Las energías renovables como la eólica y la solar, también conocidas como Energías Renovables Variables (ERV), han ganado un enorme terreno en el sector de los servicios públicos a medida que aumenta la demanda de una fuente de energía sin emisiones. Desde la década pasada, el precio de los paneles solares fotovoltaicos ha bajado de forma asombrosa gracias a la producción en masa y la industrialización. Esto ha provocado un enorme repunte en el uso de la energía solar (también en el caso de la eólica) en la red.
El problema de la energía renovable variable.
Pero cuando el sol se pone, vemos un lado oscuro de la energía solar. Por la noche, incluso la mayor central solar del mundo no produce electricidad, el momento en que la demanda está en su punto álgido.
Del mismo modo, la energía eólica es muy inestable, no funciona si no sopla viento.
Por esta razón, las centrales eléctricas alimentadas con combustibles fósiles tienen que funcionar codo con codo para proporcionar un suministro estable a la red.
¿Qué culpa tienen las energías renovables?
En la próxima década, las fuentes de energía renovables, en particular la eólica y la solar, aumentarán sustancialmente e incluso pueden llegar a ser una fuente primaria de energía según múltiples estudios y proyecciones.
La energía renovable variable es bastante inestable e impredecible debido a su dependencia de las condiciones climáticas y geográficas.
Para aumentar la penetración de este tipo de energías renovables hay que planificar cómo gestionar la red equilibrando la oferta y la demanda. Estos son algunos rasgos característicos de un sistema de energía renovable variable que deben tenerse en cuenta en la planificación.
- Naturaleza inestable: Tanto la energía eólica como la solar son muy inestables por sus respectivos factores. En el caso de la energía solar, depende del horario del sol, que varía a lo largo del año debido a los cambios estacionales. Además, la intensidad variable de la luz solar debida a la nubosidad, la nieve, el polvo, la niebla, etc. provoca fluctuaciones en la producción. Pero cuando el sol se pone la generación de electricidad es nula. En cambio, la energía eólica no está directamente influenciada por el sol, sino por la diferencia de temperatura de la superficie terrestre. Puede funcionar a cualquier hora del día. Aunque no se puede predecir con gran exactitud cuándo soplará el viento en una zona concreta en las próximas horas.
- Previsibilidad e incertidumbre: Aunque la energía solar es más predecible que la eólica, está sujeta a más factores de influencia como el polvo, la nieve, la niebla, el smog, la lluvia, etc., y depende directamente del sol. Predecir el tiempo nublado es posible con mayor exactitud que predecir el flujo del viento. El funcionamiento de una turbina eólica depende de varios factores, como la velocidad del viento, la densidad del aire, la eficiencia de la turbina, etc. Los aerogeneradores se apagan automáticamente cuando hay una tormenta o un ciclón para evitar daños a la turbina y a la red. Actualmente no es posible predecir tantos factores. Por eso hay que integrarla con la energía solar u otras fuentes de energía.
- Dependencia geográfica: La intensidad del sol y del viento varía de un lugar a otro. Una planta solar no puede ser rentable en un paisaje tropical con alta pluviosidad, pero sí puede serlo un parque eólico.
- El bajo factor de capacidad de las VRE: El factor de capacidad es el porcentaje de energía máxima producida en un periodo determinado. En este caso, la ERV tiene un factor de capacidad muy bajo, del 36% para la eólica y del 33% para la solar. Es bastante bajo en comparación con una central nuclear, que puede alcanzar un asombroso 98% y funcionar 24 horas al día, 7 días a la semana.
El aumento de la complejidad en la gestión de la red.
Una de las principales ventajas de una central alimentada con combustibles fósiles frente a una VRE es su estabilidad y el control total de la producción de energía. Durante los últimos 100 años, los gestores de los grupos electrógenos han tenido el control absoluto del suministro para satisfacer la variación de la carga total en un día determinado. El trabajo consistía únicamente en aumentar o disminuir la producción de los generadores en consecuencia.
Pero las cosas se están complicando mucho más tras la introducción de energías renovables como la eólica y la solar, debido a su naturaleza impredecible de la que hemos hablado antes.
El objetivo de los gestores de la red es equilibrar la oferta y la demanda. Era muy fácil equilibrar la red utilizando centrales alimentadas con combustibles fósiles, o una central hidroeléctrica, debido a su consistencia. Pero como la penetración de la ERV aumenta día a día, es necesario un sistema más flexible.
Como sabemos que el viento y el sol se comportan de forma diferente y el sol es más predecible que el viento, ambos se complementan en muchos escenarios. Por la noche, cuando el sol se pone, también lo hace la generación de energía a partir de paneles solares, pero la energía eólica está más disponible.
El problema del viento.
La principal desventaja de la energía eólica es su imprevisibilidad. No podemos predecir con exactitud cuándo soplará el viento en las próximas una o dos horas. Por eso no es posible aumentar la potencia cuando hay un pico de carga. Hay casos en los que hay más oferta que demanda o viceversa. Ambas situaciones pueden ser peligrosas si no se manejan con cuidado. Si la generación es superior a la demanda, puede dañar la red y las líneas de transmisión, provocando graves daños a largo plazo. Y si la carga neta (la diferencia entre la carga total y la oferta de energía eólica) aumenta de repente y no se compensa rápidamente, se produciría una interrupción del suministro eléctrico.
El lado oscuro del sol.
A diferencia del viento, todos sabemos a qué hora se pone y sale el sol. Aunque no es constante a lo largo del año y varía según los cambios estacionales y la posición geográfica. La energía solar tiene su problema particular y su relación con un pato.
La curva del pato.
En la era pre-COVID, cuando todo era «normal», solíamos levantarnos por la mañana para ir a la oficina y al final del día llegábamos a casa para relajarnos. Por lo tanto, hay un claro pico de carga por la mañana y por la tarde en un día determinado. Si trazamos un gráfico de la carga en función del tiempo durante un periodo determinado, veremos un patrón claro. Un pico por la mañana y por la tarde. Por lo tanto, una compañía eléctrica que genere electricidad a partir de una fuente que no sea de energía solar fotovoltaica puede aumentar su producción.
Pero en el caso de las centrales solares, sólo pueden generar toda su energía durante el día. Esto significa que durante los dos picos de carga no se puede extraer energía de la energía solar. Por el contrario, durante el día hay más oferta que demanda gracias a la energía solar. El coste de la electricidad por kWh durante el día también se reduce. A mayor oferta, menor demanda.
La Curva de Pato fue acuñada originalmente por el Operador Independiente del Sistema de California en 2012, donde estudiaron y analizaron el gráfico de carga en el estado de California ya que tiene un mayor porcentaje de suministro de energía solar.
¿Cuál es la solución?
Ha habido un progreso significativo en la gestión y hacer frente a la incertidumbre de VRE. Hemos hablado de las soluciones o, mejor dicho, las precauciones que han utilizado los gestores.
- El pasado: En las fases iniciales de la instalación de VRE, se produjeron problemas algo similares debido a la imprevisibilidad. Había situaciones en las que las VRE producían más energía que la carga real. Para evitar daños debidos a la sobrecarga de las líneas de transmisión y la red de distribución, las fuentes solares y eólicas simplemente se apagaban.
- El presente: Se ha intentado flexibilizar la red para que pueda hacer frente a la variabilidad de las energías renovables. Contar con un sistema de transmisión más conectado ha ayudado a transferir el exceso de energía producida a zonas donde hay mucha demanda.
- El futuro: Algunos de los aspectos futuros ya se utilizan en el presente, pero no hasta un nivel en el que pueda considerarse una cantidad significativa. El uso de fuentes más gestionables, como la energía hidroeléctrica, la biomasa, la energía geotérmica, etc., puede ayudar a proporcionar un suministro instantáneo a los picos repentinos de demanda. El almacenamiento de energía en la red: Sin malgastar ni apagar el sistema VRE, se puede almacenar el exceso de energía para su uso posterior. Para un profano, el almacenamiento de electricidad podría parecerse al de las baterías, lo cual es correcto. Pero en este caso, no se limita a las baterías de iones de litio. Existen numerosos tipos de baterías de almacenamiento de energía de red: químicas, de gravedad o térmicas. En la actualidad, los acumuladores de energía de red se utilizan para almacenar el exceso de energía de la red. Las primeras fueron las centrales de bombeo, pero son muy limitadas debido a su dependencia geográfica. También se utilizan baterías de iones de litio, pero siguen siendo muy caras. Otros tipos de baterías químicas, como las de flujo redox, tienen un gran potencial. Se está trabajando en baterías de gravedad similares a las de bombeo, que utilizan toneladas de peso sólido con la ayuda de un cabrestante para almacenar y liberar energía. Gravitricity, en el Reino Unido, está investigando uno de estos tipos.
¿Por qué no podemos cerrar todas las centrales que funcionan con combustibles fósiles?
Se están haciendo avances tecnológicos para que la red sea lo suficientemente flexible como para hacer frente a la variabilidad de un sistema VRE.
El almacenamiento de energía en la red es el futuro cuando pretendamos sustituir las centrales alimentadas con combustibles fósiles.
En la actualidad, el avance de la tecnología de almacenamiento no está a la altura del ritmo de las instalaciones de VRE.
Esta es también una de las razones por las que no es posible una penetración del 100% de las energías renovables.
Los combustibles fósiles tienen que funcionar a una capacidad de carga base para minimizar el coste del ciclo y también para aumentar la generación cuando hay poca producción renovable. El coste del ciclo es el coste de una central que conlleva el reajuste de las turbinas. Su coste varía en función del tipo de combustible y del tiempo que transcurre entre la parada y el arranque.
Las centrales basadas en calderas tienen un coste de ciclo muy elevado y el coste varía en función de la temperatura de la caldera. Las centrales basadas en el carbón tienen el coste de ciclo más elevado, pero muchas centrales están diseñadas para tener un ciclo de carga menor con un tiempo de respuesta bajo, como las centrales hidroeléctricas.
Conclusión.
No hay una o dos soluciones para los retos que plantea la mayor penetración de las fuentes renovables.
Cada país o región tiene sus propias características y pueden variar de un lugar a otro.
El objetivo es proporcionar una fuente de energía limpia y rentable, para lo cual la solución más óptima también puede variar.
La gestión de la red en tiempo real puede ser la clave para equilibrar la oferta variable y satisfacer la demanda.
Vía ecoigloo.com
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