Top Models: un algoritmo muestra la biomasa como complemento imprescindible a la fotovoltaica para un mix renovable

En 2008, se respiraba una cierta incertidumbre y escepticismo alrededor de la industria renovable, que aún inspiraba cierto romanticismo, lo que nos llevó a realizar la tesis sobre el análisis de una España 100% renovable, a partir de recurso renovable y almacenamiento.

Para dicho estudio recopilamos mucha información relacionada con los recursos renovables y programamos un complejo modelo de simulación capaz de emular los flujos energéticos eléctricos a nivel nacional y por tecnologías. Se desarrolló un algoritmo capaz de simular el funcionamiento del sistema para maximizar el aprovechamiento de los recursos renovables, y de este modo convertirse en una herramienta que permitiera analizar propuestas de sistemas eléctricos 100% renovables eficientes y seguros.

Dicho algoritmo se programó a partir de las siguientes pautas respecto a la generación de energía:

En principio, se dio prioridad a la energía fotovoltaica y eólica (no controlables) ya que el sol y el viento son recursos escurridizos, o los aprovechas en su momento, o se pierden irremediablemente. Sin embargo, en escenarios no tan futuros donde habrá claros excedentes potenciales de ambas, lo más razonable es tratar de almacenar el máximo posible.
El siguiente bloque de producción energética es la hidráulica. Un recurso más dócil y que ya cuenta con un enorme sistema de almacenamiento, completado con sistemas de bombeo para poder aprovechar excedentes de otras fuentes de energía. De este modo, en momentos de menor producción solar o eólica se puede turbinar y equilibrar.
Finalmente, la prioridad de producción se estableció sobre las plantas de biomasa que utilizan como combustible los residuos forestales y agrícolas y completan al suministro renovable ofreciendo además otras ventajas como se verá. Como puede entenderse, este enfoque de suministros energéticos preferenciales requeriría de un nuevo marco regulatorio donde la prioridad es la optimización de recursos.

Para alimentar a este modelo se utilizaron muy diversos perfiles de viento y sol para dar robustez a los resultados. Puesto que el viento es sensible a los elementos orográficos hubo que dividir España en 13 zonas eólicas, en cambio, la radiación solar se ve principalmente influenciada por la latitud lo que permitió establecer su variabilidad utilizando tan sólo 3 zonas solares. Todos estos perfiles de sol y viento fueron validados comparando con resultados de explotación que REE publicó en el año 2010. En paralelo, también se analizaron los recursos hídricos y sus variaciones de unos años a otros, estableciendo tres posibles escenarios con cantidades medias definidas: seco, medio y lluvioso.

Este modelo de simulación ha sido actualizado a lo largo del tiempo y lo hemos utilizado para estudiar tanto la situación actual como la que se prevé del Plan Nacional Integrado de Energía y Clima (PNIEC 2020-2030). Respecto a la situación actual, el modelo arroja resultados realmente cercanos, con desviaciones de tan sólo el 5%, y por ello, consideramos creíbles y representativos los resultados obtenidos al simular los escenarios futuros del PNIEC. Sobre este asunto se mostrarán algunas conclusiones importantes.

Con la satisfacción y confianza adquirida tras verificar que el modelo de simulación ha superado el paso del tiempo hemos tratado de buscar un sistema eléctrico que se adapte lo mejor posible a la dramática situación que estamos viviendo. Partiendo de los escenarios del PNIEC pero enfatizando aquellas fuentes de generación que mejores perspectivas ofrecen tanto técnica como económicamente. En este sentido, la fotovoltaica ofrece unas posibilidades de implantación mucho mayores de las actuales tanto en forma de plantas de generación como por el imparable desarrollo del autoconsumo. Sin embargo, como es ya bien sabido, será necesario combinarlas con almacenamientos para una mejor gestionabilidad. En paralelo, un elemento clave que hemos detectado en estos estudios para lograr los escenarios de alta penetración renovable es la combinación con sistemas de biomasa por distintas razones que se expondrán. Aparte de ser una tecnología conocida y relativamente madura, hay dos hechos relevantes que han supuesto una motivación extra para su análisis más detallado.

La primera fuente de motivación clara es la situación energética y geopolítica actual, por ejemplo, debido a las continuas amenazas terroristas a la central nuclear de Zaporiyia, la mayor de Europa (5700 MW) y la tercera mayor del mundo. Con una potencia que supera en un 80% a la de Chernobyl, y cuyo accidente en 1986 afectó a más de 150.000 km2 con miles de personas desplazadas, enfermas y muchos fallecidos. Otro elemento motivador es el incremento exagerado de incendios que se están produciendo estos últimos años. Concretamente, de enero a octubre del 2022 se han producido más de 9000 incendios, de los cuales 49 han quemado más de 500 hectáreas y 18 de ellos (llamados de sexta generación) han asolado 182.608 hectáreas (una superficie equivalente a alrededor de 200.000 campos de fútbol). Estos devastadores incendios, altamente favorecidos por las altas temperaturas y los bajos niveles de humedad que estamos viviendo, crean unas corrientes de aire de alta temperatura formando nubes de fuego, piro-cúmulos, que se desplazan a una velocidad aterradora. Tan solo un par de horas es suficiente para calcinar cientos e incluso miles de hectáreas, tal y como se produjo en junio del 2017 en el distrito de Leiria de Portugal, que además de los enormes daños materiales dejó sin vida a más de 60 personas. Un aspecto que desde los sectores especializados se denuncia como causa clara de este problema es una muy baja gestión forestal en muchos casos, algo que creemos abre a futuro una oportunidad que defenderemos más adelante.

Aunque ambos asuntos no están directamente relacionados, sí que creemos que una adecuada potenciación y desarrollo de la generación de biomasa puede dar una solución a estos riesgos y problemas señalados; y además, suponer un complemento en el mix de generación que favorezca altos niveles de penetración del resto de fuentes renovables. Del análisis ya realizado resaltamos las siguientes conclusiones:

Comenzando con el riesgo terrorista: si las centrales nucleares en España tienen una potencia por planta del orden de 1000 MW, las centrales de biomasa del orden de tan solo 30/50 MW. Un atentado a estas últimas no tendría mayor interés que atentar a una subestación o a cualquier pequeña industria. Mientras que la repercusión de un posible atentado nuclear es conocida por todos.
Otro aspecto importante, la generación de biomasa puede funcionar a régimen base como la nuclear, sin embargo, ofrece mejores oportunidades de gestión que ésta. Puesto que también la biomasa utiliza al generador síncrono como base tecnológica todos los beneficios asociados a ésta estarán disponibles y operando: fortalecimiento de la red y su forma de onda, respuesta inercial, respuesta primaria a las variaciones de frecuencia, etc. De hecho, una ventaja clara respecto a la nuclear es su posible gestión con variaciones de potencia entre su mínimo técnico, del orden del 30%, hasta el 100% en tiempos de 30 minutos; características de la tecnología actual, las cuales podrían ser mejoradas técnicamente para una mayor gestionabilidad y compatibilidad con el mix renovable.
En España el recurso medio de biomasa tiene actualmente un ratio de 2 TM/ha y año, consecuencia en gran medida de la despoblación del medio rural. Esto sí supone un enorme potencial, que junto a la necesidad imperiosa de evitar los devastadores incendios, permitiría sin duda llegar a los 7.000 MW. Una potencia equivalente al parque nuclear actual.
Además, y no menos importante, al estar el recurso de biomasa muy disperso por la España rural, un impulso claro a este tipo de generación podría ser un importante motor de desarrollo económico de ésta. Instalando de modo estratégico en cada provincia tan sólo 3 plantas de 50 MW, se supera el objetivo anterior de 7000 MW. Además, su ubicación estratégica puede quedar en muchos casos cerca de zonas de alto desarrollo fotovoltaico lo que beneficiaría a esta generación, reduciendo el impacto de las variaciones de potencia en las redes de distribución o transporte.
Además, debido a su gestionabilidad permitiría en gran medida reducir sino eliminar también la dependencia del gas como recurso de respaldo. Logrando de esta manera una alta autonomía energética o incluso total, ya que tanto el gas como el uranio son actualmente 100% importados, reduciendo mucho los citados riesgos. Y además, estabilizando a largo plazo los precios de venta de la energía eléctrica.
Los actuales planes del PNIEC dan a la biomasa un carácter relativamente circunstancial, sin embargo, es un recurso complementario excelente para la generación fotovoltaica y eólica. Razones por las cuales creemos que en futuros planes debiera ser considerado con mayor relevancia y potenciado convenientemente desde las administraciones públicas relacionadas con energía y desarrollo territorial.

Por todo lo anterior, consideramos la generación proveniente de centrales de biomasa una alternativa real a la generación nuclear y el elemento final que permitiría una generación 100% renovable a medio/largo plazo. Esto se podría conseguir, en primer lugar, mediante una buena estrategia de gestión de los residuos forestales y agrícolas, algo que potenciaría el desarrollo industrial rural. Y en segundo lugar, introduciendo algunos cambios tecnológicos en las actuales calderas de biomasa para dotarlas de la robustez térmica suficiente que permita cambios rápidos de carga, aumentando con ello su gestionabilidad. Evidentemente, son más los desafíos técnicos y económicos para un supuesto mix de generación renovable; sin embargo, con el impulso e incentivo adecuados, podríamos llegar a disponer de un sistema eléctrico basado en sol, viento, agua y biomasa; y de este modo alcanzando la anhelada autonomía energética en España.

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