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Benchmarking de Sistemas de energía por LCoE y LCoS
Los Acuerdos Climáticos son los principales impulsores de la Transición Energética, ya que imponen límites gubernamentales a las emisiones máximas permitidas para la energía. Primero definamos “Energía”: en el lado de la demanda, la energía se puede dividir en tres mercados principales: electricidad, calor y movilidad.
Energía = Electricidad + Calefacción + Movilidad
De esta demanda total de energía, la participación de la electricidad contribuye solo aproximadamente con el 20%, lo que es bastante estable en el tiempo. Y dentro de este 20%, la electricidad renovable contribuye aproximadamente con una cuarta parte (por supuesto, varía según el país).
De lo anterior, podemos concluir que las energías renovables siguen siendo una minoría en el conjunto energético completo, pero ya están haciendo un buen progreso en el conjunto eléctrico.
Veámoslo desde el lado positivo: esto todavía permite un gran crecimiento de la electricidad renovable. Si se gestiona bien, este crecimiento puede ayudar a acelerar el crecimiento de las economías posteriores a COVID.
Costo nivelado de energía (LCoE)
La electricidad verde debe ser competitiva
Dentro de la tecnología opcional para energía de "emisiones cero", existe una feroz competencia en el precio. La abreviatura más utilizada para comparar los costos de generación de energía es LCoE: costo nivelado de energía.
LCoE se calcula como la suma de los costos durante la vida útil, dividida por la suma de la energía producida durante la misma vida útil (en la definición oficial, ambas sumas incluso deben convertirse a valor actual neto).
El resultado es un costo de generación de electricidad por unidad de energía, generalmente euros (o dólares estadounidenses) por KWh o MWh. Este costo aún excluye todo el transporte, almacenamiento e impuestos, y debe usarse para comparar técnicas de generación únicamente.
El nominador dentro de esta fórmula incluye todos los costos y es comparable al TCO (costo total de propiedad): compra, logística, instalación, mantenimiento, depreciación e incluso desmontaje.
El denominador incluye toda la energía generada, por lo que incluye la capacidad nominal, la eficiencia y el factor de capacidad. El factor de capacidad se define como la energía real generada, frente a su máximo teórico, por lo que es un tipo de factor de utilización. Cuanto mayor sea este factor de capacidad, menor será el LCoE.
Además, LCoE depende enormemente de la ubicación geográfica y el tamaño de escala del equipo instalado. Por lo tanto, LCoE siempre se lista como un rango y no como un valor preciso. Consulte a continuación la gama LCoE para técnicas de generación de energía renovable de IRENA. (Fuente y titular de los derechos de autor: IRENA - Agencia Internacional de Energías Renovables, www.irena.org)
Fluctuaciones
Uno de los mayores obstáculos con cualquier transición energética se puede resumir en una palabra: fluctuaciones. Factores como la generación / suministro de energía y la demanda de energía fluctúan en el tiempo, lo que dificulta mantener ambos aspectos bien adaptados de manera consistente.
En el lado de la oferta de generación de energía de la ecuación, el principal desafío es que la mayoría de las fuentes de generación de energía renovable, como la energía eólica y la energía solar, son intermitentes. Debido a esto, la disponibilidad de este tipo de energía siempre variará según las condiciones climáticas con dos ciclos principales y múltiples opciones para brindar más estabilidad a los niveles de suministro que juegan un papel crítico aquí. Estos dos ciclos principales son:
Ciclo corto
Fluctuaciones diarias donde puede haber escasez de suministro de energía un día y exceso de energía otro día.
Ciclo Largo
![[Translate to Spanish [South America]:] Source: Entrance/Energieopwek, by Martien Visser (@BM_Visser), Hanze University of Applied Sciences NL](https://media.mcam.com/fileadmin/quadrant/images/Growth_Garage/REnergy/Entrance-NL-Solar_Electricity_2014-2020_ENG-803x318px.jpg)
Fluctuaciones estacionales con sol durante los meses de verano, más viento y lluvia durante el otoño e invierno, y hielo derretido en primavera.
Estabilidad
Cuando se combina la producción de ambos, queda claro que ambos son complementarios, dando más estabilidad al lado de la oferta. La energía eólica y la energía hidráulica se pueden utilizar para la carga base a todas horas del día y la energía solar se puede agregar durante el día, cuando la demanda alcanza su punto máximo.
Aunque se han logrado grandes avances en los últimos años, las contribuciones de las energías renovables aún no son suficientes para cubrir la demanda total de electricidad y, por lo tanto, todavía existe la necesidad de generar electricidad adicional; consulte el área gris en los gráficos a la derecha.
En los próximos años, esta zona gris se reducirá mientras que las renovables (eólica, solar, hidráulica, biomasa) se harán cargo. Como consecuencia, también habrá más franjas horarias en las que la generación supere la demanda.
Equilibrio de oferta y demanda
Además de esto, el lado de la demanda también tiene dos ciclos que incluyen:
- Ciclo corto - Fluctuaciones diarias debido a la alta demanda durante el día y la baja demanda durante la noche y los fines de semana.
- Ciclo largo - Fluctuaciones estacionales donde se requiere más calor en el invierno y la demanda de electricidad aumenta durante los meses de verano.
Equilibrar el lado de la demanda es aún más difícil, ya que un factor principal es el comportamiento humano. Hoy en día, muchas soluciones pueden ayudar: hogares inteligentes donde los equipos eléctricos se apagan en función de la disponibilidad de energía, y muchas más por venir.
Manejo del exceso de energía
El exceso de energía se puede aprovechar de dos formas:
- Cuadrícula más grande.El tamaño del sistema de red se puede aumentar agregando interconexiones y cables de suministro de energía de larga distancia. Esto permite que la energía generada se distribuya bien en un área más grande y, por lo tanto, evitará picos tanto en exceso como en escasez.
- Almacenamiento. Una gran capacidad de almacenamiento local, que puede "cargarse" cuando la oferta supera la demanda y "descargar" cuando la demanda supera la oferta.
Pero a medida que la proporción de energías renovables seguirá creciendo en toda la red en los próximos años, habrá cada vez más franjas horarias en las que haya un exceso real de energía, que ya no se puede distribuir por la red más grande. Tan pronto como estos momentos ocurren con frecuencia, existe un caso comercial para instalar técnicas de almacenamiento.
Hay varias formas de almacenar energía; y todos tienen sus características específicas. Algunas técnicas de almacenamiento cubrirán los ciclos cortos (diarios), mientras que otras técnicas son más adecuadas para cubrir las fluctuaciones estacionales y, por lo tanto, ofrecen almacenamiento de energía a largo plazo.
Almacenamiento electroquímico
El almacenamiento electroquímico, también conocido como baterías, es bien conocido en la actualidad. El exceso de electricidad se puede utilizar para cargar baterías y, una vez cargadas, la electricidad está disponible. Además, las baterías se pueden usar en una variedad de aplicaciones, desde electrónica de consumo portátil hasta aplicaciones móviles más grandes, como vehículos eléctricos y fuentes de energía de emergencia en hogares y en plantas de energía.
Almacenamiento eléctrico
El almacenamiento eléctrico tiene algunas similitudes con las baterías, pero se basa puramente en el almacenamiento mediante campos eléctricos y, por lo tanto, no tiene productos químicos involucrados. Como la energía ya se almacena en forma de electricidad, está disponible muy rápidamente.
Almacenamiento de productos químicos (relacionados con H2)
El almacenamiento químico (relacionado con H2) es otro candidato. En esta opción, el exceso de electricidad se puede utilizar para crear eFuels (portadores de energía), en fase gaseosa o líquida. La más conocida es la división del agua pura en hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno se puede capturar, comprimir, almacenar y utilizar como combustible en tiempos de baja disponibilidad de energía.
Como el hidrógeno puede ser difícil de almacenar debido a la alta presión y el enfriamiento, se podría agregar un paso adicional aquí donde el hidrógeno se puede procesar en amoníaco, lo que permite un almacenamiento más fácil a largo plazo. Cuando se requiere energía, se puede convertir nuevamente en hidrógeno y usarse en celdas de combustible para suministrar energía a la red.
Almacenamiento bombeado
El almacenamiento por bombeo no es nuevo, a pesar de que muchas personas aún no han oído hablar de él. El almacenamiento por bombeo puede almacenar el exceso de electricidad bombeando agua de regreso al depósito, de modo que pueda usarse nuevamente para generar energía hidroeléctrica en momentos de exceso de demanda. Debido al alto impacto ambiental de los grandes depósitos de agua, las instalaciones de almacenamiento por bombeo dependen de la ubicación y, por lo general, se limitan a áreas ricas en montañas.
Almacenamiento del volante
El almacenamiento del volante se basa en rotores pesados que operan a altas velocidades de rotación. Durante los periodos de exceso de energía el volante se carga y, por tanto, se lleva a la velocidad máxima. En momentos de exceso de demanda, la energía cinética almacenada se puede extraer del volante mediante el uso de un generador.
Costo nivelado de almacenamiento (LCoS)
Al igual que para el LCoE (costo nivelado de electricidad) explicado anteriormente, los sistemas de almacenamiento también se pueden comparar mediante un parámetro llamado LCoS (costo nivelado de almacenamiento). Se calcula como la suma de los costos durante la vida útil, dividida por la suma de la energía almacenada y liberada durante la misma vida útil. Tanto LCoE como LCoS juntos definirán finalmente la competitividad de las energías renovables e impulsarán el cambio hacia un planeta más sostenible. El resultado es un costo de almacenamiento por unidad de energía, en euros o dólares estadounidenses por KWh o MWh.
Como puede ver, existen muchas opciones para almacenar energía de manera eficiente y efectiva. Aunque cada una de estas opciones varía debido a factores como los costos de capital, los costos operativos y los tiempos de respuesta, Mitsubishi Chemical Advanced Materials respalda completamente la transición energética y tiene materiales disponibles como soluciones en cada fase. Comuníquese con nosotros con cualquier pregunta que pueda tener y esté atento a nuestros próximos artículos relacionados con las energías renovables.
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