A medida que aumenta la penetración de la energía renovable variable como eólica y fotovoltaica, la reducción (curtailment) de la generación de energía solar fotovoltaica no hará más que aumentar. Dado que la reducción (curtailment) casi siempre será más barata que invertir en nueva capacidad de transmisión o en nuevo almacenamiento a escala de red, la energía reducida debería ser recompensada, de modo que las decisiones de inversión en energía fotovoltaica puedan incluir la reducción como una de las opciones de flexibilidad para los operadores de la red.
La energía solar fotovoltaica está experimentando un crecimiento sin precedentes a escala global. Según las encuestas de IRENA, IEA, GEM, WNA y GWEC, la capacidad total instalada de energía solar en el mundo superó a la nuclear en 2017, a la eólica en 2022 y a la hidroeléctrica el año pasado. Se espera que supere al gas natural antes de finales de este año y, manteniendo las tasas actuales de crecimiento del 20% anual, superará al carbón en 2025, convirtiéndose en la fuente de energía con mayor capacidad instalada para generar electricidad en el mundo. A este ritmo, para el cambio de década, habrá más capacidad solar fotovoltaica instalada en la Tierra que todas las demás tecnologías de generación de electricidad juntas.
Este crecimiento exponencial trae consigo importantes desafíos para la integración de la energía solar en la red eléctrica. Uno de estos desafíos es el fenómeno conocido como la “curva del pato” o variaciones como la “curva del cañón”, que representa el impacto de la generación solar en la curva de carga de la red eléctrica. A medida que aumenta la penetración solar, se vuelve cada vez más importante y necesario controlar la generación solar para mantener la estabilidad y confiabilidad del sistema eléctrico. En este contexto, surge el concepto de restricción, que a menudo se utiliza indistintamente con el término restricción en la literatura internacional (y en las noticias nacionales), y que pueden considerarse sinónimos.
La restricción implica reducir la producción de un recurso renovable con respecto a lo que podría haber producido de otro modo. Puede aplicarse a plantas de energía fotovoltaica centralizadas a gran escala y a sistemas solares fotovoltaicos residenciales de generación distribuida y dispersa en azoteas, donde el operador del sistema eléctrico puede apagar de forma remota la energía solar fotovoltaica a gran escala o en azoteas cuando existe un riesgo de sobrecarga de la red. La restricción de la producción fotovoltaica en momentos de alta irradiación solar y demanda de electricidad moderada a baja aumentará a medida que crezca la penetración de la energía solar fotovoltaica.
En volúmenes mayores, la restricción tiene el potencial de socavar la economía de nuevos proyectos solares fotovoltaicos al reducir la certeza de los ingresos para las plantas fotovoltaicas que venden electricidad en el mercado mayorista. Sin embargo, la modelización previa al desarrollo del proyecto predeciría este resultado y presumiblemente se tiene en cuenta. En cualquier caso, los precios son bajos durante esos períodos en una red dominada por la energía solar, por lo que la pérdida de ingresos es relativamente pequeña.
La persistente restricción y los precios negativos estimulan nuevos mercados, como la carga de baterías de servicios públicos, el almacenamiento hidroeléctrico por bombeo y el almacenamiento térmico en fábrica. Los frecuentes precios negativos durante el día también alientan fuertemente a las centrales eléctricas de carbón a realizar ciclos frecuentes de producción a niveles bajos o nulos durante el día en lugares como Australia. En el caso de los sistemas domésticos, el uso de electricidad solar en los tejados para cargar automóviles eléctricos, baterías domésticas y sistemas de almacenamiento de agua caliente puede absorber el exceso de electricidad solar.
Los países con una mayor penetración de la generación fotovoltaica en la red eléctrica han trabajado para redefinir la percepción de la restricción y aprender a lidiar con esta nueva realidad. Si miramos el vaso desde una perspectiva de “medio lleno”, la restricción se convierte en una herramienta valiosa para integrar más energía renovable en la red. Este cambio de perspectiva es fundamental para comprender el papel de la restricción en la evolución de los sistemas eléctricos con altas penetraciones de fuentes intermitentes como la eólica y la solar.
Aumento gradual de la producción solar
La variabilidad a corto plazo de la disponibilidad del recurso solar puede conducir a pronunciadas rampas en la generación solar fotovoltaica. A nivel de red, las rampas diurnas relacionadas con el clima se diluyen en gran medida al distribuir plantas de energía fotovoltaica a gran escala en grandes áreas para equilibrar el suministro solar. Además, se dispone de pronósticos solares de alta calidad. Las pronunciadas rampas al amanecer y al atardecer son predecibles, lo que ayuda en gran medida a la gestión de la red.
A nivel local, una sola nube puede moverse a través de miles de sistemas solares en azoteas en unos pocos minutos, lo que puede provocar problemas de suministro. Hay muchas soluciones, que se están implementando gradualmente en los principales países. Estas incluyen cargas interrumpibles controladas por las empresas de servicios públicos, como el aire acondicionado y la carga de baterías domésticas, baterías de vehículos eléctricos y almacenamiento de agua caliente. La restricción temporal de la energía solar en azoteas también se puede utilizar para reducir las tasas de rampa aprovechando el pronóstico solar de alta resolución en las ciudades. Una interconexión de transmisión más fuerte dentro y entre las ciudades también reduce en gran medida los problemas. Muy a menudo, estas medidas van a la zaga de las tasas de implementación de energía solar, lo que causa problemas temporales.
La creciente penetración de la energía fotovoltaica a gran escala y en azoteas está dando lugar a cada vez más eventos de restricción. En la reciente charla “Patrones globales de variabilidad a corto plazo de los recursos solares basados ??en datos de series temporales de Solargis” de Solargis durante el EU PVSEC en Viena, se presentó la siguiente figura, que muestra el número promedio de rampas solares con una magnitud de 400 W. Como muestra la figura, las rampas más pronunciadas se están produciendo en el cinturón solar y, allí, los países con una alta penetración de la energía fotovoltaica están reduciendo la generación solar a un ritmo rápido.
Como la energía fotovoltaica se ha vuelto tan barata, la sobreconstrucción es una opción. El concepto de sobreconstrucción en sistemas solares es similar a la potencia de los automóviles que utilizamos todos los días. Compramos vehículos con motores capaces de alcanzar velocidades muy superiores a los límites legales, incluso sin tener una autopista alemana sin límite de velocidad, donde podamos explotar todo este potencial. Esta capacidad de energía adicional ofrece flexibilidad, rendimiento constante y confiabilidad en situaciones que requieren más energía, como en pendientes pronunciadas o adelantamientos. De manera similar, la sobreconstrucción en plantas solares proporciona una generación de energía más constante y confiable, incluso si no se utiliza toda la capacidad de forma constante. Este exceso de capacidad fotovoltaica actúa como una forma virtual de almacenamiento, lo que da como resultado una generación más predecible y controlable, y permite que los sistemas de almacenamiento se dimensionen de manera optimizada. Además, el almacenamiento implícito proporciona una mayor flexibilidad operativa, lo que permite a los operadores del sistema ajustar la producción solar en tiempo real para satisfacer las demandas de la red, mejorando así la estabilidad y la confiabilidad del sistema eléctrico.
La reducción, combinada con el concepto de almacenamiento implícito, representa un cambio de paradigma en la integración de la energía solar a gran escala. A medida que el mundo avanza hacia una matriz energética cada vez más dominada por la energía solar fotovoltaica y eólica, estas estrategias se convierten en herramientas esenciales para garantizar la estabilidad, la fiabilidad y la asequibilidad del sistema eléctrico. La aplicación exitosa de estos enfoques requiere una combinación de innovación tecnológica, adaptación regulatoria y nuevos modelos de negocio. Con la continua disminución de los costos de la energía solar y su creciente participación en la matriz energética, la restricción (y el almacenamiento implícito) no son solo opciones, sino también necesidades. Actualmente, la restricción no garantiza una compensación a los generadores, que no pueden cumplir sus contratos utilizando su propia generación, incluso cuando la interrupción se debe a limitaciones en la red de transmisión. Esta situación debe resolverse con una compensación adecuada a la energía recortada, de modo que la inversión en energía fotovoltaica siga siendo una opción atractiva.
Autores: Prof. Ricardo Rüther (UFSC), Prof. Andrew Blakers (ANU)
ISES, la Sociedad Internacional de Energía Solar, es una ONG acreditada por la ONU fundada en 1954 que trabaja por un mundo con energía 100% renovable para todos, utilizada de manera eficiente y sabia.
