Quan es vol veure el tema de les energies renovables com a peça clau de la transició energètica, ens trobem amb molta documentació.
Són estudis de diferents entitats, com col·legis professionals o cambres de comerç; informes com el report anual de l’OBERCat; treballs de prospectiva com la PROENCAT 2050; plans com el futur PINECCAT o el PNIEC a escala estatal o, fins i tot, instruments de planificació climàtica aprovats pel Parlament, com són els pressupostos de carboni, que neixen de la Llei del canvi climàtic i són d’obligat compliment.
Malgrat totes aquestes accions, no és habitual trobar una interpretació i un enfocament holístics que integrin tecnologia, infraestructura, economia, impacte social i sostenibilitat ambiental, i que siguin capaços de gestionar tot l’ecosistema energètic —generació, transport, distribució, emmagatzematge, flexibilitat, seguretat…— com un tot interconnectat i que abordin globalment el repte d’assegurar un subministrament d’electricitat fiable, eficient i econòmic mitjançant energia renovable estocàstica, és a dir, imprevisible però calculable probabilísticament, combinant una cartera plural d’emmagatzematge, generació de reserva amb combustibles fòssils i tecnologies d’eliminació de diòxid de carboni (CDR) per assegurar un subministrament 24/7/365.
Models estocàstics d’optimització
Les fonts d’energia renovable dependents del sol o del vent són fonts de generació neta que tenen un comportament i una intensitat que no es poden predir amb total certesa a causa de la seva dependència directa de l’atzar i de variables climàtiques canviants; és a dir, són fonts estocàstiques: imprevisibles però calculables probabilísticament.
A diferència d’una central tèrmica tradicional, que produeix electricitat de manera constant i controlada, aquestes fonts varien minut a minut segons les condicions de la natura.
La naturalesa aleatòria d’aquestes energies trenca l’esquema tradicional de planificació energètica. Això obliga els operadors del sistema energètic a implementar eines avançades, com les basades en probabilitats deduïdes d’algoritmes que han après de les dades de sol i vent acumulades en les últimes dècades, així com dels models d’evolució climàtica.
D’aquesta manera, es poden simular milers d’escenaris futurs per estimar quanta energia real s’injectarà a la xarxa en cada moment i en funció de les potències instal·lades en una ubicació concreta, i es poden comparar amb les extrapolacions dels models de demanda per deduir punts crítics freqüentment no considerats, com ara:
i) la gestió dels sistemes d’emmagatzematge,
ii) les centrals de seguretat,
iii) les infraestructures.
Gestió dels sistemes d’emmagatzematge
Quina capacitat d’emmagatzematge de curta durada (bateries) o de llarga durada (hidràulica reversible, CAES, hidrogen…) cal disposar i gestionar en cada instant per garantir la disponibilitat d’energia elèctrica, 24/7/365, en tot moment, d’acord amb l’anàlisi del comportament estocàstic de les energies renovables, de la corba de demanda elèctrica i de les previsions dels processos d’electrificació?
Cal gestionar el subministrament d’aquesta energia emmagatzemada per evitar l’especulació i planificar-la com una inversió intrínsecament lligada i considerada com a part obligatòria de les inversions en renovables, segons la regulació que determini el temps de resposta i la durada de l’ús d’aquesta energia.
En les anàlisis dutes a terme per diferents entitats d’una àmplia varietat de països, les planificacions en sistemes d’emmagatzematge contemplen, a partir de les anàlisis estocàstiques, sistemes de bateries per a una resposta ràpida, de curta durada i poca capacitat, acompanyats de sistemes de més capacitat, com la hidràulica reversible.
«Les inèrcies semblen portar a duplicar tot el sistema elèctric amb unes despeses impossibles de sufragar.»
Com a sistemes de més capacitat i més llarga durada, es perfilen sistemes basats en tecnologies CAES i en la producció contínua i l’emmagatzematge d’hidrogen, tot considerant instal·lacions suplementàries de camps d’energia renovable per alimentar aquesta part del sistema energètic. Aquestes treballen de manera contínua segons les previsions deduïdes de les anàlisis estocàstiques, i els seus costos queden integrats en els costos globals de producció de l’energia.
Gestió de les centrals de seguretat de resposta ràpida
Quins mecanismes cal arbitrar per ajustar la demanda de l’usuari final o activar centrals de seguretat de resposta ràpida per equilibrar el sistema en temps real? És a dir, quina ha de ser la combinació entre un sistema de renovables —autoconsum, comunitats, injecció a la xarxa…— i un sistema de seguretat o back-up que aporti una capacitat latent susceptible de respondre ràpidament en cas de fallada en el subministrament d’energia renovable, incloent-hi el sistema d’emmagatzematge?
El sistema energètic ha de disposar d’una infraestructura de generació que estigui disponible però que, en general, no s’utilitzi, tot i que se’n pugui fer ús en moments determinats. Aquest punt planteja qüestions molt significatives.
D’una banda, sembla que hi hagi el sistema elèctric tradicional, històricament basat al 100% en generació amb energies fòssils, i, de l’altra, noves opcions basades en renovables en forma de comunitats energètiques i autoconsum. Però els usuaris mantenen la seva connexió a la xarxa elèctrica general, assumint el pagament per mantenir la seva potència contractada, cosa que obliga a mantenir una capacitat latent.
El dimensionament d’aquesta capacitat latent no està fet i les inèrcies semblen portar a duplicar tot el sistema elèctric, amb unes despeses impossibles de sufragar. Aquí, només l’Administració, a partir de les anàlisis del comportament estocàstic anteriorment esmentades, ha de definir i dimensionar els sistemes de capacitat latent.
«Les tecnologies CDR (carbon dioxide removal) formen part inherent de les planificacions necessàries per a un sistema energètic renovable, igual que els sistemes d’emmagatzematge o de back-up, i això requereix disposar de renovables dedicades a aquesta finalitat.»
A banda de la seva dimensió, s’ha de definir quina ha de ser la tecnologia sostenible per a aquests sistemes de seguretat o back-up, que romandran com a elements del sistema de capacitat latent i que han de poder respondre de manera molt ràpida com a solució d’emergència. La majoria d’estudis proposen solucions basades en tecnologies fòssils amb captura d’emissions de CO₂.
És a dir, se suggereix la reconversió de cicles combinats, amb eficiències per sobre del 60%, mitjançant la incorporació de sistemes de captura de CO₂.
No obstant això, l’avenç de les tecnologies de captura directa de CO₂ de l’aire o de l’aigua del mar i la reducció de costos estan obrint la porta a solucions que proposen instal·lacions suplementàries d’energies renovables destinades a alimentar centrals de captura de CO₂ que retirin contínuament CO₂ de l’ambient, amb la finalitat de compensar les potencials emissions dels cicles combinats del sistema latent si entren en acció o de participar en el mercat mundial de compra de drets d’emissió.
En qualsevol cas, les tecnologies CDR (carbon dioxide removal) formen part inherent de les planificacions necessàries per a un sistema energètic renovable, igual que els sistemes d’emmagatzematge o de back-up, i això requereix disposar de renovables dedicades a aquesta finalitat.
Gestió de les infraestructures
Amb totes les dades deduïdes d’aquesta anàlisi, considerant els comportaments estocàstics de les renovables segons la ubicació dels punts de generació fotovoltaica i eòlica, la corba de demanda esperada i les capacitats d’emmagatzematge i de back-up, s’infereixen totes les necessitats tant de transport com de distribució de la xarxa elèctrica per absorbir un increment de gairebé el 300% en la seva capacitat, evitant el col·lapse dels seus nodes i garantint les connexions per a la indústria, la mobilitat i les noves edificacions.
En alguns dels estudis, s’aprofita per avaluar les opcions d’optimitzar la xarxa i les seves interconnexions analitzant els potencials avantatges de les línies HVDC. Aquest increment de la capacitat també forma part de la solució holística per a un sistema d’energia renovable, i la seva gestió ha d’estar coordinada per l’Administració, especialment per garantir les inversions en les noves instal·lacions, així com la reglamentació per connectar els sistemes de generació, d’emmagatzematge i de back-up.
Cal utilitzar intel·ligència artificial per predir la demanda i gestionar l’energia eficientment, així com per facilitar la generació distribuïda que permet produir, consumir o evacuar energia a la xarxa.
«Són valuosos tots els treballs que aporten valors quantitatius, és a dir, si fan falta tants GW de renovables, però el que realment fa falta és incorporar tots els elements per oferir solucions holístiques.»
Conclusions
Les solucions aportades per un model holístic d’un sistema d’energia renovable estocàstic permeten una planificació completa de cadascuna de les parts, faciliten la gestió de tot el sistema i permeten una estimació detallada de les inversions a dur a terme i dels costos, per tal de determinar els costos reals de producció de l’energia quan aquesta s’obté, principalment, a partir d’un sistema d’energia renovable procedent del sol o del vent, al marge de les especulacions pròpies d’un mercat. Això porta també a plantejar quin és el paper de l’actual model «marginalista» del mercat energètic, així com la política d’impostos sobre l’energia.
Són valuosos tots els treballs que aporten valors quantitatius, és a dir, si fan falta tants GW de renovables, però el que realment fa falta és incorporar tots els elements per oferir solucions holístiques. Només així es pot disposar d’un sistema que arribi fins al 100% de flexibilitat.
Esperem que, en les revisions dels documents existents o en la preparació del nou Pla Integrat d’Energia i Clima de Catalunya, hi hagi respostes als punts explicitats més amunt, donant resposta no únicament a quant, sinó també a com garantir un subministrament 24/7/365 i a quin cost.
Joan Ramon Morante i Héctor Santcovsky
Membres de Renovem-nos
