Ya se encuentre la fuente de energía basada en combustibles fósiles, nucleares o renovables, el costo de operación y mantenimiento (O&M) forma una parte importante del modelo de negocio de una central eléctrica, siendo una pieza del puzzle de inversiones junto con los gastos de capital y los precios del combustible, que deben ser equilibrados frente a la rentabilidad del ciclo de vida, la eficiencia de producción y la disponibilidad de la fuente de energía. Estos costes permanentes (tanto fijos como variables) incluyen el mantenimiento del día a día preventivo y correctivo, los costes laborales, la gestión de activos, acciones relativas a garantizar la salud y la seguridad del personal laboral, así como otra serie de importantes tareas.
Los costes de operación y mantenimiento varían ampliamente entre diferentes formas de generación de energía, desempeñando a menudo un papel variable en el análisis básico del coste de las diferentes plantas de energía (altos gastos de mantenimiento son a menudo compensados por ventajas en otras áreas, y viceversa).
En el presente artículo se da a conocer los costos promedio de operación y mantenimiento para seis de los métodos más comunes de generación de energía, a medida que se analiza las razones de esos costos y cómo encajan en el panorama más amplio de la economía de la central eléctrica.
Este análisis se fundamenta en datos del informe World Energy Investment Outlook 2014 publicado por la Agencia Internacional de la Energía (IEA), que incluye la información en bruto de los costos medios anuales de operación y mantenimiento para la industria de la energía, tanto en la actualidad como en una previsión futura. Estas predicciones de costes de la IEA se basan en su denominado Escenario de Nuevas Políticas (NPS, por su siglas en inglés), que incorpora los compromisos de política anunciadas de los diferentes países y los planes en sus proyecciones. Los gastos actuales se toman a partir de datos de 2012, con proyecciones dadas para 2020 y 2035. Como los datos de los costes de operaciones y mantenimiento de la IEA se dividen entre los distintos países y regiones, se toman los datos para Europa como punto de comparación por defecto entre los métodos de generación de energía más usuales.
1. Energía térmica de gas (20$ por kW).
La producción de electricidad a partir del gas es conocida por tener relativamente unos bajos costes de operación y mantenimiento si se compara con otros métodos de generación, y las estadísticas de la IEA lo demuestran. Las centrales eléctricas equipadas con turbinas de combustión de ciclo simple, el más común (y menos eficiente) en tecnología de gas, han llegado a un promedio anual de coste por operación y mantenimiento de sólo 20$ por kilovatio (kW) producido, por lo que esta tecnología resulta la opción más barata en términos O&M de la industria.
De acuerdo con cifras de la IEA, las plantas de gas más sofisticadas también se benefician de un panorama económico favorable en este sentido. La tecnología de turbinas de gas de ciclo combinado pueden aumentar la eficiencia en un 39% para turbinas simples a un 60% en coste O&M promedio de 25$ por kW, mientras que las plantas de cogeneración (CHP), empuja la eficiencia a más del 80% por un similarmente modesto aumento del coste O&M.
El mantenimiento de un efectivo sistema de lubricación para turbinas de gas es una consideración importante para las plantas eléctricas a partir de gas como medida de mantenimiento preventivo, y forma un componente vital de sus gastos de operación y mantenimiento. En un sentido más amplio, teniendo en cuenta como las energías renovables se están convirtiendo en una parte cada vez más grande del mix energético de las economías desarrolladas, las plantas de gas, con su capacidad de producir de forma rápida o reducir sus operaciones según sea necesario, son cada vez más importantes como un suplemento seguro y variable que apoya a un suministro renovable intermitente.
2. Energía solar fotovoltaica a gran escala (25$ por kW).
Fruto del continuo desarrollo de la tecnología solar fotovoltaica (PV) que, a 25$ por kW, ha logrado posicionar las instalaciones fotovoltaicas a gran escala entre las tecnologías de generación de energía más baratas en términos de operaciones y mantenimiento. Por supuesto, la relativa simplicidad de la energía solar fotovoltaica es el factor que se define aquí. La limpieza de los paneles fotovoltaicos, junto con una cuidadosa monitorización de las unidades de inversores y subsistemas de CA, son las tareas de mantenimiento primarias en este tipo de instalaciones. La IEA también proyecta abruptamente una caída de los costes iniciales de capital para estos proyectos hasta el año 2035, lo que significa que la energía solar fotovoltaica está alcanzando rápidamente a los combustibles fósiles como una propuesta financiera atractiva, unido a sus ventajas de adopción como una alternativa respetuosa con el medio ambiente.
La energía solar concentrada (CSP, por su siglas en inglés), por otro lado, es una tecnología más sofisticada y novedosa que aún no se ha beneficiado de la investigación y desarrollo colectiva que está impulsando positivamente los costes de la energía solar fotovoltaica. Con los gastos de capital por las nubes y una carga en términos de O&M de 290$ por kW en Europa, la tecnología CSP es actualmente muy cara de operar y mantener, pero, se espera que unos materiales más resistentes y unos costes de los componentes en declive traigan una disminución significativa de los costos de operación y mantenimiento en los decenios venideros; la IEA prevé que la O&M en las plantas de CSP se sitúe en 183$ por kW para el año 2035.
3. Energía térmica de carbón subcrítica (43$ por kW).
El carbón ha sido durante mucho tiempo el caballo de batalla del mercado de la generación eléctrica. Sin embargo, puede encontrarse en el ocaso de su reinado conforme los legisladores ambientales buscan limitar su dependencia de la energía del carbón, pero sus fuertes ventajas financieras en el horizonte hace del carbón una opción económicamente competitiva. No obstante, los costes de operación y mantenimiento no son espectacularmente bajos para el carbón. Por ejemplo las plantas subcríticas, como opción más barata, llegan a 43$ por kW, aumentándose los costes de manera constante a través de las modernas tecnologías de combustión de carbón ultrasupercrítica y supercríticas más eficientes antes de llegar a los 88$ por kW, en el caso de las opciones con menores niveles de polución y captura de carbono integradas en plantas de ciclo combinado de gasificación.
Uno de los principales impulsores de los costes O&M en las plantas de carbón es el seguimiento y el mantenimiento de los muchos componentes móviles que intervienen en el proceso de generación, incluyendo turbinas y grupos electrógenos, transportadores de carbón y sistemas de manipulación. Como las centrales eléctricas de carbón son a menudo centrales de base, con frecuencia se espera que estos componentes operen continuamente mientras son sometidos a cargas pesadas y altas temperaturas, así como a diversos niveles de polvo, suciedad y humedad. Las innovaciones en el mantenimiento predictivo y optimización de activos han ayudado a reducir los costes a través de los años, pero el gasto en términos O&M en este sector de peso en la industria, se espera que mantenga estabilidad hasta 2035.
4. Energía eólica terrestre (46$ por kW).
El acceso es el tema predominante para el O&M de las turbinas eólicas, como la patente disparidad que se demuestra entre los costes para los parques eólicos en tierra y mar. Los costes de operación y mantenimiento de las instalaciones eólicas en áreas terrestres ahora rivalizan con las tecnologías de carbón más simples con sus 46$ por kW, y se espera que caiga por debajo del carbón en 2020. Su contraparte en entornos marítimos, que requieren de mayores fondos de capital, son actualmente estimados en 181$ por kW, casi cuatro veces el gasto de las instalaciones en tierra.
Los métodos automatizados de monitorización del equipamiento fuera de las instalaciones, son cada vez más importantes como una estrategia de mantenimiento eficaz en tiempo y costes, especialmente en alta mar, donde el acceso a las turbinas para la reparación o modificación de su funcionamiento es una operación costosa en sí misma. Una conocida empresa de turbinas ha instalado el sistema de monitorización remoto WebWPS SCADA en todos sus aerogeneradores modernos, consiguiendo en promedio resolver el 80% de las actividades operativas y de mantenimiento en turbinas de forma remota a los diez minutos de establecerse un cambio, evitando la necesidad de que un técnico visite el sitio para realizar una inspección.
5. Energía hidroeléctrica a gran escala (53$ por kW).
La energía hidroeléctrica a gran escala es en la actualidad significativamente más barata de operar y mantener que los proyectos de menor envergadura; el primero tiene un coste promedio anual O&M de 53$ por kW, mientras que las más pequeñas alcanzan los 70$. Inusualmente, sin embargo, el coste de mantenimiento de grandes instalaciones como presas y diques están previstos que aumenten en lugar de caer en el futuro, igualándose incluso casi con los costes estables de la energía hidroeléctrica a pequeña escala en 2035.
El envejecido equipamiento de necesario reemplazo en represas hidroeléctricas, así como la complejidad de la operación y mantenimiento de los nuevos equipos junto a los componentes de mayor edad, pueden explicar en parte el aumento gradual previsto por la IEA. El ingeniero jefe de American Hydro Corporation, Gerry Russell, ofreció otra explicación en 2010 para HydroWorld: “Las condiciones del mercado(…) están probando los límites de operación para muchas instalaciones de generación hidroeléctrica. El equipamiento de generación ahora está siendo operado de manera rutinaria en los regímenes que tradicionalmente se han considerado fuera de los límites del diseño, y apropiado sólo para períodos de transición o posibles condiciones de emergencia de transición. Estos nuevos requisitos están aumentando el nivel de capacidades y costes de muchas plantas en operación y mantenimiento”.
6. Energía nuclear (198$ por kW):
Además de representar un considerable compromiso de capital para su desarrollo, las plantas de energía nuclear no son baratas de operar y mantener. Por cada kilovatio generado hay un promedio de 198$ gastados en operación y mantenimiento en Europa, en comparación con regiones como China (el país más barato para este sector en términos de O&M) que alcanzan los 80$ por kW, aunque se estima que esta cifra aumente a 112$ en 2020 para el gigante asiático.
El procesamiento, enriquecimiento y fabricación de uranio en elementos combustibles representa un gasto significativo, por no mencionar el coste de la eliminación de residuos. Garantizar la integridad de los equipos es también una tarea importante, con plantas nucleares que operan con un gran número de bombas, válvulas, cableados, interruptores automáticos y una serie de otros componentes mecánicos y eléctricos que deben trabajar en condiciones difíciles.
Por supuesto, las repercusiones de los fallos en seguridad son particularmente catastrófica en el caso de la energía nuclear, por lo que la gestión de riesgos en curso es esencial y hay justificadamente establecidas unas estrictas normas y protocolos de seguridad. A pesar de los importantes costes de operación y mantenimiento, entre las ventajas de la energía nuclear se encuentra su fiabilidad, la ausencia de emisiones de carbono y los bajos precios del combustible, por lo que probablemente seguirá desempeñando un papel importante en el mix energético del futuro, sobre todo gracias a la mejora de la tecnología de reactores de los últimos años.
