La energía solar térmica resulta ser la clave para que China cumpla con sus compromisos climáticos. Un nuevo estudio investiga la mejor combinación de energías renovables para proporcionar el menor costo a los operadores de sistemas de energía en dos de las provincias de China más adecuadas para ampliar la energía renovable.

Los operadores de sistemas de energía de China deben invertir en energía renovable para cumplir con los compromisos climáticos. La energía eólica y la fotovoltaica son las energías renovables de menor costo, pero solo entregan energía cuando hace viento o hace sol. Por el contrario, energía solar concentrada (CSP) más cara, que puede almacenar su energía solar de forma relativamente económica, y por largas duraciones, puede entregar energía en cualquier momento, dia o noche.

Asombrosamente, La CSP más cara podría, en última instancia, resultar menos costosa para un sistema eléctrico con mucha energía renovable debido a su despacho flexible de día o de noche.

El estudio encuentra que si la CSP fuera sustituida por entre el 5 y el 20 por ciento de la energía fotovoltaica y eólica planificada en la provincia de Gansu y la provincia de Qinghai, aportaría el mayor beneficio a los operadores de sistemas de energía. reducir la restricción de energía eólica y fotovoltaica al tiempo que se reducen los costos operativos de los generadores de carbón de carga base, que debe subir y bajar para mejorar la generación fluctuante de la energía solar y eólica.

Estudios anteriores solo han analizado los beneficios de flexibilidad de la CSP desde el punto de vista de maximizar el ROI para los posibles inversores y desarrolladores. El nuevo estudio ayuda a llenar un vacío en la investigación económica diseñada para maximizar los beneficios a largo plazo de la CSP para el sistema eléctrico en general.

Los legisladores chinos quieren conocer el mejor plan

Un equipo de investigación de la Universidad Tsinghua de Beijing informa sus hallazgos en la edición de julio de la revista Applied Energy, en Justificación económica de la concentración de energía solar en sistemas eléctricos de alta penetración de energías renovables. Analizaron el costo-beneficio de varios niveles de CSP en lugar de la variable planificada Energía renovable (VRE) como fotovoltaica y eólica.

En dos provincias en particular, Qinghai y Gansu, que planean suministrar el 83 por ciento y el 104 por ciento, respectivamente, de su carga máxima con VRE, los autores encontraron que sustituir CSP por entre el 5 y el 20 por ciento de VRE daría como resultado el costo más bajo para el operador del sistema.

Los artículos anteriores de estos investigadores han proporcionado planos de planificación de sistemas de energía para los responsables políticos de China en la NDRC.

Autor principal, Prof. Chongqing Kang, quien dirige el departamento de Ingeniería Eléctrica en Tsinghua, es el autor más citado de más de 300 estudios sobre energías renovables y planificación y operación de sistemas de energía. Segundo autor, Profesor asociado Ning Zhang, se ha centrado en la analítica y optimización de energías renovables en el sistema eléctrico.

"Hemos tenido una colaboración muy estrecha con este gobierno, "El profesor Kang dijo a SolarPACES." Hemos propuesto varios estudios de investigación antes sobre la energía eólica y solar, y ahora han despertado más interés en la CSP, que aún se encuentra en su primera etapa de desarrollo. El motivo del interés es que China se ha fijado un objetivo muy agresivo para las energías renovables y la energía eólica y fotovoltaica ya se están desarrollando rápidamente. Tienen varias personas que se enfocan en energías renovables en la NDRC, que depende del Negociado de Energía ".

El estudio cuantifica el "beneficio nivelado" de la CSP

El estudio se centró en los beneficios de la CSP específicamente para los sistemas de energía en Qinghai y Gansu. Ambas provincias tienen excelentes recursos solares y buenas oportunidades de ubicación para grandes plantas solares o eólicas. y planes muy ambiciosos para el despliegue de tecnologías eólica y solar.

Qinghai planea suministrar el 82,3 por ciento de la demanda de carga máxima con 13 GW combinados de VRE; de 3 GW de energía eólica y 10 GW de fotovoltaica. Gansu planea suministrar el 104,3 por ciento de la demanda de carga máxima de 27 GW combinados de VRE; 20 GW de viento y 7 GW de energía solar fotovoltaica.

Al combinar el beneficio económico de la CSP como un recurso flexible de generación de energía renovable que puede enviar energía solar a pedido y reducir aún más la energía eólica y la reducción de la energía fotovoltaica, obtienen una cifra de "beneficio nivelado" para la CSP.

El estudio sugiere un beneficio adicional de energía y flexibilidad de entre 18 y 30 centavos por kilovatio hora si la CSP reemplaza entre el 5 por ciento y hasta el 20 por ciento de la energía solar fotovoltaica y eólica propuesta en estas provincias. El mayor valor del beneficio energético y de flexibilidad de la CSP justifica su coste de inversión relativamente más elevado.

Seguro de que la inmadurez técnica de la CSP es temporal

El estudio llega en un momento de planes audaces en China:duplicar literalmente el despliegue global de CSP de 5 GW en 2018 para 2020. Tras una ronda de 1 GW de 18 proyectos de demostración, China planea construir 5 GW de CSP.

Algunos objetivos iniciales de la primera ronda de proyectos de demostración han resultado más difíciles de alcanzar de lo esperado. Varios proyectos abandonaron incapaz de alcanzar un hito inicial a tiempo.

Sin embargo, los autores están muy seguros de que estos dolores de crecimiento son superables, señalando que la CSP apenas ha comenzado a implementarse en comparación con la fotovoltaica y la eólica.

"No todas las piezas pueden ser producidas por China en este momento, por lo que el proceso de aprendizaje en el proceso de construcción se retrasa un poco, ", Dijo Kang. Ellos enfatizaron que los problemas de inicio de CSP no son insuperables:" todavía están aprendiendo; el desarrollo será más rápido en un futuro próximo ".

Por qué China necesitará más horas de almacenamiento de CSP

Toda la CSP planificada de China incluye almacenamiento de energía térmica (TES). El estudio señala:

"Los sistemas TES en las plantas de CSP son actualmente menos costosos (con costos de capital de alrededor de 20-70 $ / kWh) que los sistemas de almacenamiento de energía de batería (con un costo de capital superior a $ 150 / kWh)"

"CSP es una nueva tecnología que se puede distribuir de forma flexible, ", Señaló Kang." Creo que China no quiere perder esa tecnología. Entonces, los 20 proyectos iniciales, por aproximadamente 1 GW de CSP, vamos a decir cómo funciona esta tecnología en China ".

La necesidad de energía nocturna de China es relativamente mayor que la de otras naciones, mientras las fábricas tararean toda la noche en muchas regiones.

"Una sugerencia informal anterior que hice es que el almacenamiento debería ser más largo en China, ", dijo." En las grandes ciudades, como Beijing y Shanghai, nuestra carga es de aproximadamente el 60 por ciento por la noche, como las grandes ciudades de EE. UU., pero en el oeste de China, las fábricas funcionan las 24 horas. La carga nocturna es aproximadamente el 80 por ciento de la diurna, realmente no desaparece, por lo que necesitan un almacenamiento de larga duración; al menos 10 horas ".

Se simula todo un sistema de energía. Dr. Zhang y Ph.D. El candidato Ershun Du del departamento de Ingeniería Eléctrica de Beijing en la Universidad de Tsinghua ayudó a diseñar el software de análisis, utilizando datos de sistemas de energía de la planificación de expansión de generación y transmisión y datos de pronóstico de carga.

"La herramienta de análisis o software que utilizamos es un software desarrollado internamente por nuestro equipo; el GOPT es un software de sistema de operación del sistema de energía capaz de realizar el despacho del sistema de energía durante todo el año considerando una amplia gama de tipos de generación y AC / Red eléctrica de CC y reglas prácticas de despacho ", explicó Du. "El software simula el funcionamiento del sistema de energía durante un período de tiempo prolongado utilizando una cantidad suficiente de escenarios de salida de VRE para que pueda ofrecer una estimación confiable sobre la economía del funcionamiento del sistema de energía con viento, PV y CSP ".

Los datos provienen de los planos de planificación de energía eléctrica para cada provincia.

"Realizamos este análisis para simular si invertir en las plantas de CSP es económico o no en la provincia de Qinghai y la provincia de Gansu, para justificar el tamaño o el beneficio que pueden aportar las centrales eléctricas de CSP, "dijo Du, quien en 2017 fue académico visitante en NREL, donde estudios relacionados han estimado el valor que la CSP aporta a la red dentro de la interconexión occidental de EE. UU.

Conclusión:los beneficios de la CSP superan los costos en ambas provincias

CSP trajo el mayor beneficio a la provincia de Gansu, donde reduciría la energía solar y eólica restringida, pero también reducir los costos de la generación de energía a carbón existente al reducir los costos de combustible, aumento de los costos, y costos de arranque y parada, ya que trata de compensar el crecimiento constante de la energía solar y la eólica.

En la provincia de Qinghai, el beneficio sería menor. La CSP se construiría en una región desértica donde se originan varios ríos grandes en las altas montañas. "Son dos sistemas de energía muy diferentes, y descubrimos que la CSP tiene más beneficios en la provincia de Gansu, porque la provincia de Qinghai ya tiene mucha energía hidroeléctrica, "Du explicó. Como CSP, hidro es despachable, lo que lo convierte en un "relleno" igualmente bueno con PV y viento.

En Gansu, el valor del beneficio estaba entre 24 y 30 centavos por kilovatio hora de generación (0,238-0,300 $ / kWh). En Quinghai, con abundante hidro, el valor del beneficio nivelado fue inferior a 20 centavos (0,177–0,191 $ / kWh).

"Descubrimos que incluso con un costo inicial más alto para construir CSP, Invertir en CSP sigue siendo económico en ambas provincias debido a su gran beneficio externo de acomodar la energía eólica y fotovoltaica que conduce a un menor costo con el tiempo en las operaciones del sistema eléctrico. "concluyó Zhang". Sin embargo, Aún se requieren subsidios a la CSP para internalizar el beneficio y devolver su fuerte inversión.