Fluctuaciones en las energías renovables ¿Un problema?

Por Álvaro Silva

Energía eólica

Uno de los desafíos de las energías renovables es lidiar con su naturaleza fluctuante. No siempre brilla el sol y a veces el viento deja de soplar. Es por esto que es importante saber qué significa en la práctica el hecho de que la energía proveniente de recursos renovables fluctúe.

Las oscilaciones en los sistemas eléctricos no son algo que empezó con las energías renovables, de hecho son bastante conocidas. Pero para entender porqué, primero es necesario saber algo básico sobre el funcionamiento del sistema eléctrico: En cada momento se genera la cantidad de electricidad que es demandada, y en general el sistema no guarda energía en baterías. En palabras simples podríamos decir que cuando prendes la luz de tu pieza, un generador aumentó su producción y que cuando la apagas, éste disminuyó su producción. Y uno no le avisa al sistema cada vez que prende una luz. El sistema se debe dar cuenta solo de que este "inesperado evento" ocurre.

Para poder cumplir la tarea de suplir la demanda de la mejor manera posible, los operadores de sistemas eléctricos (CDEC-SIC y CDEC-SING en Chile) hacen una planificación de operación diaria y una semanal, en la que pronostican el consumo de ese día/semana y se define qué generadores funcionarán para suplir esa demanda.
Esto quiere decir que con su pronóstico, el operador sabe más o menos cuando tu vas a prender la luz de tu pieza, pero no exactamante, y esta incerteza hace que existan fluctuaciones en el sistema.

Para poder responder a estos eventos, el sistema requiere que algunas centrales no funcionen a su capacidad máxima, para que así puedan suplir una demanda inesperada, o para que entreguen la energía necesaria en caso de que otra central deje de funcionar. A esto se le llama reserva en giro.

Las fluctuaciones de las energías renovables son de distintos tipos. Éstas van desde variaciones estacionales en la hidroelectricidad (las sequías son parte de estas variaciones), hasta los cambios diarios en los regímenes de viento o las nubes que tapen al sol durante una fracción del día. 

Las fluctuaciones que ocurren en el transcurso del día son las más interesantes de conocer, ya que afectan a la operación del sistema momento a momento. Se puede pensar que esto agrega una gran incertidumbre a la operación de ésta, pero esto no es así. En la actualidad la velocidad del viento (y por lo tanto la generación de un parque eólico) puede ser pronosticada con bastante precisión, y de hecho también se hace en Chile. En Alemania, las predicciones del viento para el día siguiente tienen un error del 9%, para las próximas 8 horas del 8% y de sólo un 2% para la próxima hora. Si consideramos que las predicciones del consumo tienen un error del 1 al 5%, podemos decir que el operador no sólo tiene una idea bastante buena de cuándo vas a prender la luz de tu pieza, sino que también tiene claro cuándo el viento va a soplar y cuando no.
Esto nos dice que si bien el viento es fluctuante, esto no es nada nuevo para el sistema en términos de la operación diaria, ya que éste es pronosticable. En otras palabras, la reserva en giro requerida para un sistema con renovables no aumenta en gran cantidad.

Además de la operación diaria nos debe importar la confiabilidad que nos pueden ofrecer las energías renovables.
Primero hay que aclarar que si el viento deja de soplar, no lo hace en el país entero, y tampoco deja de brillar el sol en todo Chile al mismo tiempo. Aunque existan fluctuaciones locales en los recursos renovables, a nivel global éstas son menos visibles.

De hecho la experiencia internacional muestra que cuando hay una alta capacidad instalada de renovables, que está geográficamente dispersa, las fluctuaciones disminuyen considerablemente. En la imagen se muestra una simulación de la electricidad generada por 1000 MW de energía eólica durante un día, en verde si éste está instalado como un solo parque y en morado si se instala en parques distribuidos. En la imagen se puede ver que las fluctuaciones que habría si fuera un solo parque se suavizan en gran medida al estar distribuidos geográficamente.

Generación eléctrica durante un día de 1000 MW de energía eólica instalados en un parque (verde) y en varios parques (morado)

Datos reales de la costa oeste de Dinamarca, donde existe una gran penetración de turbinas eólicas, muestran que el máximo cambio por hora (de una hora a otra) en generación eólica es de solo un 18% de la capacidad instalada y que casi el 50% del tiempo este cambio por hora es de menos de un 2% de la capacidad instalada. Esto nos demuestra que la dispersión geográfica de renovables reduce la fluctuación de su producción eléctrica. O sea que en el transcurso de una hora no es factible que dejen de funcionar todas las turbinas, sino que sólo algunas de ellas.

Esto significa que al instalar una cantidad considerable de renovables en un sistema eléctrico (geográficamente separadas), la mayor parte del tiempo el sistema recibirá energía de manera constante. Pero éste a la vez tiene que estar preparado para eventos de muy baja producción o de mucha producción. Los eventos sin producción son relativamente fáciles de solucionar debido a que siempre existe más centrales instaladas de las estrictamente necesarias. Pero los eventos de mucha producción hoy en día son un problema porque en general los sistemas eléctricos no están construidos para lidiar con una sobreproducción de energía. Es más que nada por este tipo de eventos que se habla de que los sistemas tienen un límite de penetración de renovables. Hay varias maneras de aumentar este límite, como interconectar sistemas eléctricos o guardar energía en distintas formas. Este tema da para bastante, por lo que hablaré de él en otro post.

Con lo anterior hemos visto que actualmente la variabilidad de las renovables no es un problema en la operación diaria, pero si impone un máximo en el sistema. En términos de confiabilidad de suministro energético, podemos decir que ésta aumenta considerablemente con la dispersión geográfica.

A pesar de esto, la variabilidad de las energías renovables se usa bastante como un argumento en contra de ellas, aunque bajo ciertas condiciones sus efectos negativos pueden minimizarse considerablemente.
En Chile son un desafío en las condiciones en que está la red, pero es necesario afrontarlo ya que son la mejor alternativa a los combustibles fósiles, que hasta ahora "nos dan la confiabilidad de tener energía las 24 horas del día". Pero hay hechos como la crisis del petróleo de 1973, o el corte del gas de parte de Argentina, que nos recuerdan que esta confiabilidad no será para siempre, ya que estos no siempre estarán cuando los necesitemos o no siempre tendrán precios accesibles.
Es por esto que debemos disminuir el uso de los combustibles fósiles y trabajar para dentro de lo posible lograr una independencia energética, algo que sólo se puede conseguir con las energías renovables.

La fuente del gráfico y de los datos de este artículo es un informe de la IEA llamado "Variability of Wind Power and other Renewables, Management options and strategies"(enlace).

Imagen "Energía eólica" By neekoh.fi (Wind power  Uploaded by Markos90) [CC-BY-2.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0)], via Wikimedia Commons

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