11 de diciembre de 2024: modelo del sistema eléctrico global de Wärtsilä, publicado en el Informe Encrucijada hacia el cero netocompara dos caminos desde el año 2025 al 2050 con el objetivo de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y limitar el calentamiento global, según los objetivos del Acuerdo de París. En la primera vía, sólo se añaden a la combinación energética las energías renovables, como la energía eólica y solar, y el almacenamiento de energía. En la segunda vía, también se agregan al sistema tecnologías de generación de energía de equilibrio, que pueden acelerarse rápidamente cuando sea necesario para respaldar las energías renovables intermitentes.

El modelo muestra que un sistema de energía que incluye energía de equilibrio tiene ventajas significativas en términos de reducción de costos y CO2. El modelo revela que esta vía generaría ahorros acumulativos de 65 billones de euros para 2050 en comparación con una vía exclusivamente de energías renovables, debido a que se necesita menos capacidad renovable. Esto supondría una media de 2,5 billones de euros al año, lo que equivale a más del 2 % del PIB mundial de 2024.

El informe destaca que la eficacia de las energías renovables se puede maximizar si se apoyan en plantas de energía equilibradas, que son clave para ampliar la energía renovable.

Hallazgos clave

1. Costes reducidos: el estudio muestra que, en comparación con una vía basada únicamente en energías renovables y almacenamiento de energía, el despliegue de centrales eléctricas de equilibrio reducirá el coste de los futuros sistemas energéticos hasta en un 42%, lo que equivale a 65 billones de euros.

2. Reducción de emisiones: Agregar energía de equilibrio puede reducir las emisiones totales acumuladas de CO2 del sector energético de aquí a 2050 en un 21% (19 Gt), en comparación con la ruta de energías renovables y almacenamiento únicamente.

3. Menos desperdicio de energía: el modelo muestra que el uso de energía de equilibrio permite una mayor optimización del sistema eléctrico, lo que resulta en un 88% menos de desperdicio de energía debido a la reducción de energías renovables para 2050, en comparación con una vía de energía renovable y de almacenamiento exclusivo de energía. En total, se evitarían 458.000 TWh de recorte, cantidad suficiente para alimentar a todo el mundo con el consumo eléctrico actual durante más de 15 años.

4. Menos capacidad renovable y tierra necesaria: al agregar plantas de energía de equilibrio, podemos reducir a la mitad la capacidad renovable y la tierra necesaria para cumplir nuestros objetivos de descarbonización.

«Nuestro modelo muestra que existe un camino viable y rentable para descarbonizar el sector energético», afirmó Håkan Agnevall, director ejecutivo y presidente de Wärtsilä: «Tenemos todas las tecnologías que necesitamos para acelerar el cambio hacia sistemas energéticos basados ​​en energías renovables. pero volverse ecológico no es blanco o negro Los sistemas de energía renovables requieren flexibilidad en varias formas: el almacenamiento de energía junto con plantas de energía de equilibrio que utilizan gas como combustible de transición, antes de que estén disponibles los combustibles sostenibles, son fundamentales. para alcanzar los objetivos climáticos globales.

Llamados a la acción para el sector eléctrico

Las acciones decisivas de todo el sector eléctrico son cruciales para lograr una transición energética de bajo costo y bajas emisiones en línea con el Acuerdo de París 2050. En lugar de centrarse únicamente en la aceleración del desarrollo de energías renovables, se debe implementar un pensamiento holístico a nivel de sistema al invertir y planificar sistemas de energía.

1. Permitir la expansión acelerada de las energías renovables y las tecnologías de equilibrio para garantizar una electricidad asequible

  • Permitir una rápida expansión de las energías renovables mediante la mejora de los sistemas de transmisión, la racionalización de los procesos de obtención de permisos y las inversiones en interconectores regionales.
  • Expandir rápidamente las tecnologías de equilibrio de corta y larga duración para garantizar la confiabilidad y resiliencia de la red. Juntas, estas tecnologías apoyan el rápido crecimiento de la energía renovable, reducen la dependencia de activos inflexibles, como las plantas de carbón, y aceleran la reducción de emisiones.
  • Movilizar financiamiento para asegurar el desarrollo de proyectos de energía renovable y de equilibrio a la escala y velocidad necesarias.

2. Rediseñar los mercados eléctricos para incentivar la flexibilidad

  • Reformar las estructuras del mercado eléctrico para apoyar una mayor integración de la energía renovable variable. Se debe incentivar el equilibrio para proporcionar la flexibilidad esencial para optimizar los sistemas de energía renovable.
  • Aumente la granularidad del despacho a una resolución de 5 minutos en los mercados mayoristas de energía. Plazos más cortos y precisos para los ajustes de precios y oferta respaldarán la integración variable de energías renovables e incentivarán plantas de energía de equilibrio flexible que puedan responder rápidamente a los cambios en la demanda de electricidad.
  • Introducir nuevos servicios auxiliares para garantizar la estabilidad de la red. La necesidad de servicios auxiliares aumenta con una mayor penetración de las energías renovables, y el suministro puede cooptimizarse con los requisitos energéticos y de equilibrio y proporcionarse mediante tecnologías de equilibrio.
  • Establecer modelos de ingresos financiables para centrales eléctricas de equilibrio con pocas horas de funcionamiento, incluidos mecanismos como pagos de capacidad vinculados a la flexibilidad y precios de escasez.

3. Elija las tecnologías adecuadas preparadas para el futuro y prepárese para los combustibles sostenibles

  • Seleccione tecnologías de equilibrio que estén preparadas para el futuro y listas para la introducción de combustibles sostenibles para descarbonizar completamente el sector energético a partir de mediados de la década de 2030.
  • Apoyar un rápido aumento de las energías renovables y permitir la eliminación gradual de tecnologías heredadas, mediante el uso de gas natural como combustible de transición para plantas de energía de equilibrio flexible. Cerrar la transición con equilibrio de gas puede reducir más del 75% de las emisiones anuales de CO2 del sector energético para 2035 (en comparación con el nivel de 2023).
  • Prepárese para la introducción de combustibles sostenibles mediante la creación de la experiencia y la infraestructura necesaria para garantizar una transición fluida hacia un sector energético totalmente descarbonizado en el futuro. La competitividad o la paridad de costos de los combustibles sostenibles requerirán acciones políticas, que podrían ser en forma de subsidios, regulaciones, impuestos al carbono o una combinación de estos.

«Aunque tenemos más energía renovable que nunca en nuestras redes, no es suficiente por sí sola», afirmó Anders Lindberg, presidente de Wärtsilä Energy y vicepresidente ejecutivo: «Para lograr un futuro con energía limpia, nuestro modelo muestra que la flexibilidad es esencial. Necesitamos actuar ahora para integrar los niveles y tipos correctos de tecnologías de equilibrio en nuestros sistemas de energía. Esto significa eliminar rápidamente los activos inflexibles y hacer la transición a combustibles sostenibles. niveles más altos de energía renovable.’

Fuente: Wärtsilä

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Próximas conferencias organizadas por SGO:

6.ª Cumbre sobre infraestructura de carga de vehículos eléctricos – América del Norte: Este28 y 29 de enero de 2025 | Atlanta

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5to Foro de Negocios, Políticas y Tecnología V2G – Primavera22-24 de abril de 2025 | norte de california

Foro de innovación en IA de servicios públicos13 y 14 de mayo de 2025 | chicago

Simposio y exposición de ciberseguridad ICS/SCADA3 y 4 de junio de 2025 | chicago

Séptima Cumbre de Infraestructura de Carga de Vehículos Eléctricos – América del Norte15-17 de julio de 2025 | chicago

El desarrollador danés de energías renovables Eurowind Energy A/S planea agregar casi 1 GW de capacidad de generación de energía durante los próximos dos años, con el objetivo de fortalecer su presencia en el mercado europeo.

El plan, anunciado el martes, implica la construcción de hasta 50 nuevas centrales eléctricas en mercados clave como Alemania, Rumania y Polonia, con proyectos adicionales programados para el sur de Europa.

Eurowind, que actualmente participa en más de 10 proyectos en toda Europa, aprovechará una variedad de tecnologías para las nuevas iniciativas, a menudo integrando múltiples tecnologías en plantas de energía híbridas. Estas tecnologías incluyen turbinas eólicas, energía solar, almacenamiento de energía en baterías, electrólisis y biogás.

La empresa danesa ya ha formado asociaciones estratégicas con proveedores seleccionados para estos proyectos y prevé que cada nuevo parque energético esté terminado en un plazo de 12 a 18 meses.

12 de noviembre de 2024: No hay dos instalaciones hidroeléctricas iguales. Todos funcionan de manera similar aprovechando el poder del agua corriendo para hacer girar turbinas y generadores, lo que a su vez genera electricidad. Pero sus diferencias (en tamaño, antigüedad o piezas mecánicas) significan que no existe una respuesta única que pueda resolver todos los problemas que surgen.

“Las instalaciones hidroeléctricas son como copos de nieve; Incluso las turbinas individuales dentro de una planta son únicas debido a su construcción individualizada y sus diversas actualizaciones a lo largo de los años”, dijo Nathan Fletcher, ingeniero hidroeléctrico senior en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico del Departamento de Energía.

Gestionar todo ese mantenimiento de una instalación hidroeléctrica es engorroso y complicado, continuó Fletcher. Con tantos componentes que supervisan, escuchó a los operadores de represas decir que deseaban encontrar una forma de rastrear posibles problemas dentro de la maquinaria de una represa mucho antes de que puedan obstaculizar las operaciones.

Ingrese a los gemelos digitales hidroeléctricos: una representación virtual de turbinas de la vida real.

Después de escuchar las repetidas frustraciones de los operadores de represas, expertos de Múltiples dominios colaboraron y desarrollaron una plataforma llamada Gemelos digitales para sistemas hidroeléctricos en 2023 para reducir las interrupciones y extender la vida útil de una presa. Con las nuevas actualizaciones publicadas en septiembre de 2024, los operadores de presas ahora pueden usar el panel para ajustar factores que potencialmente pueden desgastar la eficiencia de una turbina, como la demanda inesperada de electricidad o cambios extremos en el nivel del agua.

Los operadores de prensas pueden personalizar su gemelo digital para reflejar la singularidad de cada instalación; solo necesitan cargar los datos de sus instalaciones y el panel de Digital Twins for Hydropower Systems se encarga del análisis.

«Cada presa requiere una estrategia de mantenimiento única para mejorar la eficiencia, y la nueva plataforma de gemelos digitales puede proporcionar esas soluciones», dijo Chitra Sivaraman, investigadora principal del proyecto de PNNL. «La plataforma es extensible y escalable, capaz de adaptarse a nuevas instalaciones, datos y modelos».

Los modelos de gemelos digitales también abordan otro desafío. “La edad promedio de las represas del país es de alrededor de 60 años, lo que significa que varias generaciones de empleados han trabajado en cada turbina. Y el conocimiento se pierde inevitablemente a medida que los empleados experimentados se jubilan y nuevos empleados se unen al equipo”, afirmó Scott Warnick, ingeniero de sistemas eléctricos y de automatización de PNNL y líder técnico del proyecto de gemelos digitales. Los gemelos digitales hidroeléctricos pueden registrar y simular todos los cambios realizados en la presa durante los años siguientes, transmitiendo conocimientos y ayudando a las generaciones futuras a tomar decisiones.

Modernizando la energía hidroeléctrica

«La solución de gemelos digitales permite a los operadores de energía hidroeléctrica simular diferentes escenarios, como flujo de agua bajo o niveles de agua variables, y predecir necesidades futuras de rendimiento o mantenimiento», dijo Warnick.

Para construir un gemelo digital que represente con precisión la vida real, el equipo utilizó datos en tiempo real de una unidad de generación de energía hidroeléctrica en la presa Alder en el río Nisqually en el oeste del estado de Washington, operada por Tacoma Public Utilities.

Al frente del desarrollo del modelado está Hong Wang, investigador principal del proyecto en el Laboratorio Nacional Oak Ridge del DOE. Él y el equipo recopilaron datos, como la presión del río cuando ingresa a la instalación hidroeléctrica, qué tan rápido giran las turbinas y cuánta energía genera la presa con el tiempo.

En la versión original del gemelo digital, los operadores de la presa solo podían observar cómo las condiciones normales o esperadas afectaban las partes mecánicas de la presa. En la versión 2.0, los operadores tienen más control. Pueden ajustar los niveles de agua, los caudales y la velocidad de las turbinas que podrían cambiar según el clima, las sequías o la demanda de energía. Con la capacidad de simular tantas condiciones normales como un flujo de agua mayor o menor, los operadores de la presa pueden detectar problemas potenciales antes de que surjan.

«Las personas en operaciones y mantenimiento pueden realizar pruebas en un gemelo digital en lugar de arriesgar equipos costosos, asegurándose de que las decisiones se puedan tomar con confianza», dijo Warnick.

Integración con energías renovables

El modelo actualizado de gemelos aborda digitales otra necesidad emergente. A medida que la nación avanza hacia una red sostenible y adopta más energía eólica y solar, los sistemas hidroeléctricos deben ser adaptables y receptivos para respaldar una red estable.

«Esta plataforma es capaz de extender la vida útil de las represas del país y al mismo tiempo integrar fuentes adicionales de energía renovable a la red», dijo Sivaraman.

Por ejemplo, la demanda de energía aumenta por las noches cuando la gente llega a casa del trabajo y enciende la televisión o utiliza el lavavajillas o la lavadora. Al mismo tiempo, el sol se pone, por lo que la generación de energía solar comienza a disminuir. Es más, a veces el viento no sopla; Esto puede resultar particularmente difícil durante los días extremadamente calurosos, cuando se necesita energía para el aire acondicionado. En épocas de poco sol o viento, los operadores de represas hidroeléctricas pueden llenar el vacío en la generación arrancando rápidamente las turbinas.

Pero a pesar del beneficio de una fuente de energía renovable de fácil desarrollo, «un uso excesivo puede envejecer los componentes de una presa más rápidamente», dijo Fletcher. «La clave es generar suficiente energía cuando sea necesario sin sobrecargar las propias turbinas».

Con una solución de gemelo digital, los operadores pueden simular y revisar las fluctuaciones de la demanda de energía del mundo real. Si el modelo muestra que las condiciones son óptimas para hacer funcionar las turbinas, los operadores pueden sentirse seguros de proceder, lo que maximiza los ingresos.

«El tablero de los gemelos digitales allana el camino para la digitalización de los sistemas hidroeléctricos, proporcionando una herramienta crítica para que los operadores simulen y optimicen el funcionamiento de la red para una mayor penetración de las energías renovables, como la solar y la eólica» , dijo Wang.

Ampliando el alcance

Con la colaboración continua con TPU, el equipo obtiene información sobre formas de mejorar el modelo. Si bien ayudan a que TPU funcione de manera más eficiente, las actualizaciones del tablero significan que pueden representar una diversidad más amplia de turbinas.

«Los equipos de PNNL y ORNL tienen las habilidades matemáticas y prácticas necesarias para resolver problemas complejos de gemelos digitales», afirmó Greg Kenyon, gerente de ingeniería de automatización de TPU.

El equipo también está trabajando con la empresa de servicios públicos del condado de Chelan, en el centro-norte del estado de Washington, para recopilar y analizar años de registros de datos de operación de la presa Rocky Reach para desarrollar un gemelo digital. Al igual que en el caso de la presa Alder, los gemelos digitales hidroeléctricos del condado de Chelan brindarán a los operadores la capacidad de revisar el monitoreo y análisis del desempeño, realizar mantenimiento predictivo y optimizar la producción de energía, todo sin costo alguno.

«El gemelo digital ayudará a minimizar el riesgo de realizar la operación real, como el rechazo de carga, la prueba de exceso de velocidad y la vibración en la etapa de inicio o parada de la unidad», dijo Wenbo Jia, ingeniero mecánico senior de Servicios Públicos del Condado de Chelan.

El equipo anticipa proyectos futuros que amplifican la aplicación de gemelos digitales.

“Ahora estamos construyendo lo básico, centrándonos en turbinas y rotores. Pero nuestro objetivo es abordar preocupaciones más amplias, como la acumulación biológica como lodo en los refrigeradores, junto con el desafío de hacerlos más respetuosos con el medio ambiente, que ahora son preocupaciones comunes para muchas empresas de servicios públicos”, dijo Fletcher.

La visión de Kenyon para los sistemas hidroeléctricos es un futuro basado en datos donde el análisis de datos y los algoritmos de mantenimiento predictivo impulsan la gestión de activos. «Es uno en el que no hay interrupciones no planificadas ni pérdida de ingresos, sino interrupciones determinadas por programas de mantenimiento y reemplazos de equipos basados ​​en datos», dijo.

Para comenzar a utilizar el nuevo panel de gemelos digitales hidroeléctricos, los operadores de represas pueden registrarse para obtener una cuenta y trabajar con el equipo de PNNL y ORNL para compartir los datos históricos de sus instalaciones.

El proyecto está financiado por la Oficina de Tecnologías Hidráulicas del DOE.

Fuente: Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico

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