PRESENTE Y FUTURO DE LAS ENERGIAS RENOVABLES

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1 PRESENTE Y FUTURO DE LAS ENERGIAS RENOVABLES JUAN CARLOS LATASA IDOM INGENIERÍA Y CONSULTORÍA RESUMEN En este artículo se exponen ideas relativas al panorama energético general en Europa y en España, especialmente orientado en el Sector de las Energías Renovables. Se describe la evolución esperada para las Energías Renovables en los Planes Energéticos realizados por los Organismos Oficiales en los años 90 y la situación actual, así como la situación futurible en los próximos años. Finalmente se dan una serie de ideas y reflexiones sobre ciertas experiencias realizadas en varios proyectos de Energías Renovables orientadas a la optimización de las instalaciones y a la mejora de los ratios de explotación de las mismas. 1. INTRODUCCION En el contexto actual de Generación, consumo y distribución de energía ha sido evidente la creciente necesidad de crear sistemas que permitan a los países industrializados reducir sus consumos energéticos a pesar de los lógicos aumentos de la Producción Industrial y de aumento de consumos por la Población. Esta situación ha obligado a los Organismos y Entidades Responsables de las Políticas Energéticas a proponer, promover y desarrollar sistemas de generación energética más eficientes. Junto a la necesidad, descrita anteriormente, de carácter puramente Económico e Industrial debemos considerar y no considerar como menos importantes, los efectos Medioambientales. La grave necesidad de intentar mejorar y optimizar nuestros sistemas de generación energética generando menos concentraciones de gases de efecto invernadero (responsables de fenómenos como el cambio climático) por cada kwh generado. Destacamos que la aplicación de estos principios no es incompatible, sino totalmente convergente y que su aplicación conduce a escenarios en los parques de generación energética más eficientes e incluso rentables. El escenario Europeo en los Parques de Generación de Energía ha experimentado una optimización y modernización que ha permitido, en líneas generales, aumentar la eficiencia media en generación y por lo tanto, reducir los costes de los procesos productivos, reducción de las necesidades de los suministros de energía primaria (Crudo, Gas, etc...) y al mismo tiempo una mejora sustancial en los índices de calidad de vida y bienestar de la población. 2. PANORAMA ENERGÉTICO EUROPEO Y ESTATAL El panorama actual de la Generación ha experimentado un gran desarrollo de las Energías Renovables tanto en Europa como en España. -1-

2 Sin embargo, no todo el desarrollo esperado en los diferentes desarrollos de Instalaciones de Generación Renovables se ha cumplido. Los Planes Energéticos de los Estados Europeos, atendiendo de manera especialmente significativa a las Energías Renovables fueron comenzados, con una mayor intensidad, en los años noventa. El parque de generación en Europa presenta la siguiente distribución en los últimos años: En España la distribución es similar: -2-

3 Europa y en espacial España presenta una gran dependencia de las fuentes de Energía exterior, esto junto a la necesidad de mejorar las condiciones ambientales del parque de generación de acuerdo a los libramientos del Protocolo de Kioto y el Libro Blanco Europeo impone el uso de sistemas de generación que utilicen fuentes de energía limpias y no dependientes de los suministros exteriores; es en este entorno cuando el apoyo a las Energías Renovables tiene cada vez mayor sentido para los Responsables Energéticos Europeos y Nacionales. Atendiendo en mayor detalle a las diferentes Tecnologías de Generación Renovables se describe a continuación la evolución y situación de las mismas a continuación. Los Planes Energéticos Nacionales, como el Plan Energético Nacional E4 ( ) y el Plan de Fomento de las Energías Renovables consideraban un objetivo del orden del 12% de generación en Renovables y la siguiente evolución en los demás sistemas de generación: Es evidente que ha existido una interesante evolución en las Energías Renovables (excepto en alguno de los casos que indicamos posteriormente), pero no debe olvidarse el gran crecimiento experimentado en el parque de generación, lo cual ha hecho que, considerando los valores medios, sigamos estando distanciados de los libramientos de los objetivos de independencia energética del exterior y ambientales. El crecimiento del consumo global de Energías Renovables ha sido en España es aún insuficiente ya que a finales del año 2004 solamente se ha alcanzado un crecimiento acumulado del 28,4% del objetivo de crecimiento del año Lógicamente se da al mismo tiempo una situación complicada con el Plan Nacional de Derechos de Emisiones, enmarcada dentro del Plan Europeo de Emisiones aceptado por los Estados miembros de la Unión Europea. La evolución real se analizará para cada unos de los principales sectores y sistemas de generación. -3-

4 Se observa la muy interesante evolución en las áreas de generación correspondientes a Energía Eólica, Biogas o Biocarburantes, frente a una evolución muy reducida y francamente desmoralizante en sistemas de generación como la Biomasa y la Solar (tanto Térmica como Fotovoltaica). Existen motivos diversos para la evolución tan interesante de algunas tecnologías y tan poco interesante de otras, algunos son de índole técnica ya que los sistemas de generación no están suficientemente maduros para proporcionar viabilidad técnico económica, a pesar de las primas complementarias pagadas a los generadores y otros son demasiado caros para las ventajas proporcionadas y en ciertos casos los Planes Energéticos indicados -4-

5 no fueron lo suficientemente consensuados con experiencias reales de aplicación. Se indica en las siguientes secciones del presente análisis algún detalle complementario a este asunto. De la revisión de esta evolución real se ve la clara necesidad de realizar una revisión en los objetivos de % de aplicación en los Sistemas de Generación Renovables con objeto de proporcionar planteamientos y objetivos mucho más realistas y factibles. Es decir, se cumplirían aproximadamente los objetivos de Generación eléctrica y producción de Biocarburantes en detrimento de los otro sistemas de generación renovables. -5-

6 Energía Eólica En este Sector Europa está perfectamente orientada al cumplimiento de sus objetivos y España, con su decidido impulso en el campo eólico, ocupa el segundo lugar en cuanto potencia instalada, solamente superado por Alemania. Son diversos los motivos que han permitido este auge, entre ellos consideramos destacables los siguientes: Tecnología (oferta de suministradores diversificada y fiable) Orografía y condiciones ambientales Seguridad técnico financiera existente en este tipo de instalaciones. Estas instalaciones presentan interesantes ratios financieros, de manera que como ideas muy preliminares, a ser debidamente analizadas en cada caso y localización, podemos considerar que proporcionan un TIR (tasa interna de retorno, equivalente al % de beneficio industrial sobre inversión) del 20% y un periodo de recuperación de la inversión o Payback de unos 6 a 8 años. -6-

7 Energía de la Biomasa En este Sector Europa está muy distanciada del cumplimiento de sus objetivos y España no es una excepción. La evolución, general es bastante inferior a la inicialmente esperado. Son diversos los motivos que han permitido esta situación, entre ellos consideramos destacables los siguientes: Tecnología (tecnología poco madura para las aplicaciones específicas de la Biomasa y derivada de soluciones técnicas de centrales del tipo combustible sólido) Heterogeneidad de combustibles, difícilmente caracterizables e incluso adecuadamente definidos en los contratos y proyectos realizados. Problemas de desconocimiento de los plazos reales de ejecución de los proyectos dando lugar, en la mayoría de las ocasiones a que los tiempos de ajustes y puesta en marcha de las instalaciones superen incluso a los tiempos de diseño y ejecución. Escasa seguridad técnico financiera existente en este tipo de instalaciones y elevado riesgo asociado a los instaladores de este tipo de proyectos. -7-

8 Es posible optimizar las instalaciones e generación con tecnologías de Biomasa, en varios países europeos llevan desde los años cincuenta evolucionando estos sistemas y hemos asistido a muy interesantes realizaciones en Países como Dinamarca o Finlandia, pero normalmente asociados a instalaciones de tamaño más bien reducido (< 20 MWe) y con un importante aprovechamiento de transferencias de calor de baja temperatura. Hidráulica En este Sector Europa está muy distanciada del cumplimiento de sus objetivos y España no es una excepción. Ciertamente existe crecimiento y se han dado gran nº de mejoras técnicas con el correspondiente aumento de la fiabilidad y mejora de los ratios de inversión, pero en general indicaremos que el crecimiento no ha sido el esperado. Son diversos los motivos que han permitido esta situación, entre ellos consideramos destacables los siguientes: Escaso nº de saltos de agua disponibles interesantes y controlados Largo y complicado procedimiento administrativo en el cual deben intervenir el Estado, las Comunidades Autónomas y las Cuencas Hidrográficas. -8-

9 Solar térmica La evolución, tanto Europea como Española, ha sido muy inferior a la esperada salvo contadas excepciones como el caso de Alemania Podemos citar como causa principal que estos sistemas no son sustitutivos de las instalaciones convencionales sino solamente de apoyo, lo cual no da un especial atractivo a su instalación ya que prácticamente deben realizarse dos instalaciones, siendo el beneficio medioambiental y a largo plazo vía ahorro de combustibles. -9-

10 Solar Fotovoltaica La evolución, tanto Europea como Española, ha sido muy inferior a la esperada. Como motivos fundamentales indicaremos lo elevado de la inversión y la dificultad para que las instalaciones sean capaces de proporcionar una potencia mínimamente elevada. Estas instalaciones son únicamente entables en instalaciones de pequeño tamaño y a través de la vía de primas, más compensación por subvenciones. Otras realizaciones No entraremos en el detalle de la evolución de otros sistemas como la Solar Termoeléctrica de concentración y que es de tipo experimental, al menos hasta el momento, así como los Biocarburantes en los cuales hemos visto un interesante potencial y presente. -10-

11 2. APLICACIÓN DE MEJORAS, OPTIMIZACIÓN Y EXPERIENCIAS EN CIERTAS INSTALACIONES DE GENERACIÓN POR MEDIO DE FUENTES RENOVABLES Para ser, en cierta manera, concluyentes en el tema de las energías renovables se observa que este tipo de instalaciones van a seguir desarrollándose en los próximos años y cuentan con un importante apoyo por parte de las Administraciones, Europea y Estatales, además de un elevado índice de aceptación en la Sociedad; sin embargo, como Técnicos existe una clara necesidad e incluso responsabilidad de intentar mejorar y optimizar los procesos hasta un grado tal que haga más compatible su implantación con objetivos de viabilidad industrial, vía las mejoras técnicas o por medio de la compensación de ventajas ambientales (créditos y derechos de emisión). Describimos algún ejemplo de posibles mejoras técnicas realizados recientemente en algunas instalaciones como una simple y hasta cierto punto humilde muestra de maneras utilizadas en Instalaciones Renovables encaminadas a conseguir un cierto alineamiento y equilibrio entre las ventajas ambientales inherentes y una cierta mejora como inversión Industrial. Como enseña la experiencia, las realizaciones técnicas de mejora social son verdaderamente desarrolladas cuando los Agentes Industriales pueden conseguir, al menos, un cierto interés económico en los proyectos. No se puede pretender que la responsabilidad de las mejoras sociales sea asumida por los agentes industriales en su totalidad, por lo cual, como pequeña aportación, los Técnicos debemos intentar nuestro granito de arena. El ejemplo presentado está referido a uno de los tipos de instalaciones de Energías Renovables que menos desarrollo han tenido con relación a los Planes y expectativas de los últimos años: una instalación de Biomasa para generación eléctrica a partir de biomasa de cereal. Biomasa. Mejora por medio de Ciclos híbridos. Los ciclos de generación eléctrica por Biomasa presentan rendimientos globales, referidos al PCI del combustible de aproximadamente (y con ánimo optimista) 30%. Las inversiones son elevadas y existen dificultades asociadas a las técnicas y experiencias disponibles reales en Biomasa y difícil caracterización y homogeneización de combustible. -11-

12 Los Reglamentos y Reales Decretos aplicables dejan ciertos rangos de libertad a la hora de diseñar las instalaciones. Debemos esforzarnos en mejorar nuestros diseños para que los análisis de viabilidad hagan más interesantes estas instalaciones a los Agentes Industriales. Una de las realizaciones más interesantes es ajustar el ciclo simple de generación, tipo Rankine Hirn, característico de las instalaciones de Biomasa a un ciclo de tipo Híbrido o con ligeras modificaciones combinar este ciclo con otro tipo de instalación por medio de la mezcla de tecnologías en el mismo sistema de Generación. Es posible, por ejempo, combinar un sistema de generación de Biomasa con una instalación de generación con turbina de gas o con motores de combustión y sus calderas de recuperación. En estos ciclos híbridos, una de las configuraciones más interesantes es la llamada 2 x 1 (caldera de biomasa y motor/turbina de gas + turbina común de vapor). Si se consigue el diseño correcto, el rendimiento global de la instalación aumenta hasta alcanzar valores del 35% sin precios extra elevados de la instalación. (*). Como nota destacable de este tipo de realizaciones indicamos que la mejora del rendimiento frente al aumento de inversión es muy interesante y nos proporciona ratios financieros de interés, además de reducir los riesgos tecnológicos ya que no depende al 100% de sistemas completamente basados en la Biomasa. Debe incidirse en la gran importancia de un adecuado diseño de los sistemas de control y regulación de las condiciones de proceso de las diferentes corrientes de los sistemas de agua vapor en estas instalaciones. Aparece nuevamente el factor de responsabilidad técnica antes aludido ya que las corrientes de vapor a la entrada a la turbina o las extracciones de vapor utilizadas deben tener un ajuste finísimo de sus condiciones; la presión principalmente debe estar perfectamente ajustada a la salida de la caldera de recuperación (HRSG) y de la caldera de Biomasa antes de la entrada a la turbina de vapor, de otra manera se originarían desajustes y contrapresiones peligrosas para la buena marcha del proceso y los integradores de los sistemas de ajuste -12-

13 utilizados deben estar adecuadamente diseñado y con tiempos de retardo adecuados y correspondidos con las inercias térmicas de las calderas. Desde el punto básicamente de diseño de proceso es recomendable que las bombas de agua de alimentación sean comunes y la instalación de válvulas de atemperación y ajuste de presión en las corrientes de vapor con carácter dominante o masters del ciclo híbrido. Otras realizaciones: Solar Fotovoltaica. Mejora por medio de sistemas de control y gestión optimizados. Los sistemas de generación fotovoltaicos no han sufrido el desarrollo esperado. Las instalaciones significativas con potencias instaladas mayores o del rango de 100 kwep no son demasiadas y no está totalmente explotada la capacidad de esta fuente de Energía. No vamos a extendernos demasiado en esta sección pero baste como reseña de algunos sistemas, ya plenamente ofrecidos por las Empresas del Sector, que proporcionan mejoras tanto técnicas como de gestión de las instalaciones: La primera se refiere a los sistemas de gestión, protección e incluso arranque paro remotos. Están disponibles en el mercado sistemas que permiten realizar, como mínimo, las siguientes funciones de operación y control: Conexión y desconexión de los inversores Controlar los elementos de protección Visualizar y reconocer alarmas El sistema de monitorización descrito es fácilmente accesible para el usuario. Se contempla normalmente la instalación del sistema de monitorización en la sala de control y gestión general de servicios del complejo o instalación en uno de los ordenadores de control del mismo el cual podrá estar conectado a una red general de gestión en protocolo MODBUS o similar a través de la tarjeta correspondiente. La monitorización y control se realizará por medio de la aplicación de las diferentes empresas fabricantes para monitorización y control de los inversores. Adicionalmente uno de los inversores tendrá instalado un modem GSM para monitorización de la instalación en modo remoto. -13-

14 De esta forma la instalación permite su más plena gestión y operación sin asistencia directa de personal excepto para los trabajos normales de mantenimiento, permitiendo una gestión centralizada para un nº elevado de instalaciones de modo remoto desde una oficina central de gestión de instalaciones fotovoltaicas o incluso, según sea decidido desde un puesto remoto tal como un ordenador portátil e incluso un teléfono móvil. -14-