26/4/10

¿Muchos parques eólicos reducen la variabilidad de la energía vertida a la red?

Hablábamos en la anterior entrada sobre la necesidad de disponer de fuentes de respaldo para las energías renovables, debido a que éstas son variables e impredecibles.

Nota al margen nº 1: No todas lo son, por cierto: las mareas son poco variables y nada impredecibles.

Pero la que nos importa a estos efectos es la eólica, que aúna las características de una fuerte variabilidad e impredictibilidad con una elevada implantación en España (y otros países) que aumentan considerablemente sus posibilidades de afectar negativamente a la red.

Pues bien, uno de los argumentos que los partidarios de la eólica están esgrimiendo mucho últimamente para defenderse de tal acusación es el siguiente: cuando tienes una sola instalación eólica, o varias muy cercanas entre ellas, está claro que estarán afectadas por los caprichos del viento reinante en la región donde estén ubicadas. Habrá que prever una potencia equivalente de respaldo que no sufra esta variabilidad y que además pueda arrancar y conectarse a la red con facilidad, típicamente una o varias centrales de gas.

Nota al margen nº 2: La centrales que más rápidamente pueden arrancar y parar son las hidráulicas, pero habrá pocos casos en que se pueda considerar a la hidráulica como energía de respaldo de la eólica: para ello tendrían que ser centrales de bombeo (que te permitan revertir la situación una vez pasada la emergencia) y desde luego haber suficiente capacidad para acometer esta tarea, tanto en número de instalaciones como en volumen embalsado, lo cual nos lleva a si ha sido o no un año hídrico bueno… es decir, volvemos a la variabilidad e impredictibilidad.

Sin embargo (sigue argumentando el avispado defensor de la eólica), si tú tienes varios parques eólicos suficientemente distantes, el viento en esas zonas no variará al mismo tiempo… puede que cuando el viento se reduzca en una zona, en la otra no lo haga, o incluso aumente. Según vas añadiendo parques eólicos al sistema, sobre todo si son distantes y en zonas con vientos “desacoplados” entre ellos, irás reduciendo la variabilidad de la energía vertida a la red, pues unas instalaciones se compensarán con las otras. Éste es el argumento defendido en éste artículo aparecido recientemente en The Green Grok, una página de la Universidad de Duke dedicada a la sostenibilidad.

La idea es simple: es como si tuvieras un conjunto de aparatos que generaran una señal según un movimiento ondulatorio, cada uno el suyo. Si mezclas todas las señales sin un patrón predeterminado, es decir, más o menos al azar, será muy difícil que los picos y los valles de las todas las ondas coincidan entre sí en el tiempo y se refuercen: con algunos sí ocurrirá, pero con otros coincidirán los picos con los valles y en la mayoría de los casos todo tipo de situaciones intermedias, que darán como resultado más probable una onda mucho más suavizada que las originales, con lo que habremos reducido la variabilidad.

Por desgracia, la realidad no es tan simple. Muchos países con potencia eólica no son tan extensos como para tener zonas de vientos “independientes”. Y, en cualquier caso, la variabilidad del viento es tan grande que incluso la suma de varios parques eólicos apenas la reducen. Una muestra la podéis ver para Irlanda y para Inglaterra en el Capítulo 26 del libro que el profesor de Cambridge David JC MacKay ha dedicado a la sostenibilidad energética. Lo podéis también ver en la figura que os estracto. En ella se aprecia la necesidad de la red eléctrica de afrontar caídas de potencia repentina así como períodos de calma de varios días, incluso sumando el efecto de varios parques eólicos.


En palabras de MacKay:
Figure shows the summed output of the wind fleet of the Republic of
Ireland from April 2006 to April 2007. Clearly wind is intermittent, even if
we add up lots of turbines covering a whole country. The UK is a bit larger
than Ireland, but the same problem holds there too. Between October 2006
and February 2007 there were 17 days when the output from Britain’s 1632
windmills was less than 10% of their capacity. During that period there
were five days when output was less than 5%.”

Por lo tanto, podemos concluir que la reducción de variabilidad no es tanta como se supone y dependerá de cada país o región (en EEUU, y para parques eólicos off-shore distanciados entre sí, puede ser superior al caso de U.K., como el artículo de The Green Grok apunta).

Una idea simple, brillante… y arriesgada

La tesis que voy a defender es que, incluso si se demuestra que la variabilidad promedio del conjunto de parques eólicos de un país o región se reduce durante el año, no podemos prescindir de todas formas de una potencia de respaldo suficiente, salvo que queramos incrementar de modo dramático el riesgo para el sistema.

La razón fundamental es que el gestor técnico del sistema eléctrico no puede ejecutar la compensación entre unos parques y otros a voluntad. Es decir, sigue dependiendo de los caprichos del viento, por más que éstos se compensen unos con otros en las diferentes zonas. Esto significa que, aunque en promedio anual la variabilidad se reduzca y los parques eólicos se vayan compensando, el gestor de la red no puede funcionar en base a valores promedio: existe una probabilidad no nula (ni siquiera muy pequeña, en mi opinión) de que coincidan los valles de dichos parques una o varias veces al año, simplemente por azar. En ése caso, la caída de potencia sería más brusca todavía que en el caso de un solo parque, y sin potencia suficiente de respaldo y/o fuertes interconexiones a la red de otros países la red podría colapsar.

Por eso la interconexión de muchos parques lejanos, deseable porque suavizan la curva de aportación de potencia a la red, nos puede dar una falsa sensación de seguridad: las caídas de potencia serán mucho menos probables, pero tendrán un impacto mayor cuando se produzcan. La potencia de respaldo sigue siendo necesaria, además de fuertes interconexiones a la red transnacional (este punto es esencial en España, poco conectada al exterior).

Eso, y avanzar hacia sistemas de almacenamiento de energía que absorban estas fluctuaciones. Eso, para otra entrada…

4 comentarios:

fcasarra dijo...

Buen articulo. Solo quiero hacer una importante puntualización.

El viento es variable pero no impredecible. Las predicciones de viento a 24h son bastante buenas.

Lo mismo es válido para la energía solar. Además la solar con la eólica suelen estar bastante desacopladas.

La problemática es que para las centrales térmicas (especialmente las nucleares) 24h es poco tiempo para reaccionar de forma eficiente. Solo las de ciclo combinado son suficientemente flexibles. Se puede ver como un problema de variabilidad de las renovables o de falta de flexibilidad de algunas convencionales.

Finalmente, sí, es inevitable tener centrales de respaldo, ya sea por almacenamiento o por disponer de centrales flexibles.

A este respecto me parece que no es evidente si en un futuro cercano (10 años) si es mejor (ecológica y económicamente) una mayoría de centrales convencionales y nucleares o una mayoría de centrales renovables con el soporte de unas centrales convencionales flexibles que puedan servir de soporte. Estas últimas bien pudieran ser centrales "poco" óptimas pero que permitan una gran flexibilidad a un reducido coste ya que solo funcionarían durante cortos periodos de tiempo.

Ender dijo...

"Las predicciones de viento a 24h son bastante buenas.
"

Hombre, algo para lo que sólo se puedan hacer "bastante buenas" predicciones a 24 horas, creo que podemos catalogarlo de impredecible. Sobre todo para el sufrido gestor de REE, que tiene que casar la oferta con la demanda de forma instantánea...

En cuanto a la solar, su problema es que su capacidad, de momento, para aportar suficiente potencia a la red la hace bastante despreciable en toda esta discusión. Empezará a tener importancia cuando:
1) Haya un salto en eficiencia de los paneles
2) la "generación distribuida" empiece a ser una realidad

"La problemática es que para las centrales térmicas (especialmente las nucleares) 24h es poco tiempo para reaccionar de forma eficiente."

En algunos casos (particularmente el nuclear)es más que poco eficiente: es una sangría económica y afecta a la seguridad.

"Se puede ver como un problema de variabilidad de las renovables o de falta de flexibilidad de algunas convencionales.
"

No estoy de acuerdo. Eso es retorcer el argumento. Antes de que las renovables hicieran su aparición, nadie se quejó de la falta de flexibilidad de las convencionales... sencillamente, esa flexibilidad no era necesaria. Por otra parte, de tu frase se deduce que las renovables sí son flexibles, lo que es altamente discutible: sólo es flexible lo que se puede manejar a voluntad.

"es inevitable tener centrales de respaldo, ya sea por almacenamiento o por disponer de centrales flexibles."

... pero tengamos claro que disponer de ese respaldo es un lujo caro: toda instalación en la que se haya invertido y ahora esté infrautilizada tiene unos costes "perdidos" que hay que remunerar. Además, los procesos de arranque y parada frecuente de cualquier instalación industrial afectan a la fiabilidad y durabilidad de la instalación y también a la seguridad. Todo eso supone, en último témino, mayores costes. Para que esos costes no sean "perdidos" deben compensarse más que de sobra con las ventajas que aporten las renovables.

Sobre tu última reflexión, y muy rápidamente, mi opinión es que el mix energético debe ser equilibrado, aprovechando las ventajas de las que disponemos en el país (clima y conocimiento en renovables, conocimiento en nuclear...), tratando de suplir lo que no tenemos (mucha dependencia externa, emisiones de CO2, insuficiente interconexión...) y siempre con el análisis coste-beneficio por delante.

Un saludo y gracias por comentar.

fcasarra dijo...

Nuestras opiniones no difieren mucho, pero yo insisto que una antelación de 24h debería ser mas que suficiente para planificar la producción eléctrica.

Mas impredecible es el consumo que depende de cosas como cuando encenderé o apagaré una luz. De hecho para ayudar a regular estos desajustes están las estaciones de bombeo y los usuarios con suministro interrumpible (basicamente grandes consumidores que a cambio de un menor precio por KWH se les puede interrumpir el suministro en caso de necesidad).

En cualquier caso siempre se necesitan sistemas para ajustar la producción y la demanda y al final lo que cuenta es el coste final, tanto monetario como ecológico.

Lole dijo...

El consumo de los usuarios individualmente es ciertamente impredecible. Pero el de colectivos de usuarios sí que lo es.
REE no puede saber cuando cada individuo va a encender la luz del cuarto de baño para hacer pis. Pero tanto REE como, por ejemplo, Canal de Isabel II, saben que en el descanso de un partido de fútbol retransmitido por la tele, va a haber un pico de consumo tanto de luz como de agua (cisterna del váter).
Los hábitos de consumo de las masas (entendido no peyorativamente) están sobradamente estudiados por REE. Teniendo en cuenta la fecha, día de la semana y temperatura prevista, REE sabe cuántos gigas se necesitan generar cada hora.
Esa cifra es la que se pone a disposición del mercado de generación.