Aspectos Básicos para la incorporación de Energías Renovables Intermitentes (ERI) a Redes Eléctricas

Daniel Salazar*

Las preocupaciones sobre el cambio climático han dado lugar a que los gobiernos de todo el mundo emitan regulaciones que requieren un mayor uso de energía renovable como la energía solar y eólica. Así pues, en consonancia con el mundo, México adquirió el compromiso de generar el 35% de la energía consumida en el país con energía limpia para el año 2024.

Pero no toda la energía limpia es de fuentes renovables y tampoco todas las fuentes renovables son intermitentes. La proporción de la capacidad de generación con fuentes renovables intermitentes actual es del 12% de la cuales aproximadamente el 35% es solar y el 65% eólico. De acuerdo a estudios propios la capacidad instalada de ERI puede crecer al 15% de la capacidad total instalada en México para fines del 2021.

¿Cómo determinar la combinación óptima de generación solar y eólica, y el tipo y la cantidad de almacenamiento de energía que la incorporación de ERI requerirá? Estudios recientes muestran que la cantidad de almacenamiento requerido será varias veces mayor de lo que la mayoría de las personas en la industria de la energía creen, y que las condiciones climáticas prevalecientes son un componente crítico de la toma de decisiones.

Actualmente, la energía renovable se incorpora a la red en forma limitada mediante el uso de estrategias operativas con fuentes de energía convencionales, es decir; centrales de ciclo combinado, termoeléctricas convencionales, cogeneraciones, nucleoeléctricas y otras fuentes firmes de energía conviven operativamente con centrales de generación de ERI para operar un sistema confiable. Lo anterior representa limitaciones a la generación de energía solar y eólica. Sin embargo, a medida de que aumenten los requisitos de ERI, el almacenamiento adecuado y fiable se convertirá en una necesidad crítica por la naturaleza intermitente de dichas fuentes y porque la centrales de energía firmes no operan bien económicamente hablando si se construyen nada más para entregar energía cuando las ERI no están disponibles.

Por lo anterior es de gran ayuda una metodología para determinar el tipo y tamaño necesarios de los requisitos de generación y almacenamiento de energía renovable para satisfacer las expectativas de los clientes de electricidad confiable las 24 horas del día en todas las condiciones climáticas independientemente de la operación o no de las centrales de energía firme.

La energía solar sólo se genera durante las horas de luz diurna y se ve significativamente afectada cada día y durante el año por días nublados y parcialmente nublados, por otro lado, la presencia y velocidad del viento también puede cambiar drásticamente en el transcurso del día y con patrones meteorológicos de largo alcance. La intermitencia en la fuente de energía solar y eólica afectan el tamaño de una central eléctrica de energía renovable. De la misma manera, la eficiencia de carga y descarga y la pérdida de energía parásita asociada con las baterías, no sólo afectan al tamaño de la instalación de almacenamiento, sino también al del parque solar o eólico.

Así pues, un modelo eficaz para el dimensionamiento de centrales de ERI debe considerar factores como la carga de la red, la participación de las ERI en la matriz de generación del sistema (PERI), el tipo de instalación de almacenamiento, la eficiencia de carga/descarga de las baterías, el perfil de generación solar, las condiciones típicas de la nube y el perfil de velocidad del viento, el congestionamiento de las redes de transmisión y el perfil de la carga entre otras cosas.

El grupo Ledgemont ha desarrollado un modelo propietario que toma en cuenta los parámetros mencionados que se basa además en las características típicas de funcionamiento de los equipos, las condiciones climáticas y la inversión de capital para los parques solares, parques eólicos y diversas tecnologías de almacenamiento.

Es importante precisar que el análisis de un sitio específico es único porque debe tener en cuenta las condiciones climáticas prevalecientes esperadas en la ubicación en el transcurso de un año. Algunas de las características que deben tenerse en cuenta a la hora de tomar decisiones de inversión en energías renovables incluyen el tamaño y el tipo de instalación, las condiciones climáticas esperadas, los costos de capital, los costos de operación, la fiabilidad del equipo y la madurez de la tecnología. El desarrollo y el estado de demostración de las tecnologías de almacenamiento de información es una consideración crítica en la planificación a corto y largo plazo de la industria de servicios públicos.

En el gráfico creado por el grupo Ledgemont aquí presentado, se muestra la capacidad solar y de almacenamiento necesaria en condiciones climáticas ideales para acomodar cuatro escenarios diferentes de participación de energía renovables intermitentes (PERI) en la matriz de generación de energía de cualquier sistema eléctrico con una carga de 200 MW. estándar de cartera renovable (RPS) ó generación de energía renovable como porcentaje del total de generación para una red con una carga diaria máxima de 200 MW. El dimensionamiento debe realizarse de una manera que asegure que la ERI y el almacenamiento asociado sean los adecuados para cumplir con los requisitos de carga de la red en todo momento para diversos requisitos regulatorios y condiciones climáticas.

Los resultados mostrados en la gráfica se derivan de un modelo patentado que analizó la capacidad solar y de almacenamiento necesaria para suministrar energía durante un día típico para una red que tiene una carga diaria máxima de 200 MW con equipos típicos de generación y almacenamiento. El modelo se puede adaptar a las condiciones en cualquier instalación de energía renovable propuesta. Los resultados del modelado cambiarán para las tecnologías de almacenamiento que tienen diferentes características de rendimiento.

La gráfica muestra el aumento en la generación y almacenamiento de energía solar requeridos a medida que la PERI o RPS aumenta del 25% al 100%, suponiendo un perfil solar típico en condiciones climáticas ideales con la tecnología de almacenamiento de baterías de iones de litio desplegada.

Como se aprecia, no sólo aumenta significativamente el tamaño de la generación solar renovable requerida, sino que también aumenta significativamente el almacenamiento necesario. El tamaño tanto de la generación solar requerida como del almacenamiento aumentará aún más cuando se tengan en cuenta las condiciones climáticas.

Incorporar energías renovables intermitentes es fundamental para el desarrollo sostenible de los países, sin embargo, han de tomarse en cuenta los temas incluidos en este documentos para que la red eléctrica sea confiable.

*Socio fundador y director general de Electriz, empresa especializada en el desarrollo, ejecución, operación y mantenimiento de proyectos de cogeneración. También es socio fundador de Tes Power y participa además como asesor y consejero de varias empresas especializadas en energía eléctrica.

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APA 7: Salazar, D. (2021, abril 30). Aspectos Básicos para la incorporación de Energías Renovables Intermitentes (ERI) a Redes Eléctricas. Global Lens. https://www.globallens.mx/post/aspectos-b%C3%A1sicos-para-la-incorporaci%C3%B3n-de-energ%C3%ADas-renovables-intermitentes-eri-a-redes-el%C3%A9ctricas

MLA 8: Salazar, D. “Aspectos Básicos para la incorporación de Energías Renovables Intermitentes (ERI) a Redes Eléctricas.” Global Lens, 30 abril. 2021, https://www.globallens.mx/post/aspectos-b%C3%A1sicos-para-la-incorporaci%C3%B3n-de-energ%C3%ADas-renovables-intermitentes-eri-a-redes-el%C3%A9ctricas

Chicago: Salazar, D. “Aspectos Básicos para la incorporación de Energías Renovables Intermitentes (ERI) a Redes Eléctricas.” Global Lens (blog), 30 abril, 2021, https://www.globallens.mx/post/aspectos-b%C3%A1sicos-para-la-incorporaci%C3%B3n-de-energ%C3%ADas-renovables-intermitentes-eri-a-redes-el%C3%A9ctricas