La energía eólica y solar están creciendo rápidamente en los EE. UU. A medida que estas fuentes de energía se convierten en una parte más importante de la combinación de electricidad, su crecimiento plantea nuevas preguntas:¿Cómo influyen la energía solar y eólica en los precios de la energía? Y dado que las centrales eléctricas duran décadas, ¿En qué deberían pensar los responsables de la formulación de políticas y los inversores para garantizar que las inversiones en infraestructura energética rindan frutos en el futuro?

Nuestro equipo de investigación en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley decidió analizar qué efecto tendrá una mayor proporción de energía eólica y solar en estas preguntas. En nuestro último estudio, Descubrimos que una gran proporción de estos recursos energéticos conduce a varios cambios profundos en los sistemas de energía eléctrica.

En particular, Nuestro estudio muestra cómo la energía solar y eólica tienden a reducir los precios de la energía, pero agregan una nueva complejidad para operar la red, lo que tiene grandes implicaciones para los reguladores. Para consumidores, Esta investigación es un recordatorio de que hacer que la red eléctrica sea más limpia con energía eólica y solar es un proceso en evolución que requiere cambios significativos en el funcionamiento actual de la red eléctrica, pero que ofrece grandes oportunidades. si nosotros, como país, podemos ser más flexibles cuando usamos electricidad.

Decisiones a largo plazo

Análisis previos, incluido el nuestro, mostró que la energía solar y eólica ya tienen un impacto en los mercados mayoristas de electricidad, dando lugar a más fluctuaciones en los precios de la energía.

Producción de energía solar, por supuesto, sigue al sol, aumentando por la mañana, produciendo más al mediodía, y caer al anochecer. La producción de energía eólica depende del clima, estaciones y geografía. La energía solar es bastante predecible, especialmente en climas secos, y la energía eólica se puede pronosticar con días y horas de anticipación con cierta precisión, pero ambos pueden variar ampliamente. Por esta razón, la energía solar y la eólica también se denominan fuentes de energía renovable variable (ERV).

Nuestro último estudio analizó si ciertas decisiones políticas que se toman en base a suposiciones que reflejan niveles bajos de VRE aún lograrán su objetivo previsto si la energía eólica y solar se utilizan a un alto nivel en el futuro.

Por ejemplo, Se solicita al administrador del programa de una empresa de servicios públicos que elija el conjunto de opciones más rentable para las medidas de eficiencia energética. Con un alto porcentaje de energía solar, la empresa de servicios públicos puede querer reducir la demanda por la noche cuando la producción solar está disminuyendo, en lugar del mediodía cuando hay abundante electricidad libre de emisiones. Por lo tanto, el enfoque de eficiencia puede cambiar de los acondicionadores de aire, normalmente necesitaba más durante el calor del día, a la iluminación.

Otra pregunta es cómo implementar cargadores de vehículos eléctricos:con mucha generación solar, puede ser mejor colocar cargadores en tiendas o edificios de oficinas, para cargar cuando la salida de energía solar es alta al mediodía. Pero en una región con fuertes vientos nocturnos y muchas turbinas eólicas, la energía puede ser más barata y más limpia cuando los vehículos eléctricos están estacionados en la residencia del propietario.

Ningún costo de combustible equivale a precios de energía al por mayor más bajos

Nuestro estudio analizó cómo cambian los precios en dos escenarios diferentes:niveles altos y bajos de VRE. Utilizamos simulaciones de red detalladas para centrarnos en el año 2030 para cuatro mercados de electricidad en los EE. UU .:CAISO en California, ERCOT en Texas, SPP en el Medio Oeste y NYISO en Nueva York. El análisis contrasta los resultados del mercado modelados para altas cuotas de energía eólica y solar del 40-50 por ciento con una línea de base renovable baja que refleja los niveles de 2016.

Para el contexto, el mercado californiano tenía un 14 por ciento de energía solar y un 7 por ciento de energía eólica en 2016 (las leyes estatales requerirán un aumento a alrededor del 40 por ciento de energía eólica y solar en 2030). Si bien Texas es el líder de la nación en lo que respecta a la capacidad general de las turbinas eólicas que generan el 13 por ciento de toda la energía de Texas, las regiones del cinturón eólico del medio oeste tienen la mayor proporción de electricidad eólica:casi el 20 por ciento en 2016, pero casi sin energía solar. Nueva York, mientras tanto, tiene objetivos ambiciosos para 2030, pero hasta ahora solo muy poco viento (3 por ciento) y solar (1 por ciento).

Los cambios más fundamentales de los altos niveles de energía eólica y solar se relacionan con el momento en que la electricidad es barata o cara y el grado de regularidad en esos patrones.

En mercados mayoristas competitivos, las empresas compiten por suministrar energía a las entidades que operan las redes eléctricas regionales. Los precios se determinan mediante licitación, y se fija por hora en función de la oferta y la demanda. A todos los licitadores ganadores se les paga el precio de compensación del mercado.

Dado que la energía solar y eólica no tienen costos de combustible, pueden hacer una oferta baja para asegurarse de que su poder sea aceptado en el mercado. Cuanto más energía eólica y solar haya en un mercado, cuanto más a menudo cae el precio de compensación. En los mercados actuales, ya vemos que a veces los precios bajan a cero o incluso a negativos.

Grandes cantidades de energía solar cambian significativamente los patrones de precios diarios. Con altas cuotas solares en Texas, por ejemplo, Los precios al por mayor se desplomarían a la mitad del día a un promedio de $ 10 / MWh y luego subirían por la noche a un promedio de $ 80 / MWh. Para referencia, un megavatio-hora (MWh) es un poco más que la cantidad de electricidad que consume un hogar estadounidense promedio en un solo mes.

En un escenario con un alto porcentaje de energía eólica y solar aportando energía a la red, la frecuencia de períodos con precios bajos (por debajo de $ 5 / MWh) aumenta a entre el 3 y el 19 por ciento de las horas según la región y la combinación de energías renovables. Alta solar en Texas, con sus limitadas conexiones eléctricas a las regiones vecinas, experimenta la mayor frecuencia de períodos con precios cercanos a cero.

Los precios al por mayor promedio por hora disminuyen con una mayor penetración de ERV, por $ 5- $ 16 / MWh dependiendo de la región y la combinación de energía eólica y solar. Las disminuciones en los precios promedio mayoristas y la ocurrencia común de períodos con precios muy bajos afectarán la rentabilidad de los ERV y los generadores inflexibles como las centrales nucleares y de carbón que operan en estas horas.

Mayor necesidad de energía bajo demanda

La volatilidad de los precios aumenta con acciones de VRE más altas, particularmente en los escenarios de vientos fuertes. Los precios matutinos en primavera en CAISO pueden variar entre $ 0 y $ 50 / MWh con mucho viento, pero caen en un rango mucho más estrecho en el escenario de VRE bajo.

Finalmente, descubrimos que las horas pico se desplazan del mediodía a la noche, después de que la producción solar disminuya. Estos nuevos "picos netos" tienen una duración más corta, pero se distribuyen en más días del año. Si bien los picos generalmente se alcanzan aumentando las plantas de energía convencionales, la menor duración de los picos netos crea oportunidades para una eficiencia energética específica, reducir la demanda de electricidad (respuesta a la demanda), cambios en las tarifas minoristas para reflejar las nuevas horas punta, o incluso baterías.

Este estudio solo destaca el posible impacto de estos patrones de precios alterados en las decisiones del sector eléctrico del lado de la oferta y la demanda. Pero proporciona una base para evaluaciones cuantitativas planificadas posteriores de estas decisiones en futuros de VRE bajo y alto.

Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. Lea el artículo original.