Como se genera la electricidad. Parte 1 tecnologías

Generando electricidad en una isla
Partamos con una historia ingenua, imaginemos que vivo en una isla y solo puedo generar mi propia electricidad con un aparato que quema leña. Mis opciones son recoger leña que está botada, cortar leña cercana de los arbustos, importar madera desde países lejanos para quemarla o esperar que caigan leños de manera natural desde los árboles que están junto a la máquina.

Cada una de estas opciones tiene un costo económico y un costo ambiental. Recoger madera botada de las cercanías puede tener muy bajo costo si es abundante, pero esa madera al podrirse  enriquece el suelo, es decir, sería barata pero con cierto costo ambiental de empobrecer el suelo. A medida que usamos las otras opciones los costos económico y ambiental van subiendo. La última opción, esperar que caiga leña espontánea y naturalmente sería en teoría la menos costosa, pero es también la menos práctica, porque es algo esporádico, que ocurre solo de vez en cuando.

Simplificando brutalmente el asunto, esa es más o menos la situación que se enfrenta al decidir la matriz energética de generación eléctrica en un país. Hay distintas alternativas y cada una tiene un costo económico y otro ambiental, además cada una tiene el riesgo de quedar sin suministros porque necesitan insumos o condiciones especiales. Como todas tienen ventajas y desventajas, se busca diversificar la matriz, por si falla el suministro de una se pueda recurrir a la otra. Podríamos hacer una pequeña tabla resumen de las alternativas principales, no mencionaré las despreciables sino solo las factibles de explotarse a grandes potencias.

Nuclear
Es lejos la más eficiente y potencialmente la más barata, no olviden que E=mc cuadrado. Por razones políticas los grupos ambientalistas en todo el mundo las atacan. Son muy seguras en caso de accidente, más que represas y plantas térmicas y esta seguridad se incrementa con el desarrollo de nuevas tecnologías, como las centrales de agua pesada en Argentina por ejemplo. Requieren alta inversión inicial y están sujetas a la disponibilidad de combustible radioactivo, que es fabricado por muy pocos proveedores. Los residuos de combustible agotado deben ser dispuestos en lugares sellados y bien asegurados, lo que encarece algo la operación.

Hidroeléctrica
También requiere una gran inversión una sola vez, luego puede funcionar 50, 100 o más años a costo cero de insumos, solo tiene los costos de operación y mantención porque usa la fuerza gravitacional, que es gratis e infinita. Es muy eficiente y produce energía barata, el inconveniente obvio es que depende del clima, resulta muy buena en climas lluviosos y riesgosa donde hay sequías. Ecológicamente se le acusa de producir CO2, lo que en Chile es un problema inexistente por lo despreciable de nuestro aporte a la producción global. Otros reparos estéticos o sociológicos son enteramente subjetivos y no creo que merezcan discusión.

Quemar combustibles fósiles
Pueden ser de más a menos costosas: el diesel, el gas natural o el carbón, cada una de esas opciones tiene diferentes variantes. Es por lejos la más utilizada, especialmente quemar carbón, los combustibles fósiles actualmente  producen bastante más de la mitad del total de energía eléctrica que se produce a nivel mundial por su buena relación costo-beneficios.

Generación fotovoltaica de potencia (paneles)
En un análisis superficial se trata de energía gratis e infinita, pero, como en el caso de esperar que la leña caiga sola, es imprevisible y por muy lejs la forma de generación más ineficiente de todas.

Se dice que el precio de los paneles fotovoltaicos han bajado muchísimo y es cierto, porque el material que usan es un subproducto del silicio purificado que se usa para memorias y chip de computadores, es el descarte cuya calidad no es suficientemente pura y como la demanda por memoria ha crecido exponencialmente, los precios han bajado. Pero esta baja de precio también se explica por otros factores, principalmente por la menor calidad de los paneles fabricados en China, que a su vez tienen una menor vida útil. Un panel de alta calidad, como los que usan los satélites, es carísimo y dura muchos años, los paneles chinos... bueno, como muchas otras cosas made in China, ya sabemos.

Los paneles tampoco son ambientalmente neutros, se gastan enormes cantidades de energía eléctrica para purificar y dopar el silicio, de hecho la energía gastada en fabricar el panel es usualmente mayor que el total de energía que este produce durante su vida útil. Además con los paneles de menor vida útil -empaquetados en vidrio- tenemos un serio problema cuando millones de ellos se convierten en basura. La mayor debilidad de estos paneles es su muy baja eficiencia porque funcionan solo con luz directa. Además deben conservarse limpios. Parece muy atractivo llenar unos miles de hectáreas de desierto con paneles, pero en el desierto hay chusca que crea una capa de barro, como las celdas individuales van interconectadas, si se tapa una sola celda, toda la línea queda interrumpida.

Otras
Existen varias otras formas de convertir calor o movimiento en energía eléctrica: eólicas, mareomotriz, termosolar, etc. Pero todas estas no son hasta el momento económicas para generar electricidad de potencia, del orden de los maga o giga watts, así es que para efectos prácticos no se cuentan, aunque pueden ser muy útiles para generar en cantidades pequeñas.

El factor de planta y la energía fotovoltaica
Usemos de nuevo un ejemplo ingenuo. Supongamos que las cuatro tecnologías que mencioné son fábricas. De esas fábricas, tres de ellas pueden trabajar de manera ininterrumpida las 24 horas del día
durante todo el año, es decir en un año producen 365x24=8.760 horas al año, nuestra "fábrica" fotovoltaica en cambio solo produce cuando hay sol, imaginemos en el caso más optimista que tenemos un promedio de 10 horas de sol diarias, es decir producirá 365x10=3.650 horas.

8.760 versus 3.650 ¿se entiende? Eso se llama "factor de planta" y es la mayor desventaja que tienen las instalaciones fotovoltaicas de generación de potencia. Existen varias otras desventajas, como por ejemplo la baja eficiencia, menor vida útil, más necesidad de mantenimiento (limpieza), etc.

La ineficiencia fotovoltaica -entre un 16% y 20% los más caros- presenta otro problema: requieren enormes extensiones de terreno, así como una enorme cantidad de paneles para generar la misma energía que -por ejemplo- una termo o hidroeléctrica. Estos terrenos se consiguen normalmente en concesión, por ejemplo en el desierto, pero no son costo cero, constituyen un subsidio que reciben los generadores que es enorme en relación a la cantidad de energía que se genera. 

Como se define una matriz de generación 
Tal como vimos al principio, disponemos de varias tecnologías que podemos agrupar en cuatro grupos, también vimos que -como el suministro de energía eléctrica es tan importante para un país, no conviene "casarse" con una sola tecnología, lo mejor es tener una matriz diversificada. El objetivo al construir esta matriz es entonces generar la energía con el menor costo -económico y ambiental- que ofrezca un suministro seguro.

Lo que normalmente hacen los países es aprovechar primero que nada sus propios recursos naturales. Países como Mexico que son importantes productores de petróleo y combustibles fósiles tienen buena parte de su matriz en base a eso. Países como China, que son importantes productores de carbón (igual que muchos otros países del mundo) basan en carbón y sus derivados buena parte de su matriz. Chile no tiene combustibles fósiles y muy poco carbón, pero si tiene una de las reservas de agua dulce más grandes del mundo y por lo mismo en su extremo sur tiene un enorme potencial hidroeléctrico que debería explotarse para producir la energía abundante y barata que necesitamos, tal como se hace en todo el mundo.

Obvio que sería una locura transportar la energía desde Aysen hasta Arica por cables, las hidroeléctricas son una parte de la solución y no deberíamos depender 100% de ellas. En el Norte de Chile, específicamente en Antofagasta la solución técnica es una generadora de energía nuclear, tal como las muchas que existen en Francia, Suecia y otros países desarrollados, de hecho Argentina tiene una tecnología excelente, basada en agua pesada, aunque dudo que quieran compartir su tecnología con nosotros por asunto de seguridad nacional.

Una central generadora nuclear podría solucionar varios problemas de una vez, daría energía barata para nuestro principal fuente de riqueza que es la minería, al bajar los costos inmediata y automáticamente somos más ricos como país, solo con eso. También serviría para desalar agua de mar, un producto residual que se obtiene prácticamente a costo cero porque se usa esa agua para enfriar los reactores. Una planta resilente, capaz de resistir grandes terremotos y maremotos (no como la viejisima Fukushima de Japón) es totalmente factible, de hecho la mayoría de las centrales nucleares resisten esos eventos sin problema, no así las actuales generadoras termoeléctricas que son extremádamente vunerables ante sismos.

Pero ya me he extendido demasiadoaunque me quedan varias coss en el tintero virtual, por ejemplo ese mito que "Chile tiene la energía eléctrica más cara de Sudamérica", que es 100% de desinformación porque compara sobre bases diferentes. Pero en fin, por mientras lo dejo hasta aquí nomas, ya me he alargado demasiado.