Cómo conseguir una red eléctrica altamente renovable

Cómo conseguir una red eléctrica altamente renovable La expansión del potencial de energía solar más de lo necesario podría reemplazar el almacenamiento de energía más costoso. Jamey Stillings, CC BY-SA

El famoso inventor Edwin Land dijo,"No es que necesitemos ideas nuevas, sino que debemos dejar de tener ideas viejas". Parecía estar diciéndonos que las soluciones están más allá de nuestros viejos hábitos de pensamiento.

Las ciudades, estados y países de todo el mundo se comprometen a lograr economías de energía limpia que funcionen a niveles muy altos, incluso 100%, de energía renovable. Solo en el estado de Nueva York, cuatro proyectos de ley que compiten entre sí 50% a 100% renovables por o antes de 2040.

Siendo realistas, solo dos recursos energéticos renovables. son lo suficientemente grandes para cumplir con estos objetivos de muy alta penetración en el lado de la oferta en los EE. UU. - solar (de lejos) y eólica.

Sin embargo, ambos son recursos variables, impulsados ​​por el clima, así como por los ciclos diarios y estacionales. Por lo tanto, deben ser "firmes" (es decir, capaces de entregar el poder a pedido) para reemplazar los recursos fósiles que se pueden enviar según sea necesario. Sobre la base de nuestra investigación, sostenemos que esta firme transformación de poder no solo es posible, sino que también es asequible, si dejamos de tener ideas antiguas.

Una idea arraigada y muy prevaleciente, probablemente resultado de los precios históricamente altos de la energía renovable, es que toda la energía generada por los recursos renovables debe venderse a medida que se genera. La idea de descartar la producción eólica o solar disponible es un anatema, impuesto a los productores de energía cuando la producción de estas fuentes supera lo que la red puede aceptar.

Esta vieja idea ignora una proposición fundamental: Sobredimensionamiento y reducción proactiva de la energía eólica y solar.. Sin embargo, en contra de la intuición, un estudio que nuestros colegas y nosotros realizamos muestra que estos pasos son la clave para el camino menos costoso hacia una red eléctrica alimentada principalmente por energía solar y eólica.

Pesando contra el almacenamiento de energía

El razonamiento detrás de la provisión excesiva de energía solar y eólica es sencillo:

  • Almacen de energia es el único ingrediente esencial para llenar la variabilidad de la energía renovable cuando el sol no brilla o el viento no sopla. Estas brechas incluyen períodos dentro de un día, como horas de máxima demanda durante el día y las noches, y lo que es más importante, brechas de varios días y estacionales más grandes debido a condiciones sostenidas de poco sol o poco viento. Para el almacenamiento, los operadores de redes, las organizaciones que aseguran que el suministro de energía se adapte a la demanda a medida que aumenta y disminuye durante el día, generalmente dependen de los depósitos de agua llamados hidro bombeado O, por períodos más cortos, las baterías.

  • El almacenamiento se está volviendo más barato, pero incluso asumiendo las proyecciones de costos a largo plazo más optimistas, nuestra estudio nos llevó a la conclusión de que aplicar el almacenamiento solo a la energía eólica o solar firme seguirá siendo prohibitivamente costoso debido al tamaño de las brechas de varios días y estacionales. El viento y la energía solar se están volviendo mucho menos costosos también. especialmente solar, hasta el punto en que la sobrecarga es cada vez más asequible. Esto es cierto incluso cuando la salida de los generadores eólicos y solares es esencialmente descargada, o "recortada", y no se alimenta a la red.

  • El tamaño excesivo reduce las brechas de producción porque hay más producción de energía disponible durante los períodos de baja disponibilidad solar y eólica. La construcción excesiva también reduce los requisitos de almacenamiento.

Cómo conseguir una red eléctrica altamente renovable Este gráfico muestra cómo proporcionar energía las 24 horas del día a partir de energía eólica y solar con almacenamiento solo sigue siendo mucho más costoso que la "paridad de red", el costo de la energía suministrada por el gas natural (B). Sin embargo, el almacenamiento combinado con el exceso de energía eólica y solar que se reduce alrededor del 30% del tiempo puede ser menos costoso que la paridad de la red y entregar energía a demanda (C). Richard Pérez, Karl R. Rabago, CC BY-ND

'Reafirmante' con sobrecapacidad

Hoy en día, la práctica regulatoria actual para la electricidad generada por energía solar y eólica favorece la maximización de la producción en todo momento. Las compañías que operan estas instalaciones buscan vender toda su producción a los precios más altos, por lo que la reducción de la producción se considera una pérdida de ingresos.

Esa vieja idea operativa inhibe la transición a depender de la energía solar y eólica como fuentes firmes y bajo demanda, ya que toda su producción se usa solo cuando está disponible. Este enfoque también mantiene la energía renovable en el margen.

¿Cómo funcionaría en la práctica una red con recursos solares y eólicos sobre construidos? Digamos que el operador de una red eléctrica regional necesita X megavatios-hora / día para satisfacer la demanda. Hoy en día, las granjas solares en esa región pueden satisfacer o superar esta demanda solo en los días de mayor producción, como días despejados en el verano. En otros días, las brechas de producción se cubren con el almacenamiento.

Por el contrario, cuando el recurso solar está sobredimensionado, el generador solar puede satisfacer la demanda de X MWh / día más días del año y hay menos brechas, por lo que hay menos veces que el almacenamiento de energía sea necesario para llenar las brechas.

Una vez que se han reafirmado mediante una combinación de exceso de aprovisionamiento y almacenamiento, los recursos de energía renovable variable pueden ser efectivamente despachados, capaces de proporcionar energía cuando sea necesario, y funcionalmente equivalentes a las centrales eléctricas tradicionales. De esta forma, las energías renovables pueden reemplazar estos generadores sin una importante reingeniería de la red.

Nuestro equipo ha modelado una Solución de alta solar y sobredimensionada. para el estado no particularmente soleado de Minnesota. El objetivo era determinar la combinación menos costosa de energía solar, energía eólica conectadas a la red necesaria para proporcionar servicios de energía durante todo el año, durante todo el año.

El estudio demuestra que la superación de la variabilidad natural de la energía solar y eólica se puede lograr a costos por debajo de los costos actuales de la red (lo que se conoce como "paridad de red") mediante la construcción excesiva de los recursos solares y eólicos y la adopción de una estrategia operativa de red que permita aproximadamente 20% a 40% Reducción del exceso de generación de energía. El almacenamiento de energía también se utiliza en nuestro modelo, pero la economía superior se debe directamente a la sustitución de la generación con un exceso de energía por un almacenamiento más costoso.

Una pregunta legítima que se debe hacer es cuál sería el área requerida para un despliegue completo de energía solar fotovoltaica de gran tamaño. Para Minnesota, en el escenario más extremo de generación de 100% PV, suponiendo que el tamaño se reduzca en un factor de dos, o duplicando la energía solar necesaria para satisfacer la demanda actual, esta área equivaldría a 435 millas cuadradas, suponiendo paneles solares con tecnología de punta Eficacia del 20%. Esta área representa menos del 1% del estado Cultivos cultivados y la mitad del espacio urbanizado de alta y media densidad.

Cómo conseguir una red eléctrica altamente renovable Los operadores de redes pueden beneficiarse al administrar energía eólica y solar a nivel regional, ya que sus períodos de alta producción pueden complementarse entre sí. El viento de invierno, por ejemplo, suele ser más fuerte durante la noche, mientras que la producción de energía solar es más alta en los meses de verano. Archivo fotográfico IIP, CC BY-NC

Ajustar cómo se ejecuta la red de energía a granel

Además de la optimización del sobredimensionamiento, la reducción y el almacenamiento, varias prácticas operativas y de planificación, algunas de las cuales ya se han hecho ahora, aumentarán aún más el valor y el rendimiento de una red de alta energía solar y fomentarán su realización con mínimas interrupciones. Incluyen:

  • Aprovechando el rendimiento complementario y los perfiles operativos variables de la energía solar y eólica. En la mayoría de los lugares, la energía eólica y solar tienen perfiles de producción diurnos y estacionales complementarios: viento más alto durante la noche y en invierno, PV más alto durante el día en verano.

  • Utilizar la gestión de la demanda, la práctica de reducir el consumo de energía en las ubicaciones de los clientes de electricidad, como una forma de minimizar las brechas de oferta y demanda.

  • Permitir que los operadores de redes tengan autoridad sobre la ubicación de la energía renovable y la administración de la producción dentro de sus regiones para que las decisiones sobre cuándo se produzca la reducción o el almacenamiento se realicen a nivel regional para minimizar las brechas en la oferta y la demanda.

La actitud de maximizar la producción de energía renovable y evitar el recorte tenía sentido cuando la generación solar variable era extremadamente costosa y las soluciones firmes eran aún más caras. Sin embargo, las reducciones recientes y previstas en la energía solar llave en mano, la gestión de la red y los costos de almacenamiento están cambiando el conjunto de soluciones óptimas, comenzando con la construcción excesiva de energía solar.

Marc Pérez, investigador principal de Clean Power Researcher, quien escribió su tesis en la Universidad de Columbia sobre este tema, contribuyó a este artículo. Morgan Putnam, vicepresidente de Solar Analytics en REsurety, también contribuyó.La conversación

Sobre el Autor

Richard Pérez, investigador principal asociado en el Centro de Investigación de Ciencias de la Atmósfera, Universidad en Albany, Universidad Estatal de Nueva York y Karl R. Rabago, profesor de derecho; Director Ejecutivo, Pace Energy and Climate Center, Pace University

Este artículo se republica de La conversación bajo una licencia Creative Commons. Leer el articulo original.

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