Lecciones del apagón: qué sabemos tres semanas después y el papel de la nuclear y las renovables

Una imagen vale más que mil palabras, pero ¿qué pasa si se va la luz? Entonces sólo la palabra tiene valor para explicar lo que a nuestros ojos se le niega. Sin embargo, las palabras del Gobierno cada día valen menos. El cero energético es posible y España lo ha sufrido, lo puede sufrir y lo sufrirá si no se toman las medidas necesarias para evitarlo de verdad.

La oscuridad absoluta española no existió, las Islas Canarias, las Islas Baleares y, en especial, municipios como Oseja de Sajambre, León, o Santa María de Jubera, La Rioja, resistieron el apagón al más estilo galo de Astérix y Obélix. La existencia de sistemas propios de generación eléctrica locales en las islas logró su absoluta independencia. En cambio, las aldeas norteñas se apoyaron en sus redes autónomas de generación y distribución, basadas en renovables, pero con sistemas de almacenamiento (baterías) y, por supuesto, con un generador diésel de respaldo.

El sistema energético ibérico colapsó en apenas 5 segundos, pero las explicaciones de su por qué conllevan más de 10 veces ese mismo periodo de tiempo. El tema por abordar es complejo y se precisa ir paso a paso para intentar iluminar qué ocurrió. Para ello, este artículo requiere explicar conceptos esenciales para intentar llegar a una conclusión, teniendo en cuenta que es un artículo de divulgación.

La electricidad, que es un tipo de energía, se presenta de dos formas, en corriente alterna (CA) y corriente continua (CC). La primera se representa como una onda senoidal al reflejar el flujo de electrones cambiando periódicamente subiendo y bajando de forma repetitiva al pasar por la línea de cero voltios. La segunda, en la corriente continua, los electrones se mueven en una sola dirección impulsados por la misma «fuerza», en base al campo eléctrico. La CA es la más eficiente a la hora de transmitir la electricidad a largas distancia, menos de 600 km, al permite reducir las pérdidas y da mayor estabilidad en instalaciones de redes aéreas. Por ello, la clave para comprender qué ocurrió el 28 de abril en España se centra en la CA principalmente.

La onda senoidal de la CA es una representación gráfica de cómo varía el voltaje en el tiempo, es decir, la «fuerza» que impulsa a los electrones a moverse. Esta «fuerza» se modifica continuamente haciendo que los electrones se muevan hacia adelante y atrás. Al visualizar un conducto lleno de electrones, éstos se moverán hacia una dirección cuando el voltaje sea positivo y en la dirección opuesta cuando el voltaje sea negativo.

Las ondas están formadas por ciclos, recorridos que hace la onda desde un punto de inicio hasta que vuelve a ese mismo punto. Un ciclo completo se inicia en un instante arbitrario, pero para facilitar el ejemplo y su entendimiento se usará el cero. El ciclo comienza en el cero, pasa por la cima (punto máximo), el valle (punto mínimo) y vuelve al cero (instante arbitrario). Un hercio (Hz) equivale a un ciclo completo por segundo y la frecuencia mide los ciclos completos de una onda que ocurren en un segundo. Por ello, una frecuencia de 50 Hz significa que la corriente alterna completa 50 ciclos en un segundo, en otras palabras, varía 50 veces por segundo. Un ejemplo sería las collejas que recibe una persona en un segundo, en este caso, 50 collejas en un segundo.

La red eléctrica española, al igual que la del resto de Europa, opera y está interconectada a una frecuencia de 50 Hz. No obstante, la frecuencia puede tener oscilaciones, pero de muy bajo rango, ya sea por exceso o defecto respecto al límite de los 50 Hz, específicamente ± 0,5 Hz, según la norma UNE-EN 50160. Las caídas de frecuencia de la red significan que hay más demanda eléctrica que generación. Una persona al decidir pisar el freno a un coche que corre al 100% de su velocidad, baja su velocidad. En cambio, las subidas de frecuencia implican que hay más generación eléctrica que demanda. En el coche del ejemplo anterior supondría quitar el pie del freno para que el coche volviera a acelerar.

Existe un desequilibrio que debe resolverse sabiendo que el sistema eléctrico siempre debe estar siempre en equilibrio, tal y como explica el Doctor ingeniero industrial del ICAI M. Gómez de la Calle, antiguo profesor de máquinas eléctricas.

El sistema eléctrico debe estar en equilibrio, tener la misma generación de electricidad que demanda. En otras palabras, el sistema eléctrico es como la puerta de un hogar si esta fuera de vaivén o doble sentido al igual que las que existen en los restaurantes. En la parte de fuera de la casa existe un okupa que quiere allanar tu hogar haciendo fuerza por entrar, mientras que dentro de tu vivienda tú te opones haciendo igualmente fuerza en contra. Sin embargo, si alguno de los dos dejara de hacer fuerza la puerta giraría entrando el okupa o aplastándole tú. El resultado es que el sistema está en equilibro porque el okupa no puede invadir tu hogar ni tú aplastarle con la puerta.

Las oscilaciones son parte de la realidad, hay bajadas y subidas de frecuencia, el sistema se desequilibra, pero automáticamente logra estabilizarse de nuevo. Sin embargo, España sufrió tres eventos que desestabilizaron totalmente el sistema hasta el cero energético, cuando se alcanzaron los 48 Hz de frecuencia. Cabe recordar que, en base la normativa vigente de Red Eléctrica, se contempla la posibilidad de desconectar escalonadamente la demanda eléctrica para proteger los sistemas.

Media hora antes del cero energético hubo dos periodos de oscilaciones de frecuencia menor que entre Red Eléctrica y Réseau de Transport d'Électricité (RTE) consiguieron solventar. No obstante, según ENTSO-E, la Red Europea de Gestores de Redes de Transporte de Electricidad, España no logró superar el golpe de tres eventos que desestabilizaron definitivamente el sistema. Todo colapsó en un periodo de menos de 30 segundos. Previamente España exportaba energía a Portugal (2,6 GW), Andorra (9 MW), Francia (870 MW) y Marruecos (780 MW), según datos de Red Eléctrica Española (REE).

A las 12:32:57, primer evento, se produjo una desconexión de generación en una subestación de Granda, según el Gobierno español, provocando una caída de la frecuencia al haber más demanda eléctrica que generación, pero que el sistema absorbió y requilibró. A las 12:33:16 se repitió una segunda desconexión de generación fotovoltaica (Badajoz), segundo evento, provocando que la frecuencia comenzase a caer por debajo de los 50 Hz. Finalmente, a las 12:33:18, tercer evento, se registró una tercera desconexión de generación fotovoltaica (Sevilla) que arrastró la frecuencia a los 49,85 Hz, por debajo del umbral de la desviación típica del ± 0,1 Hz.

En un breve intervalo de tiempo, se dan múltiples eventos. La caída de generación eléctrica en España provocó que se dejara de exportar electricidad a Francia y se empezara a importar del país galo, se trataba así de estabilizar la frecuencia. No se sabe cuándo cambió el flujo de exportación eléctrica a Francia, pero sí que su desconexión final favoreció el cero energético español. Ante la imposibilidad de estabilizar el sistema, a los 2,5 segundos después, la frecuencia cayó a 49,2 Hz, momento en el que Francia desconectó las interconexiones de Baixas-Santa Llogaia (Pirineos) y de Hernani (Comunidad vasca). La Península Ibérica se convirtió en una isla aislada del resto del continente. La desconexión francesa favoreció que la frecuencia continuara cayendo. A las 12:33:21, la frecuencia de la red alcanzó los 48 Hz provocando automáticamente el noqueo del sistema eléctrico. ENTSO-E cuantifica que en apenas veinte segundos España perdió 2,2 GW de generación eléctrica dando lugar al famoso apagón.

Llegar al punto crítico de 48 Hz de frecuencia disparó las protecciones, ya no sólo de las plantas fotovoltaicas que generaban energía eléctrica, sino también las del resto de centrales, entre ellas las de las centrales nucleares. Por motivos de seguridad las centrales nucleares se desconectaron.

El papel de la nuclear

Momentos antes del apagón, la energía nuclear estaba operando al 43% de su capacidad instalada, 3,2 GW frente a los 7,4 GW instalados, y no fue la causa del problema. La central de Trillo estaba parada por recarga de combustible mientras que Almaraz I y Cofrentes lo estaban por razones de mercado. Los precios de electricidad eran tan bajos que no era rentable la producción nuclear. Sólo Almaraz II, Ascó I y II, al igual que Vandellós II funcionaban en esos momentos con una capacidad instalada de 4,2 GW, pero no todos los reactores operaban a plena carga. Aunque la energía nuclear no fue la causa del problema, por mucho que les pese a ciertos políticos, sí podría haber sido la solución. Una mayor participación nuclear en la proporción del mix energético habría aportado la inercia de sus grandes generadores síncronos, habría ayudado a estabilizar la frecuencia de la red.

Al igual que la corriente alterna, corriente continua y la frecuencia, llega el momento de explicar qué es la inercia y su influencia en la estabilidad de la frecuencia de la red eléctrica. Este concepto es clave y está relacionado con grandes máquinas de rotación, las turbinas de vapor y los generadores síncronos. Para ello, primero hay que comprender que una turbina es una máquina que convierte vapor de agua con muy alta presión y temperatura en energía mecánica al mover un eje. En segundo lugar, el eje de la turbina está unido el generador eléctrico síncrono que transforma esta energía mecánica en electricidad, específicamente en corriente alterna. Finalmente, la corriente alterna pasa a un transformador para elevar el voltaje y se vierte a la red de distribución eléctrica.

El generador eléctrico, como máquina que produce corriente alterna conectado a la red, debe estar sincronizado a la frecuencia de la red eléctrica. Para poder conectarse a la red eléctrica, un generador debe de, entre otras condiciones, sincronizarse con la frecuencia de la red. Esto quiere decir que la frecuencia de la electricidad producida por el generador debe ser igual a la frecuencia de la electricidad existente de la red, deben estar en armonía, sincronizadas, para ser iguales. En este caso, los generadores deben girar a 3.000 r.p.m. (revoluciones por minuto) o a múltiplos de esta velocidad según el tipo de máquina. Las r.p.m. son las vueltas completas que da un generador en un minuto y son necesarias para poder producir una electricidad con una frecuencia de 50 Hz, la frecuencia de la red. Mantener una frecuencia constante es clave para lograr que el sistema sea estable y evitar apagones como el vivido el 28 de abril.

Llegados a este punto se puede abordar la inercia. La inercia se entiendo como la resistencia de un objeto en equilibrio, ya sea en movimiento o parado, a sufrir cambios. Si un objeto está moviéndose tenderá a continuar en movimiento o, por el contrario, a permanecer quieto si está ya parado. Cuanto mayor sea la masa de un objeto, más kilos pesará y más difícil será pararlo o empujarlo para que empiece a moverse. Un claro ejemplo sería un AVE a una velocidad constante de 200 km/h (mucha inercia) que encuentra un pequeño obstáculo (cambio pequeño) en las vías. El resultado del choque sería que el AVE continuaría circulando sin apenas dificultad debido a la inercia que lleva, a pesar de encontrar un obstáculo. Para frenar al AVE se debería aplicar un cambio mucho más grande, por ejemplo, sumarle más vagones, que frenarían su velocidad y acabarían deteniéndolo.

En definitiva, la inercia en el sistema eléctrico simplemente se refiere a que los generadores tienen una gran cantidad de masa girando a velocidad constante, que mantienen la frecuencia de la red a la que ésta estaba. Aunque baje la frecuencia de la red, el generador logra la sincronía, tener la misma frecuencia entre la electricidad producida por él y la existente en la red.

Si la demanda de energía eléctrica supera a la generación de electricidad producida en un momento dado, la frecuencia de la red eléctrica cae por debajo de los 50 Hz. Al mismo tiempo que baja la frecuencia, los generadores de electricidad se ven forzados a bajar su velocidad porque están todos sincronizados con la red. Ambos eventos suceden a la vez. Sin embargo, la inercia de los generadores eléctricos amortigua la caída de frecuencia, evita que caiga de golpe. Al coger un bache con el coche, los amortiguadores evitan que el peso del automóvil caiga bruscamente, suavizan la caída e impiden que otras partes del vehículo se dañen.

Al caer ligeramente la velocidad a la que giran los generadores (caída de frecuencia), la velocidad de la turbina también disminuye porque están unidos por un eje. El objetivo es producir electricidad a 50 Hz de frecuencia, pero al caer la velocidad, el generador, dispositivo que sólo transforma energía, avisa a la turbina, máquina que produce energía mecánica, para recuperar ese nivel exacto de velocidad que permite generar electricidad a 50 Hz de frecuencia. En ese momento, la turbina deja pasar más vapor de agua, aumenta la fuerza de giro y se genera más energía mecánica. Esa energía mecánica extra se transmite al generador eléctrico que recupera la velocidad correcta en ese mismo momento para producir electricidad a 50 Hz. Un claro ejemplo sería ir en bicicleta pedaleando en llano. De repente, empieza una subida y si se quiere mantener la misma velocidad, hay que hacer más fuerza en los pedales. El sistema eléctrico vuelve a estar en el equilibrio con ese aumento de generación eléctrica.

Tras comprender estos conceptos, es posible entender qué pasó en España el pasado 28 de abril. España, en su afán de lograr un mayor uso de energías renovables, alcanzó una producción eléctrica renovable del 78%, de los cuales el 60% era solar fotovoltaica y 12% eólica. La energía renovable, al igual que la nuclear no es mala. Sin embargo, las renovable tiene sus peculiaridades, la electricidad producida por las renovables es intermitente, no gestionable y de corriente continua, no se pueden producir según nuestra voluntad ni se puede verter directamente a la red. Por ello, se necesita utilizar inversores, dispositivos que convierten la electricidad de corriente continua generada por las renovables en corriente alterna para poder ser inyectada en la red. El problema es que los inversores no tienen inercia y no pueden amortiguar las oscilaciones de la frecuencia, restan estabilidad al sistema. Por seguridad, los sistemas de generación, tanto renovable como no, se desconectan al variar excesivamente la frecuencia. En definitiva, buscan prevenir daños en los dispositivos que están conectados y consumiendo electricidad en ese momento.

¿Tener un sistema de producción energética con preponderancia renovable es negativo? No, pero entraña sus peligros debido a su intermitencia. ¿Tiene sus riesgos si la red eléctrica no adopta medidas? Sí, pero existen varias soluciones técnicas que no dependen de relatos ideológicos.

Las oscilaciones de frecuencia provocadas por la generación de energía renovable se pueden minimizar de varias formas. La primera, a partir de incrementar la energía nuclear y la energía hidráulica, ambas aportan estabilidad al sistema gracias a la inercia de sus generadores síncronos. En esta opción no se incluyen los ciclos combinados (quema de gas natural) porque el Gobierno español busca reducir la emisión de CO2. La segunda, a través de inversores de formación de red, conocidos en inglés como grid-forming. Son dispositivos de nueva generación capaces de crear y mantener su propia frecuencia y voltaje, de dar estabilidad a la red eléctrica. Los inversores actuales siguen la frecuencia de la red eléctrica y, por tanto, no pueden corregir las oscilaciones que surjan cuando el mercado de demanda y generación no case. Cambios bruscos de frecuencia provoca que salten las protecciones y se desconecten de la red. Y finalmente, los compensadores síncronos, dispositivos que proporcionan inercia a la red al tener masa (kilos) en movimiento.

Hoy en día, lo recomendable sería la implementación de las tres opciones de forma paralela. Primero evitar el cierre de las actuales centrales nucleares, todas ellas están amortizadas y garantizan la estabilidad. No tiene sentido que Francia exporte a España electricidad de generación nuclear teniendo centrales en suelo español. Segundo, frenar la destrucción de presas hidroeléctricas, son centrales gestionables, gracias a ello España pudo restaurar el sistema y dan también estabilidad a la red. Y finalmente, tomar medidas en base a conceptos técnicos, económicos y, por supuesto, no políticos.

Cabe señalar que, según el Plan Nacional Integrado de Energía y Clima (PNIEC) 2021-2030, España quería lograr los 21 GW de energía solar fotovoltaica instalada en 2025. Hoy en día, España cuenta ya con más de 32 GW instalados de energía solar fotovoltaica. El objetivo se ha conseguido de forma prematura. Sin embargo, por un lado, el Gobierno quiere reducir a más de la mitad la energía nuclear, pasar de 7,4 GW a 3,1 GW, siendo clave en la estabilidad de la red eléctrica. Por otro lado, se niega a cerrar ninguna central de ciclo combinado, mantiene los 26 GW existentes, por algo será. La principal característica de las centrales de ciclo combinado, además de aportar estabilidad y ser gestionables, es la quema de gas natural emitiendo su correspondiente CO2 a la atmósfera. Pero no sólo eso, sino que hay que manejar un gas que es mayoritariamente metano (más del 90%), un gas de efecto invernadero más potente que el famoso CO2 y muy contaminante en caso de fuga. No parece que estas centrales sean las más «verdes»,

Algunos achacan el cierre de la nuclear a sus dueños y a la no existencia de uranio en España. El país, según el Instituto Geológico y Minero de España (IGME), cuenta con varios depósitos de uranio, más de 30 mil toneladas, las segundas reservas más grandes de Europa. Posee también en Juzbado, Salamanca, una fábrica de enriquecimiento de uranio propiedad de la empresa pública de ENUSA, Empresa Nacional del Uranio S.A. capaz de abastecer a las centrales nucleares nacionales. El problema es la Ley de cambio climático y transición energética del 2021 que prohíbe la extracción de uranio en suelo nacional. España se ve obligada a importarlo de países como Rusia, en plena guerra con Ucrania. Además, Sánchez subió a las centrales nucleares un 30% la tasa por la gestión de los residuos que pagan a ENRESA, la Empresa Nacional de Residuos Radioactivos, entidad pública, imposibilitando así la viabilidad de las centrales. La energía nuclear puede ser la solución si los dirigentes políticos no tratan de asfixiarla.

Si el Gobierno de España busca reducir la contaminación y generación de gases de efecto invernadero, como el CO2, debería cerrar las centrales más contaminantes. Cerrar las nucleares en lugar de las de ciclo combinado, según sus políticas, es un error, se equivoca si quiere ser «verde». Si cierra las centrales nucleares, las hidráulicas (si existe sequía) y no usa el ciclo combinado porque contamina… España se verá abocada a nuevos apagones si sólo usa renovables sin tomar medidas de contención. No todo es blanco o negro, por mucho que algunos intenten separar a las ideas y personas en buenos y malos. Ninguna energía es mala, todo tiene sus pros y sus contras, que pueden ser gestionables si se tiene claro el objetivo a lograr.

Gonzalo Gómez de la Calle es profesor de Economía y Relaciones Internacionales en ICADE.