Construyendo un futuro energético confiable en Europa

A medida que Europa avanza hacia una energía más limpia, hay muchos cambios en cómo funcionan los Sistemas de Energía. Un objetivo clave es depender más de fuentes de energía renovable como la energía eólica y solar. Sin embargo, este cambio lleva a mayores fluctuaciones en la oferta y demanda de energía. Un desafío importante que enfrentamos es que la mayoría de la planificación energética actual se basa en solo un año de datos meteorológicos, lo que no nos prepara bien para la variabilidad que experimentaremos con el tiempo.

#La Necesidad de Sistemas Energéticos Robustos

Para crear un sistema energético confiable que pueda manejar estos cambios, necesitamos diseñarlo usando muchos datos meteorológicos. Esto significa mirar diferentes escenarios climáticos en los últimos 60 años. Al hacer esto, podemos entender mejor cómo las diferentes condiciones afectan los costos de energía y las emisiones. Nuestra investigación muestra que las variaciones en el clima pueden llevar a cambios de hasta un 10% en los costos totales del sistema energético.

Curiosamente, encontramos que la disposición de capacidad más cara tiende a tener menores emisiones, pero esto no significa automáticamente que tenga la mejor confiabilidad de suministro. En cambio, los diseños que tienen en cuenta años con eventos climáticos complejos tienden a ser más rentables y confiables. Por ejemplo, permitir algo de generación de respaldo que emita carbono puede ayudar a proporcionar una red de seguridad, ya que esta medida resulta en solo un pequeño aumento en las emisiones totales.

#Planificación para el Clima Extremo

Los eventos climáticos extremos tienen un impacto significativo en nuestros sistemas de energía. Nuestros hallazgos indican que planificar para estas condiciones ayuda a impulsar las inversiones necesarias, asegurando que nuestros sistemas energéticos puedan resistir diversas condiciones climáticas durante varias décadas. Al mirar datos climáticos históricos, podemos crear una configuración energética más robusta que pueda manejar lo inesperado.

#El Papel de la Energía Renovable

La transición a fuentes de energía renovable como la energía eólica y solar es crucial para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Este cambio también ayuda a descarbonizar otros sectores. En nuestro análisis, nos enfocamos en cómo los futuros sistemas de energía con una cantidad significativa de energía eólica y solar podrían ser sensibles a cambios en el clima.

Sin embargo, analizar muchas décadas de datos meteorológicos para la planificación energética puede ser complejo y requerir muchos recursos. La mayoría de los estudios se han basado en solo un año de datos meteorológicos. Nuestra investigación, en cambio, examina los impactos de la variabilidad climática en el sistema energético.

#Comprendiendo la Variabilidad Climática

Investigamos cómo diferentes factores, incluida la capacidad de recursos renovables y cambios en la demanda de energía, impactan el sistema energético. Usamos un modelo detallado llamado PyPSA-Eur para planificar la infraestructura energética en Europa. Este modelo nos ayuda a entender cómo se comportan las diversas demandas energéticas y las emisiones de carbono cuando se utilizan diferentes recursos renovables.

Por ejemplo, analizamos 62 años de datos meteorológicos desde 1960 hasta 2021 para evaluar cómo funcionan cosas como la energía solar y los recursos eólicos en diferentes condiciones. Comenzamos con la optimización de la capacidad, lo que nos ayuda a determinar cuánta generación de energía se necesita. Al fijar estas capacidades, luego examinamos cómo funcionaron en otros años para ver qué tan bien podían satisfacer las demandas energéticas.

#Optimización de la Capacidad

En nuestro estudio, optimizamos el sistema energético para emisiones netas de carbono cero, lo que significa que no se permiten emisiones al final del período de análisis. A lo largo de nuestro trabajo, exploramos 62 configuraciones de capacidad diferentes basadas en varios años climatológicos.

Encontramos que los costos totales anuales del sistema para todas las configuraciones promediaron alrededor de 803 mil millones de euros, con una variación de alrededor del 10%. Las diferencias en los costos están principalmente influenciadas por la disponibilidad de recursos renovables, especialmente la energía eólica y solar. Esto significa que velocidades de viento más fuertes llevan a menores costos, mientras que recursos de viento más bajos tienden a aumentar los costos.

#El Impacto de la Demanda de Calefacción

Otro factor que analizamos fue la demanda de calefacción. Cuando hace más frío, la demanda de calefacción aumenta, lo que requiere más capacidad de generación. Nuestra investigación descubrió una fuerte relación entre la demanda de calefacción y los costos totales del sistema. Cuanto más frío se pone, más energía se necesita, lo que aumenta los costos.

#La Importancia de la Generación Renovable

En todas las configuraciones de capacidad, las inversiones se centran principalmente en la energía eólica y solar. Estos recursos representan alrededor del 93% de la generación eléctrica, y si incluyes la energía hidroeléctrica, esta cifra salta al 98%. Otras formas de generación, como el combustible de biomasa, también contribuyen al sistema, pero en menor medida.

En años cuando los recursos renovables son menos favorables, el sistema energético compensa confiando más en generación firme como la energía nuclear, que opera casi a plena capacidad. Sin embargo, si las condiciones empeoran, incluso la generación firme puede no ser suficiente para satisfacer la demanda.

#Descarbonización en Diferentes Sectores

Para lograr emisiones netas cero, también necesitamos descarbonizar varios sectores como la calefacción, el transporte y la industria. Esto se hace a través de la electrificación directa y el uso de hidrógeno para combustibles. Hay varias estrategias para cumplir con estos objetivos.

Nuestro análisis indica que cada año de diseño utilizó completamente las capacidades de captura de carbono para mitigar las emisiones. Esto lleva a una reducción de alrededor de 200 millones de toneladas de CO por año, lo que se corresponde bien con los objetivos de emisiones de carbono impuestos.

#Eventos Meteorológicos y Demanda de Energía

Encontramos que los déficits de energía suelen ocurrir durante el invierno cuando la demanda alcanza su punto máximo. Sin una reserva de seguridad, pueden surgir escaseces de energía. Cuando el sistema energético no puede cumplir con la demanda debido a un año climático extremo, puede tener que recurrir a la reducción de carga, lo que significa recortar la entrega de energía.

Nuestros estudios mostraron que la energía no servida aparece mayormente en los meses de invierno. Algunos años muestran casi una confiabilidad completa, mientras que otros sufren de importantes escaseces de energía durante los períodos de máxima demanda. Notamos que los años de clima extremo tienden a impulsar estas escaseces, subrayando la importancia de planificar para condiciones climáticas desafiantes.

#La Relación Entre Costo y Confiabilidad

Surgen algunas preguntas sobre si elegir la disposición de capacidad más cara ayuda a reducir las escaseces de energía. Nuestro análisis mostró que los diseños más costosos a menudo no ofrecen el mejor rendimiento en términos de pérdida de carga. En contraste, algunos años menos costosos demuestran ser más robustos.

Esto destaca una relación compleja entre los costos y la confiabilidad de los sistemas energéticos. Es crucial considerar cómo se desempeñan los diferentes años de diseño bajo diversas condiciones climáticas para encontrar una disposición energética bien equilibrada y efectiva.

#Escenarios Futuros para Sistemas Energéticos Robustos

El objetivo es crear sistemas energéticos que puedan resistir diferentes condiciones. Para hacer esto, examinamos características clave de las configuraciones de capacidad robustas, que combinan opciones de generación flexibles y capacidades de respaldo.

Quedó claro que los mejores diseños son aquellos que pueden adaptarse a los patrones climáticos cambiantes y asegurar el suministro de energía. Esto significa tener suficiente generación de respaldo lista para cuando se necesite.

#Evaluando Métricas de Confiabilidad

Utilizamos varias métricas para evaluar la confiabilidad de los sistemas energéticos. Los resultados fueron reveladores. La pérdida de carga, o la energía no servida, varió considerablemente según las condiciones específicas de los años operativos.

Si miramos la energía no servida acumulada en los países, podemos ver cómo el clima impacta la confiabilidad y distribución de energía. Reconocer las áreas geográficas que experimentan frecuentemente escaseces de energía puede ayudar a enfocar futuras inversiones.

#El Papel de la Capacidad de Transmisión

En nuestro análisis, asumimos una capacidad fija de transmisión de electricidad que limita el movimiento de energía entre regiones. Exploramos el impacto de expandir esta capacidad de transmisión, particularmente para los años con clima extremo donde el sistema energético puede tener dificultades.

Al permitir esta expansión, observamos un potencial para reducir los costos totales del sistema. Una transmisión de electricidad más extensa significa que se necesita menos generación de respaldo, lo que puede llevar a costos más bajos y a una mejor confiabilidad del suministro.

#Abordando las Limitaciones de la Energía Hidroeléctrica

Incluimos restricciones en las operaciones hidroeléctricas para considerar problemas de disponibilidad de agua. Eliminar estas restricciones resultó en más energía generada, pero al mismo tiempo, planteó preguntas sobre si tales prácticas interfieren con las necesidades de agua para otros propósitos.

En general, encontramos que incluir restricciones en la energía hidroeléctrica no impactó significativamente los costos generales del sistema energético. Sin embargo, con un equilibrio más cuidadoso, el objetivo es hacer que la generación hidroeléctrica se alinee con las necesidades energéticas y las consideraciones ecológicas.

#Mirando Hacia Adelante: Cambio Climático y Planificación Energética

A medida que diseñamos sistemas de energía para el futuro, debemos prestar atención al cambio climático. Nuestro análisis se centró en patrones climáticos históricos, pero estos patrones pueden cambiar a medida que evolucionan las condiciones climáticas.

Los futuros sistemas de energía probablemente tendrán que adaptarse a nuevos patrones climáticos que podrían llevar a un aumento de la demanda de refrigeración o enfrentar sequías severas que impacten la generación hidroeléctrica.

#Conclusión

En resumen, nuestro estudio enfatiza la necesidad de sistemas energéticos robustos preparados para diversas condiciones climáticas. Encontramos que las variaciones en el clima pueden tener un impacto significativo en los costos y la confiabilidad del sistema energético.

La transición a la energía renovable combinada con una planificación cuidadosa e inversiones en capacidad de respaldo puede ayudar a garantizar que los sistemas energéticos de Europa sigan siendo estables y confiables. Se necesita una exploración adicional para comprender cómo los patrones climáticos cambiantes afectarán las demandas de energía y cómo podemos fortalecer mejor nuestros sistemas energéticos frente a estos desafíos.