La reducción de emisiones apunta al desmantelamiento de centrales térmicas y la masificación de vehículos eléctricos

El presidente colombiano anunció al país el 26 de noviembre de 2020 la meta de reducción del 51% de las emisiones de gases efecto invernadero (GEI) en el año 2030. 1 Ahora bien, ¿Cómo alcanzar esta cifra? Es evidente se debe dirigir esfuerzos a acciones que aporten resultados significativos. El Ministerio de Minas y Energía (MinEnergía), la instancia del gobierno liderando la formulación de políticas y regulaciones se ha servido del Inventario Nacional de Gases de Efecto Invernadero (GEI) 2 para identificar acciones impactantes. 

 

Dicho estudio señala los orígenes principales de los GEI. En el 2014 (el año de la última actualización) las actividades que más generaron emisiones fueron:
●    Actividades en tierras forestales, incluida la deforestación (33 %)
●    Actividades agropecuarias (22%)
●    Actividades relacionadas con minas y energía (14%)
●    Actividades relacionadas con el transporte (12%)
●    Actividades relacionadas con la manufactura (12%) 
MinEnergía enfocado en generación eléctrica y movilidad eléctrica
Como base en el informe, MinEnergía está haciendo hincapié en actividades industriales identificadas como las principales culpables de la emisiones. Por lo tanto, está formulando políticas y reglamentación destinadas a impulsar 
●    Las energías renovables variables (EnRv) Nota 1, principalmente sistemas solares y eólicos. El objetivo es reducir la dependencia de las centrales a hidrocarburos.
●    La masificación de vehículos eléctricos para reemplazar motores térmicos.
Es aparente que hay gran potencial para reducciones significativas de GEI. Solamente en el sector eléctrico, la Asociación Colombiana de Generadores de Energía Eléctrica (Acolgen) revela que, en 2021 hasta el 28 de septiembre, las plantas térmicas produjeron 50 415 MWh de electricidad, o sea 34% de la electricidad producida en el país. 3 Por ende, el reemplazo de las centrales térmicas por generadores EnRv se proyecta como una estrategia sólida.
Con respecto a la movilidad eléctrica, el gobierno quiere 600 mil carros eléctricos circulando en 2030. Por lo tanto, se puede anticipar más fluctuaciones en el sistema eléctrico. ¿Qué tanto será el impacto sobre la estabilidad? ¿Y se puede contar con los EnRv para responder a las necesidades?
Con respecto a generación eléctrica de energías renovables ¿Cuál es la capacidad posible en el sistema eléctrico? ¿Las EnRv responderán a la demanda una vez desmanteladas las centrales térmicas?  ¿Se necesitarán poner en marcha cuáles medidas?  
Consideramos indispensable elaborar una hoja de ruta adaptado a los impactos y las incertidumbres.  Hasta la fecha, con las acciones propuestas, no se han publicado las reducciones posibles de GEI ni un plan para lograrlas, mucho menos opciones para manejar los riesgos de suministro. 

Priorizar la gestión de la intermitencia de las EnRv con almacenamiento

Sin embargo, existe un gran reto a superar con la utilización a gran escala de las EnRv:  su intermitencia provocada por la variabilidad del clima.  En principio, almacenamiento se presenta como la solución idónea para asegurar estabilidad de suministro. Es decir, cuando las EnRv generan más energía que la demanda, se almacena el exceso para su utilización posterior durante los periodos cuando la demanda supera la producción. Ahora bien, ¿Qué tipo de almacenamiento y que tanto la capacidad se necesita? 
Se perfilan cuatro tecnologías de almacenamiento a gran escala
Hoy en día, existen cuatro tecnologías en la mira por su potencial de almacenamiento de las cuales comparamos las características principales en la tabla.

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El bombeo hidráulico limitado a sitios de centrales hidráulicas

El bombeo hidráulico, una tecnología sencilla con una alta eficacia (80%), consiste en levantar agua a un embalse utilizando bombas accionadas con energía producida por generadores hidráulicos alimentados por el caudal de agua del embalse. Cuando hay alta demanda eléctrica se desactiva el bombeo para inyectar toda la electricidad producida en la red en vez de desviar una parte para accionar las bombas. Durante estos periodos, evidentemente, el nivel de agua en el embalse cae, lo que reduce la capacidad de reserva.
La estrategia consiste en equilibrar el volumen de agua en el embalse para responder a la variabilidad de demanda.  Se puede introducir flexibilidad al incorporar generadores EnRv para alimentar las bombas. De esa forma, se optimiza la capacidad de reserva ajustando el caudal del agua de acuerdo con la demanda.
La acumulación de agua por este medio permite almacenar hasta 10 GWh de energía durante meses. No obstante, esa técnica se restringe a los sitios de centrales hidráulicas.  Por lo tanto, es susceptible a sequías, como el Niño, que reducen el volumen de agua acaudalado. La gestión de riesgos de escasez requiere una capacidad de reserva significativo lo que implica altos costos.

Aire comprimido sujeto a acceso a almacenamiento subterráneo. 

Al igual que el bombeo hidráulico, el aire comprimido ofrece una gran capacidad de almacenamiento (hasta 2 GWh).  Se utiliza energía de fuentes renovables para comprimir aire a una presión hasta 50 bar y almacenarlo en sitios subterráneos para su explotación posteriormente.  El gran inconveniente es hallar sitios que permiten la inyección en la red de la energía generada a partir del aire. Asimismo, se restringe la capacidad de almacenamiento para responder a todo el sistema.

Hidrógeno ofrece gran potencial si se bajan los costos

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Impulsado por su gran potencial de almacenamiento (hasta 4 GW) durante meses, el hidrógeno ha suscitado el entusiasmo de muchos países. Se prevé inversiones de miles de millones a nivel mundial para desarrollar la tecnología.  Por su parte Colombia le está apostando en grande a la tecnología. 4
Sin embargo, el hidrógeno como forma de almacenamiento todavía está en fase de pruebas. Aunque el gobierno ha fijado una meta de 1 GW capacidad instalada en 2030 4, no se sabe todavía su viabilidad. Para que se vuelva práctica, es necesario bajar los costos de producción de USD 5-6 a menos de 2 USD / kg, lo que requiere avances en las tecnologías de producción seguidos por proyectos piloto. Por lo tanto, hay riesgos en una dependencia del hidrógeno a gran escala para contribuir significativamente al almacenamiento.

Baterías litio-ión la mejor solución por el momento para manejar intermitencia

Con menos de 9 años para lograr el 51% reducción de GEI, consideramos indispensable hacer hincapié en técnicas ya probadas de almacenamiento.  La única tecnología que responde a esos criterios son las baterías litio-ión. 

Aceptamos que, en la actualidad, la capacidad de almacenamiento es alrededor de 16 veces menos que la de hidrógeno (250 MWh comparada con 4 GWh). Sin embargo, se ha demostrado la factibilidad y además la comercialidad en los Estados Unidos y Australia. 5  Además es posible poner en marcha en corto plazo sistemas de baterías lo que abriría las puertas a una capacidad de almacenamiento que respondería al cronograma de despliegue de EnRv.

Vehículos eléctricos ofrecen gran potencial de reducción de GEI

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El transporte vehicular está bajo la lupa por ser una de las causas principales de GEI. Por eso, uno de los pilares de la descarbonización del país consiste en impulsar la movilidad eléctrica. con 600 mil carros eléctricos circulando en 2030. 6  Ya que todos los grandes constructores de automóviles están empeñados a reemplazar sus modelos térmicos por eléctricos, parece una medida que amerita incentivos.

No obstante, frente a una flota vehicular eléctrica masificada, ¿cómo se puede asegurar que el sistema eléctrico alimente miles de carros eléctricos?  Se debe considerar no solamente el incremento de energía necesaria sino la estabilidad de suministro frente a la intermitencia de las EnRv. Es aparente que el almacenamiento jugará un rol esencial. Y por garantizar el suministro, XM ( www.xm.com.co ) el administrador del mercado, tiene que monitorear continuamente las variaciones de demanda.

Un 51% de reducción es imposible sin una hoja de ruta que considere las dependencias entre acciones 

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Aunque el gobierno está formulando planes dirigidos sobre varios frentes, al parecer, se necesita elaborar un plan que integre las incertidumbres de acciones que se han planteado. Además, al plan, cabe tener en cuenta los múltiples impactos entre acciones. Resaltamos los riesgos que puedan resultar sin una estrategia integrada. Dos ejes que juegan un papel crítico son la dependencia de hidrógeno y el impacto de movilidad eléctrica sobre la infraestructura eléctrica. 

Todavía no se ha probado la viabilidad económica del hidrógeno. Es necesario desarrollar procesos de producción para después, poner en marcha proyectos piloto lo que exigirá tiempo y recursos. Consideramos importante, fomentar, la masificación de una tecnología ya probada y que ha demostrado su rentabilidad, o sea baterías eléctricas de litio-ión. 

 

Los modelos de negocios exitosos en los Estados Unidos apuntan al valor de baterías para paliar la escasez de generación a corto plazo. En esa línea, para incrementar la liquidez, amerita pasar de un mercado eléctrico diaria a un mercado intradiario.

 
La masificación de vehículos introduce dos desafíos: la construcción de una red de puntos de carga y el incremento de la demanda eléctrica. Este último habrá un impacto sobre la capacidad de almacenamiento.  
En conclusión, hay urgencia en definir una hoja de ruta que englobe las dependencias entre acciones y que considere los riesgos de implementación.

Referencias

1.    www.minambiente.gov.co/index.php/noticias/4877-colombia-reducira-en-un-51-sus-emisiones-de-gases-efecto-invernadero-para-el-ano-2030  , 26/11/2020
2.    www.pronosticosyalertas.gov.co/web/sala-de-prensa/noticias/-/asset_publisher/LdWW0ECY1uxz/content/colombia-le-presenta-al-mundo-su-reporte-de-actualizacion-en-cambio-climatico-ante-la-convencion-de-naciones-unidas ,  Publicada 18/12/2018
3.     www.acolgen.org.co ,  Consultada 28/09/2021 
4.    www.minenergia.gov.co/documents/10192/24302627/Hoja+de+Ruta+H2+Colombia_Borrador.pdf Publicado 30/09/2021 
5.     How are batteries making money in the US?, IHS Markit, 17/12/2020
6.    Gobierno espera que a 2030 se supere la meta de 600.000 carros eléctricos rodando , La República, 29/08/2021
 

Nota : Proponemos adoptar el término empleado en Europa " Energías renovables variables (EnRv)" en vez de la nomenclatura "Fuentes no convencionales de energía (FNCE)". ¿La razón? El término FNCE implica que no sean convencionales las principales tecnologías EnR, y por extensión en fase de prueba. En realidad, se han banalizado hace años. Es decir, no se puede considerarlas como algo no convencional.

 

Bogotá, 9 de enero de 2022