La Tasa de Retorno Energético de la Revolución Fotovoltaica Española

Pedro Prieto, vicepresidente de AEREN y coeditor de estas páginas, acaba de ver publicado un libro escrito junto a Charles A.S. Hall de la Universidad de Syracuse (Nueva York) que lleva por título Spain’s Photovoltaic Revolution: The Energy Return on Investment:

• Presenta el primer estudio exhaustivo de la Tasa de Retorno Energético de los grandes sistemas de energía solar fotovoltaica en un país desarrollado.
• Utiliza datos reales de funcionamiento en lugar de aproximaciones y extrapolaciones de laboratorio.
• Describe la dependencia de una fuente de energía alternativa en los bienes y servicios de una economía de combustibles fósiles.
• Tiene implicaciones globales para el potencial de las energías renovables para reemplazar las reservas de combustibles fósiles cada vez más escasos.
• Escrito con el conocimiento de primera mano de un ingeniero que ha trabajado sobre el terreno, en muchas instalaciones solares en España, junto con el líder en el desarrollo y aplicación del concepto de EROI.

Este proyecto editorial lanzado por Springer es fruto de un largo y laborioso proceso, que el propio Pedro Prieto nos explica en los siguientes párrafos.

Estimados amigos:

Aunque a alguno ya le haya podido llegar por algún otro lado, esto es para anunciaros que ya está disponible el libro que he publicado en Estados Unidos y en inglés sobre la energía neta fotovoltaica en España.

Se titula Spain’s Photovoltaic Revolution: The Energy Return on Investment y se encuentra disponible en la editorial Springer.

El libro lo he publicado en coautoría con Charles A. S. Hall, un profesor de la Universidad del Estado de New York, en Syracuse. Charles es mundialmente conocido y tiene publicados cientos de artículos en revistas de mucho prestigio, desde Science y Nature hasta Energy Policy y muchas otras. Aunque en el estudio de energías netas hay precedentes en Nicholas Georgescu Roegen y más tarde en Howard T. Odum de estudios sobre economía biofísica o vinculada al mundo físico (muy diferente de la economía actual, en su inmensa mayoría totalmente divorciada del mundo real o tangible), es a Charles Hall al que se le atribuye la invención del concepto de energía neta de un sistema determinado de generación de energía. Hall dirige, con la prestigiosa editorial Springer, la edición de una serie de libros y documentos de análisis energético de diferentes fuentes y sistemas y la energía neta que pueden ofrecer y este libro aporta la visión sobre la energía fotovoltaica desde ese ángulo. Hall me ha honrado con su coautoría. Este libro se comenzó a gestar en 2007 en un pub irlandés de Cork, al final de una de las jornadas de la Conferencia Internacional de ASPO, cuando Hall me sugirió que si tenía datos suficientes, que me pusiese a la tarea. Él ha trabajado en el libro y aportado sus vastos conocimientos académicos, ha dotado al libro de la estructura adecuada, ha revisado los datos decenas de veces, hasta llegar al paroxismo. Ha sido capaz de corregir sus propias previsiones anteriores sobre este tipo de energía, a la vista de estos resultados.

El asunto no es baladí, porque como comenta el profesor Vaclav Smil, de la Universidad de Manitoba en Winnipeg, Canadá, la energía solar es la única que tiene potencial posible para reemplazar a las energías fósiles, por el volumen de consumo actual, de cerca de 10.000 millones de los más de 12.000 millones de toneladas equivalentes de petróleo de energía primaria. Dado que estas fuentes son finitas, sujetas al agotamiento y que alguna de ellas importante está en la inminencia del cenit mundial de su producción para pasar a un inexorable declive posterior y continuado, es imprescindible investigar y profundizar en este nuevo tipo de fuentes de energía y no sólo desde el punto de vista económico, sino sobre todo, desde su funcionalidad energética, su versatilidad, la viabilidad sustitutiva de la energía fotovoltaica para las energías fósiles y en definitiva, de la energía neta que son capaces de aportar a la sociedad, que no debería ser, en ningún caso inferior a la que ha mantenido la sociedad mundial actual tal y como la conocemos.

La energía neta es la que queda en un proceso de obtención de energía después de gastar una cierta cantidad de energía en obtener la energía que al final queda útil y a disposición de la sociedad para su consumo. El concepto es claro, la realidad es que suele ser difícil de medir con una cierta precisión. Las medidas energéticas son muy precisas, pues son a fin de cuentas medidas del mundo físico y tienen parámetros y unidades muy concretas: el julio, el vatio*hora, la caloría, el Birtish Thermal Unit (BTU) o sus múltiplos. También son muy bien conocidos y precisos sus equivalentes para determinado tipo de energías, sea el petróleo y sus derivados, una vez refinados, el gas natural y demás tipos de gases combustibles, el carbón, en sus distintas variedades o el gramo de uranio quemado en una planta nuclear convencional, sobre todo, porque hay que medir la energía que queda realmente disponible a la sociedad.

Este concepto de energía neta, se ha dado en llamar en castellano la Tasa de Retorno Energético o TRE.En inglés se llama Energy Return on Investment (EROI), aunque la generalización mundial para calificar a los rendimientos por sus rendimientos económicos, dinerarios o financieros ha hecho a algunos llamar a este concepto Energy Return on Energy Investment (EROEI), ya que es totalmente diferente del rendimiento económico; se trata de una medida que es simplemente un cociente de dos unidades energéticas: la energía puesta a disposición de la sociedad en el numerador y la energía que cuesta obtener esa energía en el denominador. Sin embargo, ha terminado prevaleciendo el término EROI para describir la relación entre energía útil y energía consumida para poner la energía útil a disposición de la sociedad.

El libro es el resultado del esfuerzo analítico de varios años y se hace por primera vez, que sepamos, no sobre una planta fotovoltaica en concreto en un emplazamiento concreto con una tecnología en concreto, como venía siendo habitual en las decenas de estudios anteriores que hay publicados por doquier por expertos en el tema y en los más diversos medios. Esto es lo que consideramos un estudio de abajo hacia arriba (bottom-up); es decir, se analiza una planta concreta y luego se extrapola el resultado a toda planta similar en similar emplazamiento y con la misma tecnología, independientemente del volumen y demás factores. La mayor parte de los estudios realizados hasta ahora se hacían sobre los llamados Análisis de Ciclo de vida (ACV) o Life Cycle Analysis (LCA, por sus siglas en inglés) o bien sobre los denominados tiempos de retorno de la inversión energética o Energy PayBack Time (EPBT, por sus siglas en inglés) , que viene a ser una función directamente relacionada con el EROI, ya que analiza el tiempo que supuestamente dura la vida útil de un sistema de generación de energía y lo que genera en ese tiempo y la energía que cuesta ponerlo en marcha y mantenerlo y deduce en cuántos años el sistema se paga a sí mismoe nergéticamente hablando.

En este libro, se analiza la producción completa de todas las plantas fotovoltaicas instaladas en España y conectadas a red desde 2009 a 2011; es decir, durante tres ciclos anuales de radiación solar completos. Y luego se analizan todas las tecnologías fotovoltaicas que los propietarios de plantas han decidido libremente instalar y que estaban a su disposición en un mercado bastante abierto y sin apenas trabas arancelarias para ser instaladas en España y en cualquier latitud. Es un ejercicio que creemos mucho más cercano a la vida real y a la situación real de despliegue. Se hace por primera vez, que sepamos, sobre una muestra masiva de unos 4 GW de potencia instalada, en el país más soleado de Europa y con plantas fotovoltaicas en funcionamiento real.

Como en todo análisis de energía neta, la parte menos dificultosa de obtener es la energía generada y vertida a la red. En este caso, el gobierno español y las instituciones de control, como la Comisión Nacional de Energía (CNE) controlan la producción de cada una de las más de 57.000 plantas fotovoltaicas individuales conectadas a red de forma muy escrupulosa y a través de contadores digitales de baja tensión. A ello se le han añadido unos factores de corrección. En general, somos conscientes de las metodologías de los diseñadores de plantas, hemos considerado las especificaciones los fabricantes y entendemos y adoptamos hasta donde consideramos razonable las metodologías de trabajo asumidas por la Agencia Internacional de la energía (AIE).

Con todo, donde mayor divergencia y novedad existe entre este libro y los estudios que tradicionalmente se venían haciendo sobre energía neta fotovoltaica, está el cálculo de la energía invertida en producir energía fotovoltaica. A mayor complejidad de la sociedad, más complejo es determinar qué factores deben ser considerados para saber qué cantidad de energía va embutida en los materiales y en los factores laborales y sociales que rodean las instalaciones fotovoltaicas.

La metodología al uso se había centrado, hasta ahora, principalmente, en analizar principal y casi exclusivamente el coste energético de la fabricación de un determinado módulo fotovoltaico y sus elementos asociados más inmediatos. Dentro del módulo hay un vidrio protector, un encapsulamiento y sellado o sistema para hermetizar el módulo, cableados, un panel de conexiones, un marco generalmente metálico, soldaduras y células fotovoltaicas que a su vez provienen de utilizar elementos que las componen, como el silicio, materiales dopantes, etc. Y también cierta maquinaria para fundir el material, purificarlo, cortarlo en obleas muy finas, realizar los dibujos serigráficos o de otros tipos sobre la oblea y crear la célula, de manera simplificada. En algunos estudios se incluye los costes energéticos de elementos externos al propio módulo fotovoltaico, también el llamado en inglés Balance of System (BoS), pero que son necesarios para que éste entregue energía de forma útil (eléctrica) a la sociedad o a su propietario. Estos estudios incluyen a veces las estructuras metálicas para posicionar el módulo adecuadamente frente al sol, sea en plantas fijas o con seguidores del sol, los cableados externos al módulo para llevar una serie de módulos hasta un inversor y hasta el inversor que convierte la energía eléctrica , generalmente entrando en corriente continua y saliendo en corriente alterna, forma en la que habitualmente se entrega a la sociedad.

En nuestro caso y ahí radica la principal diferencia con la mayoría de los estudios realizados hasta la fecha, el estudio es de arriba hacia abajo (top-dwon) y evalúa, como creemos no puede ser de otra forma, los costes energéticos asociados no sólo al módulo y elementos asociados inmediatos, sino a lo que denominamos entornos energéticos más amplios (energy extended boundaries), pero que son conditio sine qua non para que los sistemas fotovoltaicos puedan entregar eficazmente energía a la sociedad.

Este ejercicio lo que permite es una mejor y más amplia visión del complejo entramado social que deja entrever la existencia de determinadas tecnologías y dispositivos sociales circundantes y sobre todo de la base energética real en la que se apoyan. Por supuesto se han tenido en consideración los aspectos importantes de las condiciones de transformación y el carácter de cantidad cualitativa de los diferentes sistemas energéticos; de los pasos de un tipo de energía a otro, entendiendo que la energía eléctrica es una fuente muy limpia y depurada de energía, respecto del carbón, del gas natural o del petróleo, pero también considerando que el mundo consume energía principalmente en forma no eléctrica y que muchas funciones y actividades humanas se hacen consumiendo combustibles fósiles de difícil sustitución en sus actuales funcionalidades y a las que hay que buscar una solución, que ahora no se entrevé. Esto forma parte de la denominada transformidad. Esto significa que por cada unidad de energía entregada en forma eléctrica desde, por ejemplo, un sistema renovable, se pueden ahorrar aproximadamente unas tres unidades energéticas de origen fósil o nuclear, si se trata de una transformidad directa, excluyendo, claro está, la energía consumida en producirlos, ponerlos a punto y mantenerlos. Pero también se da el caso inverso para una cantidad muy superior de energía primaria, si la electricidad producida por un sistema llamado renovable tiene que dedicarse a producir un vector energético (por ejemplo, el hidrógeno) para luego ser utilizado en máquinas o sistemas energéticos que no pueden funcionar con electricidad , como la aviación mundial, gran parte de la agricultura mecanizada, los ejércitos, las flotas mercantes y pesqueras, ciertos tipos de siderurgia, una buena parte de la industria química y farmacéutica y tantas otras actividades que hoy se mueven o funcionan con energía fósil.

En fin, espero que con este libro se abra el necesario debate sobre la viabilidad de la sustitución de las energías fósiles y que ayude a tomar las decisiones correctas de inversión en fuentes sustitutivas de las fósiles, ahora que ha llegado el momento, como dice el economista jefe de la AIE, Fatih Birol, de empezar a dejar al petróleo antes de que el petróleo nos deje a nosotros. Este libro quiere ser un pequeño aporte a ese debate necesario, también sobre el principio de precaución que debe presidir toda toma de actos hacia inversiones masivas en nuevas fuentes de energía, porque esta vez, situados en la cumbre del consumo mundial en más de 12.000 millones de Tpes anuales, quizá no tengamos la posibilidad de equivocarnos dos veces antes de trazar el rumbo adecuado de nuestro común futuro.

Saludos cordiales.

Pedro Prieto. 5 de enero de 2013.