¿Cuánta generación de respaldo o almacenamiento requiere un parque eólico y cómo se compara eso con la generación convencional?

Interpretemos el hallazgo de un Centro de Investigación de Energía del Reino Unido, que realmente explica por qué la energía eólica se limitará al 20-30% del suministro total.

Para penetraciones de energías renovables intermitentes de hasta el 20% del suministro de electricidad, las reservas adicionales de equilibrio del sistema debido a las fluctuaciones a corto plazo (por hora) en la generación eólica ascienden a aproximadamente el 5-10% de la capacidad eólica instalada.

El Reino Unido tiene una carga promedio de 39 gigavatios. Si van a obtener 8 gigavatios (promedio) del viento, necesitarán algo así como 25 gigavatios de capacidad eólica instalada. Eso requerirá alrededor de 2.5 gigavatios de turbinas de gas. Esto no parece ser un problema, ya que ya tienen más de 15 gigavatios de turbinas de gas. La energía eólica es una buena forma de suministrar el 20% de la electricidad del Reino Unido.

Sin embargo, esos 15 gigavatios de reserva giratoria existente se utilizan para muchas cosas. La demanda eléctrica en el Reino Unido varía durante el día. No tengo un enlace, pero probablemente varía de 30 a 45 GW. La mayor parte de esa variación proviene del giro y apagado de las turbinas de gas. Por lo tanto, más de 8 gigavatios de viento requerirán más turbinas de gas y un desplazamiento de carbón y energía nuclear por el gas. Mucha gente ve esto como algo valioso por derecho propio, pero es importante entender que el viento no va a desplazar al gas, sino que el viento y el gas van a desplazar al carbón y la energía nuclear.

Mark Z Jacobson y Cristina Archer escribieron un artículo en 2006 que compara la confiabilidad del viento con la de las plantas de carbón. http://www.stanford.edu/group/ef …

Encuentro un párrafo en la página 1705 para resumir muy bien los resultados de 19 parques eólicos interconectados distribuidos en Colorado, Kansas, Oklahoma, Texas y Nuevo México.

La “capacidad firme” es la fracción de la capacidad eólica instalada que está en línea con la misma probabilidad que la de una central eléctrica a carbón. En promedio, las plantas de carbón están libres de mantenimiento no programado o programado entre el 79% y el 92% del año, con un promedio de 87.5% en los Estados Unidos entre 2000 y 2004 (Giebel 2000; North American Electric Reliability Council 2005). La Figura 3 muestra que, mientras que la energía garantizada generada por un solo parque eólico para el 92% de las horas del año fue de 0 kW, la potencia garantizada por 7 y 19 granjas interconectadas fue de 60 y 171 kW, lo que da una capacidad firme de 0.04 y 0.11 , respectivamente. Además, 19 parques eólicos interconectados garantizaron 222 kW de potencia (capacidad firme de 0.15) durante el 87.5% del año, el mismo porcentaje del año que una planta de carbón promedio en los Estados Unidos garantiza la energía. Por último, 19 granjas garantizaron 312 kW de potencia durante el 79% del año, 4 veces la potencia garantizada generada por una granja durante el 79% del año.

Algunas objeciones:

• Tanto las plantas de carbón como los parques eólicos tienen tiempos de inactividad programados y no programados. Si estamos midiendo la reserva de hilatura a corto plazo, la comparación correcta es solo con el tiempo de inactividad no programado de la planta de carbón. Sin embargo, esto en realidad no cambia la respuesta dramáticamente. Los 19 parques eólicos simulados producirían al menos 150 kW el 94% del tiempo.
• El problema más grande aquí es que el tiempo de actividad del 87% para una sola planta de carbón no se parece en nada al tiempo de actividad de las redes estadounidenses. De la misma manera que los parques eólicos distribuidos usan turbinas eólicas (parcialmente) independientes para obtener una mayor confiabilidad que una sola turbina, las redes existentes combinan alrededor de 1700 plantas de carbón, y muchas otras, para obtener una mayor confiabilidad que una sola planta.

Entonces, el problema con el argumento de Jacobson y Archer aquí es que no se amplía lo suficiente. Ya has usado la independencia del viento entre cinco estados para llegar a la confiabilidad de una sola planta de carbón. Para llegar a la confiabilidad de mil plantas de carbón, necesitará más independencia. No creo que América del Norte sea suficiente.

No ofreceré aquí una respuesta directa comparando los requisitos de reserva de varias tecnologías, pero ofreceré algunas observaciones preparatorias.

En términos generales, no utilizamos almacenamiento (en el sentido general de la palabra) para la copia de seguridad. Usamos la inercia en las máquinas de hilar conectadas a la red (que para fines prácticos es bastante instantánea) y utilizamos una amplia combinación de opciones de inicio rápido que van desde muy, muy rápido, hasta un poco más rápido.

También noto, sin intentar ser simplista, que cuando una planta a carbón de 600 MW se desconecta o tiene que desconectarse por alguna razón, se necesitan exactamente 600 MW para reemplazarla.

Un grupo de energía único puede tener cientos de unidades de carbón y no todas se desconectan simultáneamente. Por lo tanto, debe observar las características de probabilidad de esa tecnología como grupo. Una piscina puede tener múltiples sitios de parques eólicos dispersos geográficamente a través de su territorio, cada sitio consiste de entre 20 y cien turbinas individuales. Por lo tanto, nuevamente debe observar las características de probabilidad de ese grupo tecnológico en particular.

La pregunta es compleja si se quiere una respuesta aplicable a los sistemas prácticos del mundo real que consisten en carteras de tecnologías.

Los parques eólicos y otros recursos de energía variable no necesitan ‘respaldarse’ como sugieren las críticas frecuentes. En cambio, los generadores variables requieren un sistema de energía flexible que pueda compensar las diferencias entre la generación real y la generación prevista para un período de programación.

Antes de que se construya un hipotético parque eólico, el sistema de energía original es capaz de satisfacer todas las cargas eléctricas con la flota inicial de generación despachable (centrales térmicas e hidroeléctricas). Cuando el parque eólico se energiza, el sistema de energía todavía tiene todos los activos de generación necesarios para satisfacer las demandas, independientemente de la producción del parque eólico.

Debido a que la generación eólica tiene costos variables cero, los operadores de sistemas de energía alientan a las instalaciones eólicas a producir tanta energía como sea posible en cualquier momento dado, independientemente del precio comercial de la energía o de los combustibles fósiles. Por lo tanto, desde la perspectiva del sistema de energía, la producción de viento se asemeja a la carga negativa (la carga generalmente no se puede controlar o predecir perfectamente). La señal resultante de ‘carga menos viento’ debe cumplirse con la generación despachable ya presente en el sistema de energía.

Cargar menos señales de viento son más variables que los patrones de carga en sí. Por lo tanto, la adición de viento puede requerir, en todo caso, generadores despachables más flexibles que puedan aumentar o disminuir más rápidamente que las plantas nucleares o de carbón. Sin embargo, la necesidad de capacidad flexible no es nada nuevo. Todos los días, cuando todos se despiertan juntos, encienden sus cafeteras, luces y estufas, los generadores despachables se deben aumentar para satisfacer las necesidades de flexibilidad de los clientes de electricidad.

Por último, toda la generación debe estar ‘respaldada’ por reservas de contingencia para los casos en que las fallas mecánicas repentinas desconecten la generación. Los operadores de sistemas de energía mantienen una flota de generación de respaldo lista para conectarse en línea para estos eventos de emergencia. En el noroeste del Pacífico, el 7% de los generadores térmicos (carbón, gas, bombas nucleares) deben estar respaldados por reservas de contingencia. Solo el 5% de las instalaciones eólicas requieren respaldo de contingencia. Debido a que los parques eólicos están formados por cientos de turbinas, es estadísticamente menos probable que una falla mecánica comprometa a todo el parque eólico. Cuando los generadores térmicos tienen una falla en una parte de la planta de energía, generalmente se debe desmontar toda la unidad y la unidad permanecerá desconectada durante un largo período para realizar las reparaciones necesarias.