Energías renovables: Potencia instalada vs. factor de carga, crecimiento, demanda, porcentajes, producción…

Para tratar de analizar las posibilidades de una descarbonización masiva de la economía mundial por medio del paso a energías renovables, he elaborado unas gráficas con los datos del recién publicado informe anual de British Petroleum (BP Statistical Review of World Energy 2019). Bajo los gráficos van algunos comentarios para ayudar a interpretarlas:

Energía solar

Potencia instalada en MW

Impresionante desarrollo, ¿verdad?

Factor de carga (Capacity Factor) en % en los principales países y el mundo

Esto quiere decir que incluido el 2018, las plantas solares, en el mundo real y en el promedio mundial, operan el 15% de las horas de un año. Es decir, operan en promedio unas 1.300 horas de las 8.760 horas del año. Todo ello a pesar de que hemos ido dando ciertos tumbos: instalar centrales solares FV con seguidores a uno y dos ejes; luego pasamos a centrales solares fijas sin seguidores, al tener menos complejidad de mantenimiento y parece que la tendencia vuelve a ser la de colocar centrales solares a un eje, que aunque son algo más complejas que las fijas, son menos complejas que las de dos ejes y pueden rendir un 20-30% más que las fijas.

No parece haber aquí mucho avance en los últimos 10 años en eficiencia. Quizá, como mucho, un 1-2%. ¿Razones? He aquí algunas posibles:

1. Los países que instalan no coinciden con las mejores áreas de irradiancia del planeta. (La vida real es así. El resto son teorías.)
2. Los países con dinero para instalar generación de tipo intermitente no están ubicadas en los mejores lugares de irradiancia y no desean instalar en países con mayor número de horas de sol al año, porque tendrían que tirar líneas de muy alta tensión en corriente continua (HVDC) y por razones de seguridad y estratégicas.
3. Los avances teóricos que se reclaman y publicitan constantemente en la eficiencia de los módulos, pueden no ser de utilidad o aplicación. Por ejemplo, si dentro de un mismo fabricante su catálogo ofrece un módulo con un 15% de eficiencia de conversión a un precio X/Wp y luego ofrece un módulo con un 18-20% de eficiencia, pero lo vende a un precio de 1,25*X/Wp, dado que el único ahorro sería de un 3-5% de menos espacio, pero a un coste un 25% superior y el espacio no suele ser nunca un problema en este tipo de instalaciones, al final, lo que se instala en el mundo real, no coincide con lo que se anuncia como el último estado del arte disponible que puede que nunca llegue a instalarse masivamente, o que si se baja el precio termine en pérdidas para el fabricante.

Crecimiento acumulativo anual de la potencia solar instalada (CAGR, en inglés)

Aquí uno tiene la obligación de preguntarse: ¿por qué demonios ese crecimiento se ha moderado y va descendiendo desde al menos 2011, justo cuando más dicen los partidarios del despliegue masivo de las llamadas renovables, que ahora el precio de la energía solar es ya más barato que el precio de generar electricidad con nucleares, carbón, gas o fuel-oil? ¿Qué factores estamos ignorando o perdiendo de vista en una ecuación que supuestamente es tan comercial y que podría dar resultados económicos tremendos?

Aumento anual de la demanda mundial eléctrica comparada con la generación solar mundial en TWh

Esto es tremendo. Resulta que un solo año de aumento de la demanda mundial eléctrica (que en los últimos años ha sido especialmente moderada, por el frenazo del desarrollo económico por la crisis), se come bastante más de la producción mundial de energía solar de todas las instalaciones operativas mundiales desde el principio hasta 2018

Porcentaje de energía eléctrica de origen solar frente a la demanda eléctrica.

Ni un solo país del mundo alcanza una cifra de dos dígitos. Alemania, con 46 GW de potencia solar instalada, genera un modesto 7,1% de su demanda eléctrica anual promedio, mientras España, con unos mucho más modestos 7 GW (aquí suma BP la solar FV y la termosolar, porque España es un caso aparte), que son casi 7 veces menos, genera el 4,6% de su demanda eléctrica nacional anual en promedio (es decir, más de la mitad, porcentualmente hablando, que Alemania).

Producción de energía solar respecto del consumo de electricidad mundial y del consumo de energía primaria no renovable (fósil + nuclear) en TWh equivalentes

La generación de electricidad de origen solar es hoy el 2,2% de la demanda eléctrica mundial en promedio anual (entregada de forma intermitente).

Pero si la energía solar se tuviese que hacer cargo del reemplazo de la energía primaria que el mundo consume, para llegar a una descarbonización (y desnuclearización), no llegaría a cubrir ni el 1% de la demanda, utilizando las tablas de conversión de millones de toneladas equivalente de petróleo (MToe) a teravatios*hora (TWh). Si además hubiese que utilizar para una parte de esa conversión un vector energético, como el hidrógeno (suponiendo que se pudiese escalar) o hacer gas combustible de la electricidad (Power to Gas ó P2G), entonces el alcance de toda la energía solar apenas llegaría, en el mejor de los casos, a un 0,3% del consumo mundial actual. Es decir habría que multiplicar unas 300 veces las instalaciones actuales. Pensar que esto se puede hacer de forma limpia y sin agotar fuentes de otros minerales y recursos escasos, es una quimera.

Energía eólica

Potencia instalada en MW

Impresionante desarrollo, ¿verdad?

Capacidad de carga o factor de carga en %

De nuevo, sorpresa. A pesar de los anuncios constantes de progreso tecnológico por las constantes mejoras introducidas en energía eólica en los últimos años, apenas se observa una mejora en todo el periodo de un 1-2%. A pesar de que se supone que la capacidad o el factor de carga debería haber aumentado mucho más y los despliegues masivos en plataformas marinas (offshore), de los últimos años (como por ejemplo, en los casos de Alemania o Dinamarca, donde sus territorios ya están bastante completos de aerogeneradores terrestres (onshore) y se han visto obligados a desplegarse en el Báltico, un mar muy propicio para estos despliegues por su poca profundidad media que facilita las instalaciones marinas.

Crecimiento acumulativo anual de la potencia eólica instalada (CAGR, en inglés)

De nuevo, nos encontramos con la cuesta abajo en los crecimientos anuales, cuando más se necesitaban las llamadas renovables para reemplazar a las fósiles (y nucleares). De la energía eólica se dice que todavía es más competitiva que la solar y mucho más barata en términos de precio resultantes promediando la energía eléctrica resultante (Levelized Cost of Electricity o LCOE) y sin embargo, esto sigue disminuyendo a nivel mundial, que es lo que importa, a pesar de que algunos países individuales aún puedan seguir una senda inicial de crecimiento.

Aumento anual de la demanda mundial eléctrica comparada con la generación eólica mundial en TWh

[Corrección 2019-12-26: La gráfica contenía un error en la leyenda que decía «energía solar» en lugar de «energía eólica».]

Ah, aquí el gráfico es algo mejor que en el de la energía solar.

El aumento anual de la demanda eléctrica mundial, ha sido excedido por la generación eólica de la potencia instalada mundial acumulada desde 2013. Pero esto, repitamos, se refiere, apenas, al aumento de la demanda anual, no al consumo o a la demanda mundial. Y apenas lo superó en un 26% más en 2018, lo que significa que un año y medio de moderado crecimiento de la actividad económica mundial acompañado del correspondiente aumento de la energía eléctrica demandada, se come toda la generación eólica de todos los parques eólicos del mundo, instalados desde el principio hasta 2018.

Porcentaje de generación eólica respecto de la demanda de electricidad.

[Corrección 2020-01-02: El título de esta sección y el pie de la gráfica decían «demanda de energía» cuando en realidad se refieren únicamente a la demanda de energía eléctrica.]

Otra sorpresa. La modesta España resulta seguir teniendo en la actualidad, a pesar del parón de varios años, el mayor porcentaje de contribución a la demanda nacional de electricidad y aunque no llega al 20% de la cobertura de dicha demanda nacional anual coloca a nuestro país como el país con mayores y mejores campos eólicos del mundo o el más eficiente. Alemania, con cerca de 40.000 grandes aerogeneradores en todo el país (British Petroleum no distingue entre eólica terrestre y marina y da la suma de ambas), produce bastante menos por MW instalado, a pesar de haberse desplegado mucho más en plataformas marinas en el Báltico y sólo cubre el 7,2% de su demanda nacional de electricidad con ese nivel ya de saturación. Para observar los impactos negativos de los aerogeneradores, no hace falta referirse sólo al daño que hacen a las aves, según múltiples informes, sino también por los vertidos del aceite del engrase de dichas turbinas (suele ser aceite de litio) o el ruido que afecta a los lugares cercanos habitados, el peligroso desprendimiento ocasional de las enormes aspas, y sobre todo, el llamado efecto estroboscópico que a medida que aumenta la presión para instalar más, se van necesariamente acercando a lugares poblados y aunque mantengan ciertas distancias a los centros habitados, la proyección solar a gran distancia en amaneceres y atardeceres puede resultar enormemente molesta. No hay más que escribir en un buscador de Internet vídeos por «Stroboscopic effect of wind energy» y ver los efectos.

Producción de energía eólica respecto del consumo de electricidad mundial y del consumo de energía primaria no renovable (fósil + nuclear) en TWh equivalentes

La generación de electricidad de origen eólico es hoy el 4,7% de la demanda eléctrica mundial en promedio anual (entregada de forma intermitente),

Así que si fuese la energía eólica la que se tuviese que hacer cargo del reemplazo de la energía primaria que el mundo consume, para llegar a una descarbonización (y desnuclearización) alcanzaría difícilmente a cubrir el 2% de la demanda mundial de energía primaria, utilizando las tablas de conversión de millones de toneladas equivalente de petróleo (MToe) a teravatios*hora (TWh).

Si además hubiese que utilizar para una parte de esa conversión un vector energético, como el hidrógeno (suponiendo que se pudiese escalar) o hacer gas combustible de la electricidad (P2G), entonces el alcance de toda la energía solar apenas llegaría, en el mejor de los casos, a un 0,6% del consumo mundial actual. Es decir, habría que multiplicar unas 160 veces las instalaciones actuales. Pensar que esto se puede hacer de forma limpia y sin agotar fuentes de otros minerales y recursos escasos, es otra quimera.

Conclusión

Si esto ya está pasando con porcentajes de cobertura de la demanda eléctrica tan bajos y con la sociedad más pudiente en el mundo con signos de empezar a saturarse en instalaciones con estos bajos niveles de penetración, ¿cómo se espera sustituir todos los combustibles fósiles con estas llamadas energías renovables, manteniendo el nivel de vida actual y siguiendo con el crecimiento económico? ¿Cómo esperan conseguir una descarbonización 100% en 2025, o aunque fuera en 2050?