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Parte II: Integración de redes

La energía eólica varía en el tiempo, principalmente por la influencia de las fluctuaciones meteorológicas, en escalas de tiempo que van desde segundos a años. La comprensión de estas variaciones y su predicción es de una importancia prioritaria para la integración y la utilización optima de la energía eólica en el sistema energético. Estas cuestiones se comentan en los Capítulos II.1 y II.2. Los sistemas de energía eléctrica son inherentemente variables, tanto en términos de demanda como de suministro. Sin embargo, están diseñados para cooperar de forma eficiente con estas variaciones mediante su configuración, los sistemas de control y el nivel de interconexión.

Con el objeto de reducir la variabilidad, la energía producida por un parque eólico debe acumularse en la mayor medida posible. Además de reducir las fluctuaciones, la concentración geográfica de los parques eólicos conlleva una mayor cantidad de energía eólica firme en el sistema. La predicción es la clave de la gestión de la variabilidad de la energía eólica. Cuanto mayor es el área, mejor es la predicción conjunta de la energía eólica total, produciendo un efecto beneficioso en la cantidad de las reservas rodantes necesarias, especialmente cuando la duración de los periodos entre apertura y cierre del mercado energético tenga en cuenta los niveles de precisión posibles para la predicción de la energía eólica.

Además de la ventaja de reducir las fluctuaciones, el efecto de la concentración geográfica de los parques eólicos ofrece una mayor cantidad de energía eólica firme en el sistema.

 

Figura S.5 Ejemplo del efecto suavizador mediante dispersión geográfica

Nota: La figura compara el resultado horario de capacidad energética eólica en cuatro situaciones, calculado con energía eólica simulada. Las simulaciones se basan en el viento de diciembre de 2000 con las velocidades y la capacidad de energía eólica estimada para 2020.

Fuente: www.trade-wind.eu

La integración a gran escala de la energía eólica es considerada dentro del contexto de que el viento proporcionará una cuota sustancial de la demanda eléctrica europea futura. Mientras la energía eólica alcanzará el cuatro por ciento de la demanda de la electricidad en 2008, los objetivos de la Asociación Europea de la Energía Eólica (EWEA) para 2020 y 2030 son para niveles de penetración de entre el 12 y el 14 por ciento y de entre el 21 y el 28 por ciento respectivamente, según la demanda prevista de electricidad en el futuro.

Diseño y operación de los sistemas energéticos

Los métodos de control establecidos y las reservas del sistema disponibles para gestionar la demanda y el suministros variables son más que adecuadas para la gestión de la variabilidad adicional con niveles de penetración de energía eólica en torno al 20%, aunque el nivel exacto depende de la naturaleza de cada sistema específico. El cálculo de las reservas adicionales necesarias es de entre el 2 y el 4 por ciento de la capacidad eólica instalada con una penetración de energía del 10 por ciento, según sea la flexibilidad del sistema energético, la calidad de la predicción de la potencia eólica a corto plazo, y la duración del periodo de apertura/cierre de los mercados energéticos. Con niveles de penetración mayores, las modificaciones de los sistemas y de su método de operación pueden ser necesarias para acomodar la integración posterior de la energía eólica, y esta cuestión se desarrolla en el Capítulo II.3. Para reducir los esfuerzos y costes de integración, el diseño de los sistemas energéticos tiene que ser más flexible. Esto puede lograrse por una combinación de unidades generadoras flexibles, sistemas de almacenamiento, flexibilidad por parte de la demanda, disponibilidad de la capacidad de interconexión y normas más flexibles en el mercado energético.

La tabla S.1 ofrece una visión detallada y una categorización de los efectos del sistema energético de la energía eólica.

Tabla S.1 Impactos del sistema energético de energía eólica, causando costes de integración

	Efecto o elemento impactado	Área	Escala de tiempo	Contribución de energía eólica
Efectos a corto plazo	Regulación de la tensión	Local/regional	Segundos/minutos	Los parques eólicos pueden proporcionar estabilidad de tensión (dinámica) (según diseño).
Eficiencia de la producción térmica e hidráulica	Sistema	De 1 a 24 horas	El impacto depende de cómo opera el sistema y del uso de las predicciones a corto plazo
Eficiencia en la transmisión y la distribución	Sistema o local	De 1 a 24 horas	Según el nivel de penetración, los parques eólicos podrán generar costes o beneficios de inversión adicionales. La energía eólica distribuida espacialmente puede reducir las pérdidas en las redes.
Reservas rodante para regulación	Sistema	De varios minutos a horas	La energía eólica puede contribuir parcialmente a la regulación primaria y secundaria.
Energía (eólica) no producida	Sistema	Horas	La energía eólica puede sobrepasar la cantidad que el sistema eléctrico puede absorber en caso de penetraciones elevadas.
Efectos a largo plazo	Fiabilidad de sistema (adecuación de la generación y la transmisión)	Sistema	Años	La energía eólica puede contribuir (crédito de capacidad) a la adecuación del sistema energético.

Fuente: EWEA

En la FiguraS.6 se ofrece una visión gráfica de los múltiples impactos de energía eólica en el sistema eólico, la cual muestra claramente los impactos locales y sistemáticos así como los impactos a corto y a largo plazo debido a los distintos aspectos que afectan al sistema energético, incluida la infraestructura de red, la reserva rodante del sistema y la adecuación del sistema.

 

Figura S.6 Impactos sistemáticos de la energía eólica

Nota: Las cuestiones enmarcadas en el objetivo de la Tarea 25 se circunscriben en rojo.

Fuentes: IEA Wind Task 25; Holtinnen (2007)

Mejora de la infraestructura de redes eléctricas

La energía eólica, como fuente de generación de potencia variable y distribuida, precisa de inversiones en infraestructura y la implantación de nuevos conceptos tecnológicos y de gestión de redes; estos se presentan en el Capítulo II.4. La integración a gran escala de la energía eólica requiere un incremento sustancial en la capacidad de transmisión y de otras medidas de mejora, tanto dentro de los Estados Miembros como entre ellos. Las mejoras significativas pueden lograrse por una optimización de las redes y otras medidas “suaves”, pero la construcción de nuevas líneas de transporte también será necesaria. Al mismo tiempo, es preciso desarrollar procedimientos adecuados y equilibrados para proporcionar acceso a redes de energía eólica, aun cuando la capacidad de la red sea limitada. Una red marina transnacional no sólo daría acceso a un recurso eólico marino enorme, sino también mejoraría el intercambio energético transfronterizo entre los países y aliviaría la congestión de los interconectores existentes. La mejora de las redes europeas necesita de la coordinación de la planificación de redes para su fortalecimiento a nivel europeo y una mayor cooperación entre todas las partes implicadas, especialmente entre los distintos operadores de los sistemas de transmisión (TSO). A nivel de distribución, es necesaria una gestión de redes más activa. La mejora de la adaptabilidad de la red para un mayor capacidad de transporte de electricidad a nivel transnacional y regional interesa tanto a la industria eólica como al mercado de la electricidad interno.

Las Figuras S.7–S.9 muestran tres ejemplos de configuraciones de redes marinas en el Mar del Norte:

Figura S.7 Visión de “superred” de alta tensión para transportar energía eólica a traves de Europa

Fuente: Dowling and Hurley (2004)

 

Figure S.8 Propuesta de red eléctrica marina de Statnett

Fuente: Statnett (2008)

 

Figura S.9 Red eléctrica marina contemplada en el estudio de Greenpeace

Fuente: Woyte (2008)

Requisitos de conexión de redes

Los requisitos técnicos específicos de los Códigos de Red en términos de tolerancia, control de potencia activa y reactiva, dispositivos de protección, y calidad de la energía están cambiando a medida que aumenta la penetración y la energía eólica asume capacidades de planta energética adicionales, como un control activo y la disposición de servicios de ayuda a redes (Capítulo II.5). También debe haber una transición hacia los mercados de los servicios de control, antes que requerimientos obligatorios.. En principio, esto tendría un mayor sentido desde un punto de vista económico, ya que se contrataría al generador con mayor capacidad para proporcionar este servicio.

A medida que la penetración de la energía aumenta, existe una mayor necesidad de desarrollar un conjunto armonizado de requisitos del Código de Red, lo cual precisa un esfuerzo concertado de la industria de la energía eólica y de los operadores de los sistemas electricos.

La contribución de la energía eólica a la adecuación al sistema

Para bajos niveles de penetración eólica, el relativo credito de capacidad de la energía eólica (que es aportar una capacidad “firme” representada como una fracción del total de la capacidad instalada de energía eólica) se aproxima a la producción media (factor de carga) durante el periodo en consideración: normalmente el momento de mayor demanda. Para los países del Norte de Europa, esto normalmente supone entre el 25 y el 30 por ciento en aplicaciones terrestres y hasta un 50% en aplicaciones marinas. Con niveles de penetración de energía eólica crecientes en el sistema, su crédito de capacidad relativo se reduce. Sin embargo, esto no significa, como se muestra el Capítulo II.6, que pueda sustituirse menos capacidad convencional, sino que la adición de una nueva central eólica a un sistema con altos niveles de penetración de energía eólica substituiría menos que las primeras plantas eólicas integradas en el sistema.

Diseño de mercado

En aras del interés económico de la integración de la energía eólica se precisa la modificación de las reglas del mercado en Europa, de forma que los mercados operen más rápidamente y en plazos más cortos (normalmente de tres horas o menos). Esto minimizará la incertidumbre de la predicción y las necesidades de capacidad de compensación de último minuto. Se esperan beneficios económicos mas sustanciales con la ampliación del mercado y de las capacidades de compensación, y de unas adecuadas reglas del mercado en el intercambio energético transfronterizo.

La economía de la integración de la energía eólica

La introducción de cantidades significativas de energía eólica en el sistema energético trae consigo una serie de impactos económicos, tanto positivos como negativos. Son dos los factores principales que determinan los costes de integración de energía eólica: necesidad de reserva rodante e infraestructuras de redes (Capítulo II.7). El coste adicional en un sistema energético surge de la naturaleza variable inevitable de la energía eólica, por lo cual se precisan cambios de otros generadores para tratar los desvíos imprevistos entre la oferta y la demanda. La evidencia de los estudios nacionales demuestra que estos costes adicionales representan sólo una pequeña fracción de los costes de generación de energía eólica y los costes de la reserva rodante general del sistema energético.

La Figura S.10 ilustra los costes de distintos estudios en función de la penetración de energía eólica. Los costes de la reserva rodante aumentan en línea con la penetración de energía eólica, pero los valores absolutos son moderados y siempre están por debajo de los 4€/MWh con un nivel del 20% (y más frecuentemente por debajo de los 2€/MWh).

 

Figura S.10 Resultados de estimaciones de crecimiento de los costes de la resrva rodante y operativos debidos a la energía eólica

Fuente: Holttinen (2007)

Los costes de mejora de redes surgen de la necesidad de conectar centrales eólicas y de la capacidad adicional necesaria para llevar a cabo mayores flujos energéticos en las redes de transmisión y distribución. Las redes también precisan adaptarse para mejorar la regulacion de tensión, y la capacidad adicional de interconexión entre los países es necesaria para capturar de forma óptima los beneficios de la naturaleza continental del recurso eólico. Cualquier mejora en la infraestructura que satisfaga estas necesidades proporcionará múltiples beneficios al sistema, y su coste así no se asignaría sólo a la generación de energía eólica.

El coste de modificar los sistemas energéticos con cantidades significativas de energía eólica aumenta de manera casi lineal con la penetración de la energía eólica. La identificación de un “óptimo económico” no es fácil, ya que los costes se acompañan de beneficios. Entre los beneficios se incluyen reducciones significativas en el consumo de combustibles fósiles debido a la menor dependencia energética, y son ya visibles por el menor precio de los mercados de intercambio energético, en los que se ofertan grandes cantidades de energía eólica. De los estudios realizados hasta ahora, al extrapolar los resultados a niveles de alta penetración, queda claro que la integración de más del 20 por ciento de la energía eólica en el sistema energético de la UE sería beneficiosa económicamente.

La experiencia y los estudios proporcionan una evidencia en la viabilidad de las soluciones para la integración de la capacidad energética eólica esperada en Europa para 2020, 2030 y posteriormente. Hoy en día, las preguntas mas inmediatas están relacionadas principalmente con la forma más económica de tratar asuntos como el diseño del sistema energético y su operatividad, la mejora de la red eléctrica, las reglas de conexión, y el diseño del mercado de la electricidad.

Uno de los retos es la creación de las normas de mercado apropiadas, incluidos los incentivos que permitan la generación y la transmisión de energía para adaptar potencias variables y la generación descentralizada, notablemente mediante una mayor flexibilidad y proporcionando una mayor capacidad de interconexión.. Se precisan estudios a nivel europeo para proporcionar una base técnica y científica para la mejora de las redes y la organización del mercado.