La demanda de gas natural para generación de electricidad alcanzó, el pasado 13 de julio, la cifra de 803,8 GWh, superando el récord también histórico de 770 GWh alcanzado el 16 de junio, y el de 764 GWh registrado el 15 de junio. Este fuerte incremento de la demanda de gas natural para generación de electricidad ha estado motivado principalmente por las altas temperaturas registradas por efecto de la ola de calor, que supone un aumento del consumo eléctrico, acompañado de una baja producción en otras modalidades de generación (hidráulica, eólica, fotovoltaica y termosolar), así como por un incremento de las exportaciones eléctricas.

Por Juan Carlos Giménez

El nuevo récord alcanzado en la generación de electricidad en centrales de ciclo combinado muestra la coordinación de los sistemas eléctrico y gasista a la hora de garantizar el suministro energético. Y pone también de manifiesto el importante papel que juega el gas natural como respaldo de las energías renovables intermitentes en momentos de récord de demanda.

Estos episodios se han iniciado este año incluso antes del inicio oficial de la estación estival, puesto que la demanda de gas natural para generación de electricidad alcanzó el jueves 16 de junio un nuevo máximo histórico de 770 GWh, tras el del día anterior, miércoles 15, con 764 GWh, que superaba ya el récord de 754 GWh registrado el 20 de junio de 2008.

Sedigas emitió con este motivo un comunicado en el que reivindicaba el papel clave de los ciclos combinados para la seguridad del suministro eléctrico en épocas de alta demanda como las provocadas por las olas de calor. “Este tipo de fenómenos meteorológicos suelen traer consigo importantes incrementos en la demanda de electricidad, que se dispara por el uso del aire acondicionado y que cada año ponen de manifiesto el papel estratégico del gas para la generación eléctrica como garante de la seguridad de suministro en la matriz energética española”.

Tras precisar que, en la semana del 13 de junio, los ciclos combinados habían representado la primera tecnología de generación y habían producido el 36,3% de la electricidad en el sistema peninsular español, Sedigas subrayaba “el papel estratégico que el gas, a través de los ciclos combinados, ejerce a la hora de evitar posibles colapsos de nuestro sistema eléctrico en situaciones extremas como la actual, por su alta flexibilidad y eficiencia para garantizar el suministro a hogares e industrias”.

ENTRE EL 27% Y EL 33% DE LA PRODUCCIÓN

Según los datos publicados posteriormente por Red Eléctrica de España (REE), los ciclos combinados han representado la primera tecnología de generación en los meses de verano, y han ido incrementando su peso porcentual a medida que avanzaba la estación y se producían las sucesivas olas de calor.

Así, en el mes de junio, los ciclos combinados aportaron 6.479 GWh, sobre una producción total de 23.209 GWh (el 27,9%). Las siguientes tecnologías por su peso en la generación eléctrica fueron la nuclear (4.459 GWh, el 19,2%), la eólica (3.789 GWh, el 16,3%) y la solar fotovoltaica (3.203 GWh, el 13,8%). La cogeneración sumó 1.467 GWh (6,3%), y la hidráulica 1.191 GWh (el 5,1%). Les siguieron en orden de importancia el carbón (833 GWh), la solar térmica (534 GWh), otras renovables (416 GWh), la turbinación bombeo (271 GWh), los motores diésel (225 GWh), los residuos no renovables (156 GWh) y renovables (77 GWh), las turbinas de vapor (61 GWh) y de gas (48 GWh) y la generación hidroeólica (2 GWh).

La tendencia se acentuó en el mes de julio, en el que los ciclos combinados no solo volvieron a situarse en cabeza, sino que acrecentaron su peso (8.460 GWh sobre un total de 26.367 GWh, un 32%). Y en agosto el peso en la generación eléctrica de este tipo de centrales alimentadas con gas natural siguió ocupando el primer lugar e incrementó ligeramente su importancia, al alcanzar una participación del 33%, con 8.396 GWh.

En situaciones de calor extremo -y también durante las olas de frío-, la generación de energía eléctrica con gas natural se incrementa. Durante este periodo estival, en España se ha incrementado más de un 100% respecto al año pasado, al pasar de 11.419 GWh en 2021 a 23.021 GWh en los meses de junio, julio y agosto de 2022. Un aumento muy llamativo y condicionado por las olas de calor, es especial la registrada entre el 9 y el 26 de julio, que dio como resultado uno de los meses con temperatura más elevada desde que hay registros en España.

La estadística, en definitiva, pone de manifiesto el hecho de que los ciclos combinados, que utilizan el gas para la generación eléctrica, evitan el desplome del sistema en épocas de menor producción renovable, como ha sido el caso durante las recientes olas de calor, considerada ya la peor de un mes de junio de los últimos 20 años. Y ponen de relieve también el papel crucial del gas a la hora de garantizar la seguridad de suministro a hogares e industrias en momentos de picos de demanda eléctrica, gracias a su alta fiabilidad.

VENTAJAS DE LOS CICLOS COMBINADOS

Los ciclos combinados ofrecen una gran flexibilidad a la hora de generar electricidad, ya que son capaces de operar según la demanda: al 100% cuando la necesidad es alta, y hasta solo el 45% de su capacidad cuando es baja. Además, su funcionamiento es casi inmediato, ya que requieren tiempos de arranque muy cortos. A ello hay que añadir su mayor rendimiento y eficacia, dado que el gas natural logra mayor generación eléctrica con menor consumo en su producción (cerca de un 60%, frente al 36% de los ciclos individuales).

Se trata además de una modalidad de generación que provoca menos contaminación atmosférica que el carbón, el petróleo o sus derivados: hasta un 80% menos de óxido de nitrógeno (NOx), un 50% de dióxido de carbono (CO2) y un 100% de dióxido de azufre (SO2). Adicionalmente, las centrales de ciclo combinado consumen un tercio del agua que utilizan las térmicas convencionales, ya que solo la necesitan para la condensación del vapor. Es también una tecnología que puede considerarse aliada del sector industrial, en el sentido de que pueden potenciar la cogeneración si se instalan plantas de ciclo combinado cerca de las industrias que aprovechan los excedentes de electricidad y energía para mejorar su eficiencia.  

Los plazos de construcción y de entrega son menores, ofrecen más flexibilidad operativa y precisan menos espacio y volumen de edificación, lo que reduce su impacto visual y territorial y redunda en una mejor percepción y aceptación por parte de la ciudadanía. Se pueden ubicar cerca de los puntos de consumo, reduciendo las líneas de tendido eléctrico, las posibles pérdidas en el transporte y el consiguiente impacto ambiental. Y la inversión económica requerida para su puesta en marcha es también más reducida que las de otras plantas de potencia equivalente, lo que reduce sus plazos de amortización.

A todo ello hay que añadir, en el caso de España, la alta disponibilidad en cuanto al acceso al gas natural, gracias a las conexiones En situaciones de calor extremo -y también durante las olas de frío-, la generación de energía eléctrica con gas natural aumenta.

PAPEL EN LA TRANSICIÓN ECOLÓGICA

Además de su aportación para la seguridad del suministro en momentos de pico de demanda y de las ventajas sobre otras fuentes de generación eléctrica, los ciclos combinados tienen también un relevante papel a desempeñar en la transición ecológica. Y es que su contribución es fundamental como respaldo a la integración de las energías renovables intermitentes en el sistema eléctrico.

De acuerdo con los objetivos del Plan Nacional Integrado de Energía y Clima (PNIEC), en el año 2030 el 74% de la producción energética deberá provenir de fuentes renovables, siempre y cuando no se comprometa la seguridad de suministro. De ahí que la potencia actual instalada (26 GW) sea imprescindible para llevar a cabo una transición energética ordenada, estable y segura.

El propio PNIEC precisa que la introducción progresiva de renovables intermitentes requerirá del respaldo de, al menos, 30 GW de potencia firme, de los cuales el 80% procederán de ciclos combinados. El Plan Nacional prevé mantener toda la capacidad instalada de este tipo de centrales, junto con una disminución de la potencia firme total y un aumento de la penetración renovable. Lo cual convierte de hecho a los ciclos combinados en la principal tecnología de respaldo en la transición ecológica.

CÓMO FUNCIONA UN CICLO COMBINADO

Las centrales de ciclo combinado transforman la energía térmica del gas natural en electricidad mediante el funcionamiento en un mismo sistema de dos ciclos termodinámicos consecutivos: uno alimentado con vapor de agua y otro con el gas producto de una combustión. Por tanto, se trata de instalaciones que incorporan una turbina de gas y otra de vapor. La de gas es la parte fundamental del sistema, y está integrada por un compresor, una cámara de combustión y la propia turbina de combustión interna, donde se produce la expansión de los gases.

El proceso de transformación del gas natural en electricidad se inicia cuando el aire procedente del exterior se filtra y comprime a alta presión, para posteriormente dirigirse a la cámara de combustión, donde se mezcla con el combustible. El gas natural inyectado en el combustor y mezclado con el aire se queman a alta presión. Los fluidos de combustión pasan por la turbina de gas, donde se expanden, provocando que la energía calorífica se transforme en energía mecánica transmitida al eje.

Los gases procedentes de esta turbina se conducen a una caldera de recuperación de calor, que genera vapor recalentado, que se expansiona y hace girar una segunda turbina acoplada a un alternador. Al final de este proceso el vapor se condensa, y el agua generada vuelve a la caldera para empezar un nuevo ciclo de producción de vapor. Normalmente la turbina de vapor y la de gas estén acopladas a un mismo eje, de manera que accionan un mismo alternador que convierte la energía mecánica generada por las turbinas en energía eléctrica.

La principal ventaja de los ciclos combinados es su alta eficiencia, ya sus rendimientos son muy superiores a los de una central de ciclo único o a los de una de turbina de vapor. Frente a las centrales de carbón, son instalaciones más eficientes, con menos emisiones, y menores consumos tanto de combustible como de agua de refrigeración. De esta manera, se trata de una tecnología para la que presenta un gran equilibrio entre eficiencia y respeto medioambiental, ya que permite obtener electricidad en dos etapas a partir de una misma fuente de energía como es el gas natural, y con menos emisiones de efecto invernadero.

De cara al previsible futuro de un sistema energético completamente descarbonizado a medio plazo, los ciclos combinados continuarán desempeñando un papel protagonista en la generación de electricidad, dado que son susceptibles de sustituir el gas natural que España importa hoy en día por gases renovables producidos localmente.

MECANISMOS DE CAPACIDAD, UN INSTRUMENTO DE MERCADO NECESARIO

El diseño actual del mercado eléctrico basado solamente en retribuir la energía producida resulta insuficiente para garantizar la viabilidad económica de la inmensa mayoría de los 26.000 MW de ciclo combinado instalados en nuestro país.

A pesar de su aportación a la cobertura de la demanda y a la garantía de suministro, los ciclos no recuperan sus costes fijos en el mercado, ya que, al tratarse de una tecnología marginalista, solo compensa sus costes variables de operación. Por ese motivo es imperiosa la implementación de un mercado de capacidad que permita realizar las inversiones necesarias para garantizar la disponibilidad del parque de generación a gas.

Las inspecciones de combustores (parcial) y de las turbinas (inspección mayor) son necesarias cada dos o tres años, según su régimen de funcionamiento, y estas dan como resultado ineludibles y costosas inversiones para mantener la disponibilidad y la eficiente operación de estas instalaciones.

El informe realizado por Sedigas y PwC “Situación actual y perspectivas futuras de los ciclos combinados (2020)” ya señalaba entonces la imposibilidad para el 70% de los ciclos combinados de recuperar sus costes operativos. Esta situación es especialmente relevante ahora debido a su creciente participación en el mix de generación.

El Ministerio para la Transición Ecológica y Reto Demográfico publicó en abril de 2021 un “Proyecto de Orden” por la que se daban los pasos para la creación de un mercado de capacidad en el sistema eléctrico español. Sin embargo, a fecha de hoy, no hay indicaciones concretas de cuándo podría entrar en vigor la citada norma.

Con el sistema retributivo actual, a pesar de ser reconocidos como la tecnología estable y de respaldo para el sistema eléctrico nacional, estos no podrán dar soporte al despliegue renovable perseguido por el PNIEC para el proceso de transición energética por la falta de viabilidad económica. Urge, por tanto, poner en marcha un mercado de capacidad que retribuya la potencia firme en línea con los existentes en los países de nuestro entorno europeo, que supone un ingreso complementario a la retribución que se obtiene del mercado, y que otorgaría previsibilidad y certidumbre a estas instalaciones.