Búsqueda de emisiones netas cero podría situar a Chile como pionero en descarbonización

Chile se ha trazado un ambicioso camino para alcanzar cero emisiones netas de carbono de aquí a 2050 y, para llegar allí, su red eléctrica deberá experimentar cambios profundos.

El sector energético es el mayor productor de emisiones del país y representa casi el 80% del total de CO2 liberado. Chile se ha comprometido a retirar su capacidad de generación a carbón para 2040 y está trabajando arduamente para reemplazar esa energía de carga básica por una combinación de hidroelectricidad, generación eólica, generación solar y almacenamiento en baterías, además de un sistema de transmisión más robusto.

No obstante, si pretende hacerlo dentro del cronograma establecido, tendrá que incorporar plantas a gas natural flexibles y con capacidad de respuesta, según un informe actualizado sobre la ruta de descarbonización acelerada de Chile, publicado en septiembre por la finlandesa Wärtsilä.

BNamericas realizó una entrevista por correo electrónico con Silvia Zumárraga, gerente general de desarrollo de mercados de Wärtsilä Americas, para conocer las implicaciones del informe y su perspectiva optimista sobre el futuro de la red eléctrica chilena.

Nota del editor: La entrevista fue preparada en conjunto con el jefe de la oficina del Cono Sur de BNamericas, Allan Brown.

BNamericas: Wärtsilä ha planteado una forma práctica para que Chile descarbonice su sistema eléctrico para 2050. ¿Cuáles son los principales resultados y conclusiones?

Zumárraga: Me gustaría comenzar a responder con una reflexión. Imaginemos por unos momentos que nos despertamos en 2050, o incluso antes, y nuestro sistema de energía es el primero del mundo en alcanzar la descarbonización total, y el costo del sistema también se ha reducido. Este sueño está ahora a nuestro alcance.

Chile ha establecido algunos de los objetivos de descarbonización más ambiciosos del mundo. Nuestro análisis presenta un camino realista a la descarbonización para Chile, que logra los objetivos de reducción de carbono, atiende la carga sin apagones y ofrece suministro a menor costo para los usuarios. El estudio presenta varias etapas y establece decisiones importantes relacionadas con la combinación necesaria de capacidades para una descarbonización eficiente. La planificación es clave para una estrategia de descarbonización exitosa, pues permite no incurrir en errores similares a los cometidos por los países pioneros con objetivos de descarbonización ambiciosos. Wärtsilä publicó un artículo técnico que detalla este estudio.

Las centrales eléctricas a carbón son una fuente importante de energía en Chile. Cerrarlas significaría una reducción de CO2 de más de 84% de las emisiones totales del sistema eléctrico para 2030 en comparación con 2021. Sin embargo, es una tarea monumental que debe ser considerada con cautela. Se deben construir cada año alrededor de 4GW de nueva capacidad de generación (en su mayor parte renovable) durante esta década para tener un sistema capaz de atender la carga eléctrica sin plantas de carbón.

Este sistema de energía con alta proporción de energía eólica y solar debe operar de manera confiable en diferentes escenarios climáticos, incluso cuando existan errores de pronóstico meteorológico, sequías extremas u otros fenómenos climáticos inusuales y persistentes. Durante la primera década, Chile necesitará 30GW en nuevos activos:

• 5GW de energía eólica y 15GW de energía solar fotovoltaica para producir una proporción cada vez mayor de energía limpia

• 8GW de almacenamiento en baterías, primero para servicios auxiliares y luego para ir aumentando gradualmente el uso del almacenamiento de manera de trasladar el consumo de la energía solar a la noche, mientras bajan los precios de las baterías y la energía solar.

• 2GW de generación a gas flexible para brindar la capacidad firme necesaria y evitar los vertimientos de energía solar y eólica causados por activos de generación inflexibles. Estas centrales eléctricas se convertirán posteriormente a combustibles sostenibles cuando estén disponibles.

Chile se posicionará entonces como uno de los líderes mundiales en descarbonización del sector eléctrico y en un ejemplo a seguir.

BNamericas: Considerando la geografía del país y los desafíos que plantea la red eléctrica, ¿dónde y cuándo se deberían construir estos recursos adicionales?

Zumárraga: Chile ha sido bendecido con condiciones notables para las energías renovables y, si observamos su geografía, la mayor parte de la energía solar y el almacenamiento se ubicarán en el norte, con el fin de aprovechar los altos factores de capacidad solar y trasladar el consumo de esa energía a la noche. La energía eólica estará en las regiones del centro y del sur, y las plantas a gas flexibles debieran ubicarse estratégicamente en el sistema, donde el acceso al gas esté disponible.

En cuanto al cronograma, el estudio considera que, para 2030, Chile habrá retirado la totalidad de los 5GW de capacidad de carbón y la habrá reemplazado con 30GW de nueva capacidad de generación. Como ya mencionamos, el sistema habría logrado una reducción de CO2 de 84%. Luego, entre 2031 y 2050, se necesitarán 30GW adicionales de nueva capacidad de generación (12GW solares, 11GW eólicos, 5GW de almacenamiento y 3GW de generación térmica flexible) para llegar finalmente al 100% de energías renovables y cero combustibles fósiles.

Después de 2030, el estudio considera el cierre de todos los activos inflexibles y la mayor parte de la capacidad a combustibles fósiles. Luego, como último paso de la descarbonización, las plantas a gas flexibles se reconvertirán a combustibles sostenibles como el hidrógeno o derivados del hidrógeno, como amoníaco o metanol. En resumen, el sistema necesitará en total más de 60GW de capacidad adicional respecto de 2021 para sustentar el incremento de la carga y cerrar todos los activos emisores de carbono.

BNamericas: ¿Tendremos que esperar hasta 2050 para lograr cero emisiones netas? ¿Se podría adelantar el plazo?

Zumárraga: Fue una de nuestras preguntas principales después de que se completó el estudio. Para nosotros era evidente que se hizo un esfuerzo sustancial en el primer período (hasta 2030) para reducir el carbono en más de 80%, pero el ritmo disminuía entre 2031 y 2050, cuando necesitábamos reducir solo el 16% restante de las emisiones de carbono originales registradas en 2021. De esta manera, nos exigimos más y decidimos encontrar la respuesta. ¿Podemos mantener o mejorar el ritmo de manera confiable?

Pusimos al equipo a modelar el sistema nuevamente con esta pregunta en mente, buscamos formas de descarbonizar por completo el sistema eléctrico dentro de los próximos 10 años. Cuando recibimos los nuevos resultados, descubrimos que no solo es técnicamente posible, sino también económicamente viable. Los resultados del nuevo modelo muestran que Chile podría descarbonizar el sistema eléctrico y alcanzar cero emisiones netas para 2032.

BNamericas: ¿Cuáles son las principales diferencias entre el primer análisis y el nuevo escenario acelerado?

Zumárraga: En la década actual, las diferencias son bastante pequeñas. Vemos que se necesita la misma capacidad de generación nueva. Sin embargo, mientras que en el primer escenario todas las acciones apuntaban a carbono cero para 2050, al instalar 8GW adicionales de capacidad de generación durante 2031 y 2032, Chile podría lograr cero emisiones netas a fines de 2032.

Las adiciones de capacidad durante 2031 y 2032 consistirían en:

• 2,5GW de capacidad eólica

• 2,5GW de capacidad solar fotovoltaica

• 1,5GW de almacenamiento en baterías

• 1,5GW de generación a gas flexible

Estas adiciones de capacidad, junto con la conversión de todas las plantas a gas flexibles para que operen con hidrógeno, amoníaco o metanol verde, permitirán que Chile alcance generación con cero emisiones de carbono para fines de 2032.

Fuente: Wärtsilä. Trad. de BNamericas

BNamericas: Una percepción común es que descarbonizar la matriz de electricidad les costará mucho a los usuarios finales. ¿Cuánto más tendrían que pagar los chilenos por tener energía limpia?

Zumarraga: Es una creencia común que la descarbonización costará mucho más. Sin embargo, no es exacta si se planifica y diseña correctamente. Chile tiene recursos eólicos y solares renovables muy abundantes y el máximo aprovechamiento de ellos no aumentará el costo de la electricidad para el usuario final, siempre que se combine con tecnología flexible que pueda evitar los vertimientos. Durante esta década, se deben realizar grandes inversiones para poder retirar el carbón, pero, aun así, los costos de generación eléctrica seguirán siendo los mismos. Después del año 2030, el costo de la electricidad comenzaría a disminuir en lugar de aumentar. El hecho es que parte importante del costo del sistema sería el capital requerido para construirlo y no el costo del combustible necesario para operar las centrales eléctricas. Esto también disminuiría la dependencia y exposición del país a la volatilidad de los precios internacionales de los combustibles.

La diferencia en el costo de generación entre los dos escenarios es de solo 2,7%, que es menor frente a la eliminación de 4 millones de toneladas de CO2 cada año entre 2033 y 2050.

BNamericas: Un punto clave de sus comentarios anteriores es que reemplazar la capacidad de generación a carbón no solo requerirá energía eólica y solar y almacenamiento, sino también soluciones de compensación, como plantas a gas flexibles que luego se puedan convertir a combustibles sintéticos. ¿Podría explicar por qué son necesarias?

Zumárraga: La energía renovable solar y eólica, junto con la hidroeléctrica, proporcionarán la nueva energía de carga básica para Chile. Sin embargo, estas plantas no son despachables por el operador del sistema como las plantas a carbón, porque su producción depende del clima y el horario. Chile deberá equilibrar estas variaciones del lado de la generación, principalmente mediante almacenamiento en baterías. Deberá mantener una alta calidad de energía y cambiar su consumo del día a la noche y de épocas con más a menos viento.

Durante la transición, cuando se incorporen energías renovables y almacenamiento en baterías para cubrir una parte cada vez mayor de la carga, habrá momentos en los que se necesite más energía en el sistema. Esta energía generalmente se requiere por períodos cortos. Las plantas a gas flexibles pueden cubrir estas necesidades, permanecer fuera de línea cuando no se necesiten y activarse rápidamente cuando surja la necesidad. Durante la transición, estas plantas normalmente operarían alrededor de 1.500 horas por año.

Más tarde, cuando el sistema esté descarbonizado y las plantas flexibles estén operando con combustibles derivados del hidrógeno, habrá momentos climáticos anómalos en que las plantas eólicas o solares no generarán suficiente durante períodos prolongados y el almacenamiento en baterías se vaya agotando gradualmente. Aquí es cuando las plantas flexibles entran al sistema. Producen energía durante algunas horas y se desactivan cuando sale el sol y la energía solar fotovoltaica comienza a cargar las baterías. Los períodos cortos y necesarios definen una operación por pulsos para estas plantas.

Es importante señalar que tener estas plantas flexibles dentro del parque generador permite una reducción sustancial del exceso de capacidad instalada eólica y solar, crea un sistema eléctrico más pequeño y ahorra costos. Sin el parque relativamente pequeño de plantas a gas flexibles, se tendrían que instalar alrededor de 20GW de capacidad adicional eólica y solar y de almacenamiento en baterías para disponer de energía suficiente en todas y cada una de las condiciones climáticas, incluidos casos extremos como sequías y olas de frío o calor.

La agilidad, capacidad de despacho y alta eficiencia son características fundamentales de un sistema de energía flexible. Para subsanar errores inesperados en el pronóstico del tiempo, las plantas deben estar en condiciones de conectarse muy rápido (normalmente en cinco minutos), sin incurrir en altos costos iniciales. También deben operar con la mayor eficiencia posible (con un factor de 45-50%) y desconectarse rápidamente cuando no se requieran. Estas capacidades de ciclo y rampa minimizarán el uso de combustible y la producción de dióxido de carbono. Además, permitirán equilibrar la intermitencia asociada a las energías renovables y cubrirán la generación cuando no estén disponibles las plantas renovables ni el almacenamiento. Es importante señalar que estas plantas deberían estar capacitadas para operar varias veces al día, sin sumar costos adicionales de mantenimiento al sistema.

BNamericas: El diésel cumple un papel importante en el equilibrio de la red. Utilizar generación a diésel como solución de largo plazo parece inviable a la luz de las metas de descarbonización. ¿Puede funcionar bien el sistema sin este combustible?

Zumárraga: Hemos notado que muchos de los estudios realizados en Chile contemplan la salida de las centrales a carbón, pero de alguna manera no abordan el tema de la generación a diésel. Chile es uno de los pocos países occidentales que dependen de plantas a diésel que no son solo de reserva, sino que operan con frecuencia. Dichas unidades usan combustible costoso, operan con baja eficiencia y producen altas emisiones de carbono. No pueden ser parte del sistema limpio y descarbonizado del futuro. Por lo tanto, encontrar formas rápidas de retirarlas es muy importante.

Nuestro modelado de sistema de energía es cronológico y con alta granularidad. Hemos encontrado que hay una forma limpia de lograr cero emisiones netas sin plantas a combustible diésel. El estudio muestra cómo la sustitución de la generación a diésel por centrales flexibles a gas proporciona beneficios económicos y ambientales:

• Las plantas a gas ofrecen mayor eficiencia que las plantas a diésel, además de reducir los costos de generación y las emisiones de carbono durante la transición.
• Las plantas a gas flexibles se convertirán a combustibles sostenibles y desempeñarán el mismo papel importante en mantener la confiabilidad del sistema después de alcanzar cero emisiones netas de carbono, como lo hicieron durante la transición.

Wärtsilä ha desarrollado y comercializado motores de gas flexibles y soluciones de almacenamiento en baterías durante muchos años y los está desplegando en todo el mundo. Los encargados de la planificación de sistemas, los comités de despacho y los reguladores de energía se están dando cuenta del beneficio y el valor de contar con estos activos en el parque generador, no solo para maximizar la utilización de activos renovables, sino también para minimizar el riesgo de incertidumbre que plantean las variaciones en los pronósticos meteorológicos, el cambio climático y condiciones inesperadas de demanda.