Energía 100% renovable - 100% renewable energy

Parte de una serie sobre
Energía renovable
Logotipo de energía renovable por Melanie Maecker-Tursun V1 bgGreen.svg
El Shepherds Flat Wind Farm es un 845 megavatios de parques eólicos (MW) en el estado norteamericano de Oregon .
La granja solar Desert Sunlight de 550 MW en California.
La presa de las Tres Gargantas en el río Yangtze , China.
La planta de energía geotérmica de Nesjavellir en Þingvellir , Islandia
La instalación de energía solar Ivanpah de 392 MW en California: las tres torres de la instalación.
Construcción de los tanques de sal que proporcionan un almacenamiento eficiente de energía térmica para que la producción se pueda proporcionar después de que se ponga el sol y la producción se pueda programar para satisfacer los requisitos de la demanda. La Central Generadora Solana de 280 MW está diseñada para proporcionar seis horas de almacenamiento de energía. Esto permite que la planta genere alrededor del 38 por ciento de su capacidad nominal en el transcurso de un año.
Al comparar las tendencias en el uso de energía en todo el mundo, el crecimiento de la energía renovable hasta 2015 es la línea verde

La energía 100% renovable es donde todo el uso de energía proviene de fuentes de energía renovables . El esfuerzo por utilizar energía 100% renovable para electricidad, calefacción / refrigeración y transporte está motivado por el cambio climático , la contaminación y otros problemas ambientales, así como por preocupaciones económicas y de seguridad energética . Cambiar el suministro de energía primaria global total a fuentes renovables requiere una transición del sistema energético , ya que la mayor parte de la energía actual se deriva de combustibles fósiles no renovables . La energía 100% renovable en un país suele ser un objetivo más desafiante que la neutralidad de carbono . Este último es un objetivo de mitigación del clima , políticamente decidido por muchos países, y también puede lograrse equilibrando la huella de carbono total del país (no solo las emisiones de energía y combustible) con la eliminación de dióxido de carbono y los proyectos de carbono en el extranjero. Las definiciones de energía 100% renovable y gas de efecto invernadero neto cero son de naturaleza política y varían según el lugar y el momento.

Sin embargo, estudios recientes muestran que una transición global al 100% de energía renovable en todos los sectores: energía, calor, transporte y desalinización mucho antes de 2050 es factible. Las tecnologías existentes, incluido el almacenamiento, son capaces de generar un suministro energético seguro a todas horas durante todo el año. El sistema de energía sostenible es más eficiente y rentable que el sistema existente. En su informe especial de 2011 , el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático ya declaró que existen pocos límites tecnológicos fundamentales para integrar una cartera de tecnologías de energía renovable para satisfacer la mayor parte de la demanda total de energía mundial. El uso de energía renovable ha crecido más rápidamente de lo que incluso los defensores anticiparon. El tecnólogo global de redes inteligentes, Steve Hoy, originó el concepto de "True Zero" en lugar de "Net Zero" para expresar la capacidad emergente de rastrear la electricidad con el fin de impulsar la adopción de energía 100% renovable las 24 horas del día, los 7 días de la semana. Sin embargo, a partir de 2019, debe crecer seis veces más rápido para limitar el calentamiento global a 2 ° C (3,6 ° F).

Según una revisión de los 181 artículos revisados ​​por pares sobre energía 100% renovable que se publicaron hasta 2018, "[l] a gran mayoría de todas las publicaciones destaca la viabilidad técnica y la viabilidad económica de los sistemas 100% de energía renovable". Si bien todavía hay muchas publicaciones que se centran únicamente en la electricidad, hay un número creciente de artículos que cubren diferentes sectores energéticos y sistemas energéticos integrados acoplados por sectores . Este enfoque intersectorial y holístico se considera una característica importante de los sistemas de energía 100% renovable y se basa en el supuesto de que "las mejores soluciones solo se pueden encontrar si uno se centra en las sinergias entre los sectores" del sistema energético, como electricidad, calor, transporte o industria.

Stephen W. Pacala y Robert H. Socolow han desarrollado una serie de " cuñas de estabilización climática " que pueden permitirnos mantener nuestra calidad de vida evitando al mismo tiempo un cambio climático catastrófico , y las "fuentes de energía renovables", en conjunto, constituyen el mayor número de sus "cuñas". Mark Z. Jacobson , profesor de ingeniería civil y ambiental en la Universidad de Stanford y director de su programa de Atmósfera y Energía, dice que producir toda la energía nueva con energía eólica , solar e hidroeléctrica para 2030 es factible, y que los acuerdos de suministro de energía existentes podrían ser reemplazado para 2050. Aunque otros investigadores lo disputan, Jacobson dice que los costos de energía de hoy con un sistema eólico, solar y de agua deberían ser similares a los costos de energía actuales de otras estrategias óptimamente rentables y ha refutado sus críticas.

Se considera que las principales barreras para la implementación generalizada de energías renovables a gran escala y estrategias energéticas bajas en carbono son principalmente sociales y políticas, más que tecnológicas o económicas. Según el informe Post Carbon Pathways de 2013 , que revisó muchos estudios internacionales, los obstáculos clave son: la negación del cambio climático , el lobby de los combustibles fósiles , la inacción política, el consumo de energía insostenible , la infraestructura energética obsoleta y las limitaciones financieras.

En 2014, las fuentes renovables como la eólica , geotérmica , solar , biomasa y residuos quemados proporcionaron el 19% de la energía total consumida en todo el mundo, y aproximadamente la mitad de la proveniente del uso tradicional de biomasa. El sector más grande en términos de consumo de energía es la electricidad con una participación renovable del 22,8%, la mayor parte procedente de la energía hidroeléctrica con una participación del 16,6%, seguida por la eólica con un 3,1%. A partir de 2018, según REN21 , la transformación se está acelerando en el sector de la energía, pero se requiere una acción urgente en calefacción, refrigeración y transporte. Hay muchos lugares en todo el mundo con redes que funcionan casi exclusivamente con energía renovable. A nivel nacional, al menos 30 naciones ya cuentan con energías renovables que aportan más del 20% del suministro energético.

Historia

El uso de energía 100% renovable se sugirió por primera vez en un artículo en Science   publicado en 1975 por el físico danés Bent Sørensen , al que siguieron varias otras propuestas. En 1976, el analista de política energética Amory Lovins acuñó el término " ruta de energía blanda " para describir un futuro alternativo donde la eficiencia energética y las fuentes de energía renovables apropiadas reemplazan constantemente un sistema de energía centralizado basado en combustibles fósiles y nucleares.

En 1998 se publicó el primer análisis detallado de escenarios con cuotas muy elevadas de renovables. Estos fueron seguidos por los primeros escenarios detallados al 100%. En 2006, Czisch publicó una tesis doctoral en la que se demostró que, en un escenario 100% renovable, la oferta de energía podría igualar la demanda en todas las horas del año en Europa y África del Norte. En el mismo año, el profesor danés de Energía Henrik Lund publicó un primer artículo en el que aborda la combinación óptima de energías renovables, al que le siguieron varios otros artículos sobre la transición al 100% de energía renovable en Dinamarca. Desde entonces, Lund ha estado publicando varios artículos sobre energía 100% renovable. Después de 2009, las publicaciones comenzaron a aumentar de forma vertiginosa, cubriendo el 100% de los escenarios de países de Europa, América, Australia y otras partes del mundo.

Incluso a principios del siglo XXI, era extraordinario que los científicos y los responsables de la toma de decisiones consideraran el concepto de electricidad 100% renovable. Sin embargo, el progreso de las energías renovables ha sido tan rápido que las cosas han cambiado totalmente desde entonces:

Los módulos solares fotovoltaicos han bajado un 75 por ciento de precio. Los avances científicos y tecnológicos actuales en el laboratorio sugieren que pronto serán tan baratos que el costo principal de instalar energía solar en edificios residenciales y comerciales será la instalación. La energía eólica terrestre se está extendiendo por todos los continentes y es económicamente competitiva con la energía fósil y nuclear en varias regiones. La energía solar térmica concentrada (CST) con almacenamiento térmico ha pasado de la etapa de demostración de madurez a la etapa comercial limitada y todavía tiene el potencial para nuevas reducciones de costos de alrededor del 50 por ciento.

El uso de energía renovable ha crecido mucho más rápido de lo que incluso los defensores habían anticipado. Las turbinas eólicas generan el 39 por ciento de la electricidad danesa, y Dinamarca también tiene muchos digestores de biogás y plantas de conversión de residuos en energía. Juntos, el viento y la biomasa proporcionan el 44% de la electricidad consumida por los seis millones de habitantes del país. En 2010, los 10 millones de habitantes de Portugal produjeron más de la mitad de su electricidad a partir de fuentes de energía renovables autóctonas. Los 40 millones de habitantes de España cubren un tercio de sus necesidades eléctricas con energías renovables.

La energía renovable tiene un historial de fuerte apoyo público. En Estados Unidos, por ejemplo, una encuesta de Gallup de 2013 mostró que dos de cada tres estadounidenses quieren que Estados Unidos aumente la producción de energía nacional utilizando energía solar (76%), energía eólica (71%) y gas natural (65%). Muchos menos quieren más producción de petróleo (46%) y más energía nuclear (37%). El menos favorecido es el carbón, y aproximadamente uno de cada tres estadounidenses lo favorece.

REN21 dice que la energía renovable ya juega un papel importante y hay muchos objetivos políticos que apuntan a aumentar esto:

A nivel nacional, al menos 30 naciones de todo el mundo ya cuentan con energías renovables que aportan más del 20% del suministro energético. Se prevé que los mercados nacionales de energía renovable sigan creciendo con fuerza en la próxima década y más allá, y unos 120 países tienen varios objetivos políticos para cuotas de energía renovable a más largo plazo, incluido un objetivo vinculante del 20% para 2020 para la Unión Europea. Algunos países tienen objetivos políticos a largo plazo mucho más altos de hasta un 100% de energías renovables. Fuera de Europa, un grupo diverso de otros 20 o más países apuntan a cuotas de energía renovable en el marco temporal 2020-2030 que oscilan entre el 10% y el 50%.

Los partidarios de la energía 100% renovable no consideran la energía nuclear como renovable o sostenible debido a los riesgos percibidos de desastres y la gestión de desechos de alto nivel , y consideran que la captura y el almacenamiento de carbono tienen un potencial de almacenamiento seguro limitado. Estas limitaciones también han llevado a un interés en la energía 100% renovable. Durante la última década, se ha escrito un cuerpo bien establecido de literatura académica, evaluando escenarios de energía 100% renovable para varias áreas geográficas. En los últimos años, han surgido análisis más detallados de fuentes gubernamentales e industriales. El incentivo para utilizar energía 100% renovable es creado por el calentamiento global y las preocupaciones ecológicas y económicas, después del pico del petróleo .

El primer país que propuso energía 100% renovable fue Islandia , en 1998. Se han hecho propuestas para Japón en 2003 y para Australia en 2011. Albania, Islandia y Paraguay obtienen esencialmente toda su electricidad de fuentes renovables (Albania y Paraguay 100 % de hidroelectricidad, Islandia 72% hidroeléctrica y 28% geotermia). Noruega obtiene casi toda su electricidad de fuentes renovables (el 97 por ciento de la energía hidroeléctrica). Islandia propuso utilizar hidrógeno para el transporte y su flota pesquera. Australia propuso biocombustible para aquellos elementos de transporte que no se convierten fácilmente en electricidad. La hoja de ruta para los Estados Unidos, el compromiso de Dinamarca y la Visión 2050 para Europa establecen un cronograma para 2050 para la conversión a energía 100% renovable, que luego se redujo a 2040 en 2011. Zero Carbon Britain 2030 propone eliminar las emisiones de carbono en Gran Bretaña para 2030 mediante la transición a las energías renovables. En 2015, Hawái promulgó una ley que establece que el Estándar de cartera renovable será del 100 por ciento para 2045. Esto a menudo se confunde con energía renovable. Si la electricidad producida en la red es de 65 GWh a partir de combustibles fósiles y 35 GWh de energía renovable y la energía solar fuera de la red produce 80 GWh de energía renovable, entonces la energía renovable total es 115 GWh y la electricidad total en la red es 100 GWh. Entonces el RPS es 115 por ciento.

Ciudades como París y Estrasburgo en Francia, planean utilizar energía 100% renovable para 2050.

De manera similar, en los Estados Unidos, el Consejo Nacional de Investigación independiente ha señalado que "existen suficientes recursos renovables nacionales para permitir que la electricidad renovable desempeñe un papel importante en la generación futura de electricidad y así ayudar a enfrentar los problemas relacionados con el cambio climático, la seguridad energética y la escalada de los costos de energía ... La energía renovable es una opción atractiva porque los recursos renovables disponibles en los Estados Unidos, tomados en conjunto, pueden suministrar cantidades significativamente mayores de electricidad que la demanda interna total actual o proyectada ".

Se estima que el mundo gastará $ 8 billones adicionales durante los próximos 25 años para prolongar el uso de recursos no renovables, un costo que se eliminaría con la transición a energía 100% renovable. La investigación que se ha publicado en Energy Policy sugiere que convertir el mundo entero a energía 100% renovable para 2050 es posible y asequible, pero requiere apoyo político. Requeriría construir muchas más turbinas eólicas y sistemas de energía solar, pero no utilizaría bioenergía . Otros cambios implican el uso de automóviles eléctricos y el desarrollo de redes de transmisión y almacenamiento mejorados. Como parte del Acuerdo de París , los países actualizan periódicamente sus objetivos de cambio climático para el futuro, para 2018 ningún país del G20 se había comprometido con un objetivo 100% renovable.

Hasta 2018, hubo 181 artículos revisados ​​por pares sobre energía 100% renovable. En el mismo año, la energía 100% renovable también se mencionó en el Informe especial sobre el calentamiento global de 1,5 ° C como un medio potencial para "expandir el rango de vías de 1,5 ° C", si se pueden corroborar los hallazgos.

A partir de 2021, la energía eólica y solar aumentaron constantemente su participación en todo el mundo, pero aún representaban solo el 5% del consumo mundial de energía primaria. Un informe de JP Morgan Asset Management analizó los pronósticos de energía renovable realizados por ocho científicos y organismos de investigación (incluidos Bent Sorensen , Mark Z. Jacobson , Amory Lovins ) entre 1970 y 2020 y señaló que todos ellos eran irrealmente optimistas ya que ignoraban la "densidad de energía , la intermitencia y las complejas realidades de los sistemas energéticos existentes ".

Desarrollos recientes

Ver también: Energía renovable por país

La Cuarta Revolución: Energía es un documental alemánestrenado en 2010. Muestra la visión de una sociedad global, que vive en un mundo donde la energía se produce 100% con energías renovables, mostrando una reconstrucción completa de la economía, para llegar a esto. objetivo. En 2011, Hermann Scheer escribió el libro The Energy Imperative: 100 Percent Renewable Now , publicado por Routledge.

Reinventing Fire es un libro de Amory Lovins publicado en octubre de 2011. Al combinar el uso reducido de energía conganancias de eficiencia energética , Lovins dice que habrá un ahorro de $ 5 billones y una economía de crecimiento más rápido. Todo esto se puede hacer con la comercialización rentable de las tecnologías de ahorro de energía existentes, a través de las fuerzas del mercado, lideradas por las empresas. El ex presidente de los Estados Unidos, Bill Clinton, dice que el libro es un "plan sabio, detallado y completo". El primer párrafo del prefacio dice:

Imagina combustible sin miedo. Sin cambio climático. Sin derrames de petróleo, mineros de carbón muertos, aire sucio, tierras devastadas, vida silvestre perdida. Sin pobreza energética . Nada de guerras, tiranías o terroristas alimentados por petróleo. Nada que se agote. Nada que cortar. Nada de que preocuparse. Solo abundancia de energía, benigna y asequible, para todos, para siempre.

El Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático ha dicho que existen pocos límites tecnológicos fundamentales para integrar una cartera de tecnologías de energía renovable para satisfacer la mayor parte de la demanda total de energía mundial. En una revisión de 2011 de 164 escenarios recientes de crecimiento futuro de la energía renovable, el informe señaló que la mayoría esperaba que las fuentes renovables suministraran más del 17% de la energía total para 2030 y el 27% para 2050; el pronóstico más alto proyecta que el 43% será suministrado por energías renovables para 2030 y el 77% para 2050.

En 2011, la Agencia Internacional de Energía dijo que las tecnologías de energía solar , en sus múltiples formas, pueden hacer contribuciones considerables para resolver algunos de los problemas más urgentes que enfrenta el mundo:

El desarrollo de tecnologías de energía solar asequibles, inagotables y limpias tendrá enormes beneficios a largo plazo. Aumentará la seguridad energética de los países mediante la dependencia de un recurso autóctono, inagotable y en su mayoría independiente de las importaciones, mejorará la sostenibilidad, reducirá la contaminación, reducirá los costos de mitigar el cambio climático y mantendrá los precios de los combustibles fósiles más bajos que de otra manera. Estas ventajas son globales. Por lo tanto, los costos adicionales de los incentivos para la implementación temprana deben considerarse inversiones en aprendizaje; deben gastarse sabiamente y deben compartirse ampliamente.

En 2011, la revista Energy Policy publicó dos artículos de Mark Z. Jacobson , profesor de ingeniería en la Universidad de Stanford , y el científico investigador Mark A. Delucchi, sobre cómo cambiar nuestra combinación de suministro de energía y "Proporcionar toda la energía global con viento, agua, y energía solar ". Los artículos analizan la viabilidad de proporcionar energía mundial para energía eléctrica, transporte y calefacción / refrigeración a partir del viento, el agua y la luz solar (WWS), que son opciones seguras y limpias. En la Parte I, Jacobson y Delucchi analizan las características del sistema de energía de WWS, los aspectos de la demanda de energía, la disponibilidad de recursos de WWS, los dispositivos de WWS necesarios y los requisitos de materiales. Calculan que se requerirán 3.800.000 aerogeneradores de 5 MW , 5.350 centrales geotérmicas de 100 MW y 270 nuevas centrales hidroeléctricas de 1.300 MW . En términos de energía solar , también se necesitarán 49,000 plantas solares de concentración de 300 MW adicionales , 40,000 plantas de energía solar fotovoltaica de 300 MW y 1,7 mil millones de sistemas fotovoltaicos de techo de 3 kW. Una infraestructura de WWS tan extensa podría reducir la demanda mundial de energía en un 30%. En la Parte II, Jacobson y Delucchi abordan la variabilidad del suministro, la economía del sistema y las iniciativas de política energética asociadas con un sistema WWS. Los autores abogan por producir toda la energía nueva con WWS para 2030 y reemplazar los acuerdos de suministro de energía existentes para 2050. Se considera que las barreras para implementar el plan de energía renovable son "principalmente sociales y políticas, no tecnológicas o económicas". Los costos de energía con un sistema WWS deberían ser similares a los costos de energía actuales.

En general, Jacobson ha dicho que las tecnologías eólica, hídrica y solar pueden proporcionar el 100 por ciento de la energía del mundo, eliminando todos los combustibles fósiles . Aboga por una "combinación inteligente" de fuentes de energía renovable para satisfacer de manera confiable la demanda de electricidad:

Debido a que el viento sopla durante condiciones de tormenta cuando el sol no brilla y el sol a menudo brilla en días tranquilos con poco viento, la combinación de viento y energía solar puede ser de gran ayuda para satisfacer la demanda, especialmente cuando la geotermia proporciona una base estable y la hidroeléctrica se puede llamar para llenar los vacíos.

Un estudio de 2012 de la Universidad de Delaware para un sistema de 72 GW consideró 28 mil millones de combinaciones de energía renovable y almacenamiento y encontró que la más rentable, para la interconexión PJM , usaría 17 GW de energía solar, 68 GW de energía eólica marina y 115 GW de energía eólica terrestre, aunque en ocasiones se proporcionaría hasta tres veces la demanda. El 0,1% del tiempo requeriría la generación de otras fuentes.

En marzo de 2012, el parlamento de Dinamarca acordó un nuevo conjunto integral de programas de promoción para la eficiencia energética y las energías renovables que llevarán al país a obtener el 100% de la electricidad, el calor y los combustibles de fuentes renovables para 2050. IRENEC es una conferencia anual sobre energía 100% renovable iniciado en 2011 por Eurosolar Turquía. La conferencia de 2013 tuvo lugar en Estambul.

Más recientemente, Jacobson y sus colegas han desarrollado propuestas detalladas para cambiar a energía 100% renovable producida por viento, agua y luz solar, para los estados de Nueva York, California y Washington, para 2050. A partir de 2014, un nuevo plan más amplio para los 50 estados, que incluye un mapa interactivo en línea que muestra el potencial de recursos renovables de cada uno de los 50 estados. El plan de 50 estados es parte de The Solutions Project , un esfuerzo de alcance independiente dirigido por Jacobson, el actor Mark Ruffalo y el director de cine Josh Fox .

A partir de 2014, muchas evaluaciones detalladas muestran que las necesidades de servicios energéticos de un mundo que disfruta de niveles de bienestar radicalmente más altos pueden satisfacerse económicamente por completo a través de las diversas innovaciones tecnológicas y organizativas actualmente disponibles en torno a la energía eólica, solar, biomasa, biocombustible, hidroeléctrica, oceánica y. energía geotérmica. Sigue habiendo debate sobre los planes detallados, pero las transformaciones en los servicios energéticos globales basados ​​enteramente en energías renovables son, en principio, técnicamente practicables, económicamente viables, socialmente viables y, por tanto, realizables. Esta perspectiva apuntala el ambicioso compromiso de Alemania, una de las economías industriales más exitosas del mundo, de emprender una importante transición energética , Energiewende .

En 2015, se publicó un estudio en Energy and Environmental Science que describe un camino hacia la energía 100% renovable en los Estados Unidos para 2050 sin utilizar biomasa. La implementación de esta hoja de ruta se considera ambiental y económicamente factible y razonable, ya que para 2050 se ahorrarían alrededor de $ 600 mil millones de dólares en costos de salud al año debido a la reducción de la contaminación del aire y $ 3.3 billones de costos de calentamiento global. Esto se traduciría en ahorros de costos anuales por cabeza de alrededor de $ 8300 en comparación con un camino de negocios como de costumbre. Según ese estudio, las barreras que podrían obstaculizar la implementación no son ni técnicas ni económicas, sino sociales y políticas, ya que la mayoría de la gente no sabía que los beneficios de tal transformación superaban con creces los costos.

En junio de 2017, veintiún investigadores publicaron un artículo en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América rechazando el artículo anterior sobre PNAS de Jacobson, acusándolo de errores de modelado y de utilizar herramientas de modelado no válidas. Afirmaron además que hizo suposiciones inverosímiles al depender de aumentar el almacenamiento nacional de energía de 43 minutos a 7 semanas, aumentar la producción de hidrógeno en un 100,000% y aumentar la energía hidroeléctrica en el equivalente a 600 presas Hoover . Los autores del artículo, David G. Victor, calificaron el trabajo de Jacobson de "peligroso" y Ken Caldeira enfatizó que aumentar la producción de energía hidroeléctrica en 1.300 gigavatios, un aumento del 25%, es el caudal equivalente a 100 ríos Mississippi . Jacobson publicó una respuesta en el mismo número de PNAS y también fue autor de una publicación de blog en la que afirmó que los investigadores eran defensores de la industria de los combustibles fósiles. Otro estudio publicado en 2017 confirmó los resultados anteriores para un sistema de energía 100% renovable para América del Norte, sin cambios en los supuestos de energía hidroeléctrica, pero con un énfasis más realista en una cartera de almacenamiento equilibrada, en particular el almacenamiento estacional, y para una economía competitiva.

Simulación de integración de red

En 2015, Jacobson y Delucchi, junto con Mary Cameron y Bethany Frew, examinaron con simulación por computadora (LOADMATCH), con más detalle, cómo un sistema de viento-agua-solar (WWS) puede rastrear la demanda de energía minuto a minuto. Esto resultó ser posible en los Estados Unidos durante 6 años, incluida la variabilidad de WWS por eventos climáticos extremos. En 2017, el plan fue desarrollado aún más para 139 países por un equipo de 27 investigadores y en 2018, Jacobson y Delucchi con Mary Cameron y Brian Mathiesen publicaron los resultados de LOADMATCH para 20 regiones en las que están divididos los 139 países del mundo. Según esta investigación, un sistema WWS puede seguir la demanda en todas las regiones.

El programa LOADMATCH recibe como entrada series estimadas, por medio minuto durante 2050-2055, de

  • la demanda de energía
  • el suministro intermitente de energía eólica y solar pronosticado con un modelo climático / meteorológico global 3D GATOR-GCMOM
  • la energía hidroeléctrica, geotérmica, mareomotriz y undimotriz

y especificaciones de

  • las capacidades y velocidades máximas de carga / descarga de los diferentes tipos de almacenamiento
  • pérdidas por almacenamiento, transporte, distribución y mantenimiento
  • un sistema de gestión de la oferta y la demanda ( red inteligente ).

El programa se ha realizado para cada región de 10 a 20 veces con insumos adaptados para las capacidades de almacenamiento, hasta que se encontró una solución en la que se siguió la demanda de energía, por medio minuto durante 5 años, con bajos costos.

Se supone que el sistema WWS se conecta a la red eléctrica.

  • Fuentes de energía variables geográficamente dispersas, energía solar concentrada (CSP) e hidroeléctrica.
  • instalaciones de almacenamiento: hidroeléctrica bombeada , como calor en plantas termosolares, en baterías, como hidrógeno por electrólisis de agua o como aire comprimido subterráneo.
Mundo porcelana Estados Unidos Europa África
Suministro 2018 860 244 92 169 24
Suministro 2050 12040 3223 1400 1157 580
Suministro no utilizado 2215 598 336 84 40
Pérdida de transmisión 807 221 98 77 37
Otra pérdida 325 76 24 56 22
Uso final 8693 2327 939 940 482
Almacenamiento (TWh) 1279 321 664 109

En 2020, Jacobson aclaró en un libro de texto los resultados de una simulación por computadora de un sistema de energía WWS. Para igualar la demanda con la oferta cada minuto, se deben instalar más parques solares y eólicos y líneas de alta tensión que para igualar la demanda y la oferta promediadas por año. El sobredimensionamiento (también en un sistema de energía convencional) asegura que se pueda seguir la demanda durante las horas pico, pero provoca un suministro no utilizado durante las horas de menor actividad. En un sistema WWS, un mayor intercambio de energía entre áreas conduce a una mayor pérdida de transmisión. La tabla muestra el suministro de WWS, el suministro no utilizado, las pérdidas y el uso final, en GW para suministrar energía de manera confiable al mundo ya cuatro regiones principales para el año 2050. Ver la Tabla 8.10 del libro de texto; la energía en TWh se divide por 26,3 kh (1000 horas) para obtener potencia en GW. La fila inferior es la capacidad de almacenamiento de las plantas hidroeléctricas de bombeo (Tabla 8.7).

Lugares con electricidad casi 100% renovable

Ver también: Lista de países por producción de electricidad renovable

Los siguientes lugares satisfacen el 90% o más de su demanda eléctrica anual promedio con energía renovable (lista incompleta):

Lugar Población Electricidad Fuentes)
 Albania 2.821.977 (2011) Hidroeléctrico.
Valle de Aller-Leine , Alemania  75.000 (2012) 63,5% eólica, 30% biogás, 10,7% hidroeléctrica, 3,1% solar
Aspen , Colorado , Estados Unidos   6.658 (2010) Hidroeléctrica, eólica, solar y geotérmica
 Bután 727.145 (2017) En gran parte hidroelectricidad; exporta el 70% de su producción por exceso de energía generada; no hay plantas de energía de combustibles fósiles.
Burlington , Vermont , Estados Unidos   42,417 (2010) 35,3% hidroeléctrica, 35,3% madera, 27,9% eólica, 1,4% solar fotovoltaica
 Columbia británica , canadá  4.700.000 (2017) 97% hidroeléctrica
Centralia , Washington , Estados Unidos   17.216 90,6% hidroeléctrica, 7,9% nuclear
Chelan Cty. , Washington , Estados Unidos   76,533 95,7% hidro
 Costa Rica 4.857.000 99% de electricidad renovable. Hidroeléctrica (90%), geotérmica, eólica (y otras)
 República Democrática del Congo 84.000.000 Casi 100% hidroeléctrica, pero solo el 9% tiene acceso a la electricidad.
Douglas Cty. , Washington , Estados Unidos   41,945 100% hidro
 Etiopía 109,224,414 (2018) Principalmente hidroelectricidad (> 90%). Cantidades menores de energía eólica, solar y geotérmica. El 45% de la población tiene acceso a la electricidad a partir de 2018, y hay una meta de acceso del 100% establecida en 2017 para 2025.
Georgetown , Texas , Estados Unidos   70.000 100% - Equilibrado solar y eólico de 154MW con conexión a red
Greensburg , Kansas , Estados Unidos   1400 100% - viento equilibrado con conexión a la red
 Islandia 329,100 72% de energía hidroeléctrica, 28% de energía geotérmica, eólica y solar, menos del 0,1% de combustible combustible (diésel fuera de la red)
Isla Kodiak , Alaska , Estados Unidos   13,448 80,9% de energía hidroeléctrica, 19,8% de energía eólica, 0,3% de generador diésel
 Baja Austria , Austria  1,612,000 63% hidroelectricidad, 26% eólica, 9% biomasa, 2% solar
 Manitoba , canadá  1.278.365 97% de energía hidroeléctrica, 3% de energía eólica, <1% de petróleo (diésel en cuatro comunidades fuera de la red), <1% de gas natural
 Mecklenburg-Vorpommern , Alemania  1,650,000 neto superior al 100% con energía eólica, solar y otras energías renovables
 Noruega 5.140.000 96% de hidroelectricidad, 2% de combustible combustible, 2% de energía geotérmica, eólica y solar
 Terranova y Labrador , Canadá  525,604 95% de hidroelectricidad
Palo Alto , California , Estados Unidos   66.000 50% hidroeléctrico, resto una combinación de energía solar, eólica y biogás
 Paraguay 7.010.000 El sector eléctrico en Paraguay es 100% hidroeléctrico, aproximadamente el 90% del cual se exporta, el 10% restante cubre la demanda interna
Pend Oreille Cty. , Washington , Estados Unidos   13,354 97,1% hidro
 Quebec , canadá  8.200.000 El 99% de la electricidad renovable es la principal energía utilizada en Quebec (41%), seguida del petróleo (38%) y el gas natural (10%).
Samsø , Dinamarca  3.806 neta superior al 100% de energía eólica y biomasa, conectada a tierra firme para equilibrio y energía de respaldo
 Schleswig-Holstein , Alemania  2.820.000 neto superior al 100% con energía eólica, solar y biomasa
 Escocia , Reino Unido  5.313.600 (2011) El 97% de la electricidad (2020) se produce a partir de energías renovables, principalmente eólica seguida de hidroeléctrica.
Seattle , Washington , Estados Unidos   724,745 86% hidroelectricidad, 7% eólica, 1% biogás
Isla Sur , Nueva Zelanda  1,115,000 98,2% hidroeléctrica y 1,6% eólica. Alrededor de una quinta parte de la generación se exporta a la Isla Norte .
Tacoma , Washington , Estados Unidos   208,100 85% hidroeléctrica, 6% eólica
 Tayikistán 8.734.951 (2016) La energía hidroeléctrica suministra casi el 100 por ciento de la electricidad de Tayikistán.
 Tasmania , Australia  515.000 La energía hidroeléctrica suministra el 100 por ciento de la electricidad de Tasmania. (La legislación pendiente prevé un 200% de energía renovable para 2040, y el resto se enviará a Australia continental a través de cables eléctricos submarinos )
Tau , Samoa Americana  873 (2000) ~ 100% energía solar, con respaldo de batería
Tilos , Grecia  400 (invierno), 3000 (verano) 100% energía eólica y solar, con respaldo de batería
 Tokelau , Nueva Zelanda  1.411 100% energía solar, con respaldo de batería
 Uruguay 3.300.000 (2013) 94,5% de electricidad renovable; La energía eólica (y la biomasa y la energía solar) se utiliza para estirar las reservas hidroeléctricas hasta la estación seca.
Wildpoldsried , Baviera , Alemania   2.512 (2013) 500% eólica, solar, hidráulica
 Yukon , canadá  35,874 94% de hidroelectricidad

Algunos otros lugares tienen porcentajes altos, por ejemplo, el sector de la electricidad en Dinamarca , a partir de 2014, tiene un 45% de energía eólica, con planes para alcanzar el 85%. El sector eléctrico en Canadá y el sector eléctrico en Nueva Zelanda tienen porcentajes aún más altos de energías renovables (principalmente hidroeléctricas), 65% y 75% respectivamente, y Austria se acerca al 70%. A partir de 2015, el sector de la electricidad en Alemania a veces satisface casi el 100% de la demanda de electricidad con energía fotovoltaica y eólica, y la electricidad renovable supera el 25%. Albania tiene el 94,8% de la capacidad instalada como hidroeléctrica, el 5,2% como generador diésel; pero Albania importa el 39% de su electricidad. En 2016, Portugal logró electricidad 100% renovable durante cuatro días entre el 7 y el 11 de mayo, en parte porque el uso eficiente de la energía había reducido la demanda de electricidad. Francia y Suecia tienen una baja intensidad de carbono, ya que utilizan predominantemente una mezcla de energía nuclear e hidroeléctrica. En 2018, Escocia cubrió el 76% de su demanda a partir de fuentes renovables.

Aunque la electricidad es actualmente una gran fracción de la energía primaria; Es de esperar que con el despliegue de energía renovable el uso de energía primaria disminuya drásticamente a medida que aumenta el uso de electricidad, ya que es probable que se combine con algún grado de electrificación adicional. Por ejemplo, los automóviles eléctricos logran una eficiencia de combustible mucho mejor que los automóviles de combustibles fósiles, y otro ejemplo es el calor renovable , como en el caso de Dinamarca, que propone pasar a un mayor uso de bombas de calor para calentar edificios que proporcionan múltiples kilovatios de calor por kilovatio. de electricidad.

Electricidad 100% limpia

Otras fuentes de generación de electricidad se consideran limpias, aunque no necesariamente renovables, ya que tampoco emiten dióxido de carbono u otros gases de efecto invernadero y contaminantes del aire. El mayor de ellos es la energía nuclear, que no produce emisiones. Los proyectos de captura y almacenamiento de carbono aún pueden usar carbón o gas natural, pero capturan dióxido de carbono para almacenamiento o usos alternativos. Las vías para eliminar los gases de efecto invernadero pueden incluir estos además de la energía renovable para ahorrar dinero o para evitar el cierre de plantas existentes y permitir flexibilidad en el diseño de una red eléctrica libre de carbono.

En 2018, California aprobó la SB 100, que exigirá un 100% de electricidad limpia y libre de carbono para 2045, incluido un objetivo de electricidad renovable del 60% para 2030.La legislación de 2019 en Washington también requerirá electricidad 100% limpia para 2045, eliminando el carbón para 2025. Otros estados y territorios que requerirán electricidad 100% libre de carbono son Hawái, Maine, Nevada, Nuevo México, Nueva York, Virginia, Puerto Rico y Washington, DC.

Obstáculos

Más información: Política del calentamiento global

Según Mark Z. Jacobson , las barreras más importantes para la implementación generalizada de energías renovables a gran escala y estrategias de energía baja en carbono, al ritmo necesario para prevenir un cambio climático desbocado , son principalmente políticas y no tecnológicas. Según el informe Post Carbon Pathways de 2013 , que revisó muchos estudios internacionales, los obstáculos clave son:

El científico del clima de la NASA James Hansen analiza el problema de una rápida eliminación de los combustibles fósiles y dijo que, si bien es concebible en lugares como Nueva Zelanda y Noruega, "sugiriendo que las energías renovables nos permitirán eliminar rápidamente los combustibles fósiles en los Estados Unidos y China. , India o el mundo en su conjunto es casi el equivalente a creer en el Conejo de Pascua y el Hada de los Dientes ". En 2013, Smil analizó propuestas para depender de la electricidad generada por energía eólica y solar, incluidas las propuestas de Jacobson y sus colegas, y escribiendo en un número de Spectrum preparado por el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos , identificó numerosos puntos de preocupación, como el costo , el suministro de energía intermitente, el creciente NIMBYism y la falta de infraestructura como factores negativos y dijo que "la historia y una consideración de los requisitos técnicos muestran que el problema es mucho mayor de lo que estos defensores han supuesto". Smil y Hansen están preocupados por la producción variable de energía solar y eólica. Según Amory Lovins, la red eléctrica por sí sola puede compensar la variabilidad, al igual que respalda rutinariamente las plantas nucleares y de carbón que no funcionan con las que funcionan.

En 1999, el académico estadounidense Dr. Gregory Unruh publicó una tesis en la que identificaba las barreras sistémicas para la adopción y difusión de tecnologías de energía renovable. Este marco teórico se denominó Carbon Lock-in y apuntó a la creación de retroalimentaciones autorreforzantes que surgen a través de la coevolución de grandes sistemas tecnológicos, como las redes de electricidad y transporte, con las instituciones sociales y políticas que apoyan y se benefician del crecimiento del sistema. . Una vez establecidos, estos complejos tecnoinstitucionales quedan "encerrados" y resisten los esfuerzos por transformarlos hacia sistemas más sostenibles desde el punto de vista ambiental, basados ​​en fuentes renovables.

Lester R. Brown, fundador y presidente del Earth Policy Institute , una organización de investigación sin fines de lucro con sede en Washington, DC, dice que una transición rápida al 100% de energía renovable es posible y necesaria. Brown se compara con la entrada de Estados Unidos en la Segunda Guerra Mundial y la posterior rápida movilización y transformación de la industria y la economía estadounidenses. Brown propone una transición rápida al 100% de energía renovable y el ahorro de nuestra civilización para seguir un enfoque con una urgencia similar.

La Agencia Internacional de Energía dice que se ha prestado demasiada atención al tema de la variabilidad de la producción de electricidad renovable. El problema del suministro intermitente se aplica a las tecnologías renovables populares, principalmente la energía eólica y la energía solar fotovoltaica , y su importancia depende de una serie de factores que incluyen la penetración en el mercado de las energías renovables en cuestión, el equilibrio de la planta y la conectividad más amplia del sistema, como así como la flexibilidad del lado de la demanda. La variabilidad rara vez será una barrera para un mayor despliegue de energía renovable cuando la generación distribuible , como la energía hidroeléctrica o el almacenamiento térmico solar, también esté disponible. Pero a altos niveles de penetración en el mercado, se requiere un análisis y una gestión cuidadosos, y es posible que se requieran costos adicionales para la copia de seguridad o la modificación del sistema. El suministro de electricidad renovable en el rango de penetración del 20-50 +% ya se ha implementado en varios sistemas europeos, aunque en el contexto de un sistema de red europeo integrado:

En 2011, el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático , los principales investigadores climáticos del mundo seleccionados por las Naciones Unidas, dijo que "a medida que se desarrollan la infraestructura y los sistemas de energía, a pesar de las complejidades, hay pocos, si es que hay alguno, límites tecnológicos fundamentales para la integración de una cartera. de tecnologías de energía renovable para satisfacer una parte mayoritaria de la demanda total de energía en lugares donde existen o pueden suministrarse recursos renovables adecuados ". Los escenarios del IPCC "generalmente indican que el crecimiento de las energías renovables se generalizará en todo el mundo". El IPCC dijo que si los gobiernos apoyaran y se implementara el complemento completo de tecnologías de energía renovable, el suministro de energía renovable podría representar casi el 80% del uso de energía mundial en cuarenta años. Rajendra Pachauri , presidente del IPCC, dijo que la inversión necesaria en energías renovables costaría solo alrededor del 1% del PIB mundial al año. Este enfoque podría contener niveles de gases de efecto invernadero a menos de 450 partes por millón, el nivel seguro más allá del cual el cambio climático se vuelve catastrófico e irreversible.

En noviembre de 2014, el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático publicó su quinto informe , diciendo que en ausencia de una tecnología (como bioenergía, captura y almacenamiento de dióxido de carbono , nuclear, eólica y solar), los costos de mitigación del cambio climático pueden aumentar sustancialmente. dependiendo de qué tecnología esté ausente. Por ejemplo, puede costar un 40% más reducir las emisiones de carbono sin la captura de dióxido de carbono. (Tabla 3.2) Según un estudio de 2018, "en ausencia de recursos firmes con bajas emisiones de carbono [despachables] , el costo de descarbonizar la generación de energía aumenta muy rápidamente a medida que el límite de emisiones se acerca a cero" y una generación solo renovable (con baterías) resulta en precios de la energía 42-163% más altos en regiones con menor disponibilidad de ERV, y 11-105% más altos en regiones con mayor disponibilidad de ERV. El estudio introdujo el término "fuente de energía firme con bajas emisiones de carbono" (por ejemplo , nuclear , geotérmica ), que está destinado a funcionar junto con fuentes de "ráfagas rápidas" (por ejemplo, baterías) y "ahorro de combustible" (VRE).

Las leyes físicas como el límite de Shockley-Queisser y la ley de Betz sugieren que ya se han realizado las fáciles mejoras en la eficiencia de la energía renovable. Las mejoras adicionales serán cada vez más caras y difíciles.

Según el Banco Mundial, el escenario climático "por debajo de 2 ° C" requiere 3 mil millones de toneladas de metales y minerales para 2050. El suministro de recursos extraídos como zinc, molibdeno, plata, níquel y cobre debe aumentar hasta en un 500%. Un análisis de 2018 estimó los aumentos requeridos en las existencias de metales requeridos por varios sectores del 1000% (energía eólica) al 87'000% (baterías de vehículos personales).

Google gastó $ 30 millones en su proyecto RE <C para desarrollar energía renovable y evitar un cambio climático catastrófico. El proyecto fue cancelado después de concluir que el mejor escenario posible para avances rápidos en energía renovable solo podría resultar en emisiones un 55 por ciento por debajo de las proyecciones de combustibles fósiles para 2050.

Almacenamiento de energía estacional

La energía hidroeléctrica es actualmente el único almacenamiento de energía estacional bajo en carbono a gran escala. En países con una alta variación en la demanda de energía por temporada (por ejemplo, el Reino Unido usa mucho más gas para calefacción en invierno que electricidad) pero la falta de interconectores eléctricos de energía hidroeléctrica a países con mucha energía hidroeléctrica (por ejemplo, Reino Unido - Noruega) probablemente será insuficiente. y probablemente será necesario el desarrollo de una economía del hidrógeno : esto se está probando en el Reino Unido y se han propuesto 8 TWh de almacenamiento de energía de hidrógeno entre estaciones.

En Australia, además de almacenar energía renovable como hidrógeno, también se propone exportarla en forma de amoniaco .

Ver también

Referencias

Otras lecturas

enlaces externos