miércoles, 3 de marzo de 2010
9 comentarios

Tecnologías de generación de electricidad (2 de 2): Régimen Especial

Breve respaso de las tecnologías agrupadas bajo el nombre de Régimen Especial, y que engloba a aquellas fuentes de energía eléctrica que reciben una subvención del estado para fomentar la extensión de estas tecnologías con fines estratégicos o medioambientales. En un artículo anterior puede verse el resumen de tecnologías de Régimen Ordinario.

Esquema de una central hidráulica.
Centrales minihidráulicas. Generan electricidad con una turbina que se mueve por la caída del agua. Por eso se construyen grandes presas que almacenan agua, no tanto por la capacidad de almacenaje (que también, sobre todo para el abastecimiento de agua a poblaciones), sino sobre todo para ganar energía potencial. Cuanto mayor es la diferencia de altura entre el nivel medio del embalse y el nivel medio de las aguas debajo de la central, mayor potencia se puede generar. Sólo la minihidráulica (con una potencia máxima de 50 MW) forma parte del régimen especial, mientras que los grandes embalses pertenecen al régimen ordinario.

Cogeneraciones. Son instalaciones que generan electricidad quemando combustibles normalmente fósiles (por ejemplo motores de fuel oil o turbinas de gas), y cuyos gases de escape se aprovechan en una planta industrial. Al rendimiento en la generación de electricidad (en torno al 35 ó 40%), hay que sumar el aprovechamiento de los gases, que proporcionan una energía térmica que de otra forma tendría que ser generada por otros medios. De esta forma, se puede alcanzar un rendimiento eléctrico equivalente (suma del rendimiento eléctrico y el aprovechamiento del calor residual, es decir, qué porcentaje se aprovecha de toda energía producida en la explosión/combustión) superior al 80%. Se empezaron a instalar en España en los años 90, para disminuir la dependencia energética exterior, y hoy día permanecen debido a su rentabilidad (y a que se mantienen las subvenciones a la electricidad generada si se justifica un aprovechamiento térmico suficiente). Producen la misma contaminación que una central térmica, pero con la ventaja de que se ahorra la contaminación adicional que las industrias tendrían que producir para conseguir la energía térmica.

Energía solar fotovoltaica. Basada en la transformación de la radiación solar en energía eléctrica, por medio de elementos semiconductores que, en presencia de radiación solar, generan una pequeña diferencia de potencial entre sus extremos. Si se unen muchos de estos elementos puede conseguirse una tensión suficiente, en corriente continua, que se transforma en alterna y se eleva a alta tensión para inyectarla en la red eléctrica. Estos paneles se inventaron hace décadas, pero sólo recientemente ha comenzado a extenderse su uso. El problema es el alto coste de las placas solares en relación a la potencia producida. Por una lado los materiales de construcción (como el silicio) son caros, y además el rendimiento es bajo (un 25% como mucho), aparte de que sólo producen mientras es de día. Para fomentar el crecimiento tecnológico se decidió subvencionar mucho estas instalaciones, hasta con 45 c€/kwh garantizados durante 25 años. Esto provocó una avalancha de proyectos en el año 2008, en muchos casos puramente especulativos, que desbordó las previsiones y obligó a rebajar la prima. La parte positiva es que se desarrolló mucho la tecnología: se redujeron los costes y se subieron los rendimientos. Por ejemplo, lo que se instala ahora son seguidores solares, que se mueven durante el día siguiendo el sol (como un girasol) y de noche se colocan en posición horizontal para evitar daños y robos. La contaminación es prácticamente nula, y la fuente energética (el sol) es muy abundante en España. El problema es que los huertos solares ocupan grandes extensiones de terreno y sólo producen energía en las horas de sol, por lo que la gran contribución de esta tecnología probablemente esté más ligada a pequeñas instalaciones caseras que permitan a una vivienda unifamiliar abastecer sus necesidades de electricidad e incluso vender los excedentes a la red, aunque esta posibilidad lamentablemente aún no está legislada en España. Y un apunte final: el rendimiento es inversamente proporcional a la temperatura, es decir, los días de mayor producción no suelen coincidir con el sol de agosto, sino en septiembre cuando hace sol pero frío.
Esquema de un huerto solar.


Energía termosolar. Esta es la última invitada a la fiesta. También aprovecha la energía solar, pero su funcionamiento es muy distinto a la fotovoltaica. Se basa en aprovechar el calor producido por la radiación solar, mediante espejos que orientan los rayos en puntos concretos, para calentar un fluido y al final generar electricidad mediante la típica turbina de gas. Como la tecnología aún está en desarrollo, todavía conviven varias soluciones. Por una lado están las antiguas centrales de torre, con multitud de espejos que concentran toda la energía en un mismo punto central. Por otro lado están las plantas en las que el fluido termoconductor viaja por tuberías, que son calentadas por espejos parabólicos. Esta última opción parece que se está mostrando como la mejor, particularmente en las instalaciones en las que el fluido termoconductor calienta sales fundidas capaces de almacenar el calor durante varias horas. De esta forma puede prolongarse la generación eléctrica para lograr una curva de generación prácticamente plana (sin disminuciones durante la noche), o bien modular en función de la demanda del sistema. Estas centrales pueden alcanzar potencias muy grandes, equiparables a las grandes centrales fósiles, aunque sea a costa de ocupar enormes extensiones de terreno. Por cierto, España es uno de los países punteros en esta tecnología.
Esquema de funcionamiento de una central termosolar con almacenamiento mediante sales fundidas.

Energía eólica. La gran protagonista de estos últimos años, porque en apenas una década hemos pasado de una presencia testimonial a estar cercanos al objetivo de los 20.000 MW instalados. Este gran avance se ha producido también por las subvenciones, es indudable, pero el hecho es que ahora mismo la eólica está casi en condiciones de competir en el mercado eléctrico sin depender de las primas estatales. Básicamente consiste en un fuste que soporta un alternador cuyo eje gira gracias al movimiento producido por la fuerza del viento al incidir sobre las palas del aerogenerador (movimiento rotatorio que se transmite a través de una caja reductora para aumentar la velocidad de giro). Hay tres tipos básicos: los grandes aerogeneradores en tierra (que han crecido en los montes como setas en Otoño, siendo ya parte del paisaje nacional), la minieólica (pequeños generadores domésticos), y la eólica offshore (aerogeneradores en el mar, que reciben un viento más constante, y que se empezarán a extender en los próximos años). La potencia de los primeros aerogeneradores comerciales estaba por debajo de 1 MW, giraban a 30 revoluciones por minuto, y tenían una altura de 45 metros y un diámetro de palas de 50 metros; mientras que ahora ya hay aerogeneradores de 4,5 MW a 12 revoluciones, con 120 metros de altura y un diámetro de 135 metros; y se esperan modelos offshore de hasta 10 MW. España también es uno de los países punteros en estas tecnologías, gracias a empresas como Gamesa o Iberdrola Renovables.
Diagrama resumen sobre la energía eólica.


Resto de energías renovables. Aunque de momento representan un porcentaje testimonial, es probable que aumenten bastante en los próximos años (sobre todo la biomasa, no tanto la mareomotriz o la geotérmica).

Todas estas tecnologías constituyen el "mix de generación", que debe ser equilibrado. No es bueno producir casi toda la energía con centrales térmicas, como tampoco es posible una generación 100 por cien basada en renovables. Algunos creen que el mix ideal se compone de tres partes iguales: nuclear, fósiles y renovables. Otros piensan que la nuclear es demasiado peligrosa, y prefieren una mitad fósil y otra mitad de renovables. Otros creen que lo importante es parar el cambio climático, por lo que renuncian a los combustibles fósiles (que emiten CO2), en beneficio de la nuclear y las renovables. También hay quien cree que en el futuro será posible un mix 100% renovable... como se ve hay opiniones para todos los gustos. Yo creo que un mix sólo de renovables no será posible hasta que pasen varias décadas, y en ese momento quizá ya esté desarrollada la fusión nuclear y no tengamos estos problemas, gracias a una energía ilimitada, limpia y segura.
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  1. Buen artículo Felipe. La gran hidráulica no es R. Especial sólo la minihidráulica, por lo tanto genera sin primas.

    La biomasa ya genera un 1 %, la mitad de la solar pero con menos bombo. http://www.revolucionenergetica.info/2010/01/la-energia-renovable-genero-el-30-de-la.html , eso en produciendo eléctricidad, en el cómputo energético total creo que debe ser bastante mayor.

    ¿Tienes más información sobre la cogeneración? Está generando de forma continua una barbaridad + de 3 GW con una prima similar a la eólica pero quemando combustibles fósiles... de locos.

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  2. La biomasa es la gran decepción de las renovables. Tiene un potencial muy grande, pero permanece estancada porque su rendimiento financiero no es tan claro porque sus gastos son mayores, tanto los fijos (estas plantas necesitan una plantilla de operarios) como los variables (al fin y al cabo usan un combustible). Además, exigen una planificación del territorio para asegurar el aprovisionamiento de biomasa. Mientras las inversiones en renovables busquen el rendimiento financiero fácil, la biomasa no conseguirá despegar. Es una pena porque tiene muchas ventajas, como por ejemplo el desarrollo de zonas rurales que están quedando despobladas, y porque la explotación ordenado de nuestros bosques sería muy eneficiosa en todos los sentidos.
    En cuanto a la cogeneración, la prima es menor que la eólica, del orden de la mitad dependiendo del tipo de cogeneración. La razón de primar combustibles fósiles es porque contribuyen a ahorrar energía. Si las industrias no aprovechasen el calor residual de la cogeneración, tendría que producirlo quemando combustibles. Podemos verlo como que queman los combustibles igual, pero aprovechan para generar electricidad.
    A mediados de los 90 se le dio un impulso muy grande, hasta el punto de que salía rentable incluso sin aprovechamiento térmico. Esto ahora ha cambiado, y las plantas tienen que esforzarse para aumentar su rendimiento eléctrico equivalente, porque influye de manera directa en las primas recibidas.
    Aunque resulte paradójico, en este caso es ecológico primar la quema de fuel oil o gas natural.

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  3. Durante 2009, hasta diciembre:

    Prima equivalente c€/KWh de cogeneración= 4,8 ; eólica= 5,3

    http://www.cne.es/cne/Publicaciones?id_nodo=420&accion=1&soloUltimo=si&sIdCat=24&keyword=&auditoria=F pag 20.

    Teniendo en cuenta que cuando chuta la eólica es cuando baja de precio el pool, diría que la prima neta debe de ser parecida.

    La verdad esto me parece muy injusto. Se supone que el aprovechamiento eléctrico es secundario y no puedes comparar una energía renovable con la cogeneración. La potencia es elevadísima y constante, me gustaría saber que industrias "cogenerantes" necesitan 3 GW a las 4 de la madrugada... Me suena a chollo legislativo.

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  4. He consultado el RD/661/2007 y he visto un par de cosas. Efectivamente, la hidráulica sólo es régimen especial por debajo de 50 MW. Y la tarifa de los eólicos son menores de lo que pensaba, según la ITC/3519/2009 están en 7.7471 c€/kwh, que es un valor del mismo orden que para la cogeneración. Lo curioso es que mientras las cogeneraciones se refugiaron en la tarifa regulada (debido al bajo precio del mercado en los últimos meses), la eólica continúa mayormente en el mercado. Me pregunto porqué. Así que gracias por advertir esos dos errores, que de eso se trata, de ir aprendiendo.
    Sin embargo, lo de que las cogeneraciones producen de noche es lógico, porque las industrias no paran por las noches. Especialmente las industrias intensivas en energía térmica, que son las que hacen un mayor uso de la cogeneración.
    En su momento sí que fue un chollo, porque la tarifa era tan alta que las plantas eran rentables casi sin el aprovechamiento térmico secundario. Pero ahora las cosas son muy distintas, y el rendimiento eléctrico equivalente está muy controlado, y supone una parte considerable de la retribución. Algunas cogeneraciones incluso paran de noche (mientras la industria sigue trabajando) para no perder dinero.
    En un futuro en que las renovables sean mayoría, no tendrá mucho sentido sustituir energía renovable por cogeneración, pero de momento sí es ventajoso sustituir térmicas por cogeneración. Aunque también queme combustible fósil, lo hace localmente, aprovechando la energía térmica residual e incluso evitando las pérdidas eléctricas del transporte.

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  5. Hola Felipe.

    ¿3 GW durante la madrugada? Eso me parece desmesurado... el equivalente a 6 centrales nucleares como Garoña. ¿Tienes datos sobre nº de instalaciones, emplazamientos, potencias y usos térmicos?

    ¿Crees que es sensato retribuir a una fósil eficiente como a una renovable? La segunda está en pleno desarrollo, nos hace independientes... su número de horas equivalentes es aprox 1/4. La cogeneración chuta tan rígida (incompatible con renovable) como la nuclear utilizando instalaciones 1/1*24*365.

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  6. No tengo más datos que los que hay en internet. Puedes buscar en la web de Acogen (http://www.acogen.org/cogenespana.php) o del IDAE (http://www.idae.es/index.php/mod.documentos/mem.descarga?file=/documentos_Boletin_Estadisticas_Cogeneracion_2008_Nov09_verfinal_OK_f4078420.pdf). Ahí dicen que hay cerca de mil plantas de cogeneración en España, con una potencia instalada de más de 6 GW. Las plantas están muy distribuidas por toda España, siguiendo la distribución de industria (Cataluña es líder, mientas la presencia en Extremadura es testimonial).
    Las potencias son bajas, entre 10 y 50 MW la mayoría. Los usos térmicos son tan variados como las necesidades de calor en la industria: generación de vapor, secado de madera y otros materiales, calefacción...
    Sobre si es sensato o no primar la cogeneración, pues yo creo que actualmente sí. En el escenario actual la cogeneración ayuda a ahorrar energía. De hecho, es la única medida de eficiencia energética (ese concepto tan de moda) que está vastamente implantada en España. La subvención es una compensación por unas plantas muy caras, que además tienen unos costes bastante altos (en mano de obra y combustible). Las primas sólo duran 15 años, aunque pueden ser prorrogados en caso de realizar una mejora técnica significativa, que tenga un coste del orden de la mitad de la inversión inicial.
    Otra cosa, aunque el rendimiento eléctrico pueda ser un poco inferior a plantas más grandes, la energía térmica residual se aprovecha en vez de tirarla a la atmósfera. Por tanto, el rendimiento global es mucho mayor. Sin olvidar que la generación distribuida es más eficiente que la centralizada.
    Además, a diferencia de las plantas renovables, los inversores son las propias industrias, muchas veces con la participación de las compañías eléctricas. No hay inversores ajenos al sector que buscan sólo el rendimiento económico, como sucede en ocasiones con la fotovoltaica y la termosolar sobre todo.
    En el futuro, cuando la energía renovable contribuya con la mitad o más de la demanda, no tendrá sentido subvencionar las cogeneraciones, pero de momento yo opino que sí. Antes que quitársela a la cogeneración, suprimiría las ayudas a la generación con carbón. Eso sí que me parece incoherente.

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  7. Gracias por la respuesta.

    Voy a echar un vistazo al portal de ACOGEN... el segundo enlace no va.

    Creo que no me he explicado bien. No cuestiono que se prime la eficiencia energética (aunque lo ideal sería que mereciera la pena por el simple ahorro económico)... lo que no me explico es, primero la gran potencia generada, intentaré indagar a través de tus enlaces, y sobre todo, que la prima sea similar a la de una energía completamente renovable sin más aprovechamiento que el eléctrico y que, con un rendimiento equivalente 1/4, tiene que intalar 4 veces la potencia de la cogeneración para conseguir los mismos MWh... una inversión muy superior por MWh/€.

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  8. Supongo que es una cuestión de costes. La eólica casi no tiene costes fijos ni variables, más allá de los mantenimientos de rigor. Las cogeneraciones tienen que pagar salarios y combustibles, y los mantenimientos suelen ser más costosos (hay más desgaste y problemas en un motor de explosión o turbina de gas, que en un aerogenerador). Hoy por hoy muchas plantas de cogeneración no serían rentables sin estas primas, y eso supondría desaprovechar unas instalaciones muy útiles.
    Ahora bien, hay que reconocer que la eólica ha bajado tanto sus costes que ya casi es competitiva sin subvenciones; mientras la cogeneración sigue necesitando este apoyo después de 15 años. Estoy de acuerdo en que en un futuro a medio plazo deben dejar de subvencionarse. Aunque en este caso defienda estas primas, en general soy muy antisubvenciones :)

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    1. Felipe, yo soy nuevo en este tema y sobre la hipotesis, de disponer de un syngas procedente de una pirolisis con un PCI semejante al gas natural, pero bajo en metano sobre un 34%, lo que no me permite producir electricidad con motores convencionales, tu que harias para sacarle rendimiento a ese syngas

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