Aprovechando el viento: El futuro energético del Mar del Norte

El Mar del Norte tiene un montón de potencial para la energía renovable, especialmente a través de la Energía Eólica Marina. Esta área puede jugar un papel clave en ayudar a Europa a alcanzar sus objetivos energéticos. Sin embargo, hay preguntas sobre cuánta energía eólica se puede utilizar, si necesitamos redes eléctricas interconectadas y en cuánto deberíamos enfocarnos en la Producción de hidrógeno.

Para encontrar respuestas a estas preguntas, se usó un modelo detallado llamado PyPSA-Eur. Este modelo analiza todo el sistema energético de Europa, combinando datos sobre electricidad y hidrógeno, y ayuda a decidir la mejor forma de usar la energía eólica marina. Los hallazgos mostraron que si nos mantenemos en conexiones tradicionales de uno a uno, podemos acomodar 310 gigavatios (GW) de energía eólica marina en el Mar del Norte. Pero, si cambiamos a una red más conectada e incluimos hidrógeno, podemos aumentar esta capacidad a 420 GW, ahorrando hasta 15 mil millones de euros anuales.

Además, las turbinas eólicas flotantes solo se vuelven significativas cuando nos enfocamos en el hidrógeno. Sin este enfoque, el modelo sugiere que solo se desplegarían 75 GW de energía eólica flotante. Esencialmente, una mezcla de redes de electricidad y de hidrógeno integrará mejor la energía eólica marina, siendo el hidrógeno el principal medio de transporte.

#Objetivos Energéticos Europeos

La Unión Europea tiene como objetivo ser climáticamente neutra para 2050, lo que significa reducir las emisiones a cero. Lograr esto requiere un aumento significativo en fuentes de energía renovable. Junto a esto, se espera que la demanda de energía para electricidad y hidrógeno aumente. Este aumento de demanda proviene principalmente de sectores que se están alejando de los combustibles fósiles hacia la electrificación.

El hidrógeno es especialmente importante para industrias que son difíciles de electrificar, como el transporte marítimo, la aviación y ciertos procesos de fabricación. La energía eólica marina puede ser una gran fuente para producir hidrógeno verde. Hay planes para al menos 300 GW de capacidad eólica marina en el Mar del Norte para 2050, lo cual es esencial para satisfacer las necesidades energéticas de Europa.

El Mar del Norte es ideal para la energía eólica debido a su proximidad a áreas densamente pobladas y sus abundantes recursos eólicos. Sin embargo, la energía eólica terrestre ha sido lenta en expandirse debido a problemas como la aceptación pública. La energía eólica marina, sin embargo, tiene menos barreras de aceptación, lo que la convierte en una opción más viable.

#Turbinas Eólicas Flotantes

Para aprovechar el potencial de la energía eólica en el Mar del Norte, las turbinas eólicas flotantes son esenciales. Estas turbinas pueden operar en aguas más profundas, desbloqueando más recursos eólicos. Aunque las instalaciones comerciales de energía eólica flotante aún son poco comunes, varios proyectos piloto han demostrado su viabilidad. El Reino Unido, por ejemplo, está explorando opciones de energía eólica flotante debido a restricciones de espacio con turbinas fijas.

Integrar esta energía eólica en el sistema energético más amplio requiere nueva infraestructura, especialmente líneas de transmisión de larga distancia. Los métodos tradicionales implicaban conectar los parques eólicos directamente a la costa, pero se están considerando conexiones híbridas que vinculan múltiples países.

#Producción de Hidrógeno Offshore

La producción de hidrógeno offshore está ganando importancia. Los proyectos están explorando diferentes métodos de producción de hidrógeno, como generar hidrógeno en el mar y llevarlo de vuelta a la costa a través de tuberías. Algunos conceptos incluso consideran producir hidrógeno en tierra basado en electricidad traída de fuentes marinas.

La investigación indica que combinar la producción de hidrógeno con energía eólica marina es beneficioso. Reduce la cantidad de energía eólica que de otro modo se desperdiciaría y disminuye los costos del sistema en general. Sin embargo, diferentes estudios muestran conclusiones variadas sobre los beneficios de costo exactos de la producción de hidrógeno offshore.

#Necesidad de Modelado Detallado

La mayoría de los modelos existentes se enfocan solo en países específicos en la región del Mar del Norte y a menudo ignoran otros sectores importantes como el transporte y la agricultura. Para tener una imagen más precisa, un modelo de mayor resolución que considere diversos recursos energéticos y demandas es esencial.

La novedad del enfoque radica en evaluar múltiples diseños de redes offshore mientras se consideran todos los sectores relevantes. Esta integración ayuda a analizar las demandas energéticas y evaluar las dinámicas complejas que entran en juego. Al incorporar diferentes opciones offshore y suposiciones de costos realistas, el modelo puede sugerir la mejor infraestructura para esta transición energética.

#Resumen del Modelo del Sistema Energético

El modelo utilizado en este estudio integra varios sectores relacionados con la energía, incluyendo electricidad, transporte, industria y agricultura. El objetivo es optimizar diferentes tecnologías como la eólica, solar y otras infraestructuras para el año 2030.

Usando datos reales de la red europea y demandas energéticas de diferentes sectores, el modelo representa todo el sistema energético como una red. Los nodos en la red representan puntos de generación o consumo de energía, mientras que los bordes representan el flujo de energía a través de líneas de transmisión.

El proceso de optimización busca minimizar tanto los costos de inversión como los operacionales mientras se adhiere a varias limitaciones. Por ejemplo, considera las leyes físicas que rigen el flujo de energía en la red y factores en las condiciones locales que afectan la demanda.

#Recursos y Tecnología Offshore

Para modelar con precisión el potencial eólico offshore, varias áreas clave del estudio han sido mejoradas. Estas incluyen aumentar la resolución de áreas offshore para capturar mejor las variaciones en los recursos eólicos, mejorar los modelos de costos para turbinas, y tener en cuenta los efectos de estela causados por las capacidades instaladas.

1. Mayor Resolución Offshore: Mejorar la resolución espacial de las áreas offshore permite un modelado más preciso de los recursos eólicos, evitando errores que surgen de agregar datos a través de grandes regiones.

2. Modelado de Costos de Turbinas: Incorporar modelos de costos detallados ayuda a capturar los aspectos financieros de las instalaciones eólicas marinas, considerando varios parámetros técnicos que influyen en los gastos.

3. Modelado del Efecto de Estela: Esto ajusta las pérdidas de capacidad causadas por las turbinas eólicas bloqueándose entre sí, asegurando que el modelo refleje capacidades de producción más precisas.

4. Redes de Energía Offshore: El modelo incluye opciones para establecer plataformas offshore que convierten la energía de los parques eólicos y las conectan a la red en tierra. Esto ayuda a facilitar la transferencia de energía entre regiones.

5. Redes de Hidrógeno Offshore: Similar a las redes de energía, se modelan redes de hidrógeno para explorar capacidades de producción y transporte. Esto incluye construir plataformas para electrólisis y tuberías para transferir hidrógeno.

#Casos de Estudio y Parámetros

En este estudio, el sistema energético se modela utilizando datos de 33 países para simular un escenario de carbono neutral para 2030. El modelo representa 130 regiones, con una mezcla de áreas en tierra y en mar. Al capturar diferentes condiciones climáticas a través de una resolución temporal detallada, el modelo puede tener en cuenta las fluctuaciones en la producción de energía.

Se examinaron varios parámetros clave:

• Tipos de Redes de Energía: El estudio diferencia entre conexiones tradicionales punto a punto y una red más integrada que conecta múltiples regiones.

• Integración de Redes de Hidrógeno: Se exploran varias configuraciones para la producción de hidrógeno offshore, comparando sistemas que permiten producción de hidrógeno en el mar con aquellos limitados a la producción en tierra.

• Potencial Eólico en Tierra: El potencial de capacidad eólica en tierra varía entre diferentes modelos para evaluar su impacto en la infraestructura offshore.

A través de estas variaciones, se crearon cuatro escenarios principales:

1. Red de Energía P2P sin Hidrógeno
2. Red de Energía Mallada sin Hidrógeno
3. Red de Energía P2P y Hidrógeno
4. Red de Energía Mallada y Hidrógeno

#Escenarios Resultantes y Comparación de Costos

En el escenario de referencia con solo una red de energía P2P, el costo total del sistema fue de alrededor de 800 mil millones de euros anuales. Sin embargo, introducir una red de energía offshore mallada redujo los costos en 4 mil millones de euros al permitir más capacidad eólica marina.

La combinación de redes de energía y de hidrógeno offshore generó incluso mayores ahorros de costos, totalizando 15 mil millones de euros. Esto se debió en gran medida a la integración eficiente de la energía eólica marina y la creciente demanda de hidrógeno.

En términos de capacidad, la red P2P permitió 310 GW de energía eólica. En contraste, los escenarios más integrados elevaron esta capacidad a alrededor de 420 GW, ilustrando los beneficios de una red mallada y la integración del hidrógeno.

Las capacidades de energía eólica flotante solo se realizaron en escenarios que consideraron la producción de hidrógeno, reforzando la importancia de integrar estas dos fuentes de energía.

#Producción y Almacenamiento de Hidrógeno

El estudio examinó cómo la producción de hidrógeno encaja en el paisaje energético. La producción de hidrógeno en tierra fue limitada, ya que países como Alemania y los Países Bajos no podrían satisfacer las crecientes demandas sin importar de fuentes offshore.

Se destacó que el Mar del Norte tenía un potencial significativo de producción de hidrógeno que sería esencial para satisfacer las necesidades energéticas de varios sectores. El modelo mostró que los países con baja producción de hidrógeno en tierra dependerían en gran medida del hidrógeno offshore para satisfacer la demanda de la industria.

#Impacto de la Energía Eólica en Tierra y Expansión de Transmisión

Explorar cómo el potencial eólico en tierra y la expansión de la transmisión afectan las redes offshore reveló algunas ideas interesantes. A medida que aumentaba el potencial eólico en tierra, también crecían los beneficios de costo de las redes offshore, particularmente en escenarios que permitían la producción de hidrógeno.

La expansión de la transmisión también mostró efectos positivos, especialmente al aumentar de la capacidad base a niveles óptimos. Esto sugiere que, aunque tanto la energía eólica en tierra como la transmisión son importantes, ciertos umbrales generan beneficios más significativos.

#Conclusión

El estudio demuestra los beneficios significativos de crear una red mallada de energía y hidrógeno offshore en el Mar del Norte. No solo mejora la integración energética, sino que también reduce costos mientras satisface la creciente demanda de energía renovable.

En última instancia, la investigación subraya el papel crucial de la producción de hidrógeno offshore y las tecnologías de energía eólica flotante como componentes clave para una transición exitosa hacia un futuro energético más verde en Europa. Al invertir en estas infraestructuras, el Mar del Norte puede emerger como un eje energético vital para el continente.