidad exacta de electricidad necesaria en un momento dado tiene que estar disponible en ese momento, lo que podría hacer que colapse la red. Por ello, tradicionalmente hemos adecuado la producción de energía a la demanda. Hay una diversidad de opciones de almacenamiento que se discuten en este momento, desde aire subterráneo a presión almacenado en cuevas naturales a bombeo de existencias de energía (hidropoder), volantes y baterías. Lo más importante, Alemania tiene planes de utilizar gas natural en el ínterin, a manera de puente energético que posteriormente será sustituido por biogás sustentable e hidrógeno proveniente del exceso de energía eólica y energía solar. La energía solar y la eólica pueden ser almacenadas como un gas (denominado “power to gas” o P2G), lo que permite usarla como combustible para motores, aplicaciones para calefacción o para producir energía suministrable. Finalmente, las “redes inteligentes” ayudarán a asegurar la demanda de energía a la disponibilidad de energía renovable; es decir, lo opuesto de lo que hacemos ahora.

La necesidad de almacenar energía

La integración europea podría ser una solución, especialmente si consideramos la capacidad limitada de hidroenergía alemana. Se ha propuesto que Alemania pueda exportar grandes cantidades de energía a Noruega y Suiza, por ejemplo, que tienen un potencial de hidroalmacenado tremendo, sin embargo, por el momento las conexiones son insuficientes. Pero se está trabajando en ello: en 2015 concluyó la planificación para una nueva conexión de 1,4 gigavatios entre Noruega y Alemania. Este cable, llamado Nordlink, empezará a operar en 2020. Falta por ver, sin embargo, si Noruega o Suiza (ninguno de los cuales es integrante de la UE) desean inundar más de sus valles prístinos y sus fiordos para que los alemanes puedan contar con un suministro estable de electricidad renovable.

A mediano plazo, la mayor parte de los expertos cree que la necesidad de almacenamiento de energía será mínima en Alemania. Un estudio realizado por el WWF arrojó que no habrá un mercado importante para las tecnologías de almacenamiento hasta 2030, mientras que la organización de ingeniería de Alemania VDE (por sus siglas en alemán) no espera que exista mucha demanda de almacenaje hasta que el país tenga 40% de energía renovable, una meta que se reconoce se alcanzará ya cercano a 2020. Además, el Fraunhofer ISE señala que la cantidad de almacenamiento que se necesita no solo guarda relación con el porcentaje de energía renovable fluctuante, sino más bien con la combinación de las energías renovables fluctutantes y la energía de base inflexible. Dicho de otro modo, la necesidad de almacenamiento de energía puede reducirse disminuyendo la capacidad de generación de carga base, principalmente lignito y plantas nucleares.

La expansión de la red de energía renovable en perspectiva

Pongamos lo señalado en perspectiva. En primer lugar, Alemania ha pasado del 3 % de energía renovable a comienzos del decenio de 1990 a 32 % en 2016 sin que se produzcan cambios importantes en su red. Después de todo, la energía eólica, la biomasa y la energía solar son fuentes de amplia distribución, por lo menos de la forma en que lo ha hecho Alemania.

Los escépticos de las energías renovables en ocasiones se quejan cuando hay que expandir la red debido a dichas energías: “El problema con los parques eólicos es que están en lugares donde no se necesita la electricidad. Así que hay que llevar la electricidad generada a otro lugar.”

De hecho, esta afirmación describe mejor a las termoeléctricas alimentadas con carbón que a la energía eólica. Uno puede distribuir con mucha uniformidad la energía solar, la eólica y la biomasa en el paisaje, cosa que no es posible con la energía convencional. En contraste, las termoeléctricas alimentadas con carbón de lignito nunca están construidas donde la energía se requiere sino en los lugares donde se puede extraer lignito. Incluso las termoeléctricas alimentadas con carbón duro, que se comercia mundialmente, fueron tradicionalmente construidas cerca de las minas de carbón como en la zona del Ruhr (Ruhrgebiet) de Alemania. Sin embargo, es evidente que es mucho más fácil y menos caro transportar grandes cantidades de energía mediante líneas energizadas que acarrear cargas de carbón. Y si bien uno puede argumentar que las termoeléctricas siempre están ubicadas cerca de la industria (como el caso del Ruhrgebiet), esta descripción coloca el carro delante de los caballos. Hace unos 200 años, al inicio de la industrialización, la mayor parte de las ciudades en la zona de Ruhr eran pequeñas aldeas. Las termoeléctricas no se construyeron en la zona de Ruhr debido a que la industria se encontraba ahí, por el contrario, la industria se desarrolló ahí debido a que esa zona estaba llena de reservas de carbón.

Además, mientras las plantas nucleares están edificadas más o menos donde se requiere la energía, no donde se extrae uranio, todas las centrales son tan enormes que la red tuvo que ser expandida para ellas. En los decenios de 1960 y 1970, las nuevas plantas nucleares en Alemania no sólo requirieron que se ampliara la red sino que también llevaron a la instalación de gran número de sistemas de calefacción para viviendas, para generar calor durante la noche, de manera que las plantas nucleares no tuvieran que desacelerar su producción todos los días. Un suministro distribuido de energía renovable es un enfoque más amable con mucho menor impacto ambiental. Hermann Scheer, experto alemán en energías renovables, en una ocasión comparó un suministro distribuido de energía con un suministro de energía centralizado, señalando que el segundo es como si se “cortara mantequilla con una moto sierra”.

Expansión de la red

Hay consenso en que se necesita expandir la red para poder integrar más energías renovables, sin embargo, en lo que hay menos acuerdo es sobre varios detalles, como el número de líneas que hay que añadir, a dónde tienen que ir y qué tipo de líneas debe utilizarse. Además, el propio sector de energías renovables está interesado en hacer asequible la transición energética, por lo que ha propuesto varias opciones que no son caras para expandir la red. Además, las personas no quieren vivir cerca de líneas energizadas, por ello es necesario el financiamiento público para la planeación; asunto que requiere de la mayor transparencia.

A la fecha la red de suministro alemana está divida como sigue:

La red de tránsito consta de unos 35 mil kilómetros de líneas de 220 y 280 kV. Es el nivel de ultra alto voltaje al que Alemania está conectada con sus vecinos y la energía se transporta a grandes distancias. La red de distribución consta de lo siguiente:

  1. Unos 95 mil kilómetros de líneas de alto voltaje (60 a 110 kV) para conglomerados e industria a gran escala.
  2. Unos 500 mil kilómetros de medium-voltage lines (6 a 30 kV) para muchas instalaciones grandes como hospitales.
  3. Cerca de 1.100.000 kilómetros de líneas de bajo voltaje (230 y 400 V) para vivienda y pequeñas empresas.

Alemania cuenta con cuatro empresas de servicios (propiedad de inversionistas) que operan las cuatro secciones de esta red de tránsito, aunque hay casi 900 operadores de la red de distribución.

¿Cuántos kilómetros?

¿Entonces, qué hay que hacer para llevar adelante laEnergiewende del país? Por ahora, mucha de la energía eólica se encuentra ubicada en el norte del país y mucha de la energía solar en el sur. La Agencia Alemana de Energía (Dena) publicó dos estudios (Estudio de la red I y II) en los cuales estima que se requerirá agregar unos 4.500 kilómetros de líneas de ultra-alto voltaje si Alemania quiere incrementar su capacidad de energía eólica para pasar de 27 gigavatios a 51 gigavatios para 2020; de los cuales, 10 gigavatios provendrán de mar adentro en el Mar del Norte y del Mar Báltico. Sin embargo, algunos expertos creen que dicha cifra puede acortarse en más de la mitad.

En efecto, estos planes se enfrentan a muchas críticas entre quienes proponen las energías renovables en Alemania, principalmente porque los datos subyacentes no fueron publicados, de manera que no se pudo hacer un mayor análisis de los hallazgos. Sin embargo, aún en el nivel propuesto, da la impresión de que casi duplicar la capacidad de energía eólica únicamente requerirá expandir la red de tránsito en menos de 13 por ciento. Además, muchas de estas líneas no serán necesarias si el gobierno promueve más energía eólica en tierra en el sur, en lugar de energía eólica adicional en tierra y mar adentro en el norte. En los últimos años, la industria dedicada a la energía eólica ha desarrollado turbinas eólicas especiales con torres más altas y aspas más largas diseñadas especialmente para su uso en lugares con vientos débiles, como es el caso del sur de Alemania. Ese tipo de turbinas en tierra en el sur no requerirían tantas líneas energizadas, con lo que se reduciría el costo total de la transición energética alemana. Al mismo tiempo cabe señalar que la energía eólica que se produce en tierra es menos cara de iniciar que la energía eólica que se produce mar adentro.

De la misma forma, a algunos de los que proponen la energía solar también les gustaría ver que se ajustaran las tarifas de alimentación para la energía fotovoltaica de acuerdo con la región (como se hace en Francia), de manera que más energía fotovoltaica esté instalada en el norte, lo cual facilitaría la integración de la red.

Las expansiones de la red encuentran a menudo resistencia en la población local (la gente no quiere vivir cerca y debajo de líneas energizadas). Asimismo, la burocracia y el financiamiento también frenan los proyectos. Utilizar cables subterráneos es una opción, pero son más caros. En 2016, el gobierno decidió priorizar los cables subterráneos para las líneas de corriente continua de alto voltaje, que conectarán el norte y el sur de Alemania. También para las líneas de corriente alterna se ha aumentado el número de cables subterráneos en comparación con plantas anteriores. Como parte de la Ley de energías renovables revisada también se está discutiendo reducir el número de nuevas instalaciones eólicas que se subastarán en áreas que representan cuellos de botella en la red.

Nuevamente, hay que tener en mente que estamos hablando de agregar unos 1.900 kilómetros a la red, conformada por cientos de miles de kilómetros tendidos exclusivamente para el suministro de energía nuclear y de origen fósil para el país.

En 2017 la Agencia Alemana de Redes hizo público que las tres líneas importantes que se agregarán y que corren de norte a sur quedarán listas hasta 2025. En el ínterin, Alemania tiene planes para cubrir el vacío con centrales de reserva. Para el invierno 2017-2018, se han reservado 10.4 gigawatts para ese propósito.

Opciones a la expansión de la red

No obstante, el sector de las energías renovables en Alemania no está sentado en sus laureles esperando que el gobierno proporcione una red para el futuro. El sector de la energía solar ha desarrollado tecnología para hacer que las líneas de ultra-alto voltaje operen con mayor eficiencia: las plantas de energía solar pueden operar como “osciladores de cambio de fase” para estabilizar la frecuencia de la red. Este sector espera que este enfoque reduzca el número de líneas que se necesita colocar.

El sector de la energía eólica también rebosa de ideas. En el marco de la legislación alemana, hay una normatividad denominada “n+1”, que quiere decir que cuando se coloca una línea tiene que haber otra de reserva que puede cubrir la capacidad de la primera en caso de que falle. Este centro ha propuesto una solución que podría significar que dicho requisito ya no sea necesario al plantear: dedicar líneas de energía para conectar energías renovables..

Además, la Unión Europea, como parte de sus planes de Unión Energética, aspira a impulsar la interconexión entre países para aumentar la seguridad energética del continente y mantener bajos los costos. Al mismo tiempo, sin embargo, el incremento repentino en la producción de energía eólica y solar en Alemania está comenzando a llevar energía a Polonia y la República Checa, en particular, de forma que la futura integración podría significar un desafío para dichos países. En la frontera germano-polaca se ha instalado el desplazador de fase, que controla activamente los flujos reales de potencia con el fin de impedir o bloquear la carga, para que los polacos puedan tener mejor control de su propia red.