Las mejoras de descarbonización en las plantas de energía de carbón en China se acelerarán según un plan de acción gubernamental del 7 de julio. «El carbón todavía tiene un papel que desempeñar en garantizar el suministro de electricidad durante un cierto período de tiempo», afirmó.
Durante años, China ha estado expandiendo su generación de energía renovable más rápido que cualquier otro país. En 2023, representó aproximadamente el 63% de la nueva capacidad eólica y solar del mundo, y el 40% de la capacidad instalada acumulada. En junio, la Agencia Internacional de Energía predijo que para 2030, la capacidad renovable instalada en China se acercaría a los 3,200 gigavatios (GW), o 2.5 veces el nivel de 2022.
Sin embargo, ni la velocidad ni la escala de esta expansión han detenido el crecimiento de la energía de carbón. En abril, un informe de Global Energy Monitor reveló que China había aprobado 200 GW de nueva energía de carbón desde 2022. El crecimiento porcentual del consumo nacional de carbón en 2023 superó la cifra global, atrayendo la atención generalizada de la comunidad internacional. Hay tres razones para esto, y se relacionan con tres desafíos subyacentes. Primero, otras fuentes de energía aún no pueden satisfacer la creciente demanda de electricidad. Segundo, hay escasez de fuentes de electricidad que sean limpias pero también capaces de proporcionar flexibilidad operativa. Tercero, el desarrollo de tecnología para proporcionar calor a partir de energía limpia está rezagado.
Este artículo explorará la situación y posibles soluciones, utilizando a Shandong como ejemplo. La provincia del noreste tiene la mayor capacidad solar instalada de China y la segunda mayor capacidad instalada de energía de carbón y demanda de electricidad. También necesita más calor para sus sectores residenciales e industriales que cualquier otra provincia. Actualmente, obtiene la mayor parte de este calor de plantas de cogeneración alimentadas por carbón.
Garantizar el suministro: una demanda de electricidad enorme y creciente
En 2023, se usaron 9,220 teravatios hora (TWh) de electricidad en toda China, un 6.7% más que en 2022. Esto fue aproximadamente el doble que en los Estados Unidos (4,267 TWh) y 3.5 veces la Unión Europea (2,696 TWh), según datos analizados por el grupo de expertos europeo Ember. El consumo en Shandong solo fue de 797 TWh, o 1.5 veces el de Alemania, el mayor consumidor de electricidad de Europa (514 TWh).
El uso de electricidad en los EE. UU. y en las naciones desarrolladas de la UE se ha mantenido estable o incluso ha disminuido. En China, sigue creciendo, con un promedio anual del 5.7% entre 2013 y 2023, según Ember. Esto se compara con un crecimiento del 0.4% anual en los EE. UU., y disminuciones del 0.7% anual en la UE en su conjunto y del 1.5% en Alemania. China experimentó un crecimiento interanual del uso de electricidad del 8.1% en la primera mitad de este año, y se espera que el crecimiento anual sea del 6.5%, según el Consejo de Electricidad de China. Este aumento sería superior al consumo total actual de electricidad en Alemania.
Un crecimiento tan alto, y desde un punto de partida tan alto, significa que las fuentes de energía no basadas en carbón –incluidas las renovables, nucleares y de gas– no pueden satisfacer el aumento de la demanda: China aún necesita una pequeña cantidad de nueva energía de carbón para cubrir la brecha. En 2023, se añadieron alrededor de 314 GW de nueva capacidad instalada no basada en carbón (que representó más del 85% de toda la nueva capacidad instalada), según el Consejo de Electricidad de China. La mayor parte de esto provino de la energía eólica y solar (casi 300 GW). Aun así, eso no fue suficiente para cubrir el aumento de la demanda de 576 TWh. Por lo tanto, también se instalaron 40 GW de energía de carbón en 2023. Esto se tradujo en un aumento de 290 TWh en la electricidad generada por carbón, cubriendo la mitad del crecimiento total de la demanda.
Regulación de picos: falta de recursos flexibles
A finales de junio de este año, la energía eólica y solar de China representaba alrededor del 40% de la capacidad instalada de generación y alrededor del 20% de la electricidad generada. Ambas cifras se han más que duplicado en los últimos cinco años. Esto significa que la red necesita más flexibilidad para adaptarse, ya que la generación renovable fluctúa con el clima. En Shandong, la rápida expansión de la energía solar ha transformado el sistema eléctrico de uno concentrado y estable a uno distribuido, fluctuante y que requiere una gestión más activa.
A diferencia de los EE. UU. y la UE, China tiene menos centrales eléctricas de gas que pueden ajustar rápidamente su producción y responder de manera confiable a los picos de demanda de energía. Además, emiten menos CO2 por unidad de energía generada que las plantas de carbón. Según Ember, la energía de gas representó solo el 5% de la capacidad instalada en China en 2023, muy por debajo de los EE. UU. (42%), el Reino Unido (36%) y Alemania (14%). Alemania tiene 82 GW de energía solar respaldados por 34 GW de gas, mientras que Shandong tiene 60 GW y 0.6 GW, respectivamente. La provincia no tiene más opción que depender de sus 100 GW de energía de carbón para proporcionar flexibilidad, con esas plantas deteniéndose y reiniciándose docenas de veces al mes para satisfacer la demanda.
China está acelerando el despliegue de baterías y de la energía hidroeléctrica con almacenamiento por bombeo para proporcionar flexibilidad en la energía limpia. Sin embargo, las primeras tienen capacidades de almacenamiento limitadas, y las segundas requieren largos períodos de construcción. Estas tecnologías no reemplazarán al carbón como proveedor de flexibilidad en el corto o mediano plazo. Por lo tanto, en enero, la Comisión Nacional de Desarrollo y Reforma de China publicó opiniones orientativas sobre la adición de capacidad de regulación de picos y almacenamiento, así como mecanismos de despacho más inteligentes. El primer punto abordó más mejoras en la flexibilidad de la energía de carbón, con todos los cambios en la flota existente a completarse para 2027.
Suministro de calor: el norte de China necesita calor
El carbón sigue siendo la mayor fuente de calefacción en China, particularmente en el norte, donde proporciona la mayor parte de la calefacción residencial. En 2022, el 55% de los edificios urbanos en el norte de China se calentaron mediante plantas de cogeneración alimentadas por carbón. Si se suman los edificios calentados por calderas de carbón, se llega al 70%. La industria, que requiere altas temperaturas para garantizar la calidad y eficiencia en ciertos procesos industriales, depende aún más del carbón.
En algunos lugares, la necesidad de calefacción se ha convertido en un obstáculo clave para la eliminación del carbón. Shandong actualmente está trabajando para cerrar unidades de energía de carbón de menos de 300 MW, pero estas proporcionan más del 80% de la calefacción de la provincia. En contraste, el gas es la mayor fuente de energía para calefacción en países como EE. UU. (78% en 2022) y Alemania (47%). Además, la demanda total de calefacción en estos dos países es pequeña, menos del 10% de la de China.
Una investigación publicada en junio por el Instituto de Energía de la Universidad de Pekín (donde trabaja uno de los autores de este artículo) encontró que si Shandong continúa usando carbón y gas como sus principales fuentes de calor, solo podrá eliminar menos de 30 GW de energía de carbón para 2050. Sin embargo, un mayor despliegue de energía nuclear y biomasa para calefacción significaría que solo necesitaría mantener 6 GW de energía de carbón para ese momento. En este escenario, el 95% de la flota de energía de carbón de Shandong podría ser eliminada.
Una eliminación más rápida requiere una política coordinada
La velocidad y el alcance de la eliminación de la energía de carbón dependen de reemplazos efectivos para la electricidad, el calor y la flexibilidad que proporciona. Las opiniones sobre las posibles hojas de ruta varían entre las instituciones de investigación. Por ejemplo, algunas investigaciones han encontrado que China aún necesitará más de 800 GW de energía de carbón en 2060. Otras investigaciones han sugerido que una eliminación completa es posible para 2040.
Para reducir la dependencia del carbón más rápidamente y garantizar un pico temprano en la generación de energía de carbón, China necesitará un enfoque integral y sistemático para construir un nuevo sistema de energía y electricidad. Una forma de evitar la construcción de nuevas plantas de energía de carbón es utilizar más las existentes. Las horas de utilización se calculan dividiendo la energía generada durante un período dado por la capacidad total del equipo relevante. Mientras que para la energía de carbón este indicador estaba disminuyendo durante el período del 14º Plan Quinquenal de China (2016-2020), ha aumentado más recientemente, de 4,323 en 2020 a 4,685 en 2023. Sin embargo, todavía hay margen de mejora: 5,000 horas serían un objetivo adecuado.
China también necesita acelerar el crecimiento de las fuentes de energía limpia, incluidas las renovables y la nuclear. Esto apoyará el objetivo de triplicar la generación total de energía renovable para 2030 (en comparación con los niveles de 2022) y de satisfacer toda la demanda adicional con fuentes de energía no basadas en carbón.
Para lograr una mayor flexibilidad, además de incrementar la construcción de instalaciones de almacenamiento de energía y generación de energía de pico, se debe fomentar una mayor cooperación eléctrica entre regiones y un mayor uso de la «respuesta del lado de la demanda».
Los acuerdos de transmisión de energía interprovinciales e interregionales relativamente rígidos de China necesitan ser modificados. Las horas de utilización no deben ser el único indicador de evaluación para medir la efectividad de los canales de transmisión. También se debe establecer un mecanismo de mercado para el comercio de energía.
En cuanto a la respuesta del lado de la demanda, se podrían utilizar precios flexibles e incentivos monetarios para alentar a los consumidores a cambiar su uso de electricidad a momentos en los que la energía renovable es más abundante o cuando la demanda general es más baja.
Nuevos modelos de negocio, como la energía distribuida y el almacenamiento de baterías, deben desarrollarse aún más para implementar los requisitos de «coordinación de oferta y demanda» en el nuevo sistema eléctrico. El equilibrio local y la absorción de nueva energía volátil a través de capacidades de respuesta de la demanda impulsadas por el mercado pueden ayudar a reducir la presión sobre la red eléctrica y mejorar la eficiencia económica. Por ejemplo, con el rápido aumento del número de vehículos eléctricos, la carga ordenada y la integración vehículo-red (V2G) pueden reducir en gran medida los altos costos de almacenamiento de energía y construcción de plantas de carbón. Todo esto requiere una mayor reforma del mercado eléctrico para permitir precios en tiempo real, lo que permitiría que el mercado cumpla su función básica de asignación de recursos.
En cuanto a la generación de calor, especialmente en provincias que dependen en gran medida de la energía de carbón para este fin, se debe desplegar un «conjunto» de tecnologías de calefacción limpia. Por ejemplo, los niveles más bajos de calor requeridos para edificios residenciales pueden provenir de bombas de calor, energía nuclear, energía geotérmica y excedentes de calor industrial. El vapor de alta temperatura necesario para la industria puede provenir de gas, biomasa sólida, pequeños reactores nucleares modulares o hidrógeno. En el futuro, China necesita fortalecer la investigación en tecnología de calefacción más limpia, incluidas soluciones emergentes de almacenamiento de calor a gran escala. Debe aclarar las circunstancias adecuadas para el uso de diferentes opciones y proporcionar estándares técnicos y de servicio para cada una. Se debe ofrecer una lista de diferentes opciones, incluidas soluciones combinadas o complementarias. La lista debe comparar costos, gastos operativos, características funcionales y desempeño ambiental, para que los consumidores puedan tomar decisiones informadas. Esto garantizará una calefacción de buena calidad y asequible.
En cuanto al almacenamiento de energía a gran escala y de temporada, además del hidrógeno y sus derivados, también ha surgido la tecnología de almacenamiento de calor a gran escala.
Creemos que, con el desarrollo de «nuevas fuerzas productivas de calidad» impulsado por el progreso tecnológico y los cambios correspondientes en las relaciones de producción, seguramente surgirán nuevos modelos de negocio.
Esto promoverá la rápida formación de un nuevo sistema eléctrico que sea limpio, bajo en carbono, seguro, abundante, económico y eficiente, coordinado entre la oferta y la demanda, flexible e inteligente.
Nota: este es un artículo republicado del medio «Dialogue Earth» a través de un acuerdo de cooperación entre ambas partes para la difusión de contenido periodístico. Link original.
Es responsable del Programa de Energía Limpia de la Fundación de la Energía de China. Ayuda al Director del Programa a identificar estrategias y gestionar una cartera de subvenciones para alcanzar los objetivos del programa. Antes de incorporarse a la Fundación, trabajó durante años en la oficina de Nueva York de la Organización Mundial para el Desarrollo y la Cooperación en la Interconexión Energética y en la empresa de suministro eléctrico de Shandong, State Grid Corporation of China.
