En el contexto del desarrollo de los modelos MEDEAS que se está llevando a cabo en el proyecto LOCOMOTION, que GEEDS coordina, se ha desarrollado el TFG “Modelado de la intensidad de materiales en aerogeneradores para su integración en el modelo MEDEAS”.
El modelo MEDEAS-World, el que vamos a utilizar, cuenta con 7 módulos interconectados, de Economía, Energía, Infraestructuras, Materiales, Uso del suelo, Cambio climático e Impacto social y medioambiental. De ellos, trabajaremos con los módulos de Energía y de Materiales, modificándolos de tal forma que la actual diferenciación entre la generación eólica terrestre y marina sea subdividida en las diferentes subtecnologías que han sido identificadas, añadiendo complejidad al modelo, y ayudando a que proporcione una información más cercana a la realidad.
Para la realización del modelo hemos utilizado el programa VenSim, el mismo que ha sido utilizado en el modelo MEDEAS para facilitar la posterior integración. Se trata de un software que permite programar y simular modelos, tanto de forma visual, como mediante programación, siguiendo la lógica de la dinámica de sistemas, y que permite la introducción automática de grandes cantidades de datos en bruto, lo cual simplifica enormemente el proceso de la toma de datos.
Tras la recopilación de información inicial, se identificaron las tecnologías de generación eólica más utilizadas, diferenciadas por el modelo de generador, pudiendo encontrar modelos con imanes permanentes o generadores convencionales, con caja de cambios o sin ella, y con generadores síncronos o asíncronos, cada uno de ellos con sus ventajas y desventajas asociadas con respecto al consumo de materiales, requiriendo las tecnologías más modernas (las que incluyen imanes permanentes o carecen de caja de cambios) mayores cantidades de materiales críticos, de los cuales hemos estudiado principalmente el Neodimio y el Disprosio, necesarios para otras aplicaciones de sectores en alza como pueden ser las baterías para coches eléctricos, y las más antiguas que generan mayores consumos de cobre, que aun no siendo considerado un material crítico por la UE, es muy relevante para multitud de sectores como conductor, aunque otros estudios sí han puesto de manifiesto su potencial futura criticidad.. Dichas subtecnologías de generadores eólicos identificadas son las siguientes:
- Síncronos, con imanes permanentes, y sin caja de cambios.
- Síncronos, con imanes permanentes, y con caja de cambios de media o alta velocidad.
- Síncronos, excitados eléctricamente, y sin caja de cambios.
- Asíncronos.
Cada una de ellas tanto para la generación eólica terrestre como para la marina.
En cuanto a los escenarios considerados, partimos del escenario “Green Growth” del modelo MEDEAS, que considera un ligero aumento en la utilización de fuentes de energía renovable de entre un 17,4 y un 25% anual para la eólica terrestre y marina, así como aumentos mayores para el resto de formas de generación renovables. Adicionalmente, en las simulaciones se han tenido en cuenta dos casos: (1) Un caso continuista en el que no se producen mejoras significativas en las intensidades materiales necesarias para la construcción de estos aerogeneradores, y se toman los valores que se han considerado más adecuados tras la revisión de literatura, y (2) un caso de mejora tecnológica en el que se considera que las intensidades materiales de Neodimio y Disprosio pueden ser reducidas en el futuro. El modelado introducido en MEDEAS-W para representar las subtecnologías de generadores eólicos tiene dos pestañas muy similares, para los modelos terrestres y marinos (ver Ilustración 1). Los datos de entrada vienen del modelo MEDEAS-W, y representan la construcción de nueva capacidad que se realiza cada año. Dichos datos son posteriormente desagregados por el modelo en las diferentes subtecnologías identificadas según las previsiones de share obtenidas de la literatura, y según una serie de reglas de decisión que podrán ser ampliadas para simular escenarios más complejos y alimentados con datos más específicos que hagan más fiables los resultados.
Tras la simulación se obtienen los datos de materiales utilizados, y de los resultados se pueden extraer una serie de conclusiones.
Para el caso del Cobre, el modelo global una vez incluido este modelado adicional, refleja que las actuales reservas de Cobre serían agotadas en torno al año 2047 en la mayoría de escenarios, agravándose el problema en el caso de utilizar tan sólo generadores asíncronos (los que generan un mayor consumo de cobre), lo cual adelantaría esta fecha hasta 2043. Si a esto añadimos no sólo las reservas, sino el total de recursos estimados se llegaría a un consumo del 35% del total en el caso más desfavorable para esos mismos años.
Para los casos del Neodimio y el Disprosio el modelo no arroja problemas de escasez, incluso en los casos de mayor consumo por la construcción de las tecnologías más novedosas que más los consumen. Sin embargo, esto es así ya que MEDEAS-W todavía no tiene en cuenta otros usos para estos materiales, como son los de baterías para coches eléctricos, que van a experimentar un enorme crecimiento en los próximos años, por lo que habría que esperar a su modelado para poder obtener una visión más global de los consumos de estos dos materiales críticos.
En conclusión, es muy importante considerar adecuadamente los consumos materiales que generan las diferentes formas de producción de energía para tratar de evitar que en la transición hacia las renovables se produzcan problemas de escasez, como los que se han experimentado recientemente con los semiconductores utilizados en la fabricación de microchips, que limiten la capacidad de generación de energía renovable en un futuro.
Miguel Ruiz Azpeleta
Referencias
Miguel Ruiz Azpeleta. Trabajo Fin de Grado, Grado en Ingeniería en Organización Industrial, Universidad de Valladolid. Julio 2021. https://uvadoc.uva.es/handle/10324/47450