joanvila |
dilluns, 6 de novembre de 2006 | 07:48h
He explicat en altres articles que una de les característiques de l´electricitat és que no sabem emmagatzemar-la, que la hem de consumir al mateix temps que la produïm. Això ha desenvolupat un sistema elèctric particular. Per exemple, el sistema ha de ser vigilat per un operador que determina qui produeix a cada moment l´electricitat a fi i efecte que s´ajusti a la que es demana. Fig 1. La corba de l´esquerra és de l´11 de gener d´enguany, i la de la dreta és del passat dimecres dia 1 de novembre. Podem observar com la corba de gener va tenir una demanda mínima de cap a 25.000 MW, i com a la corba del dia 1 va ser la màxima la que va ser de cap a 25.000 MW. En la corba de gener algú va haver de produir electricitat només durant les hores que anaven de les 8 del matí fins a les dotze de la nit. Aquesta producció es va haver d´aturar després de la mitjanit per manca de consum.
També hem explicat la diferència de consum entre el dia i la nit, i entre dies feiners i dies festius. Les corbes de www.ree.es ens ensenyen aquestes variacions. Tot això fa que el sistema elèctric sigui difícil de manejar, de gestionar. En el sistema elèctric algú ha d´ordenar aquesta complexitat, i aquest és el poder públic. Amb la transició a la liberalització que estem fent avui sovint es perd de vista aquesta necessitat de qui ordena. Per exemple, algú ens ha de dir si tècnicament hi ha prou centrals de cicle combinat, o nuclears, o parcs eòlics, o centrals hidroelèctriques,...
Recordo un altre aspecte del qual vàrem parlar un dia; l´energia eòlica es produeix quan bufa el vent, no coincidint sempre que hi ha la demanda necessària. Això complica la situació de l´operador del sistema, obligant-lo sovint a desconnectar parcs eòlics de la xarxa elèctrica.
Què pot fer el sistema de producció elèctrica per anar adaptant-se a les variacions de la demanda?
Les centrals nuclears no varien la seva producció; tenen moviments lents en l´evolució de la producció, van a pinyó fix. Altres centrals varien la producció lleugerament. Són les centrals de cicle combinat, que disminueixen la seva potència fins a percentatges del 60 a 70% del seu valor màxim; en aquest grup també s´hi troben les centrals de cogeneració amb turbina de gas.
Per sota d´aquesta potència mínima el rendiment de les centrals cau en excés. Unes altres centrals poden disminuir la seva producció fins a aturar-la, com les centrals de cicle simple de carbó o de fuel-oil. Aquestes tenen mal rendiment en ser de cicle simple, però són àgils; per poder tornar a la producció és necessari que quan aturen no refredin les seves calderes de producció de vapor, mantenint-se en estat latent. En aquest grup també hi hem de posar les centrals de cogeneració amb motor, les centrals de biomassa (si el seu procés no és gasificat) i les centrals hidroelèctriques amb grans embassaments quan tenen aigua.
Finalment trobem el grup de les centrals que aporten energia quan n´hi ha, com la solar o l´eòlica; per la seva característica no produeixen quan la corba ho necessita, sinó que ho fan quan ho poden fer, quan el seu vector està disponible. I si parlem de més sistemes renovables com l´aprofitament de les marees o de les ones del mar també ens trobarem amb la mateixa característica: la seva aportació al sistema no sempre es fa quan convé.
És veritat que el sistema elèctric sempre ha vist les energies alternatives com una cosa exòtica, que no altera el conjunt del sistema. Ho va veure així amb el principi de la cogeneració als anys 80 fins que aquesta va arribar a tenir una producció de 4.000 MW. Llavors la va veure com una competència a frenar. La mateixa cosa ha passat amb l´energia eòlica. Mentre aquesta no ha tingut una producció superior als 5.000 MW, ha estat benvinguda, però quan ha arribat als 11.000 MW actuals i quan ha dit que pot arribar a una potència instal·lada de 35.000 MW, llavors és impossible, el sistema no ho pot aguantar. I per tant és evident que és el camí que hem de fer. El que passa és que ha deixat de ser una tecnologia exòtica per esdevenir una tecnologia que exigeix canvis importants en l´estructura del sistema elèctric.
Quan el ministre Montilla va venir a una reunió amb empresaris a Figueres li vaig preguntar si no li semblava que la previsió de potència del pla d´energia per a noves centrals amb cicle combinat no era desmesurada, car feia el sistema més rígid; em va respondre que no em preocupés que al preu que anava el gas la previsió no es compliria. La resposta que esperava era que havien decidit revisar el Pla per fer possible la connexió de més energia eòlica.
Si les centrals nuclears aporten 8.000 MW, si les centrals de cicle combinat aporten 26.000 MW, el 70% dels quals fan 18.000 MW de potència mínima, si les petites centrals hidràuliques i les de cogeneració aporten 1.600 MW, la suma de totes elles dóna una potència base mínima difícil de baixar de 27.000 MW. Com ho fem en un dia com dimecres passat on durant tot el dia la demanda va estar per sota d´aquesta producció mínima? Doncs emmagatzemant electricitat amb turbines bomba. A Espanya tenim una potència de turbines bomba de 5.340 MW.
Els sistemes d´emmagatzematge d´electricitat possibles són els següents: el sistema de turbina bomba, l´emmagatzematge per aire comprimit, les bateries, els volants d´inèrcia, els sistemes de calor latent i calor sensible, els imants superconductors i l´hidrogen.
Bombeig d´aigua turbinada. El més emprat és el sistema de bombeig d´aigua turbinada. El sistema consisteix a apujar l´aigua des d´un dipòsit inferior a un altre superior durant els períodes de baixa demanda elèctrica, mentre que el sistema opera com una central hidroelèctrica convencional durant les hores punta. La quantitat d´energia emmagatzemada depèn de la diferència d´altures entre els dipòsits i de la capacitat d´aigua emmagatzemada. Aquest sistema es caracteritza per la seva elevada capacitat de resposta i rendiments globals alts de 75%. És el millor sistema actualment i el que està més a l´abast.
Aire comprimit. El sistema per aire comprimit emmagatzema aire a 80 bar en dipòsits soterranis naturals o artificials, com poden ser mines abandonades o aqüífers. Durant les hores de baixa demanda es comprimeix l´aire amb compressors elèctrics i s´emmagatzema. Durant les hores punta l´aire és enviat a una turbina de gas d´una central de cicle combinat. El rendiment de la turbina es veu millorada pel fet que 2/3 parts de la seva potència es necessita per comprimir l´aire que consumeix la mateixa turbina, estalviant aquesta energia. La dificultat rau en trobar el dipòsit soterrani i en l´elevat cost d´instal·lació.
Bateries o piles. Les bateries o piles són dispositius electroquímics que converteixen l´energia elèctrica en energia química durant la càrrega de la bateria; a la inversa, durant la descàrrega converteixen l´energia química en energia elèctrica. La bateria més coneguda és la dels cotxes que consisteix en una combinació de plom amb un àcid. La seva capacitat d´emmagatzematge depèn de la tensió i de la quantitat de plom. S´estima que per emmagatzemar 1 kwh es necessiten entre 20 i 40 kg d´àcid, essent un inconvenient en el dimensionalment del sistema. Hi ha altres bateries com les de clorur de zenc i aigua, les de liti i les de sulfur de sodi. El cost, la durada, l´eficiència, la vida útil de la bateria, així com l´energia que pot proporcionar per unitat de volum i pes són les principals característiques de cada pila.
Volants d´inèrcia. Els volants d´inèrcia són rodes giratòries construïdes amb un material molt resistent a la tensió i amb una distribució de matèria que permet suportar grans velocitats. El volant forma part del rotor d´un motor elèctric i l´energia elèctrica de les hores vall s´emmagatzema en ell en forma d´energia cinètica. En situacions punta, el volant torna l´energia emmagatzemada al motor que passa a actuar com a generador. L´energia és directament proporcional al moment d´inèrcia del volant i per tant de la seva massa i del quadrat de la velocitat de gir. Existeixen diferents volants: anells concèntrics units per resines, milers de petites fibres unides en el centre, rodes de grossor decreixent i anells sostinguts magnèticament. Per generar electricitat els volants es posen dins uns recintes amb buit per evitar la fricció amb l´aire i es connecten a un motor generador. Aquest sistema no pot emmagatzemar grans quantitats d´energia, i és més car que les bateries convencionals.
Sistemes de calor latent. Els sistemes de calor latent o sensible aprofiten aquest calor emmagatzemant-lo. El sistema aprofita el calor que produeix una substància quan canvia d´estat. El canvi de sòlid a líquid és el més emprat a la pràctica. Per emmagatzemar el calor s´utilitzen llits de roca, aigua calenta, líquids orgànics, metalls, rajols sals,... per seleccionar aquests materials s´ha de considerar els que tinguin una alta capacitat calorífica (calor sensible) o un valor elevat de calor de fusió (calor latent). En ambdós casos la temperatura màxima i la mínima, així com la densitat d´energia, són els criteris que pesen més per elegir un material adequat. El sistema té una baixa eficiència.
Imant superconductor. Un imant superconductor és una bobina de material superconductor (un fil enrotllat a un nucli) pel qual es fa passar un corrent elevat, que produeix un camp magnètic. En els imants superconductors l´energia emmagatzemada és proporcional al quadrat del camp magnètic produït. S´han proposat emmagatzemar energia amb grans bobines soterrades a terra, fetes amb materials superconductors, doncs els camps magnètics serien intensos. Així es podria aconseguir que el corrent elèctric es mantingui circulant en la bobina sense pèrdues. Les bobines haurien de ser refrigerades per obtenir les condicions de superconductivitat. És un sistema per emmagatzemar grans quantitats d´energia, encara que la dificultat de refrigeració i el seu cost el fan inviable de moment.
Hidrogen. L´hidrogen es pot obtenir quan sobra electricitat i ser emprat en piles de combustible per generar electricitat. Aquest sistema no sembla avui econòmicament rendible.
De tots els sistemes d´emmagatzematge descrits només el sistema de turbina bomba és un sistema provat, viable i utilitzat pel sistema elèctric espanyol. Com hem dit a Espanya hi ha 5.340 MW de producció amb centrals de bombeig.
Si tornem a mirar la corba de consum elèctric, és essencial pel sistema fer la corba més plana. Perquè en ser més plana no necessita tant transport i les seves pèrdues són inferiors, fent el sistema més eficient. Després perquè el sistema necessita menys capacitat de generació. Finalment perquè en ser la demanda mínima més elevada, fa possible encabir més producció eòlica dins el sistema, el punt més important en l´actualitat.
Essent una tecnologia disponible, madura, coneguda, per què el sistema elèctric no creix més amb aquesta tecnologia? Perquè no és fàcil trobar més punts geogràfics per implantar aquest sistema, encara que jo conec almenys 5 possibilitats dins l´espai geogràfic que domino. Després perquè els ecologistes veuen malament els embassaments encara que sigui el sistema de producció amb menys costos externs que existeix, però ja se sap, no hi ha res que valgui per a aquest col·lectiu.
Finalment perquè el sistema no està per la feina; la diferència de preus entre l´electricitat de dia i la de nit no és prou elevada per justificar moltes inversions com aquesta. I, el que és més preocupant, els tècnics del ministeri no creuen que diferenciar més les tarifes vall i punta aconsegueixi aplanar la corba de consum, mentre que els tècnics de les empreses elèctriques estan preocupats en altres qüestions alienes al sistema elèctric.
Per sota d´aquesta potència mínima el rendiment de les centrals cau en excés. Unes altres centrals poden disminuir la seva producció fins a aturar-la, com les centrals de cicle simple de carbó o de fuel-oil. Aquestes tenen mal rendiment en ser de cicle simple, però són àgils; per poder tornar a la producció és necessari que quan aturen no refredin les seves calderes de producció de vapor, mantenint-se en estat latent. En aquest grup també hi hem de posar les centrals de cogeneració amb motor, les centrals de biomassa (si el seu procés no és gasificat) i les centrals hidroelèctriques amb grans embassaments quan tenen aigua.
Finalment trobem el grup de les centrals que aporten energia quan n´hi ha, com la solar o l´eòlica; per la seva característica no produeixen quan la corba ho necessita, sinó que ho fan quan ho poden fer, quan el seu vector està disponible. I si parlem de més sistemes renovables com l´aprofitament de les marees o de les ones del mar també ens trobarem amb la mateixa característica: la seva aportació al sistema no sempre es fa quan convé.
És veritat que el sistema elèctric sempre ha vist les energies alternatives com una cosa exòtica, que no altera el conjunt del sistema. Ho va veure així amb el principi de la cogeneració als anys 80 fins que aquesta va arribar a tenir una producció de 4.000 MW. Llavors la va veure com una competència a frenar. La mateixa cosa ha passat amb l´energia eòlica. Mentre aquesta no ha tingut una producció superior als 5.000 MW, ha estat benvinguda, però quan ha arribat als 11.000 MW actuals i quan ha dit que pot arribar a una potència instal·lada de 35.000 MW, llavors és impossible, el sistema no ho pot aguantar. I per tant és evident que és el camí que hem de fer. El que passa és que ha deixat de ser una tecnologia exòtica per esdevenir una tecnologia que exigeix canvis importants en l´estructura del sistema elèctric.
Quan el ministre Montilla va venir a una reunió amb empresaris a Figueres li vaig preguntar si no li semblava que la previsió de potència del pla d´energia per a noves centrals amb cicle combinat no era desmesurada, car feia el sistema més rígid; em va respondre que no em preocupés que al preu que anava el gas la previsió no es compliria. La resposta que esperava era que havien decidit revisar el Pla per fer possible la connexió de més energia eòlica.
Si les centrals nuclears aporten 8.000 MW, si les centrals de cicle combinat aporten 26.000 MW, el 70% dels quals fan 18.000 MW de potència mínima, si les petites centrals hidràuliques i les de cogeneració aporten 1.600 MW, la suma de totes elles dóna una potència base mínima difícil de baixar de 27.000 MW. Com ho fem en un dia com dimecres passat on durant tot el dia la demanda va estar per sota d´aquesta producció mínima? Doncs emmagatzemant electricitat amb turbines bomba. A Espanya tenim una potència de turbines bomba de 5.340 MW.
Els sistemes d´emmagatzematge d´electricitat possibles són els següents: el sistema de turbina bomba, l´emmagatzematge per aire comprimit, les bateries, els volants d´inèrcia, els sistemes de calor latent i calor sensible, els imants superconductors i l´hidrogen.
Bombeig d´aigua turbinada. El més emprat és el sistema de bombeig d´aigua turbinada. El sistema consisteix a apujar l´aigua des d´un dipòsit inferior a un altre superior durant els períodes de baixa demanda elèctrica, mentre que el sistema opera com una central hidroelèctrica convencional durant les hores punta. La quantitat d´energia emmagatzemada depèn de la diferència d´altures entre els dipòsits i de la capacitat d´aigua emmagatzemada. Aquest sistema es caracteritza per la seva elevada capacitat de resposta i rendiments globals alts de 75%. És el millor sistema actualment i el que està més a l´abast.
Aire comprimit. El sistema per aire comprimit emmagatzema aire a 80 bar en dipòsits soterranis naturals o artificials, com poden ser mines abandonades o aqüífers. Durant les hores de baixa demanda es comprimeix l´aire amb compressors elèctrics i s´emmagatzema. Durant les hores punta l´aire és enviat a una turbina de gas d´una central de cicle combinat. El rendiment de la turbina es veu millorada pel fet que 2/3 parts de la seva potència es necessita per comprimir l´aire que consumeix la mateixa turbina, estalviant aquesta energia. La dificultat rau en trobar el dipòsit soterrani i en l´elevat cost d´instal·lació.
Bateries o piles. Les bateries o piles són dispositius electroquímics que converteixen l´energia elèctrica en energia química durant la càrrega de la bateria; a la inversa, durant la descàrrega converteixen l´energia química en energia elèctrica. La bateria més coneguda és la dels cotxes que consisteix en una combinació de plom amb un àcid. La seva capacitat d´emmagatzematge depèn de la tensió i de la quantitat de plom. S´estima que per emmagatzemar 1 kwh es necessiten entre 20 i 40 kg d´àcid, essent un inconvenient en el dimensionalment del sistema. Hi ha altres bateries com les de clorur de zenc i aigua, les de liti i les de sulfur de sodi. El cost, la durada, l´eficiència, la vida útil de la bateria, així com l´energia que pot proporcionar per unitat de volum i pes són les principals característiques de cada pila.
Volants d´inèrcia. Els volants d´inèrcia són rodes giratòries construïdes amb un material molt resistent a la tensió i amb una distribució de matèria que permet suportar grans velocitats. El volant forma part del rotor d´un motor elèctric i l´energia elèctrica de les hores vall s´emmagatzema en ell en forma d´energia cinètica. En situacions punta, el volant torna l´energia emmagatzemada al motor que passa a actuar com a generador. L´energia és directament proporcional al moment d´inèrcia del volant i per tant de la seva massa i del quadrat de la velocitat de gir. Existeixen diferents volants: anells concèntrics units per resines, milers de petites fibres unides en el centre, rodes de grossor decreixent i anells sostinguts magnèticament. Per generar electricitat els volants es posen dins uns recintes amb buit per evitar la fricció amb l´aire i es connecten a un motor generador. Aquest sistema no pot emmagatzemar grans quantitats d´energia, i és més car que les bateries convencionals.
Sistemes de calor latent. Els sistemes de calor latent o sensible aprofiten aquest calor emmagatzemant-lo. El sistema aprofita el calor que produeix una substància quan canvia d´estat. El canvi de sòlid a líquid és el més emprat a la pràctica. Per emmagatzemar el calor s´utilitzen llits de roca, aigua calenta, líquids orgànics, metalls, rajols sals,... per seleccionar aquests materials s´ha de considerar els que tinguin una alta capacitat calorífica (calor sensible) o un valor elevat de calor de fusió (calor latent). En ambdós casos la temperatura màxima i la mínima, així com la densitat d´energia, són els criteris que pesen més per elegir un material adequat. El sistema té una baixa eficiència.
Imant superconductor. Un imant superconductor és una bobina de material superconductor (un fil enrotllat a un nucli) pel qual es fa passar un corrent elevat, que produeix un camp magnètic. En els imants superconductors l´energia emmagatzemada és proporcional al quadrat del camp magnètic produït. S´han proposat emmagatzemar energia amb grans bobines soterrades a terra, fetes amb materials superconductors, doncs els camps magnètics serien intensos. Així es podria aconseguir que el corrent elèctric es mantingui circulant en la bobina sense pèrdues. Les bobines haurien de ser refrigerades per obtenir les condicions de superconductivitat. És un sistema per emmagatzemar grans quantitats d´energia, encara que la dificultat de refrigeració i el seu cost el fan inviable de moment.
Hidrogen. L´hidrogen es pot obtenir quan sobra electricitat i ser emprat en piles de combustible per generar electricitat. Aquest sistema no sembla avui econòmicament rendible.
De tots els sistemes d´emmagatzematge descrits només el sistema de turbina bomba és un sistema provat, viable i utilitzat pel sistema elèctric espanyol. Com hem dit a Espanya hi ha 5.340 MW de producció amb centrals de bombeig.
Si tornem a mirar la corba de consum elèctric, és essencial pel sistema fer la corba més plana. Perquè en ser més plana no necessita tant transport i les seves pèrdues són inferiors, fent el sistema més eficient. Després perquè el sistema necessita menys capacitat de generació. Finalment perquè en ser la demanda mínima més elevada, fa possible encabir més producció eòlica dins el sistema, el punt més important en l´actualitat.
Essent una tecnologia disponible, madura, coneguda, per què el sistema elèctric no creix més amb aquesta tecnologia? Perquè no és fàcil trobar més punts geogràfics per implantar aquest sistema, encara que jo conec almenys 5 possibilitats dins l´espai geogràfic que domino. Després perquè els ecologistes veuen malament els embassaments encara que sigui el sistema de producció amb menys costos externs que existeix, però ja se sap, no hi ha res que valgui per a aquest col·lectiu.
Finalment perquè el sistema no està per la feina; la diferència de preus entre l´electricitat de dia i la de nit no és prou elevada per justificar moltes inversions com aquesta. I, el que és més preocupant, els tècnics del ministeri no creuen que diferenciar més les tarifes vall i punta aconsegueixi aplanar la corba de consum, mentre que els tècnics de les empreses elèctriques estan preocupats en altres qüestions alienes al sistema elèctric.
