29 de noviembre 2022

Los retos de gestionar la transición y lograr la energía neta cero en América Latina con activos flexibles

En una columna Alejandro Espejo y Silvia Zumarraga, Analista de Finanzas y Mercado y Gerente General y Desarrollo de Mercado de Wärtsilä Latinoamérica, respectivamente, analizan el crecimiento de las renovables variables en la región y cómo potenciarlas.

La transición energética está avanzando con rapidez y es evidente que las energías renovables variables, solares como eólicas, se convertirán en las fuerzas principales de descarbonización en el sector eléctrico. Esto ya está presente en países como México, Brasil y Chile donde se han instalado estas formas de energías a escalas impresionantes.

Por ejemplo, El Parque Solar Villanueva en Coahuila, y El Parque Eólico del Sur en Oaxaca a 700MW y 396MW, respectivamente. La combinación de movimiento global y precios reducidos han activado la expansión de energías renovables.

Balanceo de Renovables Variables

A medida que las renovables se convierten en la nueva carga base, de la estabilidad de la red tiene que a su vez gerenciarse acordemente.

En el pasado, los activos de generación térmica de base proveían la estabilidad y ese delicado balance entre la generación y la demanda, pero la llegada de intermitencias causada naturalmente por las renovables convierte en un hecho complejo para el sistema y su despacho en tiempo real.

En otras palabras, una brecha entre la generación y la demanda puede surgir de la nada.

Este se hace más visible a medida que aumenta la presencia de energías solares y eólicas. La imagen debajo provee demonstración:

Figura 1: Muestra del modelo a largo plazo de Plexos

La administrando y operación del sistema durante esta transición se hace difícil tanto para los operadores de sistemas, así como para los dueños de centrales eléctricas. El análisis y la planificación de expansión deber ser tomada en cuenta en una forma muy granular.

El objetivo es despachar las energías solares y eólicas en su capacidad total aprovechándolas a máximo y cuando se requiera balancearlas con las tecnologías flexibles capaces de proveer de forma rápida la energía faltante. tanto como sea posible. Si se logra ese balance, se aprovecharán costos bajos de generación consecuentemente se disminuyen los costos al consumidor y a su vez se reducen las emisiones provenientes del parque generacional.

En la figura debajo, en amarillo, verde y azul, está la generación no firme o variable. La generación despachable, térmica, hidro de embalse, y se muestra en azul claro.

Figura 2: Ejemplo de despacho semanal en un sistema renovableLa curva de color naranja muestra la carga neta que surge de restar la generación renovable de demanda total. En este nuevo paradigma, surge un reto para el operador del sistema de asegurar la estabilidad y a su vez para el generador de gerenciar su portafolio de activos. El sistema debe poseer la flexibilidad necesaria para cubrirse la demanda, poder de rampa, carga, y descarga rápida simultáneamente que se optimiza el despacho económico.

Disponibilidad y flexibilidad

La generación despachable está presente en varias formas.  Las plantas hidroeléctricas de embalse es una de ellas. Desafortunadamente, las condiciones meteorológicas y el cambio climático o de estación, afectan considerablemente su disponibilidad y confiabilidad a largo plazo. Casos puntuales se ven en aquellos países como Brasil, Chile, Colombia o Ecuador donde un alto porcentaje de activos hidráulicos están presente.

Otra forma de proveer estabilidad y suplementar el balance de sistema es el almacenamiento en baterías. Estas pueden entrar y salir del sistema en milisegundos, almacena el exceso de energía, y migrarla en horas donde se requiera. Desafortunadamente, poseen al momento un limitante en su duración y sus costos elevados.

La flexibilidad de generación térmica es un tema para tener en cuenta. Si bien no hay un numero especifico de cálculo de flexibilidad de un activo, existen parámetros dinámicos presentes en ciertas tecnologías. Esos parámetros como el tiempo d arranque o partida, tiempo de parada, mínimos técnicos, y sus eficiencias tienen papeles importantes en el balanceo de sistemas eléctricos en transición. Esto debe ser aparejado con los costos que puedan incurrir debido a este ciclado.

Un activo de generación que tenga un poder de carga rápido y de descarga cuando es requerido permite que las energías con menores costos y menores emisiones pueden reingresar la matriz. Un ejemplo de esto son los motores reciprocantes. Los cuales tienen la capacidad de arrancar y alcanzar su carga máxima en 5 minutos con una eficiencia de 45%.

Si bien los ciclos combinados operando a factores de capacidad altos logran ser muy eficientes, no han sido diseñados para frecuentes arranques y paradas, hoy día con una mayor penetración de renovables, no son ideales para la rápida reacción.

En el momento que se presenta una disminución inesperada de carga o la necesidad de entrar al sistema en forma rápida, un ciclo combinado el cual requiere entre dos a cuatro horas para obtener su carga de 0% a 100%, es claro que no presenta la flexibilidad necesaria. Durante este tiempo hay un riesgo de vertimiento innecesario de energía renovable.

Combustibles Sostenibles en el Futuro

Los diseñadores y operadores de sistemas eléctricos quieren tanto como los dueños de los activos que estos sean concebidos para que tengan una vida útil larga.

A medida que los países establecen sus metas de descarbonización, se hace inminente que los activos de generación contemplen las mismas. Estudios demuestran que los sistemas eléctricos van incorporando energías renovables en gran escala y con la robustez proporcionada por las plantas de generación flexible mencionadas anteriormente, pueden lograr una descarbonización hasta alrededor del 80%.

El último tramo (10-20%) requiere que aquellos activos flexibles puedan convertirse y utilizar combustibles sustentables cuando estos estén disponibles (hidrogeno, amoniaco como para mencionar algunos). En adición, se podría considerar los biocombustibles como neutral en carbono porque son derivados de una fuente sostenible. Estos biocombustibles están disponibles a escala comercial en algunos mercados.

La integración de energía solar y eólica a sistemas eléctricos permite la rápida descarbonización de los sistemas eléctricos siempre que se los acompañe y balancee con activos ultra flexibles.

Wartsila, mediante modelación dinámica de sistemas eléctricos en Latinoamérica y varios países del mundo (aproximadamente hemos modelado 140 sistemas), vemos presente en ellos que los activos térmicos flexibles facilitarán la integración confiable de energía renovables y el impulso final a un futuro sin emisiones.

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