La seguridad en los sistemas eléctricos del futuro

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Fuente: https://elperiodicodelaenergia.com/

Los sistemas eléctricos están experimentando una profunda transformación, con un mayor papel de las redes más inteligentes que van de la mano con un mayor despliegue solar y eólico. Las redes eléctricas (transmisión y distribución) proporcionan la base de los sistemas de energía de hoy y de mañana, permitiendo que la electricidad fluya y todas las fuentes de flexibilidad para contribuir a la seguridad eléctrica. La expansión de las redes debe acelerarse durante la próxima década para conectar todas las nuevas fuentes de electricidad, incluidas las renovables, extendiendo las redes en 16 millones de kilómetros, un 80% más que durante la última década. ¿Las inversiones serán suficientes? El aumento de la inversión para modernizar y digitalizar las redes será fundamental para mantener sistemas de energía seguros, confiables y asequibles durante las transiciones de energía limpia.

El mundo está entrando en una nueva era y la energía solar fotovoltaica es el nuevo rey de la electricidad. Según las políticas establecidas, la generación de energía solar fotovoltaica se expandirá en más de 4.000 TWh durante las próximas dos décadas, más de lo que la generación a carbón aumentó en los últimos 20 años. La energía solar fotovoltaica se convierte en el medio principal para satisfacer el crecimiento de la demanda eléctrica, un tercio del total hasta 2030, mientras que la generación a carbón disminuye a nivel mundial. El potencial de crecimiento es aún mayor. En el escenario de desarrollo sostenible, el mercado mundial de energía solar fotovoltaica despega y aumenta en 8000 TWh hasta 2040, lo que equivale a 12 veces la generación de energía solar fotovoltaica mundial en 2019, o casi el triple de la electricidad solar total producida en la historia.

¿Qué impulsa este crecimiento? El apoyo a las políticas es generalizado, está presente en más de 130 países de todo el mundo y lo está protegiendo de la crisis de COVID. Continúan las reducciones de los costes de la energía solar fotovoltaica y ahora es la nueva fuente de electricidad más barata en la mayoría de los países del mundo. La financiación barata está ampliamente disponible para nuevos proyectos solares, lo que refleja un riesgo de ingresos muy bajo en los marcos de políticas vigentes. Este año completamos un nuevo análisis de los costos de financiación en los principales mercados solares, revelando tasas extremadamente bajas: un costo de capital promedio del 3% en la UE, por debajo del 4% en China y EE UU, y por debajo del 6% en India. Otras tecnologías bajas en carbono crecen con fuerza, en particular la eólica, en tierra y en alta mar, a medida que se materializan las reducciones de costos como se anticipó en el informe especial de la AIE del año pasado sobre el tema.

Se prevé que las energías renovables variables desempeñen un papel más importante en los sistemas de energía del mañana. La participación combinada de la energía solar y eólica en la generación de electricidad mundial se duplicará del 9% en 2020 a casi el 20% en 2030 según las políticas establecidas. Este es verdaderamente un fenómeno global, con cuotas crecientes en todo el mundo. En los principales mercados de energía solar y eólica, se prevé que la participación de las energías renovables variables casi se duplique en la Unión Europea para 2030, se duplique en Estados Unidos y China y aumente en un 150% en India. Con un impulso del Plan de Recuperación Sostenible , la proporción de energías renovables variables se triplica durante la próxima década a casi el 30% en 2030 en el Escenario de Desarrollo Sostenible del WEO. Todos los principales mercados avanzarían y verían reducciones drásticas de las emisiones de la generación de electricidad.

La flexibilidad del sistema de energía es la piedra angular de la seguridad eléctrica en los sistemas de energía modernos. La flexibilidad se refiere a una variedad de servicios que abarcan escalas de tiempo medidas en segundos a horas, días y estaciones, todos respaldando la confiabilidad y calidad de la electricidad.

Las necesidades de flexibilidad crecen en todos los mercados

Los cambios en la forma y la variabilidad de la demanda eléctrica y el fuerte crecimiento de la energía solar fotovoltaica y eólica están aumentando las necesidades de flexibilidad en los sistemas de energía, y la flexibilidad se está convirtiendo rápidamente en la piedra angular de la seguridad eléctrica. Los requisitos de rampas de hora a hora son un aspecto importante de la flexibilidad, y se prevé que se dupliquen en la India durante la próxima década, mientras que también aumentarán en un 50% en Estados Unidos y China. Se prevé que también aumenten en la Unión Europea, pero esto se mantiene en niveles relativamente modestos en parte por el número de proyectos eólicos marinos con factores de alta capacidad y variabilidad relativamente baja.

La flexibilidad puede provenir de diversas fuentes, incluidas las centrales eléctricas, las redes eléctricas, las tecnologías de almacenamiento y las medidas de respuesta a la demanda. Las plantas de energía convencionales han proporcionado durante mucho tiempo la mayor parte de la flexibilidad del sistema de energía, y se espera que lo hagan en las próximas décadas. Las centrales eléctricas de carbón son la principal fuente de flexibilidad en muchos sistemas actuales, incluidos China e India, mientras que las centrales eléctricas de gas son la fuente principal en Estados Unidos. La energía hidroeléctrica proporciona la mayor parte de flexibilidad en otros sistemas, incluidos Brasil, Canadá y la Unión Europea. A medida que aumenten las necesidades de flexibilidad, la energía hidroeléctrica tendrá un mayor valor para los sistemas por su capacidad de proporcionar un amplio conjunto de servicios del sistema en una amplia gama de escalas de tiempo, desde mejorar la calidad de la energía de un momento a otro hasta equilibrar la variabilidad estacional. La energía nuclear también puede proporcionar flexibilidad al sistema eléctrico en algunos casos y, de hecho, lo ha hecho, sobre todo en Francia, donde proporciona hasta las tres cuartas partes del suministro eléctrico.

Las redes son la base de un futuro eléctrico limpio y seguro

Las redes son la base de la electricidad limpia y segura, y apoyan las transformaciones eléctricas en todo el mundo al ayudar a integrar el rápido crecimiento de las energías renovables variables. Las redes permiten que la electricidad fluya y que todas las fuentes de flexibilidad contribuyan a la seguridad eléctrica. Durante los próximos diez años, la expansión de la red requerida totaliza 16 millones de km en STEPS, un aumento del 80% en comparación con la última década. Esto se debe principalmente al doble de capacidad eólica y solar agregada durante la próxima década que la última.

Para expandir y digitalizar las redes, los niveles de inversión también deben aumentar. Durante la próxima década, la inversión en la red debe promediar más de 400.000 millones de dólares al año en los STEPS, un 50% más que en 2019, con la mayor parte del aumento para las redes de distribución (ver gráfico). La inversión acumulada para 2030 asciende a $ 2,6 billones para nuevas líneas, aproximadamente la mitad de las cuales son para la digitalización y modernización de las líneas existentes, y alrededor de $ 300 mil millones para desarrollar la infraestructura de carga necesaria para soportar la creciente demanda de vehículos eléctricos.

Una parte cada vez mayor de la inversión se destina a digitalizar las redes, en parte para garantizar que sean resistentes a las amenazas de ciberseguridad. Las redes inteligentes (aquellas que utilizan contadores inteligentes, subestaciones digitales y sistemas operativos y de control de sensores) tienen un papel vital que desempeñar en el apoyo a la penetración de fuentes de electricidad renovables variables. También abren el camino a un uso más extenso de herramientas como las medidas de respuesta del lado de la demanda para reducir las restricciones de la producción de electricidad renovable y apoyar la integración de los vehículos eléctricos. La modernización de las redes ofrece la oportunidad de actualizarlas al mismo tiempo. Durante los próximos diez años, alrededor de una quinta parte de las redes eléctricas en todo el mundo deben ser reemplazadas, con alrededor de 16 millones de kilómetros de líneas de distribución existentes y 1,5 millones de kilómetros de líneas de transmisión, equipos de conmutación, transformadores,

Varias propuestas recientes aumentarían la inversión en la red como parte de paquetes económicos más amplios. Por ejemplo, se propuso un paquete de gasto en infraestructura de $ 1.5 billones en los Estados Unidos en julio de 2020, que incluye más de $ 70 mil millones para modernizar y extender la infraestructura de la red eléctrica para respaldar el despliegue de energías renovables y estimular la economía. La Comisión Europea presentó un plan de gastos de 2 billones de dólares en mayo de 2020 para reconstruir la economía y encaminar a la región hacia el logro de las ambiciones de emisiones netas de gases de efecto invernadero cero en 2050, incluso mediante el uso de infraestructura digital inteligente. La State Grid Corporation china ha aumentado el monto de su plan de inversión 2020, destinando más dinero a la infraestructura digital inteligente. Las inversiones de este tipo ayudarán a crear sistemas eléctricos más resistentes.

Sin embargo, los bajos ingresos para los operadores de la red debido a la pandemia están creando riesgos para la inversión oportuna. Algunos de los sistemas de energía más grandes del mundo han experimentado reducciones significativas en estos ingresos en la primera mitad de 2020. Se han registrado reducciones de ingresos en todo el mundo. La reducción del flujo de efectivo para los operadores de la red conduciría a decisiones difíciles y podría llevar a una inversión retrasada o inadecuada, con implicaciones significativas para la seguridad eléctrica. Si la situación persiste, puede ser necesaria una reforma regulatoria para garantizar un flujo de caja suficiente y una inversión oportuna en la red.

En el escenario de desarrollo sostenible, la inversión en la red debe aumentar aún más durante la próxima década, a un promedio de alrededor de $ 450.000 millones al año. Esto sirve para acelerar los programas de modernización y digitalización, mientras conecta miles de nuevos proyectos solares y eólicos. La creciente participación de las energías renovables variables, la creciente electrificación del transporte y el alcance de la respuesta a la demanda ponen de relieve la importancia de la inversión en la flexibilidad del sector energético. A largo plazo, proporcionar flexibilidad con un nivel mínimo de emisiones será esencial para llevar las emisiones del sector eléctrico a cero, y las redes serán esenciales para hacerlo realidad.

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