viernes, 26 de junio de 2020

¿Son confiables las energías renovables? Mitos y realidades de la generación de energía solar y eólica.


La energía solar y eólica son, por sus evidentes características, más variables e inciertas que las fuentes más tradicionales de electricidad como termoeléctricas e hidroeléctricas.
Hay algunos conceptos que provocan preocupación en lo que se refiere a la contribución de este tipo de energía para tener energía más confiable y barata:
  • Hay necesidad de incrementar las plantas de generación de energía de reserva.

Esto aplica para dos conceptos: el tener plantas de energía que suplan la falta de generación de energía solar y eólica y el tener plantas de energía que suministren la carga que las plantas eólicas y solares no son capaces de proveer al 100%.

Para el primer concepto, es cierto que la producción de energía solar y eólica es variable de acuerdo a las condiciones horarias y climáticas y, al menos de momento, no se puede conocer su generación con absoluta precisión. Una parte de la solución, es instalar más plantas de generación de energía renovable dispersos geográficamente. Un panel solar o una turbina eólica pueden tener una gran variabilidad e producción con diferencia de segundos, pero si se instalan en más cantidad en diferentes locaciones, el impacto de la variabilidad sobre el total del sistema puede ser minimizado. En la siguiente imagen se observa como el incremento en el número de unidades de generación de energía renovable suaviza la variabilidad de la producción de energía.



También es posible minimizar la necesidad de respaldo con el avance tanto el pronóstico de condiciones meteorológicas como de nuevas tecnologías. Los pronósticos con dos horas de antelación para plantas eólicas ya tienen errores menores al 7%. En cuanto a la tecnología, tanto paneles como inversores solares han ido evolucionando, de tal forma que actualmente sombras parciales en los paneles ya no afectan la producción del todo el sistema.

Finalmente, para atajar el problema tanto de variabilidad como de suministro de carga, es necesario contar con plantas de respaldo, las cuales ya existen en la mayoría de los sistemas eléctricos. Los sistemas eléctricos regionales o nacionales ya contaban con una variedad de fuentes de generación de electricidad previo a la inclusión de energías renovables en estos sistemas, además de que las redes ya tenían una variabilidad de demanda de energía debido a las distintas necesidades horarias y diarias de la población. Se ha encontrado que en la mayoría de los casos un incremento mínimo de plantas de reserva es suficiente para incorporar de forma importante las energías renovables a las redes regionales y nacionales.

  • La variabilidad y falta de certeza impactan en los costos de operación y en las emisiones de las termoeléctricas.

Sí impactan, pero es mucho mayor el beneficio. Las plantas de respaldo pueden ver incrementados sus costos de operación debido al descenso en la eficiencia de los ciclos de generación e incremento de costos de mantenimiento. Sin embargo, en un estudio reciente considerando un escenario con 35% de suministro anual de energía solar y eólica en el occidente de Estados Unidos, se encontró que los ahorros en combustibles serían mucho mayores (7,000 millones de USD) que el incremento de costos por mantenimiento y descenso en la eficiencia (hasta 157 millones de USD al año). Adicionalmente, se tendría un descenso de aproximadamente el 30% en la emisión de dióxido de carbono.

  • Los límites técnicos de penetración de energía solar y eólica en una red nacional.

Cada vez se incrementa más la integración de energía eólica y solar en redes nacionales, incluso por arriba del 25% anualmente, con aportaciones momentáneas por encima del 50%. Aunque las plantas eólicas y solares inicialmente no podían aportar inercia y respuesta de regulación primaria de frecuencia, las cuales incrementan la confiabilidad de un sistema, las plantas modernas de energía renovable ya están comenzando a incorporar control de potencia activa mediante inercia sintética, respuesta de regulación primaria de frecuencia y controles de generación automática. Se ha estudiado que las plantas de energía renovable pueden proveer una gran parte la energía de un sistema sin comprometer su confiabilidad si incorporan control de potencia activa.


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Fuente: https://www.nrel.gov/docs/fy15osti/63045.pdf

lunes, 1 de junio de 2020

Consumo energético en México en 2018


De acuerdo a datos de la Secretaría de Energía (SENER), en 2018 se consumieron en México 9,327 petajoules (PJ). De toda esta cantidad de energía, el 85% proviene de gas natural y recursos petrolíferos. Si le sumamos el carbón, este porcentaje es de 91% de la energía consumida en el país. El restante 9% se reparte en energía solar, nuclear, hidráulica, eólica, geotérmica y biocombustibles.

2,993 PJ se destinan a la producción de electricidad, de los cuales 1,061 salen como energía efectiva y 1,932 se pierden como consecuencia de la eficiencia en la transformación. En 2017 se destinaron 2,876 PJ.
El sector industrial es el principal consumidor de energía con 2,864 PJ, obviando la producción de electricidad, siendo además el sector que consume más electricidad (62%) y el segundo que consume más gases combustibles (35%), sólo por detrás de la generación de electricidad.
El principal consumidor de los derivados del petróleo es el sector de transporte, que además es el segundo sector que más energía consume en México (2,455 PJ), prácticamente toda proveniente de esta fuente, sólo apoyada por menos de 4 PJ eléctricos. 
En cuanto a los sectores residencial, comercial y público, son los máximos consumidores de biocombustibles, con el 67% de los mismos, además de importantes consumos de electricidad (33%) y gases combustibles (9.4%).
Con estos datos y el diagrama de elaboración propia con datos proporcionados por SENER, se pueden observar las mayores áreas de oportunidad:
  • Las energías renovables, particularmente solar y eólica tienen un gran potencial en México y deberían tener cada vez un mayor peso específico en el mix energético del país. El 49% de la energía solar producida en el país en 2018 ha sido en los sectores residencial, comercial y público, porcentaje que en 2017 era del 68%. La producción total de energía solar ha subido de 15.2 a  23.9 PJ en 1 año, con un incremento del 15% en el sector residencial, comercial y público, 12% en el industrial y del 166% en plantas de gran escala. Por otro lado la eólica ha incrementado su producción en 23%.
  • Respecto al año pasado, la energía hidráulica ha incrementado un 2% su producción, la nuclear un 38% y los biocombustibles un 1%. Mientras que la energía geotérmica redujo su producción 11%.
  • Respecto a 2017, el consumo eléctrico subió 10%. Si lo comparamos con un incremento en el PIB del 2.1%, se podría pensar que no se ha invertido suficientemente en mejorar la eficiencia energética, por lo que sigue siendo un elemento con mucho trabajo por delante.
  • El sector transporte debería ver un incremento en la cantidad de electricidad empleada, es decir vehículos eléctricos. Si este tipo de vehículos no es apoyado en el sector público, al menos se puede estimar que crecerá en el parque vehicular privado en los siguientes años. Respecto a 2017 no se aprecian cambios, pero no es fácil medirlo directamente debido a las recargas que se hacen en casas, comercios e industria.
  • Algunas notas respecto a la metodología: 1. La información se ha obtenido de http://sie.energia.gob.mx/ . 2. Para el consumo total de energía, se ha considerado la oferta interna total de cada fuente de energía y las importaciones/exportaciones netas. 3. Lo catalogado como consumo propio del sector se ha asignado a consumo industrial. 4. No energéticos, diferencias estadísticas y no aprovechados se han asignado como pérdidas. 5. Transferencias interproductos se han asignado a procesos de transformación.

¿Cómo podemos incrementar en lo personal el aporte de energías limpias y mejorar la eficiencia energética? Lo más sencillo es con la instalación de paneles solares y la sustitución de iluminación y electrodomésticos ineficientes por iluminación LED y electrodomésticos de bajo consumo.