La creciente integración de fuentes de energía renovable variable, como la fotovoltaica o la eólica, plantea importantes desafíos tecnológicos para los operadores de las redes eléctricas. Uno de esos retos es el de la flexibilidad en el sistema energético, imprescindible para mantener el equilibrio entre la oferta y la demanda en cada momento del día a lo largo del año. Como respuesta, han surgido diversas iniciativas innovadoras que han sido recogidas por la Agencia Internacional de Energía Renovable (Irena) en la guía Innovation landscape for a renewable-powered future (Panorama de la innovación para un futuro impulsado por energía renovable).
En este documento, Irena analiza el panorama internacional de innovaciones en materia de integración de energías renovables variables (VRE por sus siglas en inglés) y expone un listado de soluciones disruptivas encontradas en diferentes puntos del planeta, trazando de esa manera un mapa mundial de casos prácticos, unos aún en fase de desarrollo y otros en pleno funcionamiento. El análisis demuestra que los países a la vanguardia de las tecnologías, tienen una mayor integración de VRE y lo consiguen de una forma rentable.
Soluciones para acelerar la transición energética
El informe Panorama de la innovación para un futuro impulsado por fuentes renovables: soluciones para integrar fuentes renovables variables fue presentado el pasado 19 de febrero en Bruselas por el director general de Irena, Adnan Z. Amin, en presencia de Miguel Arias Cañete, Comisionado de Acción y Clima de la UE, en un evento oficial de lanzamiento organizado por la Comisión Europea.
El resultado del estudio es una guía que proporciona un respaldo a los responsables de decidir cuáles son las soluciones más adecuadas a cada sistema eléctrico.
La Agencia identifica una treintena de soluciones innovadoras que incluyen la electrificación, la descentralización y la digitalización como tendencias clave para desbloquear la flexibilidad del sistema eléctrico. En este escenario surgen también nuevos modelos de mercado y de negocio así como nuevas maneras de operar que transforman el sector de la energía desde su núcleo.
Del análisis de las propuestas encontradas, el estudio extrae cuatro conceptos clave para un futuro impulsado por energías renovables: agregadores de demanda, tecnología blockchain, mayor peso de los operadores de sistemas de distribución y nuevas tarifas basadas en tiempos de uso de la energía.
Ejemplos de soluciones innovadoras
De las treinta iniciativas identificadas por Irena, once destacan por mostrar cómo las sinergias entre diferentes innovaciones pueden acelerar la rentabilidad de las instalaciones de energía renovable variable, al tiempo que consiguen que la producción, transmisión y consumo de energía sean más flexibles, garantizando así el empoderamiento de una nueva generación de consumidores.
Disminución de la incertidumbre en la generación de VRE con herramientas de pronóstico meteorológico avanzado
Esta solución depende de la metodología y técnica utilizada. Las mejoras del uso y la gestión de big data y la inteligencia artificial pueden aumentar la precisión del pronóstico y, por tanto, la confiabilidad general del sistema.
Las tecnologías digitales, como los algoritmos de aprendizaje automático, cuando se aplican a los datos de producción de clima y energía de una planta, puede aumentar la precisión de los pronósticos renovables hasta un 94%.
Generación flexible para adaptarse a la variabilidad
Esta solución se enfoca en incentivar la adaptación de las tecnologías de generación ya existente hacia un comportamiento más flexible.
Interconexiones y mercados regionales como proveedores de flexibilidad
La creación de mercados regionales para capturar las sinergias y complementariedades entre los diferentes perfiles de generación de VRE y los perfiles de carga también es una solución poderosa. Cuando una cartera diversa de recursos energéticos se equilibra en una amplia área geográfica, el sistema se vuelve más flexible y es capaz de integrar una mayor proporción de VRE.
Combinación de generación y demanda de energía renovable en grandes distancias con supergrids
Esta solución se enfoca en la construcción de una red de corriente continua de alto voltaje, o supergrid, para transportar electricidad renovable desde áreas con alto potencial de generación renovable a los centros de demanda.
El costo de construir una red de este tipo es alto y debe medirse en relación con los beneficios económicos de los dos sistemas que la red está vinculando (si hay dos sistemas involucrados).
Almacenamiento a gran escala y nueva operación de red para aplazar las inversiones de refuerzos de red
Esta solución aborda diferentes opciones para evitar las inversiones destinadas a reforzar la red cuando se quiere dar una mayor participación de la generación renovable. Una opción para lograr esto es usar baterías u otras soluciones de almacenamiento, como Power-to-X (energía a hidrógeno o energía a calor), para convertir la electricidad en otro portador de energía que luego puede almacenarse o transportarse, y así liberar la red congestionada. Otra solución es operar la red utilizando una clasificación de línea dinámica para permitir más VRE a través de la red, cuando las condiciones meteorológicas lo permitan.
Recursos energéticos distribuidos que prestan servicios a la red
Los recursos energéticos distribuidos constan de varios tipos de recursos y tecnologías que pueden ubicarse en redes de baja a media tensión, incluidas las plantas de generación distribuida, como la energía solar fotovoltaica sobre cubierta, y otras tecnologías habilitadoras, como baterías behind-the-meter, vehículos eléctricos o bombas de calefacción residencial, entre otros.
Si estos recursos cuentan con una mejor visibilidad para los operadores de redes y sistemas, podrían ayudar a proporcionar servicios de red. Esta solución requiere innovaciones en el diseño del mercado, para permitir que estos recursos proporcionen dichos servicios, individualmente o a través de agregadores.
Gestión del lado de la demanda
Los avances actuales en la infraestructura de medición, comunicación y control hacen posible el desarrollo de programas de gestión destinados a los consumidores. Los procesos de automatización, habilitados mediante el uso de dispositivos inteligentes, convierten las viviendas en hogares inteligentes y permiten aumentar la capacidad de respuesta del consumidor a los cambios de tarifa.
Microrredes de energía renovable que brindan servicios a la red principal
Las microrredes de zonas remotas pueden funcionar de manera independiente y proporcionar flexibilidad a la red principal cuando están conectadas a ella.
Dentro de las micorredes están surgiendo transacciones de igual a igual (peer-to-peer), brindando a los consumidores y prosumidores un mercado para comercializar electricidad sin la necesidad de un minorista. Aquí es crucial el uso de la tecnología blockchain.
Optimización del funcionamiento del sistema de distribución con recursos energéticos distribuidos
Esta solución se enfoca en el uso de recursos de energía distribuidos para optimizar el flujo de energía con el fin de evitar congestiones en la red y minimizar las necesidades de refuerzo. Si se trata de dispositivos ya conectados, su uso inteligente puede aumentar la flexibilidad y permitir una mayor participación de VRE en la red local.
Soluciones de batería a escala de utilidad
Estas soluciones facilitan la integración de las energías renovables desde varios flancos. Primero, contribuyen a hacer frente a la variabilidad de las energías renovables al almacenar energía en casos de exceso de generación, evitando el recorte y el suministro de electricidad a la red cuando los recursos son escasos. En segundo lugar, son tecnologías flexibles y de respuesta rápida que ayudan a mantener el equilibrio en el sistema cuando ocurren cambios repentinos. Además, el uso de baterías para reducir congestiones en la red también es una solución emergente para algunos operadores de sistemas de transmisión.
Soluciones Power-to-X
El proceso de convertir la energía generada por fuentes solares y eólicas en diferentes tipos de portadores de energía para su uso en múltiples sectores, o para reconvertirlos de nuevo en energía, tiene el potencial de aumentar considerablemente la flexibilidad de la red eléctrica. Construye un lugar opcional para colocar el excedente temporal de energía de VRE y reduce las emisiones de carbono, al desplazar las fuentes de energía de combustibles fósiles en otros sectores.
Pasos para la transformación del sector eléctrico
El análisis llega a la conclusión de que los países que están a la vanguardia de la transformación de energía obtienen más de un tercio de su energía de fuentes renovables variables, como la solar y la eólica, y lo hacen de manera rentable. Al hacer uso de soluciones disruptivas que permiten integrar una mayor proporción de energías renovables en los sistemas de energía, se puede afirmar que la innovación es la clave para una transformación de energía global rentable.
Según las estimaciones de la Hoja de Ruta de 2050 de Irena, la descarbonización del sector eléctrico global en línea con los objetivos del Acuerdo de París requerirá una participación del 85% de la energía renovable en la generación eléctrica total para 2050. Para entonces, las VRE representarán el 60% de la potencia total generada a nivel mundial.
En este nuevo escenario, la transformación del sector eléctrico se ve fuertemente acelerada por tendencias innovadoras como digitalización, descentralización y electrificación de los sectores de uso final. Comprender y aprender de las experiencias de los países líderes en la integración de VRE es crucial para replicar y mejorar la innovación que puede acelerar esta transformación, concluye el estudio de Irena.