Todos hemos oido hablar de los graves problemas que crea la energía renovable intermitente, ¿pero sabemos que implica en profundidad?. Hoy desarrollaremos de forma amplia este concepto.
La energía renovable intermitente se refiere a la energía eléctrica generada a partir de fuentes renovables que no están disponibles de manera constante o predecible. Las principales fuentes de energía renovable intermitente son la energía eólica y solar, que dependen de las condiciones climáticas para producir electricidad.
Estas fluctuaciones en la producción de energía renovable intermitente pueden generar desafíos para el sistema eléctrico, ya que la energía eléctrica generada debe ser igual a la energía eléctrica consumida en todo momento para mantener la estabilidad del sistema eléctrico. Si la generación de energía renovable intermitente no puede satisfacer la demanda de energía en un momento determinado, se debe recurrir a fuentes de energía convencionales (como centrales térmicas, nucleares, hidroeléctricas, entre otras) para satisfacer la demanda.
Las fuentes de energía renovable intermitente
La energía eólica se genera a partir de turbinas eólicas que convierten la energía del viento en electricidad. Sin embargo, la producción de energía eólica puede variar significativamente según la velocidad y dirección del viento, lo que hace que la energía eólica sea una fuente de energía renovable intermitente.
La energía solar se genera a partir de paneles solares que convierten la energía del sol en electricidad, pero también está sujeta a variaciones debido a la luz solar disponible en cada momento del día, la ubicación geográfica, el clima, la temporada, entre otros factores.
El impacto en la estabilidad de la red eléctrica producido por la energía renovable intermitente
Fluctuaciones de frecuencia y voltaje
La naturaleza variable de fuentes como la solar y la eólica causa oscilaciones en la frecuencia y el voltaje de la red. Estas fluctuaciones pueden comprometer la estabilidad del sistema eléctrico. Los inversores de potencia, diseñados para mitigar estas variaciones, a menudo resultan insuficientes.
Desbalance entre oferta y demanda
La producción intermitente dificulta el equilibrio entre la generación y el consumo de electricidad. Este desajuste puede provocar:
· Sobrecargas en momentos de alta producción y baja demanda
· Déficits energéticos cuando la demanda supera la generación disponible
Sobrecarga de infraestructura
Las líneas de transmisión existentes pueden verse sobrecargadas por picos de producción renovable. Esto ocurre cuando:
· La generación excede la capacidad de transmisión
· Las fluctuaciones rápidas superan la capacidad de respuesta de la red
Reducción de la inercia del sistema
Las fuentes renovables no proporcionan la inercia rotacional que las centrales convencionales aportan al sistema. Esta disminución de inercia afecta la capacidad de la red para resistir cambios rápidos de frecuencia.
Necesidad de respaldo flexible
Para compensar la intermitencia, se requieren fuentes de energía de respaldo flexibles. Esto implica mantener centrales de gas u otras fuentes despachables. Además, requiere incrementar los costos operativos del sistema eléctrico
Desafíos de pronóstico y planificación
La variabilidad de las renovables complica la predicción precisa de la generación. Esto dificulta la planificación operativa y puede llevar a la subutilización de recursos renovables, y la dependencia excesiva de fuentes convencionales de respaldo.
Estrategias para afrontar el problema
Este no es el único problema con la energía solar. Para abordar estos desafíos, se emplean distintas técnicas como el almacenamiento de energía, la interconexión de redes y la gestión de la demanda intermitente.
El almacenamiento de energía eléctrica más habitual lo ofrecen las baterías, sistemas de almacenamiento térmico, y el hidrógeno. Por otro lado, la interconexión de redes eléctricas permiten transferir energía entre regiones con diferentes fuentes de energía renovable.
Soluciones para afrontar los problemas derivados de la energía renovable intermitente
Existen varias soluciones tecnológicas y estratégicas para mitigar el impacto de la intermitencia de las energías renovables en la estabilidad de la red eléctrica. Las medidas que se suelen implantar son las siguientes:
• Diversificar los tipos de tecnologías renovables y su ubicación geográfica.
• Aumentar la interconexión entre redes, como la propuesta «súper red europea».
• Combinar fuentes intermitentes con renovables despachables como hidroeléctrica, geotérmica y biomasa.
Almacenamiento de energía
• Implementar sistemas de almacenamiento a gran escala, como:
• Almacenamiento por bombeo
• Aire comprimido
• Baterías estacionarias y móviles (vehículos eléctricos con tecnología V2G
• Utilizar almacenamiento térmico en plantas termosolares para mejorar su factor de capacidad.
Gestión de la demanda y redes inteligentes
• Desarrollar sistemas de respuesta a la demanda.
• Implementar redes inteligentes con sistemas avanzados de control y comunicación.
• Utilizar sensores para detectar y evaluar desequilibrios en la distribución de energía.
Pronóstico y planificación
• Mejorar los sistemas de pronóstico meteorológico para una mejor planificación de la generación renovable.
• Aprovechar la predictibilidad de patrones climáticos a largo plazo para programar las contribuciones proyectadas.
Compensación y control
• Instalar plantas de compensación de energía reactiva.
• Utilizar controladores de flujo de energía unificados de reacción rápida para mantener el equilibrio en las líneas eléctricas.
• Implementar sistemas de gestión dinámica del flujo de carga.
Acoplamiento sectorial
• Integrar el sector eléctrico con otros sectores, como la calefacción urbana mediante calefacción eléctrica.
Respaldo flexible
• Mantener centrales de respaldo flexibles, como las de gas natural, para compensar la variabilidad.
• Utilizar las centrales eléctricas existentes en modo de espera para respuesta rápida.
Análisis de la energía renovable intermitente
Las centrales eléctricas existentes impulsadas por combustibles fósiles desempeñarán en muchos países un rol primordial para permitir la transición completa a un sistema eléctrico casi nulo de carbono.
Ahora bien, esta afirmación a primera vista parece un contrasentido. Sin embargo, la clave para entenderlo se encuentra en las amplias fluctuaciones del suministro de energía asociadas con la energía solar y el viento.
El crecimiento de la demanda energética en todo el mundo requiere un aumento en el consumo de combustibles fósiles. La principal investigación actual se centra en la integración de los recursos de energía renovable.
Sin embargo, la inherente generación intermitente de energía renovable es un problema central que debe resolverse.
Un estudio con datos verificados
Rystad Energy utilizó como referencia datos de Alemania de 2012 a 2019, y los ha ampliado a un sistema casi 100% renovable, suponiendo que la capacidad total será de 160 GW, o tres veces el consumo medio.
En este sistema, todavía habrá 28 días donde la energía solar y la eólica combinada producen menos del 30% del consumo. Esto sucede típicamente durante los sistemas meteorológicos de alta presión durante los meses de invierno de noviembre a febrero.
Resultado del modelado utilizado con referencia a la intermitencia en el suministro
Además, en promedio habrá dos períodos extremos por año, con hasta tres días consecutivos en los que el sol y el viento entregarán menos del 10% del consumo total de energía de Alemania.
Incluso con ajustes en los niveles de importaciones y consumo, el país todavía necesitaría unos 50 GW de energía para evitar apagones (con 72 horas a 50 GW que equivalen a 3,6 TWh). La capacidad total de bombeo de agua hoy en día es de 7 GW en cuatro horas, o alrededor de 30 GWh.
Supongamos que esto multiplica por diez para 2050, y supongamos que 45 millones de automóviles son vehículos eléctricos de batería con una capacidad excedente de 20 kWh cada uno. Esto daría alrededor de 1.2 TWh en total, lo que significa que el sistema todavía necesitaría 2.4 TWh de potencia, o una carga continua de 33 GW.
Propuesta de solución
Durante estos períodos, utilizar viejas centrales eléctricas a gas podría ser una forma económicamente racional de entregar la energía necesaria para mantener a la nación funcionando de manera habitual.
La huella de carbono de esto sería pequeña, probablemente menos que la huella asociada con la construcción de instalaciones de batería gigantes para esos pocos casos extremos. Alemania cuenta actualmente con 263 centrales de gas, con una capacidad total de 25 GW.
Por lo tanto, encontrar una manera de mantener estas plantas para la capacidad de respaldo de emergencia podría ser un facilitador para un futuro energético basado en la energía solar y eólica.
El precio de la capacidad en lugar del precio por kWh es probablemente uno de los cambios comerciales necesarios. Este es el mismo modelo de precios que la mayoría de la gente también tiene para los servicios de Internet en el hogar, y por lo tanto no debería ser demasiado difícil de implementar.
