Central fotovoltaica de Shichengzi en Hami, Xinjiang. Gran parte de la expansión eólica y solar de China a través de sus nuevas bases energéticas se produce en las regiones occidentales del país, menos pobladas, menos desarrolladas económicamente y con menor demanda de energía.

La expansión de las energías renovables en China ha mantenido un ritmo impresionante en los últimos 10 a 15 años.

En 2005, la introducción de la Ley de Energías Renovables estableció tarifas reguladas para fomentar el desarrollo de las energías renovables. Desde entonces, el crecimiento anual de la energía eólica y solar en China ha representado la mitad, si no más, del total mundial. A partir de 2010, China experimentó una expansión anual de la capacidad eólica de entre 20 y 35 gigavatios (GW), mientras que la solar creció aún más rápido, con entre 30 y 50 GW anuales. En los cinco años transcurridos desde 2015, ambas sumaron entre 50 y 60 GW anuales.

A pesar del impacto de Covid-19, el fuerte crecimiento de las energías renovables ha continuado desde 2020, con más de 100 GW de eólica y solar añadidos anualmente. En 2022, se añadieron 150 GW de nueva capacidad renovable, incluyendo hidroeléctrica, eólica, solar y bioenergía, según las cifras publicadas por la Administración Nacional de Energía (NEA) en febrero. La eólica y la solar representaron 125 gigavatios de la nueva capacidad total y el 13% de toda la electricidad generada. A escala mundial, la proporción es del 10%.

Según las cifras de la NEA, la generación de renovables en 2022 evitó unos 2.260 millones de toneladas de emisiones de dióxido de carbono. Utilizando como referencia para la generación de electricidad a partir del carbón 300 gramos de carbón por kilovatio hora, esto significaría que un kilovatio hora de generación de renovables reduce las emisiones de carbono en 837 gramos. Pero creemos que se ha sobrestimado la reducción de emisiones de las renovables, sobre todo teniendo en cuenta las repercusiones operativas y de inversión de las «nuevas bases energéticas» de China, proyectos de desarrollo de energías renovables a gran escala, situados principalmente en las remotas regiones occidentales del país.

Estas bases están estimulando la inversión adicional en energía de carbón, con las fuentes de energía renovables y fósiles agrupadas para su transmisión a las provincias orientales. Además, hay problemas con la integración de estas instalaciones en la red.

Renovables y carbón, avanzando codo con codo
Hasta qué punto las energías renovables sustituyen a la generación tradicional de electricidad y reducen así las emisiones de gases de efecto invernadero es un tema sobre el que deliberan los académicos, los responsables políticos y la industria eléctrica.

Las emisiones varían según las características del sistema eléctrico, pero la variable principal es la forma de energía que se ve «desplazada» por la nueva eólica o solar.

En todo el mundo, los sistemas diseñados para minimizar los costes suelen utilizar un enfoque de «despacho económico» que ordena las instalaciones de generación por coste marginal, dando prioridad a las más baratas. Así, cuando se pone en marcha una nueva generación de energía renovable, compite con las instalaciones existentes y elimina cualquier generación que sea más cara, junto con las emisiones asociadas.

Si, como puede ocurrir en Escandinavia, la instalación más cara es la hidroeléctrica, la reducción de emisiones puede ser prácticamente nula. Pero si la generación más cara es la de gas, las reducciones de dióxido de carbono por kilovatio hora serán de entre 400 y 600 gramos. Este habría sido el caso en la mayor parte de Europa occidental durante 2022, ya que los precios del gas eran muy altos.

¿Y en China o India, donde el carbón representa el 50% o más de toda la generación? Si una central de carbón se ve superada por la nueva generación renovable, la reducción de emisiones puede ser aún mayor, en torno a 700-1.000g por kilovatio hora, dependiendo de la eficiencia energética de la conversión del carbón. Las cifras de la NEA anteriores suponen una sustitución del carbón al 100%, lo que representa el mayor impacto en circunstancias ideales. Sin embargo, el enfoque de despacho económico no se utiliza actualmente en China.

En China, una parte significativa de la nueva capacidad de generación no está conectada a la red local, por lo que no sustituye a la generación existente. Gran parte de la expansión eólica y solar de China a través de sus nuevas bases energéticas se produce en las regiones occidentales del país, que están menos pobladas, menos desarrolladas económicamente y tienen menos demanda de energía. La generación renovable se combina con la energía de carbón nueva o existente y se envía a través de líneas de transmisión de muy alta tensión (UHV) a las provincias costeras orientales. Las disposiciones para el desarrollo de las energías renovables en el XIV Plan Quinquenal, el proyecto político de China para 2021-25, exigían que las energías renovables representaran no menos del 50% de la combinación «hidroeléctrica, eólica, solar y de carbón».

Y como hay algunas líneas de transmisión exclusivamente hidroeléctricas que suministran electricidad 100% renovable, incluso una contribución de la energía del carbón del 70% a través de otras líneas podría cumplir ese requisito medio. En otras palabras, sin la inversión en energía eólica y solar, la construcción y generación de electricidad a partir del carbón no se habría producido. Ambas cosas son complementarias. Los registros de las líneas de transmisión existentes (para 2021, 2020 y 2019) lo confirman: la eólica y la solar representan entre el 20% y el 40% de la energía enviada por la mayoría de las líneas de transmisión transregionales. Una nueva línea prevista desde Hami, en Xinjiang, hasta Chongqing vendrá con 10 GW de generación renovable y 4-6 GW de energía de carbón.

¿La generación de energía renovable en el oeste de China reduce la inversión y el funcionamiento de los activos de energía de carbón en el este? Desde luego, no reduce la inversión. Los sistemas eléctricos utilizan un «Criterio N-1» para garantizar un funcionamiento seguro. Esto significa que el sistema debe ser capaz de mantener un funcionamiento normal si falla alguna de sus partes, por lo que las regiones orientales deben asegurarse de que pueden satisfacer la demanda local de energía si se cae toda una línea de transmisión.

Para ello recurren en parte a la energía de carbón como reserva en caso de emergencia. Dado que las instalaciones de carbón tienen una vida útil de entre 35 y 40 años, frente a los 20 años de la eólica y la solar, existe el riesgo de que la inversión en carbón para cumplir los requisitos de N-1 y de reserva fije las emisiones a largo plazo.

Y en las operaciones reales, la sustitución del carbón por las energías renovables no se acerca ni de lejos a una proporción 1:1. En cambio, el 70% de la energía de carbón producida en el oeste de China y el 30% de la eólica y la solar se utilizan para sustituir a la generación a partir de combustibles fósiles en el este del país. En la mayoría de los casos, esto significa que una central de carbón sustituye a otra. Aunque la instalación entrante sea más eficiente y, por tanto, emita menos carbono, esos beneficios se ven mermados por las importantes pérdidas de transmisión a larga distancia, las unidades locales del este que funcionan con menos eficiencia porque deben adaptarse a importaciones inflexibles de energía y las pérdidas de transmisión locales.

Así pues, el aumento de la capacidad de las energías renovables no sustituye necesariamente a la generación con combustibles fósiles, como cabría esperar. Hicimos algunos cálculos para la línea de transmisión de larga distancia entre Hami, en Xinjiang, y Zhengzhou, en Henan, que funciona desde hace algunos años. La línea tiene una longitud de 2.200 kilómetros, una potencia nominal de 8 GW y unas pérdidas de transmisión del 7,2%. La capacidad de generación asociada incluye 8 GW de energía eólica, 1,25 GW de energía solar y 6,6 GW de energía de carbón, para un total de 15,85 GW.

Hemos comprobado que la reducción de emisiones derivada de la política de exigir que las energías renovables representen no menos del 50% del mix hidroeléctrico, eólico, solar y de carbón se redujo en 360 g de CO2 por kilovatio hora, en comparación con el caso ideal. En la práctica, si se añade más carbón (el porcentaje suele ser del 70% o incluso superior), los efectos de reducción de las emisiones se reducen en casi 100 gramos. Las eficiencias de transmisión recortan aún más las reducciones, en más de 50g. Incluso ignorando una mayor contracción de la eficiencia en el destino, las reducciones reales de emisiones se sitúan en torno a los 356 g por kilovatio hora, cerca del 40% de una sustitución directa de carbón por energías renovables y aproximadamente equivalente a un cambio de carbón a gas.

En términos climáticos y de emisiones, las renovables se parecen más al gas natural.

Además, esto conlleva una inversión adicional en energía de carbón que corre el riesgo de bloquear las emisiones durante más tiempo. Por supuesto, alguien puede argumentar que la potencia extra de carbón es temporal y que se retirará cuando las emisiones alcancen su punto máximo y empiecen a descender. Por lo tanto, la capacidad no significará necesariamente un consumo de carbón y unas emisiones de carbono proporcionales. En teoría, esto es posible. Sin embargo, es más probable que la energía de carbón siga utilizándose como hasta ahora, si no más.

El sistema eléctrico chino sigue careciendo de un mecanismo de competencia basado en el coste marginal a corto plazo -en otras palabras, no utiliza el método de despacho económico- y el creciente porcentaje de renovables conectadas a las líneas de transmisión también implica menores tasas de utilización, debido a la intermitencia de las renovables. Mantener los precios actuales de la transmisión retrasará aún más la amortización de la inversión en líneas de transmisión. Pero si se suben los precios, la electricidad suministrada será menos competitiva o bajarán los precios pagados a los generadores de las regiones occidentales. Pase lo que pase, entrará en conflicto con los intereses políticos y económicos de varias partes interesadas poderosas.

¿Qué proporción de la energía renovable china está combinada con carbón?
Las cifras son incompletas, pero hay más de 20 proyectos similares a la línea de transmisión Hami-Zhengzhou (póngase en contacto con el autor para obtener la lista completa). Un tercio son líneas hidroeléctricas dedicadas en el suroeste del país. Alrededor del 50% de la capacidad de generación de las demás líneas es de carbón. Esto nos permite estimar que entre el 35 y el 40% de la capacidad eólica y solar construida en los últimos cinco años se ha combinado de este modo con energía de carbón.

Si la energía eólica y la solar no tienen el impacto esperado en las emisiones, habrá consecuencias obvias para los datos mundiales de generación de energía y nuestra comprensión del desarrollo de las energías renovables. Según el Sexto Informe de Evaluación del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático, las energías eólica y solar son las más prometedoras entre las opciones de mitigación rentables, con un papel especialmente importante hasta 2030, ya que otras opciones son poco prácticas, difíciles de ampliar o demasiado caras.

Según los cálculos de la Agencia Internacional de la Energía, el sector de la energía solar ya está en camino de alinearse con un escenario de calentamiento global de 1,5C a partir de 2030, si se incluyen los planes de energía solar ya anunciados. Las cifras recopiladas por Bloomberg indican que el 85% de la capacidad de generación eléctrica añadida en 2021 procedía de energías renovables, principalmente solar y eólica. MCC, un grupo de reflexión sobre energía y clima con sede en Berlín, incluyó este dato en su calendario de buenas noticias sobre el clima para 2022. Pero todo esto se basa en el supuesto de que las energías renovables sustituirían a los combustibles fósiles y reducirían así las emisiones lo suficiente.

A pesar del crecimiento acelerado de las energías renovables en China, el aumento de la proporción de renovables en el mix energético no ha sido tan destacado. Mientras tanto, el consumo de carbón y las emisiones siguen creciendo, incluso rápidamente. Un factor importante es la complementariedad carbón-renovables. Cálculos no oficiales para 2021 muestran que las emisiones de gases de efecto invernadero de China aumentaron un 5,9% respecto a 2019. En 2022, la generación a partir de renovables creció significativamente, casi un 2%. Ese año, las distorsiones de los precios redujeron la generación de electricidad a partir del carbón, con el consiguiente racionamiento eléctrico de dos semanas en Sichuan.

La caída de la generación de electricidad a partir de carbón «exageró» la generación renovable en términos porcentuales. Las cifras preliminares para 2022 indican que el consumo de carbón subió un 3% o más en comparación con 2021, hasta un nuevo máximo. Las emisiones, por su parte, pueden haber subido más de un 1,5% a pesar del impacto de los estrictos cierres de Covid.

¿Por qué se agrupan las renovables con el carbón?
La combinación de energía eólica y solar con carbón no tiene sentido desde el punto de vista económico. Las líneas de transmisión de larga distancia existentes no tienen ninguna función de interconexión que permita un despacho flexible de la energía entre regiones. Para equilibrar la oferta y la demanda, lo más estable, práctico y rentable es generar, distribuir y consumir la energía más localmente. Por ejemplo, conectar la red del noroeste de China y la del norte requeriría una conexión de sólo 500 kV o inferior, de no más de unos cientos de kilómetros como máximo. Eso significa unas líneas de transmisión más cortas, de menor capacidad y más baratas que en el planteamiento de la nueva base energética, que no tiene en cuenta las necesidades locales. Entonces, ¿por qué el modelo de transmisión inflexible a larga distancia? Puede que se deba a cuestiones político-económicas, en particular a la forma en que interactúan los gobiernos central y locales y se reparten los ingresos fiscales.

La línea de transmisión de ultra alta tensión de Baihetan a Jiangsu es una pieza clave de la estrategia china de «transmisión de energía oeste-este» (Imagen: Alamy)
Recientemente han surgido indicios de cambios en este planteamiento para ampliar las energías renovables. El modelo de transmisión a larga distancia no tiene en cuenta los cambios en la oferta y la demanda en los extremos de generación y consumo, lo que dificulta los ajustes operativos y garantiza la seguridad energética. Dada la rápida evolución del entorno internacional, éste es sin duda un punto débil de la seguridad energética y eléctrica de China. En noviembre de 2022, un directivo de la red que intervino en la reunión anual del Consejo de Electricidad de China afirmó que: «insistir en el equilibrio localizado (dando prioridad a los recursos e infraestructuras locales), y ayudar a mantener el equilibrio regional cuando sea necesario, trabajar para resolver la falta de capacidad para ayudar a responder a los picos de demanda de emergencia, y garantizar la seguridad».

En la rueda de prensa de la Administración Nacional de Energía antes mencionada, se destacó el papel de la energía solar distribuida «al estilo chino». Sin embargo, no creemos que la cuestión sea la generación distribuida o centralizada. Es la necesidad de un mercado único, de una integración flexible en la red y de desarrollar la eólica y la solar teniendo en cuenta la naturaleza de esas fuentes de energía.

Las nuevas bases energéticas de China no son intrínsecamente problemáticas, ya que ofrecen un valioso recurso en forma de energía renovable barata y abundante. Sin embargo, para maximizar los beneficios de este recurso, estas bases deberían construirse sin la generación eléctrica de carbón que las acompaña y sin la instalación de líneas de transmisión de alto coste e ineficientes que no tienen en cuenta la demanda dinámica. En su lugar, estas bases deberían recalibrarse para facilitar las conexiones normales a la red o reutilizarse para la producción de e-combustibles, como hidrógeno, amoníaco o metano. Este enfoque ayudaría a resolver el problema de las emisiones asociado al enfoque actual, al tiempo que mejoraría la competitividad. Dada la reciente dinámica mencionada, encontramos motivos para el optimismo.

Una situación similar, en la que la capacidad de las energías renovables no conduce a una reducción de las emisiones, podría darse fuera de China cuando no se aplican los principios del despacho económico, por ejemplo en el Sudeste Asiático, Asia Central y Occidental y la India. Es necesario analizar casos concretos para encontrar soluciones prácticas.

Las reformas del sistema eléctrico y la seguridad climática deben ir de la mano
La generación de energía eólica y solar suele ser más barata que las fuentes de energía tradicionales. Esto es necesario para una descarbonización rápida y asequible del sector eléctrico, pero no es suficiente. En la mayoría de los países en desarrollo, las mejoras de flexibilidad asociadas a la integración de las energías renovables en la red (paradas y arranques rápidos, tasas de rampa más rápidas, nivel de producción mínimo) y las reformas operativas (despacho económico más granular), así como los mecanismos de coordinación del mercado (por ejemplo, segmentos de mercado más grandes, más rápidos y más cortos) deben evolucionar en paralelo.

En China, cuando la red empezó a integrar la energía eólica y solar, se produjeron importantes problemas de recorte (despilfarro) de electricidad. Esto se debió a la falta de flexibilidad de la red y del funcionamiento del sistema, que no siempre permitía utilizar la capacidad adicional. Esto se ha resuelto con una regulación centrada en las tarifas de restricción. Sin embargo, a pesar de la enorme generación adicional de nuevas energías renovables conseguida, la reducción de emisiones no siempre se realiza plenamente debido a factores a nivel del sistema que impiden su traducción en beneficios medioambientales tangibles.

Aunque somos cautelosamente optimistas, debemos dejar claro que las reformas eléctricas y la seguridad climática deben ir de la mano. Unidas, ambas tendrán éxito; separadas, ambas fracasarán.

Fuente: Reporte Asia