La energía nuclear requiere de tanto almacenamiento como las energías renovables.

En los últimos meses estoy escuchando muchas opiniones que afirman que deberíamos construir nuevas nucleares en España.

Argumentan que el gas y el carbón emiten CO2 y es necesario remplazarlos por fuente limpias. Las renovables están bien, pero son variables y necesitarían un almacenamiento a gran escala que no existe. Por lo que la única opción que queda es la nuclear. Parece un argumento racional y sensato, pero tiene un fallo. Hay una cuestiones importante que no hay tenido en cuenta y que invalida completamente este argumento:

La energía nuclear requiere de tanto almacenamiento como renovables.

A muchos esta afirmación les parecerá una soberana estupidez. Habrán dejado de leer y estarán buscando replicas sarcásticas y jocosos memes con los que impartir sonoros “Zascas”. Al parecer ese es el objetivo último de todo debate.

Confió que haya una minoría que tenga interés en entender de donde viene tan sorprendente afirmación. Es una explicación complicada. El sector eléctrico siempre es complicado. No es algo que se pueda explicar con un meme, una analogía simple, un chascarrillo o un sarcasmo. Así que a los pocos que habéis llegado hasta aquí os pido que abandonéis el “modo twitter” y os centréis en entender la explicación. Una vez que la hayas entendido ya habrá tiempo para buscarle las vueltas, rebatirla, señalar puntos flacos etc. Rebatirlo sin entenderlo, resulta mucho mas sencillo y divertido… pero no sirve de nada.

Probablemente estés pensado. “La energía nuclear puede garantizar la potencia 24/365 sin importar las condiciones climáticas. Puede operar de manera continua durante año y medio sin tener que parar. ¿Cómo es posible afirmes que necesitan almacenamiento?”

Pues por sorprendente y extraño que te parezca, la necesidad de almacenamiento no surge de la variabilidad en la generación sino de la variabilidad de la demanda.

Es obvio que se pueden instalar centrales nucleares sin almacenamiento. De hecho, todas las centrales nucleares del mundo carecen de almacenamiento. Pero también se pueden instalar energías renovables sin almacenamiento y de hecho casi la totalidad de las instaladas carecen del mismo. Puedes instalar paneles solares para generar electricidad de día… y seguir quemando gas por la noche. No necesitas almacenamiento para instalar renovables. La necesidad del almacenamiento surge cuando el objetivo es eliminar completamente a los fósiles.

Da igual que sea con renovables, con nucleares o con una mezcla de ambas. En todo caso se requiere almacenamiento. Si hasta ahora ni las nucleares ni las renovables han utilizado almacenamiento masivo es porque no han buscado eliminar completamente el uso de fósiles. No es el 100% Renovable lo que necesita almacenamiento sino el 0% Fósil. 

“Pero no es lo mismo, La fotovoltaica necesita almacenamiento porque por la noche no puede generar y por lo tanto necesita almacenamiento para remplazar a la generación fósil por la noche. Pero la nuclear puede generar siempre, así que no necesita almacenamiento.”

Si, eso parece “a priori” pero como dije el sistema eléctrico es mas complicado y no siempre es como parece. Pero si intentamos remplazar la generación fósil, por nucleares veremos que también surge la necesidad de almacenamiento.

Empecemos desde el principio. Para remplazar la energía fósil por energía nuclear en la generación eléctrica, lo primero que necesitamos saber es cuantos fósiles necesitamos remplazar, para poder calcular cuantas nucleares necesitamos construir.

Esta sería una respuesta fácil de responder, sino fuera por el hecho de que la generación con fósiles varia enormemente de unos momentos a otros.

 

Por ejemplo, el 20/2/2021 a medio día solo se generaron 700MW con carbón y gas. Un solo reactor nuclear mediano habría bastado para eliminar la generación fósil.

Pero el 5 de diciembre del 2017, el gas y el carbón generaron mas de 24GW, se necesitarían 24 centrales nucleares para remplazar esta generación.

Esto son las dos situaciones extremas a lo largo de los años. En medio se dan todas las situaciones posibles.

¿Cuántas centrales nucleares instalamos?

No podemos decidir cuantas centrales nucleares instalar en base a un solo momento, hay que analizar un periodo largo. 

Como puede verse la generación con y gas y carbón tiene una enorme variación. Son curvas muy complejas y difíciles de interpretar. Para facilitar el analisis pongamos un poco de orden, sumando la generación de carbón y gas de cada una de las horas y ordenan de mayor a menor. 

Obtenemos así, la curva monótona de la generación fósil.

Es necesario dedicar un poco de tiempo a entender estas curvas monótonas ya que todo el analisis posterior se basa en ellas. En esta grafica se representa la generación eléctrica con fósiles(carbón y gas) de todas y cada una de las horas del año. Pero en lugar de representarlas ordenadas cronológica, del 1 enero al 31 de diciembre, se representan ordenadas de mayor a menor.

En el extremo de la derecha tenemos los momentos en los que coinciden sol y fuertes vientos, con una baja demanda. Lo que lleva a que casi todas las térmicas están paradas. En el extremo de izquierda tenemos los momentos en los que las centrales térmicas están quemando carbón y gas a saco. Son los momentos en los que coincide una gran demanda, con una baja generación renovable (poco viento, de noche etc)

La ventaja de esta grafica es que podemos de un vistazo la emisiones de todo el año, incluyendo esas noches sin viento que tanto preocupan a los críticos con las energías renovables.

El área bajo la curva es la generación eléctrica fósil anual. (84TWh) Se busca minimizar este área hasta las cero emisiones, lo máximo posible. Es decir hasta las emisiones cero.

Veamos como se reducen las emisiones al instalar nueva potencia nuclear.

Supongamos que instalamos 5GW de potencia nuclear. Las nucleares son capaces funcionar todas las horas del año de manera constante. (obviemos para simplificar la necesidad de paradas). Esta potencia nuclear desplazara hacia abajo la curva monótona fósil. Si en una determinada hora se generaban 12 GW con fósil, ahora se reducirán a 7GW. Cuando se consumían 9GW se reduce a 4GW.

Sumando todas las horas se  han conseguido reducir la generación fósil a la mitad, ha pasado de 84Twh a 42TWh. Todo un éxito

Un podría pensar que si con 5GW eliminamos la mitad de los fósiles con 10GW  ya tendríamos el problema resuelto.

Pero hay un pequeño problemilla a la derecha. La curva baja tanto que llega a valores negativos. Si una hora solo se estaban generando 3GW con fósiles… no se pueden reducir 5GW. O dicho de otra manera sobra energía nuclear. Hay que reducir su generación.

Este presenta un inconveniente técnico, ya que la regulación de las centrales nucleares no es sencilla. Pero el operador nuclear nos asegura que se puede hacer. Así que consideremos que es posible.

La nucleares no estarían operando de manera constante al 5GW, sino que unas pocas horas al año reducirían su potencia para adecuarla a la demanda. Esto supone que se infrautilicen las nucleares, el factor de carga bajaría del 100% al 95%. Podrían haber producido un 5% mas de energía, pero no lo han hecho porque no había demanda para ello. En rojo la energía desaprovechada.

Como todavía quedan 42TWh de generación fósil, sigamos instalando nucleares, Instalemos otros 5GW.

Estos 5GW nuevos de energía nuclear no tienen tanto éxito como los otros, su factor de carga ha caído hasta un 53%. Y solo hay reducido el consumo de en 23TWh. Siguen quedando 19Gw por reducir. Instalamos otros 5GW.

 Y nos quedamos con 15GW. Sigue reduciéndose el factor de carga. Durante la mayor parte de las horas del año, las nucleares generan por debajo de su capacidad máxima, podrían generar mucha más energía, pero no lo hacen porque no hay demanda esas hora. Pero a la izquierda del todo, sigue siendo necesario quemar fósiles durante unas pocas horas.  Instalamos 5GW y llegamos a los 20GW

Vemos que casi casi hemos eliminado el uso de combustibles fósiles, el área verde casi ha desaparecido, es tan pequeña que he tenido que ampliar la zona para apreciarla. Solo funcionan las centrales térmicas  una 20 horas al año. El resto de tiempo, sobra energía nuclear y tenemos muchas centrales nucleares paradas por falta de demanda..

Para eliminar completamente los fósiles, no nos queda otra que construir mas nucleares, hasta alcanzar los 25 GW y poder garantizar el suministro eléctrico todas y cada una de las horas del año, sin quemar un solo gramo de combustible.

Las ultimas nucleares que construyamos se utilizaran menos de 10 horas al año. Estarán paradas casi todo el tiempo. Y solo se utilizaran en  momentos muy excepcionales en los que coincida una gran demanda de electricidad con una baja generación renovable. 

Si, se puede cubrir completamente la demanda eléctrica pero  construir una central nuclear que va a estar para prácticamente todo el tiempo, a la espera de que un día se alineen los astros y sea necesario contar con ella, no parece que sea muy rentable ni eficiente.

Supongo que ya habrán visto que hay una solución mejor. A la derecha nos sobra energía,  a la izquierda nos falta energía. ¿Y si guardáramos la energía que sobra a la derecha para utilizarla a la izquierda  en lugar de construir centrales nucleares  infrautilizadas?

De esta manera en lugar de tener que construir 25GW, solo harían falta 10GW.

Eso es precisamente lo que hace el "almacenamiento" trasladar energía de las horas donde sobra a las horas donde falta.

¿Ven como no era tan absurda y alocada la idea de usar almacenamiento con la nuclear?

Como podéis ver la necesidad de almacenamiento, no se debe a la variabilidad en la generación. Hemos considerado que las nucleares pueden generar el 100% del tiempo, sin mantenimientos ni paradas. La necesidad de almacenamiento surge de tener que remplazar completamente a los fósiles cuya demanda es variable.

Todos estos números demuestran que podríamos eliminar completamente la generacion fósil y llegar a cero emisiones, instalando 10GW (unos 6 reactores EPR) y almacenamiento. Tal como piden los pronucleares.

Cierto, se podría hacer esa solución. Pero hay una mejor, las renovables también remplazar a los combustibles fósiles y lo hacen de manera más rápida y barata. De hecho, llevan años haciéndolo.

Los datos que hemos estado utilizando todo este tiempo son del 2017. Las cosas han ido cambiando.

Las renovables han ido erosionando la generación fósil. Cada año se va reduciendo.

Esto no son suposiciones de como bajaría instalando nueva potencia…Es como ha bajado realmente.

Esto hace que si en el 2017, se necesitaban 6 EPR + almacenamiento para remplazar a los fósiles, en el 2021 solo se necesitarían 3EPR + almacenamiento.

Cada vez se instalarán más renovables y se seguirá bajando la curva monótona de generación fósil. A partir de cierto momento habrá horas en las que se desconecten completamente los fósiles. Primero ocurrirá un ventoso domingo de marzo, pero cada vez serán más frecuentes.

Empezara a sobrar generación renovable durante algunas horas del año. Cada vez más.

A la izquierda de la gráfica, las noches de invierno sin viento… seguirá faltando energía. Se puede utilizar almacenamiento igual que con la nuclear. Llevar los excedentes de la derecha a la izquierda.

Pero son menos que en el caso de la nuclear, por dos razones.

1) La renovable es mucho mas barata, se puede instalar en exceso y perder parte de la energía. La nuclear es mas cara y no se puede permitir desaprovecharla.

2) Es más flexible y se adapta menor a la demanda.

Desde el 2017 la generación fósil se ha reducido en  38TWh, que es el equivalente a 4,7GW de nucleares o 3 reactores EPR.

Pero no se ha reducido la generación fósil de manera homogénea a lo largo de todas las horas del año. Se ha reducido mas en los momentos de mayor consumo y menos en los momentos de menor consumo.

Es decir, el efecto de las renovables no es equivalente a instalar 3 nucleares. Por qué las nucleares reducirían la generación fósil, siempre la misma cantidad. Mientras que las renovables reducen mas en las horas que mayor consumo fósil había.

Esto se debe al crecimiento de la solar que genera durante las horas de sol, que es cuando hay mayor demanda eléctrica y cuando más fósiles se quemaban.

Esta adecuación de las renovables  al perfil de generación fósil, reduce la necesidad de almacenamiento. En contra de la intuición, reducir la generación fósil con energías renovables podría requerir menos almacenamiento que hacerlo con nucleares.

Las renovables se van a seguir instalando. Reduciendo el hueco térmico.

Teniendo en cuanta lo rápido que se esta cerrando el hueco térmico, y que se tardan 10-15 años en proyectar y construir una nueva central nuclear. Para cuando esta estuviera en funcionamiento no tendría hueco. 

Con las nucleares podíamos llegar a cubrir toda la demanda instalando 25GW,  aunque sobrase energía el 99% del tiempo era posible hacerlo. Pero con las renovables es imposible, Por mucha potencia que pongas, siempre habrá noches sin viento en las que sea completamente imposible cubrir con  renovables. Por lo que siempre habrá un hueco para la nuclear.

Cierto. Pero mira que forma va a tener ese hueco, va a ser un estrecho y puntiagudo pico de unas pocas horas a la izquierda. El hueco que necesitan las nucleares es uno plano, uno en el que puedan generar todas las horas del año y tener un elevado factor de carga.

No puedes construir una nuclear para tenerla funcionando solo las noches sin viento, con pertinaz sequia y con récord de demanda eléctrica.

Nota pedante para tiquismiquis:

Con el termino de almacenamiento, me refiero a cualquier cosa que permita trasladar energía de la izquierda a la derecha. No tienen porque ser solo "pilas gordas". Pero hay otras muchas alternativas:

1. Hidráulica( reduce su generación a la izquierda para generar mas a la derecha)
2. Intercambios internacionales.(Exporta electricidad a la izquierda y la importa a la derecha)
3. Cambios en la demanda. Trasladar parte de la demanda de la derecha a la izquierda.. Por ejemplo  cambiado la hoja a la que pones, la lavadora o el calentador de agua.
4. Producción de Hidrogeno, Metano, Amoniaco etc, con los excesos de electricidad.
5. Mas cosas que  me estoy olvidando.

Todas estas medidas, aunque  siendo rigurosos no están almacenando la electricidad, están teniendo el mismo efecto sobre las curvas monótonas.