Las innovaciones en digitalización, el crecimiento del almacenamiento de energía y el papel crucial de la interconexión de redes están ampliando el potencial de las energías renovables para progresar de manera diferente a cuando iniciaron hace 20 años, así lo revela el módulo “Sistemas e infraestructura de energía renovable” de REN21.
La proporción de energías renovables en la combinación energética mundial sigue aumentando, alcanzando el 12.7% del consumo total de energía final (CTEF) en 2021 y el 30% de la generación de energía en 2021. Estas tendencias están creando un impulso irreversible para una transformación energética global.
Las tecnologías de energía renovable han avanzado mucho en sólo 20 años, especialmente gracias al rápido crecimiento de la energía solar fotovoltaica y la energía eólica. Impulsadas por los avances tecnológicos, la disminución de los costos y las crecientes preocupaciones sobre los combustibles fósiles (preocupaciones ambientales y climáticas, volatilidad de precios e interrupciones en el suministro).
El almacenamiento y su diversidad, análisis de datos, digitalización, técnicas de pronóstico, interconexión regional, tecnología de clasificación dinámica de líneas, planta de energía virtual, microrredes entre muchos otros avances, están permitiendo la evolución de las energías renovables ya que trasciendan más allá de la mitigación del cambio climático.
En 2022, la capacidad total instalada de energía solar fotovoltaica en el mundo creció en 243 GW y la de energía eólica en 77 GW. La participación de las energías renovables variables en la generación mundial de electricidad superó el 12 % por primera vez en 2022.
Varios países han experimentado proporciones mucho más altas, entre ellos Dinamarca, con el 61% de la electricidad bruta procedente de energías renovables (55 % eólica, 6 % solar fotovoltaica); Uruguay con 36% (33% eólica, 3% solar fotovoltaica); Portugal con 35% (28% eólica, 7% solar fotovoltaica); Grecia con 34% (21% eólica, 13% solar fotovoltaica); y Alemania con 32% (22% eólica, 10% solar fotovoltaica).
Tecnologías que mejoran integración de las renovables
Integrar y expandir las energías renovables para lograr una alta participación en las redes de servicios públicos sigue siendo un desafío importante. La naturaleza variable de la energía solar y eólica puede afectar la estabilidad del sistema, haciendo más difícil equilibrar la oferta y la demanda.
Sin embargo, existen soluciones clave para aumentar las opciones de despacho para los operadores y disminuir la restricción de la electricidad renovable, incluido el almacenamiento de energía, el acoplamiento sectorial, la gestión del lado de la demanda y mejores técnicas de pronóstico.
La integración de sistemas de almacenamiento de energía, como el almacenamiento por bombeo y las baterías, con energía renovable variable puede proporcionar un mejor equilibrio al sistema general, dependiendo de los requisitos del operador de la red. La capacidad de almacenamiento a escala de servicios públicos oscila entre varios y cientos de megavatios-hora.
El acoplamiento sectorial puede beneficiar de las redes inteligentes, el desarrollo de infraestructuras de redes inteligentes y el desarrollo de “gemelos digitales” como sitio de pruebas basadas en datos para la gestión energética y el acoplamiento sectorial.
El acoplamiento sectorial puede integrar la oferta y la demanda de energía en diferentes aplicaciones de electricidad, calor y transporte. Facilita una mayor proporción de energías renovables al proporcionar la flexibilidad del sistema requerida por la energía renovable variable.
Por su parte, la tecnología digital contribuye en la mejora de la confiabilidad del sistema energético integrando monitoreo, análisis, modelado y toma de decisiones autónoma.
Mientras, la Gestión del lado de la demanda o respuesta a la demanda mejora la flexibilidad del sistema eléctrico. Los beneficios de la gestión del lado de la demanda son potencialmente dobles:
1) los operadores de sistemas pueden beneficiarse del cambio en el uso de energía de las horas pico a las horas no pico, y 2) los consumidores pueden reducir sus facturas de electricidad ajustando el horario y la cantidad de electricidad. uso (dependiendo del diseño del sistema).
Las técnicas de pronóstico mejoradas pueden ayudar a los operadores de redes a anticipar y responder a las fluctuaciones en la producción de energía renovable de manera más efectiva a través de una mejor gestión de los recursos de generación y transmisión de energía, ayudando a mantener la estabilidad de la red.
La digitalización está desempeñando un papel cada vez mayor en los sistemas energéticos dominados por la generación a partir de energías renovables variables. Su objetivo es explotar y aprovechar las capacidades físicas, o componentes de hardware, del sistema (como los sensores de una estación meteorológica), junto con las capacidades del software (como los algoritmos utilizados para pronosticar las condiciones climáticas para un horizonte temporal definido).
El análisis de datos en el pronóstico del tiempo utiliza métodos estadísticos en predicciones numéricas del tiempo y el clima para representar la incertidumbre, reducir el sesgo y mejorar la representación de la variabilidad climática a largo plazo con mayor precisión.
Las técnicas de previsión meteorológica predicen el tiempo con antelación, lo que ayuda a mejorar el suministro futuro de recursos energéticos convencionales y a equilibrar la generación intermitente a partir de energías renovables. Desde un punto de vista tecnoeconómico, la previsión ayuda a maximizar el rendimiento técnico del sistema (desequilibrio entre oferta y demanda) minimizando al mismo tiempo el coste global (envío de la unidad térmica más económica).
La optimización del almacenamiento de energía funciona mejor en mercados competitivos aprovechando el poder del análisis de datos en tiempo real, donde las técnicas de optimización pueden informar a los operadores sobre si deben 1) almacenar energía generada de forma renovable o comprarla de la red eléctrica (debido a los bajos precios de entrada); 2) utilizar energía generada de forma renovable (debido a los altos precios de entrada); o 3) inyectarlo en la red (debido a los altos precios de reventa de la alimentación a la red). Estas técnicas aumentan el valor de los recursos de almacenamiento tanto para los operadores de red como para los consumidores finales.
La tecnología de clasificación dinámica de líneas permite monitorear la capacidad en tiempo real de las líneas de transmisión y ajustar en consecuencia la cantidad de electricidad que se transmite. Estas y otras soluciones de transmisión pueden ayudar a prevenir la reducción de las fuentes de energía renovables y reducir la congestión en la red.
Para complementar estas soluciones, existe la necesidad de una infraestructura de red adecuada y confiable, incluidas redes eléctricas, redes urbanas de calefacción y refrigeración y tuberías para facilitar la transmisión de gases renovables como el hidrógeno, el amoníaco y el metano sintético.
La expansión y la planificación cuidadosa de las redes de transmisión y distribución son necesarias para evitar cuellos de botella que retrasen (o potencialmente detengan) la alimentación de más energías renovables a la red.
Este puede ser un proceso costoso y que requiere mucho tiempo, y requiere una cuidadosa planificación y coordinación con las comunidades locales y las partes interesadas. La mejora de la red juega un papel clave para superar estos cuellos de botella y conectar nueva capacidad de energía renovable.
La interconexión regional mejora la seguridad del suministro eléctrico y ayuda a integrar más energías renovables en el sistema energético. Reduce el riesgo de apagones y la necesidad de construir nuevas centrales eléctricas, y facilita la gestión de energías renovables variables.
Los interconectores de larga distancia, como las líneas de transmisión de corriente continua de alto voltaje, pueden usarse para transportar electricidad a largas distancias, con pérdidas relativamente bajas. Pueden ayudar a aliviar la congestión en áreas con altos niveles de generación de energía renovable y baja demanda.
Una planta de energía virtual (VPP) es una red basada en la nube que consta principalmente de recursos energéticos distribuidos que se agregan y coordinan para operar como una sola entidad.
Las VPP se pueden controlar y optimizar mediante algoritmos de software avanzados, que les permiten proporcionar servicios de red, como regulación de frecuencia y control de voltaje. Esto puede ayudar a estabilizar la red y mejorar la integración de fuentes renovables.
Las microrredes representan un cambio en la generación, distribución y consumo de electricidad, y ofrecen beneficios económicos, mayor confiabilidad, resiliencia y sostenibilidad al operar como sistemas de energía autónomos que pueden conectarse a la red principal u operar independientemente de ella.
De esta manera, optimizan el rendimiento de las energías renovables y activos energéticos convencionales, particularmente en zonas rurales y fuera de la red. Las microrredes pueden demostrar resiliencia ante eventos climáticos extremos y mostrar cómo las energías renovables pueden crear comunidades sostenibles y resilientes frente al cambio climático y los desastres naturales.
