Las redes de transmisión para las energías renovables enfrentan varios problemas que afectan su estabilidad y eficiencia. Algunos de los desafíos incluyen la congestión de las redes eléctricas, el desperdicio de energía renovable y la dificultad para expandir y modernizar las líneas de transmisión existentes. La promesa libre de carbono de la energía solar y eólica se tambalea en los cables de alto voltaje.
La difusión de fuentes de energía renovable en la red eléctrica presenta desafíos significativos, como la necesidad de una red eléctrica capaz de transportar eficientemente la energía generada por fuentes renovables, como la solar, eólica e hidroeléctrica. Las redes de trasmisión actuales han estado suministrando electricidad a hogares, empresas e industrias por más de un siglo. No obstante, están destinadas a jugar un papel cada vez más crucial en la transición hacia las energías limpias. A medida que avanzamos hacia las emisiones netas cero, necesitamos redes más grandes, más fuertes e inteligentes.
La congestión en las redes eléctricas es un problema relevante que puede llevar al desperdicio de energía renovable. Destaca la importancia de contar con infraestructuras adecuadas para transportar y distribuir la energía de manera eficiente. Además, la expansión y modernización de las líneas de transmisión resulta indispensable para garantizar la integración efectiva de las energías renovables en el sistema eléctrico.
Crecimiento exponencial
Según un informe de la Agencia Internacional de Energía para cumplir con los objetivos energéticos y climáticos, el consumo mundial de electricidad debe crecer un 20% más rápido en la próxima década. En una trayectoria global hacia las emisiones netas cero para 2050, coherente con la limitación del aumento de las temperaturas globales a 1,5 °C, la demanda de electricidad debe crecer aún más rápido.
En el caso de EE UU alcanzar los objetivos nacionales también implica añadir o renovar más de 80 millones de kilómetros de redes para 2040. Equivalente a toda la red mundial existente. Las redes son esenciales para descarbonizar el suministro eléctrico e integrar eficazmente las energías renovables.
En un escenario coherente con el cumplimiento de los objetivos climáticos, la necesidad de flexibilidad del sistema se duplica entre 2022 y 2030. La expansión de las redes es fundamental para permitir estos niveles de crecimiento a medida que desplegamos más vehículos eléctricos, instalamos más sistemas eléctricos de calefacción y refrigeración, y aumentamos la producción de hidrógeno mediante electrólisis.
El desafío
El costo real de un barril de petróleo ha permanecido sin cambios desde la crisis energética de los años 70. En cambio, componentes clave como los módulos solares fotovoltaicos, ahora cuestan 500 veces menos. El año pasado tuvieron una reducción de precios del 30%.
Pero aún dependemos de combustibles fósiles debido a las dificultades que implica transformar las redes eléctricas. En EE UU se estima que existen más de 200 mil millas de líneas de transmisión de alto voltaje. Además de otros 5 millones de millas para llevar electricidad a hogares.
Dicha infraestructura fue planeada para unas pocas plantas de energía convencional. No para el futuro con bajas emisiones netas que supondrá miles de parques eólicos y solares intermitentes. El desafío radica en si podremos reinventar a tiempo estas redes, consideradas entre las mayores obras de ingeniería realizadas, previo a su obsolescencia. Se requiere impulsar con urgencia la transición hacia sistemas eléctricos100% limpios y renovables aprovechando las enormes caídas de costos ya logradas.
En cola
El caso de la red eléctrica de EE. UU. es emblemático. Ha estado en funcionamiento desde hace más de 100 años y se encuentra en un punto de inflexión. En la era de las energías renovables, enfrenta a desafíos sin precedentes que requieren soluciones innovadoras. Uno de los primeros temas a resolver es la de los parques solares que son más pequeños y se extienden por una superficie mayor que las centrales de combustibles fósiles a las que reemplazan.
Según Thunder Said Energy, se necesitan unas 100 plantas solares para reemplazar una sola central de carbón. Lo que está provocando una larga espera para la interconexión a la red. El Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley informó que casi 10.000 proyectos de energías renovables, con una capacidad de 1.250 gigavatios, están esperando para conectarse a las redes en Estados Unidos.
Un informe de la Agencia Internacional de Energía indica que al menos 3.000 gigavatios de proyectos de energías renovables, de los cuales 1.500 GW se encuentran en fases avanzadas, esperan en las colas de conexión a la red. Equivale a cinco veces la capacidad solar fotovoltaica y eólica añadida en 2022. El tiempo necesario para que los proyectos se pongan en marcha ha aumentado de menos de dos años en 2008, a alrededor de cinco años.
Cuello de botella
Para alcanzar el objetivo de la Casa Blanca de un sector eléctrico libre de carbono para 2035, el 80% de la generación de electricidad tendrá que provenir de la energía eólica y solar. Implica casi triplicar la capacidad de transmisión en EE UU, añadiendo hasta 16.000 km anuales de líneas de alta tensión a un coste de unos 740.000 millones de dólares, según el Laboratorio Nacional de Energías Renovables. Pero, en 2022, Estados Unidos construyó solo 670 millas de líneas de transmisión, ninguna de las cuales era de alta capacidad. Demuestra que las redes se están convirtiendo en un cuello de botella para la transición hacia las emisiones netas cero.
A pesar de que la inversión en energías renovables ha experimentado un crecimiento acelerado, duplicándose casi desde 2010, la inversión global en redes ha permanecido constante. Ronda los 300.000 millones de dólares anuales. El estancamiento en la inversión de redes puede frenar el avance hacia un futuro de cero emisiones. Es esencial aumentar la inversión en redes para facilitar la transición a las energías renovables.
Aumento del CO2
Los proyectos de energía eólica y solar pueden causar inestabilidades en la red e incluso apagones si se introducen sin cambios. Para estabilizar el sistema, las compañías eléctricas a menudo tienen que poner en marcha centrales de gas contaminantes, comprar energía a regiones vecinas o invertir en costosos sistemas de almacenamiento de energía.
La falta de inversión y reforma en las redes eléctricas podría incrementar significativamente las emisiones globales de CO2. Ralentizando la transición energética y alejándonos del objetivo de 1,5 °C. En un escenario de retraso en la red, se estanca la transición hacia las energías renovables y aumenta el uso de combustibles fósiles.
En comparación con un escenario alineado con los objetivos climáticos, solo en EE UU las emisiones acumuladas de CO2 del sector eléctrico podrían ser 58 gigatoneladas más altas hasta 2050. Equivalente a las emisiones globales de CO2 del sector eléctrico de los últimos cuatro años. El aumento a largo plazo de la temperatura global superaría ampliamente los 1,5 °C. Con un 40% de probabilidades de superar los 2 °C.
La falta de desarrollo de las redes aumenta la dependencia del gas natural, en un contexto de inestabilidad en los mercados y preocupación por la seguridad del suministro. En un escenario de retraso en la red, las importaciones globales de gas serían más de 80.000 millones de metros cúbicos (bcm) al año después de 2030 en comparación con un escenario alineado con los objetivos climáticos. Las importaciones de carbón alcanzarían casi 50 millones de toneladas más. El retraso también incrementa el riesgo de cortes de suministro perjudiciales para la economía. Actualmente cuestan alrededor de 100.000 millones de dólares al año, es decir, el 0,1% del PIB mundial.
Incremento de vertidos y costos
La Agencia Internacional de la Energía (AIE) en su informe “Electricity grids and secure Energy Transitions”, identifica que el vertido de energía renovable, exacerbado por el desarrollo lento de las tecnologías de almacenamiento de energía, es un problema creciente en el sector energético. Por vertido se entiende la electricidad -eólica o solar- que no puede ser inyectada a la red porque en ese momento la demanda es escasa y no «cabe» más energía en el sistema.
En diez mercados que representan el 55% de la generación mundial, los vertidos de energía renovable han aumentado, alcanzando los 40 TWh. Equivalentes a la demanda anual de electricidad de Nueva Zelanda. En España, en 2023, se han incrementado más de diez veces, pasando de 67 GWh en 2021 a 715 GWh en 2022. Representan un coste significativo para el sistema eléctrico, de aproximadamente 1.300 millones de euros, lo que se traduce en alrededor de 68 euros por hogar.
La AIE advierte que la falta de conexión adecuada de los nuevos segmentos de la demanda de electricidad podría aumentar la congestión de la red y los vertidos de las energías renovables. Además de requerir una capacidad de reserva adicional que a su vez encarece las transiciones energéticas. La congestión de la red aumenta los costes de explotación y los vertidos de las renovables. Rompiendo el principio básico de minimización de costes por el que deberían utilizarse primero las energías con costes de generación más baratos.
Estrategias inteligentes
Existen varias estrategias inteligentes que podrían resolver los desafíos actuales en el sector de las energías renovables. Una de ellas es el reciclaje y la reconducción. Implica reemplazar el núcleo de acero de las líneas de alta tensión tradicionales con un compuesto de fibra de carbono más resistente y ligero. Permite duplicar la capacidad de las líneas de transmisión y reducir a la mitad sus pérdidas, sin la necesidad de tramitar permisos para nuevas líneas. Según Emilia Chojkiewicz, del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, la estrategia podría satisfacer más del 80% de las necesidades de transmisión a larga distancia para cumplir casi todos los objetivos de energía limpia en 2035.
Otra estrategia es la seccionalización de la red. Se vuelve especialmente relevante a medida que los fenómenos meteorológicos extremos se vuelven más frecuentes. Esta técnica implica dividir la red en partes que funcionen de forma independiente. No solo añade resistencia y fiabilidad, también puede mejorar la eficiencia, la ciberseguridad, y reducir los precios de la electricidad para los consumidores.
La organización sin ánimo de lucro Rewiring America promueve el concepto de centrales eléctricas virtuales. Son conjuntos de recursos energéticos distribuidos que pueden devolver energía a la red cuando la demanda es alta. Los vehículos eléctricos, las bombas de calor, los calentadores de agua y los termostatos inteligentes podrían contribuir a estas centrales, con la ayuda de la inteligencia artificial. Según Rewiring America, las centrales eléctricas virtuales pueden añadir capacidad a la mitad del coste de las centrales de gas y las baterías a escala de red.
Esperanza futura
Existen varias opciones futuristas en desarrollo que podrían revolucionar el sector de las energías renovables. Una de ellas es la creación de redes transcontinentales. Un nuevo informe sugiere que pensar a lo grande en términos de electricidad ecológica y barata podría ser la clave. Conectar redes eléctricas no solo entre estados y países, sino también entre continentes, podría reducir los precios hasta en un 50%. Al equilibrar la oferta y la demanda de energía renovable a nivel mundial.
Otra es la transmisión inalámbrica de energía. Una idea que puede sonar a ciencia ficción pero que tiene sus raíces en el trabajo de Nikola Tesla a finales del siglo XIX. Emrod, una startup neozelandesa, está desarrollando un sistema para conectar parques eólicos remotos a la red sin necesidad de líneas físicas. Incluso está explorando la posibilidad de transportar energía desde satélites solares en órbita.
Garantizar la transición
La aceleración del despliegue de las energías renovables requiere la modernización de las redes de distribución y la creación de nuevos corredores de transmisión para conectar los recursos renovables, como los proyectos de energía solar fotovoltaica en el desierto y los aerogeneradores marinos en alta mar, que están lejos de los centros de demanda, como las ciudades y las zonas industriales.
Redes modernas y digitales son vitales para garantizar la seguridad eléctrica en la transición hacia energías limpias. A medida que aumenta la proporción de energías renovables variables, como la solar fotovoltaica y la eólica, las redes deben funcionar de nuevas formas y aprovechar las ventajas de los recursos distribuidos. Como la energía solar instalada en tejados. Incluyendo el despliegue de tecnologías que mejoren la red y liberen el potencial de la respuesta a la demanda y el almacenamiento de energía a través de la digitalización. De ahí la urgencia de romper los cuellos de botella actuales. En caso contrario, la consolidación de la descarbonización de la energía pende de un cable de alta tensión.
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