14 de febrero 2023

Las 10 tendencias de energía inteligente que cambiarán el rumbo del mundo a un futuro más renovable

La Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA) calcula que el 90 % de la electricidad mundial puede, y debe, tener su origen en las energías renovables para el año 2050, en consecuencia las compañías líderes en tecnología están volcando sus esfuerzos para crear tecnología verde.

El cambio climático constituye una emergencia mundial, es un problema que exige soluciones coordinadas en todos los niveles y cooperación internacional para ayudar a los países a avanzar hacia una economía con bajas emisiones de carbono. Para abordar este tema y sus impactos negativos, los líderes mundiales en la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (COP21), realizaron un avance significativo el 12 de diciembre de 2015 con el histórico Acuerdo de París.

Hasta la fecha 193 países más la Unión Europea han firmado esta alianza por un futuro más verde y han establecido sus objetivos de neutralidad de carbono.

Esto significa lograr la transformación energética y el desarrollo sin carbono lo antes posible, utilizando más recursos renovables, cambiando la forma en que se emplea la energía y utilizando nuevas tecnologías para reducir las emisiones. La ciencia nos dice que, a menos que reduzcamos la producción de combustible fósil en un 6 % cada año de aquí a 2030, las cosas empeorarán.

Este panorama trae consigo nuevas oportunidades y nuevos retos para las energías renovables, en los próximos 5 años, el mundo va a incorporar tanta energía renovable como en los últimos 20 años.

Conforme a datos de Renewables 2022, la última edición del informe anual de la AIE sobre el sector, se espera que la capacidad mundial de energía renovable aumente en 2 400 gigavatios (GW) durante el periodo 2022-2027, una cantidad equivalente a toda la capacidad energética de China en la actualidad.

El enorme aumento proyectado a lo largo de este lustro, es un 30% superior al crecimiento previsto hace tan sólo un año, lo que pone de manifiesto la rapidez con la que los gobiernos han dado un mayor peso político a las energías renovables.

Según el informe, las energías renovables representarán más del 90% del crecimiento mundial de la electricidad en los próximos cinco años, superando al carbón y convirtiéndose en la mayor fuente de electricidad mundial a principios de 2025.

De acuerdo con un informe de Huawei, las 10 principales tendencias de la energía digital para un futuro más verde son:

Tendencia 1: Integración FV+ESS. A medida que más energías renovables alimentan las redes eléctricas, surgen varios problemas técnicos complejos en términos de estabilidad del sistema, equilibrio de potencia y calidad de la energía. Por lo tanto, se necesita un nuevo modo de control para aumentar la capacidad de control y respuesta de la potencia activa/reactiva y mitigar activamente las fluctuaciones de frecuencia y voltaje.

Con la integración de energía fotovoltaica y Sistemas de Almacenamiento de Energía, así como la tecnología Grid Forming, podemos construir ‘Generadores FV+ESS inteligentes’ que usan control de fuente de voltaje en lugar de control de fuente de corriente, brindan un fuerte soporte de inercia, estabilización de voltaje transitorio y capacidad para manejo de fallas. Esto transformará la energía fotovoltaica de seguimiento de red a formación de red, lo que ayudará a aumentar la alimentación fotovoltaica.

Tendencia 2: Alta densidad y confiabilidad. La alta potencia y la fiabilidad de los equipos en las plantas fotovoltaicas serán la tendencia. Tomemos como ejemplo los inversores fotovoltaicos; hoy en día, la tensión de CD de los inversores aumenta de 1100 V a 1500 V.

Con la aplicación de nuevos materiales como el carburo de silicio (SiC) y el nitruro de galio (GaN), así como la integración de tecnologías digitales, electrónica de potencia y de gestión térmica, se estima que la densidad de potencia de los inversores aumentará en aproximadamente un 50 % en los próximos cinco años, y se puede mantener la alta fiabilidad.

Tendencia 3: Electrónica de potencia a nivel de módulo (MLPE). Impulsada por las políticas de la industria y los avances tecnológicos, la energía fotovoltaica distribuida ha sido testigo de un desarrollo vigoroso en los últimos años. Nos enfrentamos a desafíos tales como cómo mejorar la utilización de los recursos de los tejados, garantizar un alto rendimiento energético y la seguridad del sistema FV+ESS. Por lo tanto, una gestión más refinada es imprescindible.

Tendencia 4: Almacenamiento de energía modular. En comparación con las soluciones ESS centralizadas tradicionales, la solución Smart String ESS adopta una arquitectura distribuida y un diseño modular. Utiliza tecnologías innovadoras y gestión inteligente digital para optimizar la energía a nivel de paquete de baterías y controlar la energía a nivel de rack. Esto da como resultado una mayor descarga de energía, inversión óptima, operaciones y mantenimiento sencillos, así como seguridad y fiabilidad durante todo el ciclo de vida del ESS.

Tendencia 5: Gestión mejorada a nivel de celdas. Al igual que los sistemas fotovoltaicos que se desplazan hacia MLPE, los BESS de litio se desarrollarán hacia un nivel de gestión más reducido. Solo una gestión refinada a nivel de celda de batería puede hacer frente mejor a los problemas de eficiencia y seguridad. Actualmente, el sistema tradicional de gestión de baterías (BMS) sólo puede resumir y analizar datos limitados, y es casi imposible detectar fallos y generar alertas en la etapa inicial.

Por lo tanto, el BMS debe ser más sensible, inteligente e incluso predictivo. Esto depende de la recopilación, el cálculo y procesamiento de una gran cantidad de datos y tecnologías de IA para encontrar el modo operativo óptimo y hacer prevenciones.

Tendencia 6: Integración FV+ESS+Red. En cuanto a la generación de energía, vemos cada vez más prácticas de construcción de bases de energía limpia FV+ESS que suministran electricidad a los centros de carga a través de líneas de transmisión UHV. Con respecto alconsumo de energía, las centrales eléctricas virtuales (VPP) se vuelven cada vez más populares en muchos países.

Los VPP combinan sistemas fotovoltaicos distribuidos masivos, ESS y cargas controlables, e implementan una programación flexible para las unidades de generación de energía y las unidades de almacenamiento para lograr el recorte de picos, etc. Por lo tanto, construir un sistema de energía estable que integre PV+ESS+Red para respaldar el suministro de energía fotovoltaica y la alimentación a la red se convertirá en una medida clave para garantizar la seguridad energética.

Tendencia 7: Seguridad mejorada. La seguridad es la piedra angular del desarrollo de la industria fotovoltaica y de ESS. Esto requiere que consideremos sistemáticamente todos los escenarios y enlaces e integremos completamente la electrónica de potencia, la electroquímica, la gestión térmica y las tecnologías digitales para mejorar la seguridad del sistema.

En una planta fotovoltaica, las fallas causadas por el lado de CD representan más del 70 % de todas las fallas. Por lo tanto, el inversor debe admitir la desconexión inteligente de cadenas y la detección automática de conectores.

En el escenario fotovoltaico distribuido, la función AFCI (Proteccion contra falla de arco  ) se convertirá en una configuración estándar, y la función de apagado rápido a nivel de módulo garantizará la seguridad del personal de mantenimiento y los bomberos.

En el escenario ESS, se deben utilizar múltiples tecnologías, como la electrónica de potencia, la nube y la IA, para implementar una gestión refinada de ESS desde las celdas de la batería hasta el sistema completo. El modo de protección tradicional basado en la respuesta pasiva y el aislamiento físico se cambia a una protección automática activa, implementando un diseño de seguridad multidimensional desde el hardware hasta el software y desde la estructura hasta el algoritmo.

Tendencia 8: Seguridad y confiabilidad. Además de traer beneficios, los sistemas fotovoltaicos también tienen diversos riesgos, incluida la seguridad de los equipos y la seguridad de la información. Los riesgos de seguridad de los equipos se refieren principalmente a la parada provocada por averías. Los riesgos de seguridad de la información se refieren a ataques a redes externas.

Para hacer frente a estos desafíos y amenazas, las empresas y organizaciones deben establecer un conjunto completo de mecanismos de gestión de «seguridad y fiabilidad», que incluyan la fiabilidad, disponibilidad, seguridad y resiliencia de los sistemas y dispositivos. También debemos poner en funcionamiento la protección de la seguridad personal y ambiental, así como la privacidad de los datos.

Tendencia 9: Digitalización. Las plantas fotovoltaicas convencionales tienen una gran cantidad de equipos y carecen de canales de información y recopilación de información. La mayoría de los equipos no pueden ‘comunicarse’ entre sí, lo que es muy difícil de implementar una gestión refinada.

Con la introducción de tecnologías digitales avanzadas como 5G, Internet de las cosas (IoT), computación en la nube, tecnologías de detección y big data, las plantas fotovoltaicas pueden enviar y recibir información, utilizando «bits» (flujos de información) para administrar «vatios». (flujos de energía). Todo el eslabón generación-transmisión-almacenamiento-distribución-consumo es visible, manejable y controlable.

Tendencia 10: Aplicación de IA. A medida que la industria de la energía avanza hacia una era de datos, cómo recopilar, utilizar y maximizar mejor el valor de los datos se ha convertido en una de las principales preocupaciones de toda la industria. Las tecnologías de IA se pueden aplicar ampliamente a los campos de energía renovable y desempeñan un papel indispensable en todo el ciclo de vida de FV+ESS, incluida la fabricación, construcción, operación y mantenimiento, optimización y operación.

La convergencia de la IA y tecnologías como la computación en la nube y los macrodatos se está profundizando, y se enriquecerá la cadena de herramientas que se centra en el procesamiento de datos, la capacitación, el despliegue y el monitoreo de la seguridad. En el campo de las energías renovables, la IA, al igual que la electrónica de potencia y las tecnologías digitales, impulsará una profunda transformación de la industria.

Estas tendencias de energía inteligente que cambiarán al mundo rumbo a un futuro más ecológico son toda una realidad. Según el avance de World Energy Transitions Outlook de la Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA), ya existen en gran medida tecnologías probadas para un sistema de energía neta cero. La energía renovable, el hidrógeno verde y la bioenergía moderna dominarán el mundo de la energía en el futuro para contener el aumento de la temperatura a 1,5 °C y detener el calentamiento global irreversible.

El 90% de todas las soluciones de descarbonización en 2050 pasarán por las energías renovables a través del suministro directo de electricidad a bajo coste, la eficiencia, la electrificación impulsada por energías renovables en el uso final, así como el hidrógeno verde. Las tecnologías de captura y eliminación de carbono, combinadas con la bioenergía, proporcionarán las reducciones de CO₂ de «última milla» hacia un sistema energético neto cero.

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