Hibridación energética: lo mejor de ambos mundos
Francesc Filiberto, BNZ, España, subraya por qué la hibridación entre la energía solar-eólica es el siguiente paso para las energías renovables en el Sur de Europa en este artículo publicado por Energy Global.
Hace más de 2700 años, el gran sabio Homero, dijo: «No son en vano los más débiles, si sus fuerzas se unen». Aunque se supone que su frase no tiene nada que ver con el mundo de la energía, y menos aún con el de las renovables, esta cita se puede relacionar con el sector. Las llamadas fuentes de energía «verdes» son increíblemente beneficiosas para el planeta, pero el ser humano sólo está en la fase inicial de desarrollo de proyectos renovables; todavía hay muchas fuerzas que hay que unir para conseguir una mejor energía con menos recursos. En definitiva, es una cuestión de eficiencia y, sobre todo, de hibridación.
Esta palabra, cada vez más utilizada en el mundo de la energía tiene mucho sentido cuando se explica que su objetivo es intentar generar electricidad a partir de varias fuentes de energía renovables, principalmente la solar y eólica, en un punto de conexión común. Éste permite, en primer lugar, optimizar los puntos de conexión a la red. Incluso se podrían incluir sistemas de almacenamiento que ayuden además a adaptar la producción a la demanda y participen en los servicios de ajuste. Sin embargo, este enfoque plantea cientos de cuestiones técnicas sobre cómo lograr una hibridación perfecta.
Hibridación energética
El Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) destaca las oportunidades innovadoras para impulsar la investigación conjunta sobre sistemas energéticos híbridos en su última declaración «Hybrid Energy Systems: Opportunities for Coordinated Research». El informe, fruto de la colaboración entre el DOE y nueve laboratorios estadounidenses, afirma que los sistemas energéticos híbridos que integran múltiples procesos de generación, almacenamiento y conversión de energía pueden desempeñar un papel fundamental en la descarbonización de la economía estadounidense. Estos sistemas pueden producir productos de alto valor, como el hidrógeno, alimentar procesos industriales y proporcionar más flexibilidad a la red para aumentar el despliegue de tecnologías de energía renovable.
¿Cuáles son los beneficios? ¿Es todo tan sencillo como parece? Está claro que la mayor ventaja es la mejora del factor de carga en los puntos de conexión, ya que se aumenta la energía inyectada a través del mismo nodo. Además, desde el punto de vista del consumo, se mejora la calidad y la estabilidad del suministro y se proporciona más estabilidad a la red, ya que la producción de energía solar y eólica son bastante complementarias. Observando las curvas de producción de estas dos fuentes de energía, queda claro que los picos de cada una de las energías están en bandas diferentes, por lo que esta complementariedad permite optimizar la conexión a la red.
Según la Agencia Australiana de Energías Renovables (Arena), las tecnologías híbridas tienen también otras ventajas, como la reducción del riesgo para los inversores y la garantía de fiabilidad y asequibilidad inmediatas. También pueden favorecer una transición más suave hacia la generación de más energía renovable en el futuro. Por ejemplo, en Australia, el proyecto de integración de energías renovables de King Island es un sistema energético líder en el mundo que suministrará más del 65% de las necesidades energéticas de King Island mediante energías renovables (eólica y solar), reduciendo las emisiones de dióxido de carbono de la isla en más de un 95%. Hay que destacar que King Island no está conectada a un suministro eléctrico continental.
El objetivo principal de la hibridación ha de ser unir las distintas energías renovables en un único nodo para que puedan cubrir una gran parte de la carga base y, con el tiempo, sustituir a otras tecnologías, como la energía nuclear, por ejemplo. Esto podría reducir la complejidad de la red y contribuir a simplificar la gestión diaria de la energía. Además, la hibridación permite ahorrar entre un 10% y un 15% en los nuevos proyectos de renovables, según la Asociación de Productores de Fuentes de Energía Renovables (APPA).
Impacto en el terreno
Pero, por otro lado, hay que tener en cuenta que las energías renovables tienen un impacto evidente en el terreno debido a la gran cantidad de espacio que requieren, por lo que un proyecto debe ser cuidadosamente planificado y realizado para minimizar su impacto en el entorno. Las instalaciones deben hacerse lo más integradas posible en el medio ambiente; no pueden diseñarse sin tener en cuenta criterios paisajísticos y medioambientales sólo por el hecho de producir energía verde. Se trata de estudiar bien el territorio, considerando siempre un impacto positivo para todas las plantas que se diseñen.
Ubicación
Y aquí radica la mayor complejidad de la hibridación: la ubicación. Los parques eólicos se ubican en zonas con suficiente recurso eólico, a veces montañosas, mientras que para las plantas solares es preferible un terreno más llano. En BNZ se están estudiando proyectos de este tipo en el norte de Portugal, aunque existen importantes dificultades para desarrollar una planta solar debido a la topografía del territorio, lo que supondrá una reducción de la capacidad de generación de este tipo de energía. En cualquier caso, está claro que ambas formas de producción pueden coexistir, y es tarea de los diseñadores lograr un equilibrio entre ambas tecnologías.
En algunos países y regiones en vías de desarrollo, como la India, la hibridación ha sido una iniciativa importante para proporcionar un suministro eléctrico completo a una comunidad sin acceso a la electricidad. Pero en estos casos, el paisaje y el medio ambiente pasan a un segundo plano con el objetivo de priorizar el acceso a la electricidad en la comunidad. También es relevante el proyecto Asian Renewable Energy Hub (AREH), que prevé instalar unos 7,5 GW de energía eólica híbrida con 3,5 GW de energía fotovoltaica en Australia en 2023, con el objetivo de exportar 40 TWh de energía limpia a Indonesia y Singapur. En Europa, sin embargo, el desarrollo de la hibridación va a la zaga.
Aun así, ya existen algunos proyectos piloto en el sur de España, donde, además de contar con una gran extensión de terreno para desarrollar la energía solar, también hay grandes opciones para obtener energía eólica. En Cádiz, por ejemplo, la provincia más meridional de la España peninsular, ya se iniciaron proyectos en 2018 por parte de Vestas y EDPR. Esta última empresa también anunció el año pasado la construcción de las primeras plantas híbridas eólicas y fotovoltaicas totalmente comerciales en España. La idea era utilizar la capacidad solar que se adjudicó en su momento en la subasta de renovables para ampliar la capacidad de cuatro parques eólicos, aprovechando la infraestructura de evacuación de energía existente y aumentando la producción y rentabilidad de toda la instalación.
La regulación es cada vez más favorable a este tipo de proyectos híbridos en el sur de Europa. En España, el Real Decreto 1183/2020 reconoce las instalaciones híbridas como la combinación de dos módulos de generación de tecnologías renovables. En Portugal, por su parte, pronto se introducirá una legislación sobre este aspecto, que se espera que sea aún más fácil de desarrollar. Mientras tanto, en Italia, las condiciones geográficas de regiones como Puglia o Sicilia, hacen que la energía solar y la eólica, a día de hoy, ya convivan en el mismo terreno.
Hibridación con sistemas de almacenamiento
La legislación española aún no regula la hibridación con sistemas de almacenamiento, aunque respecto a la legislación anterior, es cierto que se ha eliminado la indefinición legal que existía respecto al almacenamiento en la Ley 24/2013 del Sector Eléctrico. Hay otros países, como el Reino Unido, que están estudiando una reducción de la carga de la conexión a la red de transporte para el almacenamiento, buscando impulsar su integración y favorecer la inversión en esta tecnología esencial. Asimismo, el informe del DOE mencionado anteriormente señala que, en respuesta a los recientes y drásticos cambios en la red eléctrica de Estados Unidos, el tema de la hibridación está ganando popularidad dentro de los debates relacionados con la evolución del sector energético estadounidense. Se están desplegando sistemas in situ que combinan la energía solar fotovoltaica y las tecnologías de baterías por sus ventajas tecno económicas y de resiliencia.
¿Entonces por qué es tan importante avanzar en este punto? La hibridación energética es interesante porque permite optimizar el punto de conexión, mientras que la inversión es la misma en cada planta solar y eólica. Pero hay un problema, ya que con la hibridación hay que asumir que cuando la producción combinada supera la capacidad máxima del punto de conexión, la energía sobrante debe ser desechada. Por otro lado, si al hibridar una o varias tecnologías renovables se dispusiera de una tecnología de almacenamiento, se aumentaría también su eficiencia, se allanaría su perfil de generación y se maximizaría el aprovechamiento del recurso natural, pudiendo trasladar los excedentes de generación de los momentos de máxima disponibilidad del recurso y baja demanda a los momentos de máxima demanda y baja disponibilidad del recurso.
Algunas de las tecnologías de almacenamiento existentes en la actualidad son: el bombeo hidráulico (PHS), baterías de iones de litio, baterías de plomo, baterías de flujo REDOX, baterías de sulfuro, volantes de inercia, sistemas de aire comprimido (CAES), zinc-aire, supercondensadores y generación de hidrógeno, entre otras. Otra forma emergente de almacenamiento es la producción de hidrógeno verde, que se produce por electrólisis a partir de energías renovables. En general, la hibridación de las renovables y el almacenamiento se traduce en una reducción de los costes de instalación que, en el caso de la fotovoltaica, se estima entre un 7-8%, según APPA Renewables.
Pero el modelo de negocio es un poco más complicado por el coste de los sistemas de almacenamiento. Ya existen algunos proyectos piloto a nivel internacional, pero con baja rentabilidad. La razón es la gran inversión en CAPEX para el sistema de almacenamiento, lo que significa que el coste, también conocido como coste nivelado de almacenamiento (LCOS) de la energía almacenada supera los 100 euros/MWh.
Por tanto, es necesario optimizar los costes de producción de los sistemas de almacenamiento para reducir su CAPEX. Se trata de un objetivo quizá alcanzable, como demuestra la extraordinaria reducción de costes de las tecnologías de producción de energía renovable en los últimos años.
Conclusión
Ante este escenario y con la necesidad de abaratar el coste de los sistemas de almacenamiento, una de las herramientas que puede ayudar en esta fase de transición es el Fondo Next Generation de la UE en España, por ejemplo, el gobierno propone destinar parte del fondo a la instalación masiva de parques de generación renovable y al avance de nuevas tecnologías de almacenamiento como el hidrógeno. Así, se espera que la unión entre estas fuentes de energía con gran potencial se convierta, una realidad.
Este artículo fue publicado en el número de primavera de la revista Energy Global.
