Con las baterías listas: el rol de la hidroelectricidad en un futuro de energías alternativas

Es indudable que hoy estamos presenciando una revolución energética. Las aun llamadas energías “alternativas” se han convertido en la fuente de electricidad más instalada en el mundo, por encima de las fuentes térmicas (gas y carbón), y sobrepasando el ritmo de instalación de las hidroeléctricas, entre las energías renovables. Particularmente, los niveles de instalación de  energía solar están desafiando hasta las proyecciones más optimistas, y cada nueva licitación trae precios que ya compiten, sin subsidios, con los precios de las fuentes tradicionales. En los próximos años se espera que esta tendencia no solo continúe, sino que se incremente, y que la energía solar y eólica represente 80% del incremento de energía renovable en el próximo quinquenio.

Fuente: IEA

Como toda “revolución”, ésta también trae desafíos.  Las energías renovables alternativas, particularmente la solar y eólica, son intrínsecamente variables, no pueden almacenarse, y tienen un costo marginal de cero. Además, las tecnologías de generación alternativa pueden instalarse de forma modular, lo que permite a los usuarios generar su propia energía de forma distribuida. Estos aspectos plantean la necesidad urgente de repensar y readecuar la estructura de nuestros sectores eléctricos, que fueron desarrollados históricamente en base a la generación “tradicional” (termoeléctrica e hidroeléctrica), centralizada, que puede almacenarse, que tiene la posibilidad de despacho, donde los costos marginales definen el precio de la energía.

Hoy, la revolución de las energías alternativas está propiciando una nueva discusión sobre “la empresa eléctrica del futuro”, en la que se combinan varios aspectos, como ser Smart-grids, medidores inteligentes, almacenamiento, vehículos eléctricos, generación distribuida, y que aún tiene muchas preguntas por responder, entre ellas: ¿Cómo se remunerara a la red eléctrica (los cables) en un futuro donde los usuarios pueden generar su propia energía? ¿cuál es el costo de la seguridad de suministro? ¿Qué pasará con toda la infraestructura ya construida? ¿cuál es la vulnerabilidad de este sistema, cada vez más interconectado con el internet, a un ciber ataque? ¿cuál es el rol de la integración regional en este escenario? ¿Cuál el modelo de mercado de las empresas distribuidoras? La discusión es apasionante, y las preguntas que pueden plantearse no se acaban.

Por ahora, concentrémonos solo en un punto, y una sola pregunta: ¿cómo manejamos la variabilidad de las fuentes alternativas de energía?

Los desafíos de variabilidad de las energías

El primer paso para manejar esta variabilidad es poder predecirla para adecuar el sistema, es decir, responder a las preguntas que siempre quisimos responder:¿Estará nublado en una semana?, ¿ lloverá en un mes?, ¿Cuál será la velocidad del viento mañana? Existen avances importantes en este ámbito. La variabilidad de la radiación solar o de la velocidad del viento no es aleatoria, es estocástica: responde a eventos climatológicos, físicos y probabilísticos que, si bien son muy complejos, son factibles de ser modelados. Con los avances tecnológicos, particularmente el desarrollo de inteligencia artificial, y el aumento del poder computacional, es posible pronosticar la generación eólica y solar cada vez con mayor precisión. Esto reduce uno de los desafíos, y convierte la gestión de las energías alternativas en una tarea muy parecida a la estimación de la demanda, que varía constantemente (a nivel de usuario), pero que esta sujeta a variables que pueden modelarse con precisión a nivel agregado.

El segundo desafío de la variabilidad de las energías alternativas es que no pueden despacharse: Las turbinas eólicas generan cuando el viento sopla, mientras que los paneles fotovoltaicos solo generan cuando existe radiación solar. A medida que se incrementa su participación en la matriz, la imposibilidad de “despachar” estas fuentes de energía cuando la demanda lo requiere plantean la necesidad de: (i) tener generación de respaldo (con fuentes tradicionales); (ii) poder manejar la demanda, para adecuarla a la generación (lo que puede hacerse hasta cierto punto); y/o (ii) poder almacenar la energía solar y eólica.

Y es aquí que nuestra región tiene una gran ventaja competitiva (además del Litio): las centrales hidroeléctricas. ¿Por qué?

El almacenamiento en las centrales hidroeléctricas

Un aspecto clave que caracteriza a la generación hidroeléctrica es que pueden “almacenar” energía a través del almacenamiento de agua en embalses. Esta energía renovable almacenada, en forma de energía potencial, puede despacharse y convertirse en electricidad cuando el sistema lo requiera, en unos pocos segundos, con un altísimo nivel de confiabilidad, y bajo costo. En este caso, la energía almacenada en los embalses de las centrales tradicionales está limitada por la cantidad de agua disponible. Una vez que se turbinó el agua, no existe más energía.

Sin embargo, existe un potencial adicional de almacenamiento de energía renovable en las centrales hidroeléctricas, es el caso de las centrales hidroeléctricas reversibles (“pumped storage”). Estas centrales permiten almacenar energía al bombear agua ya turbinada y almacenada en un embalse inferior (aguas abajo de la central hidroeléctrica), al embalse superior (aguas arriba de la central hidroeléctrica) en los periodos de baja demanda (o exceso de generación), para su uso posterior en periodos de mayor demanda (o falta generación). Haciendo una analogía, el embalse superior funciona como una enorme batería de energía, que se carga a través de la bomba (accionada por electricidad), y devuelve la energía al sistema a través de los generadores eléctricos. Para poder realizar esta tarea es necesario contar con instalaciones que permitan el bombeo desde un embalse inferior hasta el embalse superior, normalmente una turbina reversible, o una turbina y una bomba combinadas en la central, además de tuberías y conductos adecuados para este tipo de funcionamiento.

Fuente: Adaptado de http://www.eskom.co.za/AboutElectricity/VisitorCentres/Pages/Palmiet_Pumped_Storage_Scheme.aspx

Esta tecnología de almacenamiento no es nueva, fue desarrollada el siglo pasado, y su uso comercial empezó en los 1920s. Es una tecnología madura, altamente confiable, que provee una alternativa de bajo costo y alta eficiencia para almacenar energía. A nivel mundial, el 95% del almacenamiento de energía eléctrica a gran escala se realiza a través de almacenamiento por bombeo en hidroeléctricas reversibles. Al 2017, existen más de 150 GW de hidroeléctricas reversibles en el mundo, comparados con 2 GW de almacenamiento en baterías.

El potencial de almacenamiento por bombeo

En nuestra región, a pesar de que las hidroeléctricas proveen la mitad de la electricidad, con cerca de 200 GW de hidroeléctricas ya instaladas (muchas de ellas con embalses), solo existe 1 GW de almacenamiento por bombeo (concentrado en Argentina). No existen estimaciones recientes sobre el potencial de almacenamiento por bombeo en las centrales existentes, ni tampoco evaluaciones del potencial de almacenamiento de energía en nuevos aprovechamientos.

Es posible inferir que esta tecnología no fue explotada en nuestra región dado que no existía una necesidad evidente, y los marcos regulatorios no otorgaban los incentivos suficientes (por ejemplo diferencia de precios de energía entre horarios de punta y de baja demanda). Sin embargo, en este escenario en el que nos encontramos, existe una necesidad evidente de identificar alternativas de bajo costo para el almacenamiento de energía. Hoy, el parque hidroeléctrico existente presenta un enorme potencial para esa tarea y, junto con la integración regional y el desarrollo de marcos regulatorios adecuados, puede impulsar aún más la revolución de las energías alternativas. Las baterías están listas, y son renovables, solo falta conectarlas!