La Generación Eólica y Otras Renovables

El rápido crecimiento de la generación eólica en Europa, EE.UU. India y China está llamando crecientemente la atención de los técnicos y el público en general sobre el potencial de esta fuente renovable y limpia de energía para disminuir las cada vez mayores necesidades de uso de otras fuentes de energía, principalmente de los combustibles derivados del petróleo.

La Situación Mundial
La tabla 1 a continuación muestra la situación mundial de la generación eólica en lo que respecta a la capacidad instalada de este tipo de tecnología en el periodo 2005-2008. Como se puede apreciar, los EE.UU. han tenido un avance notable en el 2008, sobrepasando al líder Alemania. La China también muestra un avance muy importante, colocándose en el 4to lugar a nivel mundial, después de España. Se puede apreciar que Brasil y México son los únicos países de Latinoamérica que aparece entre los 35 países que se listan, con 339 y 85 MW de capacidad instalada, respectivamente. Claramente, salvo los EE.UU., en el resto de América se ha avanzado muy poco en el uso de la energía eólica (entre los otros países de Sudamérica que tienen instaladas plantas eólicas están Argentina, Chile, Colombia y Uruguay). A nivel mundial, en tres años se ha duplicado la capacidad instalada de generación eólica.

Tabla 1: Capacidad Instalada Generación Eólica en MW (2005-2008)

Una mejor forma de apreciar cuánto significa la generación eólica respecto al resto de la generación eléctrica es mirar la producción de energía en vez de la capacidad instalada. En la tabla 2 se puede apreciar las características principales de la producción eólica de los diez países con mayor capacidad instalada y el total a nivel mundial. Se puede notar, por ejemplo, que Dinamarca en el 2008 ha tenido proporcionalmente la mayor producción eólica, respecto al total de su consumo (llamada penetración de la energía eólica), de todos los países con 19.1%, mientras que para EE.UU. esta cantidad solo representó 1.3%. También se puede apreciar que el factor de planta promedio de la generación eólica a nivel mundial está alrededor de 20%. Notar finalmente que en el 2008, como producción de energía eléctrica, la generación eólica solo ha representado un mero 1.5% del total de consumo de electricidad.

Tabla 2: Energía Eólica (en TWh) en los Diez Países de Mayor Producción
(2005-2006)

(2007-2008)

Aún con este apreciable avance a nivel mundial, existe todavía mucha incomprensión y mitos sobre el tema debido a las características particulares de la generación eólica, especialmente en los países que recién están por introducir esta tecnología entre sus fuentes de generación de electricidad. El fondo de los problemas proviene del hecho que una planta eólica solo genera cuando sopla el viento, por lo tanto su producción es altamente variable e intermitente (el gráfico 1 muestra un caso de esta variabilidad, donde se puede apreciar que en un periodo de sólo 45 minutos la generación eólica pasa de 1,800 a 2,600 MW, para luego descender de 2,600 a 1,600 en los siguientes 45 minutos). A diferencia, la producción de una planta convencional es mucho más regular y se puede programar según las necesidades de la demanda.

Gráfico 1: Variabilidad de la Producción Eólica

El viento es primordialmente una fuente de energía y no una fuente de capacidad. Su valor primario consiste en sustituir el consumo de combustibles fósiles en centrales térmicas y disminuir, consecuentemente, las emisiones de gases de efecto invernadero, que son las principales causantes del cambio climático. Típicamente solo una pequeña fracción de energía del viento se entrega en las horas pico de la demanda, por lo tanto los generadores eólicos tienen un valor limitado en lo que se refiere a proporcionar capacidad crítica a un sistema. Esta característica es la que lleva a preguntarse sobre el impacto de la generación eólica sobre la confiabilidad de un sistema y sobre el equilibrio entre la demanda y la oferta.

Tradicionalmente, la operación de los sistemas de potencia se ha desarrollado alrededor del concepto de “despachabilidad” de los recursos de generación, en el cual la oferta se ajusta (se opera) para igualar los requerimientos de la demanda. De hecho, los generadores “despachables” se programan para seguir órdenes precisas a este respecto y cualquier falla de las órdenes de despacho es generalmente penalizada económicamente.

La generación intermitente, como la eólica, no se ajusta a este esquema de operación y control. La producción de electricidad de las plantas eólicas es función de la variación del clima, principalmente de la velocidad del viento, en la zona donde está localizada la planta. Aún cuando la producción de una planta eólica puede estimarse por medio de herramientas avanzadas de predicción de viento, es claro que esta producción no puede seguir “ordenes de despacho” (el gráfico 2 muestra esquemáticamente un ejemplo de sistema de predicción de generación eólica).

Gráfico 2: Sistema de Predicción de Generación Eólica

Los países que tienen una gran penetración de generación eólica, como Alemania, Dinamarca, España, Irlanda, y recientemente los EE.UU. y otros, han repensado sus esquemas de operación y control, y las reglas de mercado, para acomodar la naturaleza variable de la energía eólica y maximizar los beneficios de esta energía limpia, sin sacrificar la confiabilidad que deben tener las redes de potencia.

El texto a continuación es un resumen de las conclusiones del artículo: Desacreditando los Mitos de las Eólicas (“Wind Power Myths Debunked”), que se lista en la referencia 1: “Aún cuando la generación eólica es una fuente de energía variable e intermitente, los operadores de sistemas de potencia tienen experiencia con el manejo de la variabilidad “natural” de la demanda. Como resultado, en muchas circunstancias los sistemas de potencia están equipados para hacer frente a las variaciones que implica la operación de los sistemas con generación eólica. La integración de la energía del viento para generación eléctrica no es necesariamente cara y no requiere de instalaciones de reserva diferentes a las normales y tampoco requiere de almacenamiento. El desarrollo de herramientas de predicción de viento cada vez más sofisticadas también ayuda a la integración de la energía eólica. La integración de este tipo de generación puede hacerse de una mejor manera si se trata de parques eólicos que abarquen áreas de cierta magnitud y diversidad geográfica, de tal forma que el efecto de “portafolio” ayude a suavizar la variabilidad individual en la operación del conjunto. El manejo de la operación de los sistemas eléctricos en periodos sub-horarios también puede ayudar a que los sistemas tengan acceso a una más variada capacidad de regulación para suavizar las variaciones de la generación eólica. La mejora continua de las tecnologías de generación convencional, de la generación eólica, de los sistemas de control, y las nuevas tecnologías de respuesta a la demanda, las redes inteligentes y los sistemas híbridos “enchufables”, continuarán mejorando las condiciones para la integración de la generación eólica.”

En este artículo técnico, los autores tratan de responder a las siguientes interrogantes que son materia de constante discusión entre los que propugnan y los detractores de (o los que encuentra serios problemas con) la energía eólica:

¿Pueden los operadores de sistemas administrar la generación altamente variable de las plantas eólicas?

¿Deben las eólicas tener crédito (pago) por capacidad?

¿Cuán a menudo el viento deja de soplar en una amplia área al mismo tiempo?

¿Es muy difícil predecir la producción de una planta eólica?

¿Es muy caro integrar generación eólica en un sistema?

¿No requiere la generación eólica nueva transmisión y esto no la haría muy cara?

¿No requiere la generación eólica de generación de respaldo? ¿No requeriría así más consumo de combustible debido a los requerimientos de generación de respaldo?

¿No requeriría la generación eólica de almacenamiento debido a su intermitencia?

¿No está ya usada toda la reserva y flexibilidad de los sistemas sin adicionarle los requerimientos de la generación eólica?

¿Puede ser la generación eólica tan buena o mejor que la generación térmica a carbón, a petróleo o a gas natural, aún cuando el factor de planta de las eólicas es mucho más bajo que el de estas plantas?

¿Hay un límite a la cantidad de generación eólica que se puede colocar en un sistema?

Aquellos críticos de la generación eólica pueden referirse al siguiente blog: http://masterresource.org/?p=3925, que contiene varias referencias y artículos refutando los potenciales beneficios de la introducción y penetración de la energía eólica. También recientemente se ha agregado un nuevo crítico periodístico a las renovables, Álvaro Vargas Llosa (ver artículo publicado en el diario Perú21 en su edición del sábado 5 de diciembre de 2009: http://peru21.pe/impresa/noticia/espana-cuando-energia-viento/2009-12-05/262599).

La Situación en Perú
En mayo de 2008, el Gobierno emitió el decreto legislativo 1002 (DS N°1002) para promover la inversión en la generación de electricidad con el uso de energías renovables (Decreto Legislativo de Promoción de la Inversión Para la Generación de Electricidad con el Uso de Energías Renovables). Las disposiciones clave de este decreto son las siguientes:

Cada cinco años el MEM establecerá un límite objetivo para las energías renovables. Durante los primeros cinco años (es decir, hasta 2013), ese límite objetivo se fija en un 5 por ciento del consumo total nacional de electricidad (Artículo 2).

La energía eólica, solar, geotérmica, de biomasa y mareomotriz, se consideran fuentes de energías renovables así como la hidroeléctrica cuya capacidad instalada no supere los 20 MW (proyectos hidroeléctricos de pequeña escala) (Artículo 3).

Los proyectos hidroeléctricos de pequeña escala no se incluyen en el límite objetivo del 5 por ciento, por lo tanto este tipo de tecnología se beneficiará con los incentivos de esta nueva legislación, independientemente del porcentaje de su participación en el consumo total nacional de electricidad (Artículo 2).

Las energías renovables tendrán prioridad en el despacho diario, lo que significa que el COES considerará su costo de producción variable como cero. Las plantas de energías renovables venderán su producción energética en el mercado spot (Artículo 5).

Las plantas de energías renovables recibirán el precio marginal (spot) de la energía más una “prima” en caso que el precio spot sea inferior a la tarifa, tanto la prima como la tarifa serán establecidas por OSINERGMIN (Artículo 5).

La prima y la tarifa se calcularán teniendo en cuenta el tipo de tecnología y otras características de las instalaciones, y “garantizarán” un tasa de retorno de la inversión no menor a la estipulada en el Artículo 79, Decreto Ley 25844 de concesiones eléctricas, que actualmente es del 12 por ciento.

Las primas serán “subastadas” por OSINERGMIN (Artículo 7.1).

El costo de transmisión para conectar la planta de energía renovable a la red interconectada, se considerará como parte del costo de inversión de la planta para el cálculo de la prima (Artículo 7.1).

Los costos incrementales se recuperarán mediante un recargo a los usuarios (Artículo 7.2).

El DS N°1002 presenta varias cuestiones de enfoque fundamentales escogidos por el Gobierno. El primero de ellos concierne a la introducción de un límite a las energías renovables, de 5% en el periodo de 5 años (hasta el 2013). El límite numérico no es en realidad una meta de energía renovable sino un límite a la cantidad de energía que debe ser asumida por el operador del sistema al precio con prima. Los proyectos hidroeléctricos de pequeña escala (hasta 20 MW de capacidad instalada) califican para la tarifa preferencial pero no se toman en cuenta al establecer el límite del 5%.

En el aspecto de la meta inicial de introducción de renovables, del 5% respecto a la energía consumida en el sistema, esta parece ser adecuada, más aún cuando las hidroeléctricas de pequeña escala no se cuentan en este porcentaje. Considerando las limitaciones potenciales de las otras tecnologías de energías renovables para la generación de electricidad que se interconecte a la red, salvo la eólica y la hidroeléctrica, se podía haber concluido que este 5% estaba fundamentalmente dirigido a la generación eólica. Sin embargo, esto no ha sido así ya que la asignación para la generación eólica en la primera subasta de renovales es de sólo 320 GWh/año del total de 1,314 GWh/año (un 24.3%), e inexplicablemente dejando 813 GWh para biomasa y 181 GWh para energía solar (ver http://www2.osinerg.gob.pe/EnergiasRenovables/EnergiasRenovables.html)

Tomando en cuenta un valor promedio de factor de capacidad de las eólicas de 24.5% (ver tabla 2), estos 320 GWh/año representan un máximo de capacidad eólica de 149 MW. Estos montos de energía y capacidad instalada para la primera subasta de renovables han causado una seria preocupación en los promotores de los proyectos eólicos. Las autoridades sectoriales involucradas han dado señales no muy claras al respecto. Primero, hubo una actitud de promoción exagerada de las eólicas, abriendo las puertas a un número muy grande de concesiones temporales para este tipo de proyectos (ver la tabla 3), creando un problema potencial similar al que existió en algún momento con las concesiones para las hidroeléctricas (todavía no del todo solucionado).

Tabla 3: Listado de Concesiones Temporales para Eólicas

Las preguntas que nos hacemos muchos es ¿cómo se pudo dar concesiones a 11 empresas para 63 proyectos con un total de poco más de 10,000 MW de potencia instalada y ahora se solicita solamente 150 MW? y ¿cuáles son los potenciales proyectos de generación eléctrica de biomasa, a conectarse a la red, por unos 125 MW (813,000/8,760x0.75)?

El cálculo de la tarifa y la prima que se pagarían a la generación por renovables es otro de los temas preocupantes de la subasta. El enfoque económicamente racional sería fijar la tarifa de las renovables (y por tanto la prima a pagar) en base a los costos económicos evitados – lo que significa que el gas natural (principal fuente térmica de generación de electricidad en el país) sea valorado a su costo de oportunidad en lugar de su actual precio de mercado, que de alguna manera se puede decir que está actualmente subsidiado. A menos que el límite fijado para el precio preferencial esté próximo al costo económico evitado, existe el riesgo de que la aplicación del DS N°1002 sencillamente agrave las distorsiones de precios en el sector con un subsidio “compensatorio” a las energías renovables.

Si nos guiáramos por la experiencia de las subastas de suministro hechas por los distribuidores durante el 2007 hasta mediados del 2009, y la reciente de Pro Inversión para hidroeléctricas, no se puede ser optimista respecto a los resultados de la primera subasta para renovables. Más aún, considerando lo indicado en los párrafos anteriores, hay muchas posibilidades que la subasta no sea del todo exitosa.

No obstante todo lo indicado, creemos que el DS N°1002 representa un importante paso hacia adelante en el establecimiento de un marco adecuado para el desarrollo de la generación con fuentes renovables de energía. Sin embargo, debemos ser también enfáticos en señalar que hubiera sido mejor tener un sistema más simple y efectivo. En vez de una meta “débil” del 5% en cinco años (en el sentido que nadie es responsable de su cumplimiento – es más bien un buen deseo sin convicción), es mejor establecer una obligación de incorporación de renovables, impuesta a los distribuidores o a los generadores, para suministrar una parte de su demanda con generación basada en fuentes de energía renovable, incorporando un sistema de multas en caso de incumplimiento (para no ir muy lejos, Chile es un ejemplo de este esquema).

Yo recomendaría que la obligación se imponga sobre los generadores y ellos procedan a adquirir la generación renovable que requieran en forma competitiva en subastas públicas (similar a como lo hacen las distribuidoras para adquirir sus suministros). De esta forma también habría una mejor predisposición hacia las renovables de parte de los principales actores del mercado (el COES). Por otra parte, dada la importancia creciente de las renovables en el suministro de los requerimientos energéticos de los países, y su efecto positivo en lo que se refiere a la mitigación del calentamiento global, se necesita una actitud pro activa en la cual, además de examinarse los indispensables aspectos técnicos y económicos envueltos, se debe tener una visión estratégica al respecto. Finalmente, en el caso peruano creo que nunca es tarde para rectificar/mejorar la legislación existente.

(Los interesados pueden leer también el documento “Incentivos a la Generación por Fuentes Renovables de Energía” que preparé hace poco más de un año y que se puede acceder en el enlace que se da a continuación)

Incentivos Generacion Renovables

Referencias
1. Edición especial de nov/dic de 2009 de la revista IEEE Power & Energy Magazine, dedicada a la energía eólica, conteniendo los siguientes artículos técnicos:

“A Whirl of Activity” por Richard Piwko, Ernst Camm, Abraham Ellis, Eduard Muljadi, Robert Zavadil, Reigh Walling, Mark O'Malley, Garth Irwin, y Steven Saylors

“Up with Wind” por Dave Corbus, Debbie Lew, Gary Jordan, Wilhelm Winters, Frans Van Hull, John Manobianco, y Bob Zavadil

“Change in the Air” por William Grant, Dave Edelson, John Du-mas, John Zack, Mark Ahlstrom, John Kehler, Pascal Storck, Jeff Lerner, Keith Parks, y Cathy Finley

“Island Breezes” por Marc Matsuura

“Where the Wind Blows” por Thomas Ackermann, Graeme Ancell, Lasse Diness Borup, Peter Børre Eriksen, Bernhard Ernst, Frank Groome, Matthias Lange, Corinna Möhrlen, Antje G. Orths, Jonathan O'Sullivan, y Miguel de la Torre

“The View from the Top” por John Lawhorn, Dale Osborn, Jay Caspary, Bradley Nickell, Doug Larson, Warren Lasher, y Manzar Ea. Rahman

“Wind Power Myths Debunked” por Michael Milligan, Kevin Porter, Edgar DeMeo, Paul Denholm, Hannele Holttinen, Brendan Kirby, Nicholas Miller, Andrew Mills, Mark O'Malley, Matthew Schuerger, y Lennart Soder.

2. Accommodating High Levels of Variable Generation; North American Electric Reliability Corporation (NERC) Special Report, abril de 2009 (accessible en:
http://www.nerc.com/files/IVGTF_Report_041609.pdf).
3. The Operational Costs of Wind Integration into Power Systems: When, Why, and What to Worry About? Utility Wind Integration Group (UWIG), presentación en el Banco Mundial, Washington DC, abril de 2009.
4. TradeWind: Integrating Wind - Developing Europe’s power market for the large-scale integration of wind power, febrero de 2009 (accessible en:
http://www.trade-wind.eu/fileadmin/documents/publications/Final_Report.pdf)
5. Empowering Variable Renewables - Options for Flexible Electricity Systems; International Energy Agency, en apoyo al Plan de Acción del G8; OECD/IEA 2008 (accesible en:
http://www.iea.org/g8/2008/Empowering_Variable_Renewables.pdf).
6. European Wind Integration Study (EWIS) - Towards a Successful Integration of Wind Power into European Electricity Grids, Informe Final, enero de 2007 (accessible en:
http://www.wind-integration.eu/downloads/library/EWIS-phase-I-final-report.pdf).
7. Ediciones especiales de nov/dic de 2005 y 2007 de la revista IEEE Power & Energy Magazine, dedicadas a la energía eólica.
8. Incentivos a la Generación por Fuentes Renovables de Energía, Eduardo Zolezzi, agosto de 2008.