Albert Moser, profesor del Instituto de Equipos y Redes de Alta Tensión, Digitalización y Economía Energética de la Universidad RWTH de Aquisgrán, Jochen Kreusel, director global de Innovación de Mercado de Hitachi Energy, y Alexandre Oudalov, gerente de Sistemas de Energía del Futuro de Hitachi Energy, exploran el tema esencial de los sistemas de energía.
“Flexibilidad” es una palabra recurrente en las conversaciones sobre el futuro del sistema energético. Pero ¿A qué hace referencia? ¿Por qué es crucial en la transición hacia una economía con pocas emisiones de carbono y qué desafíos plantea? Este artículo explora la definición de este concepto y explica cómo las herramientas de flexibilidad están dando forma a un sistema eléctrico neutro en carbono.
Hitachi Energy ha realizado estudios exhaustivos sobre la definición exacta de flexibilidad del sistema eléctrico y ha sido importante conocer cuántas interpretaciones diferentes existen. Se ha conceptualizado como la capacidad de los sistemas de energía para hacer frente a la variabilidad y la incertidumbre en todo momento.
Un sistema eléctrico flexible es clave para gestionar las operaciones en condiciones normales y en momentos de alta probabilidad de perturbaciones, garantizando siempre un suministro lo suficientemente seguro. Las soluciones de flexibilidad pueden responder en cualquier período de tiempo, desde milisegundos hasta años, y abarcan la estabilidad, confiabilidad y adecuación del sistema eléctrico (ver figura 1).
Figura 1. Flexibilidad y otros requisitos operativos de los sistemas eléctricos modernos.
El futuro sistema eléctrico deberá adaptarse rápidamente a cualquier cambio operativo, ya sea el corte no-planificado de una central eléctrica grande o un gran aumento o disminución en la producción de energía renovable clima dependiente. Más allá de que el evento ocurra repentinamente por solo unos minutos o dure semanas durante períodos de alta demanda; el objetivo siempre debe ser una resolución al menor costo y con un impacto mínimo para los consumidores.
Medición de la flexibilidad
Dado que la flexibilidad está cobrando tanta relevancia, ¿cómo puede ser medida para identificar posibles deficiencias y anticipar futuras necesidades? Hitachi Energy plantea que la medida más sencilla para cuantificar qué tan flexible es un sistema eléctrico radica en determinar con qué eficacia puede restablecer el equilibrio entre oferta y demanda después de cualquier cambio.
¿Con qué rapidez puede aumentar o disminuir la capacidad flexible del sistema en momentos de escasez o sobreproducción de suministro de energías renovables? También es importante evaluar si el sistema puede abordar rápida y económicamente situaciones de desequilibrio entre la oferta y la demanda de corta y de larga duración, y si pudiera, en una situación extrema, satisfacer el pico más alto de demanda.
Flexibilidad en la historia
Aunque las discusiones actuales pueden llevar a pensar que sí, la flexibilidad dentro del sistema eléctrico no es algo nuevo.
En el pasado -y hasta cierto punto, todavía nos beneficiamos de ello en nuestro sistema energético- la flexibilidad ha sido proporcionada por las grandes centrales eléctricas que podían aumentar o remover suministro de electricidad a partir de la cantidad de quema de combustible, principalmente gas natural o carbón.
Incluso en un sistema eléctrico muy grande como el de Europa continental, estos equivalían únicamente a cientos de proveedores cuyos servicios eran relativamente de fácil acceso en medio de patrones de demanda de electricidad predecibles y estables. Esto significó que la electricidad era comprada precisamente de acuerdo con las necesidades de demanda previstas; los precios negativos debido al exceso de oferta, que se presenta cada vez más en la actualidad, eran inauditos. En este sistema, la flexibilidad era, más bien, un subproducto de una máquina de producción de energía centralizada y altamente distribuible.
El impacto del clima
La flexibilidad se está convirtiendo ahora en el centro del sistema energético proactivo necesario en una economía neutra en emisiones de Carbono. Además del impacto de la carga residual, la creciente dependencia a la producción de energía renovable ha generado una dependencia directa de las condiciones climáticas. Los días de clima tranquilo pueden tener un gran impacto en las necesidades de equilibrio de la red, así como un período de clima más soleado de lo esperado.
Los patrones climáticos regionales plantean desafíos únicos para los mercados de electricidad en varias partes del mundo. Por ejemplo, en Oriente Medio, las tormentas de arena pueden alterar gravemente la producción de energía solar fotovoltaica (PV) durante periodos prolongados de varios días. De manera similar, Europa experimenta el ‘Dunkelflaute’, un fenómeno que se caracteriza por los reducidos niveles de luz y viento que ralentizan la producción de energía renovable, y que ocurre durante los meses de invierno de alta demanda. Además, en algunos países asiáticos, los monzones con su densa cobertura de nubes pueden provocar interrupciones prolongadas en la producción de energía solar fotovoltaica.
Al mismo tiempo, las condiciones climáticas en otras regiones podrían provocar un exceso de oferta de energía renovable, superando la demanda real. Este exceso puede conducir potencialmente a una reducción significativa de la electricidad verde, un fenómeno que no encaja bien con los esfuerzos globales para alcanzar los objetivos de cero emisiones netas. La reducción es mayor en los sistemas energéticos donde las medidas de flexibilidad son limitadas o inexistentes y, a medida que la capacidad de energía renovable aumenta en todo el mundo, las herramientas de flexibilidad serán cada vez más importantes para evitar que se corten valiosos electrones verdes.
En países como Japón e Irlanda y en el estado estadounidense de California, se ha observado una fuerte correlación entre la creciente proporción de fuentes variables de energía renovable (VRES) y su reducción.
Las cuatro dimensiones de la flexibilidad
Hitachi Energy ha identificado cuatro dimensiones que consideran son las más cruciales para hacer frente a la creciente variabilidad e incertidumbre que trae consigo un futuro sistema energético neutro en carbono: 1) flexibilidad del lado de la oferta, 2) flexibilidad del lado de la demanda, 3) almacenamiento de energía y 4) redes activas de transmisión y distribución. Las tecnologías digitales desempeñan un papel fundamental a la hora de mejorar la flexibilidad de los sistemas energéticos, actuando como catalizador para garantizar una contribución óptima de las cuatro áreas, además de facilitar escalas de tiempo y ubicación, aprovechar los recursos conectados maximizando la eficiencia y adaptabilidad.
Es importante subrayar la creciente necesidad de abordar la variabilidad y la incertidumbre en los sistemas energéticos futuros. Esta necesidad es impulsada por la transición energética en curso hacia la descarbonización de la generación de energía mediante la integración de fuentes renovables más clima-dependientes. Es necesario aprovechar las herramientas existentes y emergentes para lograr flexibilidad y abordar la creciente variabilidad de la oferta y la demanda energética.
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