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

Ciudades estados y países de todo el mundo se están comprometiendo con economías de energía limpia que funcionan a niveles muy altos, incluso al 100%, de energía renovable. Solo en el estado de Nueva York Cuatro proyectos de ley en competencia apuntan al 50% al 100% de energías renovables para el año 2040 o antes.

De modo realista, sólo dos recursos de energía renovable son lo suficientemente grandes para cumplir con estos objetivos de muy alta penetración en el lado de la oferta en los EE. UU.:la solar (con diferencia) y la eólica.

Ambos, sin embargo, son recursos variables, impulsado por el clima, así como por los ciclos diarios y estacionales. Por lo tanto, deben estar "firmes, es decir, capaz de suministrar energía a pedido, para reemplazar los recursos fósiles que se pueden enviar según sea necesario. Basado en nuestra investigación, sostenemos que esta transformación de poder firme no solo es posible, también es asequible, si dejamos de tener viejas ideas.

Uno atrincherado y muy frecuente, La idea, probablemente como 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 excede lo que la red puede aceptar.

Esta vieja idea ignora una proposición fundamental:sobredimensionar y reducir proactivamente la energía eólica y solar. Por contradictorio que sea, Un estudio que realizamos con nuestros colegas 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 del sobreaprovisionamiento solar y eólico es sencillo:

• El almacenamiento de energía es el ingrediente esencial necesario para llenar la variabilidad de la energía renovable cuando el sol no brilla o el viento no sopla. Estas brechas incluyen períodos intradiarios, como las horas de máxima demanda durante el día y la noche, y más importante, brechas más grandes de varios días y estacionales debido a condiciones sostenidas de poco sol o viento. Para almacenamiento, Los operadores de la red, las organizaciones que garantizan que el suministro de energía se adapte a la demanda a medida que aumenta y disminuye durante el día, generalmente dependen de depósitos de agua llamados hidroeléctricos de bombeo o, por períodos más cortos, baterías.
• El almacenamiento es cada vez más barato pero incluso asumiendo las proyecciones de costos a largo plazo más optimistas, Nuestro estudio nos llevó a la conclusión de que la aplicación de almacenamiento solo a la energía eólica o solar firme seguirá siendo prohibitivamente costosa debido al tamaño de las brechas estacionales y de varios días. La energía eólica y solar también se están volviendo mucho menos costosas, especialmente solar, hasta el punto en que la sobreconstrucción es cada vez más asequible. Esto es cierto incluso cuando la producción de generadores eólicos y solares se vierte esencialmente, o "reducido, "y no alimentados a la red.
• El sobredimensionamiento reduce las brechas de producción porque hay más producción de energía disponible durante los períodos de baja disponibilidad solar y eólica. La sobreconstrucción también reduce los requisitos de almacenamiento.

"Reafirmante" con exceso de capacidad

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

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

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

Por el contrario, cuando el recurso solar está sobredimensionado, ese generador solar puede satisfacer la demanda de X MWh / día más días al año y hay menos brechas; por lo tanto, hay menos ocasiones en las que se necesita almacenamiento de energía para llenar las brechas.

Una vez consolidado mediante una combinación de sobreaprovisionamiento y almacenamiento, los recursos de energía renovable variable se pueden distribuir de manera efectiva, capaces de proporcionar energía cuando sea necesario, y funcionalmente equivalentes a las plantas de energía tradicionales. De este modo, las energías renovables pueden reemplazar estos generadores sin una gran reingeniería de la red.

Nuestro equipo ha modelado una solución de alta solar y sobreconstruida para el estado no particularmente soleado de Minnesota. El objetivo era determinar la combinación menos costosa de energía solar conectada a la red, viento y almacenamiento necesarios para proporcionar las veinticuatro horas del día, servicios energéticos 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 (la llamada "paridad de la red") mediante la sobreconstrucción de los recursos solares y eólicos y la adopción de una estrategia operativa de la red que permita aproximadamente entre el 20% y el 40%. reducción del exceso de generación de energía. El almacenamiento de energía también se utiliza en nuestro modelo, pero la economía superior resulta directamente de sustituir el exceso de generación restringible por un almacenamiento más caro.

Una pregunta legítima 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 100% fotovoltaica, suponiendo un sobredimensionamiento en un factor de dos, o duplicando la energía solar necesaria para satisfacer la demanda actual, esta área ascendería a 435 millas cuadradas, asumiendo paneles solares con una eficiencia de vanguardia del 20%. Esta área representa menos del 1% de los cultivos del estado y la mitad del espacio urbanizado de densidad media y alta.

Ajustar cómo se ejecuta la red eléctrica a granel

Además de sobredimensionar, reducción y optimización del almacenamiento, varias prácticas operativas y de planificación, algunos de los cuales ya están hechos, mejoraría aún más el valor y el rendimiento de una red de alta energía solar y fomentaría su realización con interrupciones mínimas. Incluyen:

Aprovechar 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:los vientos son más altos 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 uso 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 la red tengan autoridad sobre la ubicación de la energía renovable y la gestión de la producción dentro de sus regiones, de modo que las decisiones sobre cuándo se produce la reducción o se aplica el almacenamiento se toman a nivel regional para minimizar las brechas en la oferta y la demanda.

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

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.