La transición energética digital se pone a prueba
por Dirk Baranek | 23.12.2019
El mercado de la energía se enfrenta a grandes cambios que ya empiezan a tomar forma en la actualidad. Este cambio, a menudo denominado transición energética, es necesario por las exigencias que la protección del clima impone a la industria energética.
Caminos hacia el cambio energético
Por un lado, la electricidad puede generarse de forma climáticamente neutra en el futuro. La palabra clave es la descarbonización de la producción de electricidad. Esto significa el abandono total del carbón, el petróleo o el gas en la generación de electricidad. Las grandes centrales eléctricas que generan electricidad de forma centralizada a partir de combustibles fósiles dejarán de existir. En su lugar, se utilizarán energías renovables de forma generalizada: sistemas fotovoltaicos, turbinas eólicas, centrales hidroeléctricas o plantas de biogás. El mundo energético del futuro será, por tanto, mucho más pequeño y descentralizado. En lugar de unos pocos miles de grandes centrales eléctricas, millones de plantas de diferentes tamaños generarán la energía necesaria. Esto debe organizarse y controlarse de tal manera que dé lugar a una red energética fiable. Las tecnologías digitales desempeñan un papel fundamental para armonizar la generación, el uso y el almacenamiento de la energía. La digitalización de la industria energética es un elemento clave para el éxito de la transición energética.
Por otra parte, la industria energética se enfrenta a la tarea de abastecer en el futuro áreas de consumo energético con las que apenas ha tenido que ver en el pasado. Y es que la generación de calor y la movilidad también se enfrentan al reto de reducir completamente las emisiones de CO2 a cero para 2050. En el caso de la movilidad, la atención se centra en la electromovilidad. En este sentido, hay que seguir investigando y desarrollando paralelamente tecnologías como los motores de hidrógeno. La situación es similar para el suministro de calor; aquí ya se utilizan bombas de calor y tecnologías como la pila de combustible alimentada por hidrógeno. En definitiva, todas estas tecnologías tienen algo en común: utilizan energía eléctrica. El futuro está electrificado.
SINTEG - Escaparate de la energía inteligente
Las tareas y los retos a los que se enfrenta el mercado energético del futuro son, por tanto, enormes. El cambio es de gran alcance y representa una ruptura histórica de una escala sin precedentes. Esto da lugar a muchas cuestiones prácticas. La ciencia responde a ellas, pero, como es sabido, siempre hay un cierto desfase entre la teoría y la práctica. Para probar los conceptos teóricos en la práctica, el gobierno alemán ha lanzado un programa de financiación bajo los auspicios del Ministerio Federal de Economía y Energía: SINTEG - Schaufenster intelligente Energie. En el marco de este programa, las tecnologías digitales se utilizarán en cinco regiones modelo para dar respuesta a sus problemas específicos de la industria energética. El objetivo es desarrollar, aplicar y probar "soluciones modelo para el futuro suministro de energía". Merece la pena analizar los proyectos individuales. Son un ejemplo de dónde se encuentran los retos de la transición energética y cómo se pueden dominar digitalmente.
C/sells - generación, control y organización de la energía descentralizada
Baden-Württemberg, Baviera y Hesse generan la mitad de la energía solar de Alemania. En los estados del sur, el sol brilla más tiempo y con más fuerza que en el norte. Por eso la energía fotovoltaica tiene mucho sentido aquí. Esta generación de electricidad tiene sus propios retos. Está distribuida en una gran superficie, descentralizada y muy dependiente de la hora del día y del clima. El proyecto trata de coordinar estas características en una estructura organizativa de tipo celular. El objetivo de C/sells es equilibrar de forma óptima la generación y el consumo de energía ya a nivel local y regional y estabilizar así la red. Al fin y al cabo, cuanto más cerca estén la generación y el consumo a nivel local, mejor será para la red eléctrica. Esto ahorra la costosa ampliación de la red, por ejemplo, y reduce las pérdidas de energía que se producen durante el transporte. El objetivo es que cada célula, que pueden ser regiones, ciudades, pero también zonas industriales o aeropuertos, sea autónoma. En otras palabras, generarán suficiente electricidad por sí mismos.
Redes inteligentes: tecnologías de control digital
Para hacer realidad esta visión, se necesitan tecnologías de control digital, además de generadores regenerativos descentralizados. Éstas permiten transformar las redes energéticas existentes en las llamadas redes inteligentes, es decir, en redes inteligentes. Además, las citadas células están conectadas en red entre sí para dirigir la electricidad hacia donde falta. Dentro de las células, los productores de electricidad disponen entonces de una plataforma con la que pueden participar directamente en el mercado de la energía.
Sólo en las regiones mencionadas, 760.000 personas ya producen electricidad en la actualidad. Actualmente siguen vendiendo su electricidad al proveedor local de energía en el marco de la tarifa de alimentación. Sin embargo, tras el fin de los precios de venta subvencionados y garantizados durante 20 años, estos productores tendrán que buscar otras oportunidades de comercialización. En la infraestructura proporcionada por C/sells, se supone que productores y consumidores se encuentran como en un mercado. Pero una red inteligente significa mucho más. ¿Qué ocurre si no se genera suficiente electricidad? En este caso, como alternativa a la conexión en red, C/sells está investigando la influencia positiva de la gestión de la carga variable acoplando actualmente unas 2.000 instalaciones de consumo a un sistema de precios muy variable.
DESIGNETZ: la red eléctrica del futuro
Con NRW, Renania-Palatinado y Sarre, este proyecto reúne a tres estados federales cuyas estructuras de la industria energética reflejan los retos de la transición energética en su conjunto. Mientras que en Renania del Norte-Westfalia se consume mucha más electricidad de la que se genera, en Renania-Palatinado es al revés. En la actualidad, DESIGNNETZ trata de hacer que estos desequilibrios sean manejables a través de una variedad de soluciones y de su red digital. DESIGNNETZ vincula las soluciones individuales entre sí a través de los niveles de la red y las regiones para formar un sistema global resistente. La fotovoltaica, la energía eólica, la generación combinada de calor y electricidad, las tecnologías de almacenamiento, los consumidores de energía controlables y, sobre todo, la interconexión mediante redes de distribución inteligentes son elementos importantes. La alimentación y el consumo deben optimizarse mediante el uso de la flexibilidad. De este modo, el sistema energético se mantendrá estable a medida que crezca la alimentación de electricidad verde.
ENERA: dónde colocar el excedente de energía eólica?
Las regiones incluidas en este escaparate están situadas en el norte de la Baja Sajonia. Allí, la cuota de electricidad procedente de fuentes renovables era ya del 235 % en 2016. Esto significa que se produce mucha más electricidad verde de la que se consume localmente. Las turbinas eólicas, en particular, producen esta electricidad. El proyecto desarrollará métodos para organizar el cambio del sistema energético de uno estático y centralizado a otro dinámico y descentralizado. La digitalización integral y la flexibilización técnica del sistema energético se probarán in situ. Por ejemplo, las redes eléctricas se están haciendo más inteligentes al recoger muchos más datos sobre el estado actual de la generación y el consumo que antes. Esto permitirá aprovechar las diferentes cantidades de electricidad procedentes de la generación renovable, de las cargas adaptables y del almacenamiento, para conectarlas en red y hacerlas aptas para participar en un mercado de flexibilidad regional.
En concreto, esto significa, por ejemplo, el uso de 200 centros de transformación inteligentes que compensan automáticamente las fluctuaciones de la red local, a menudo provocadas por las instalaciones solares. Además, se construirán instalaciones de almacenamiento de electricidad con una capacidad total de siete megavatios. Las empresas podrán adaptar sus capacidades de producción a la cantidad de electricidad disponible. También en este caso hay que girar muchos tornillos de ajuste, todos ellos conectados en red digitalmente para poder aprovechar las ventajas potenciales.
Información: https://projekt-enera.de
NUEVO 4.0 - Energía eólica para Hamburgo
NEW 4.0 significa en este caso "North German Energy Turnaround" y se refiere a las condiciones energéticas de Hamburgo y Schleswig-Holstein. La ciudad hanseática se caracteriza por un fuerte poder económico en el comercio y la industria, por lo que requiere mucha energía. Schleswig-Holstein, donde predomina la agricultura, es una de las regiones centrales de Alemania para la generación de electricidad a partir de la energía eólica. Se trata, pues, de una gran demanda y una gran oferta que, sin embargo, no pueden coincidir tan fácilmente. Porque definitivamente hay diferencias de tiempo que tienen que equilibrarse tecnológicamente.
Aquí es donde entra en juego NEW 4.0. Aquí se está desarrollando y probando una red energética inteligente que interconecta de forma inteligente a todos los actores y componentes de generación, almacenamiento, transporte y consumo. El proyecto pretende probar un nuevo enfoque: En el futuro, el consumo se adaptará dinámicamente al suministro de electricidad. Esto significa dos cosas en particular: por un lado, hay que mejorar las posibilidades de exportar la electricidad generada a otras regiones donde pueda ser consumida o almacenada. En segundo lugar, se pretende que las empresas industriales integradas en el proyecto puedan flexibilizar su producción para adaptarla al suministro energético actual. Además, el proyecto probará cómo la electricidad que no puede transportarse debido a los cuellos de botella de la red puede almacenarse de forma útil o convertirse en otras formas de energía, como el calor o el hidrógeno. Información: https://www.new4-0.de
WindNODE: redes energéticas inteligentes, consumidores flexibles
Los cinco estados del este de Alemania y Berlín participan en este escaparate. Allí, el 50 % de la electricidad ya se cubre con generación renovable, principalmente con centrales eólicas. Los problemas surgen cuando no hay viento. Entonces, las centrales eléctricas convencionales tienen que entrar en la brecha. O se produce el escenario contrario: El viento sopla con mucha fuerza y no hay infraestructura para utilizar el excedente de electricidad donde actualmente no hay. El proyecto intenta ahora probar soluciones para estabilizar la red eléctrica mediante diversas medidas.
Por un lado, se están ampliando las redes de líneas para conectar mejor con otras regiones, en ambas direcciones. Por lo tanto, la generación y el consumo deben estar cada vez más capacitados para adaptarse a la situación energética actual. Por último, se están probando tecnologías de almacenamiento. Aquí también estamos abriendo nuevos caminos a gran escala. Por ejemplo, la industria alimentaria (cervecerías, lecherías, industria cárnica) utiliza mucha electricidad para refrigerar su producción y sus productos. Si hay mucha electricidad en la red, podría almacenarse mediante la tecnología de hielo líquido al vacío. La electricidad se almacena en forma de hielo para poder apagar las unidades de refrigeración normales cuando la producción sea escasa. Información: https://www.windnode.de
Conclusión - El reto de la transición energética
Todas las vitrinas están probando soluciones para afrontar los retos de la transición energética. Ya es previsible que no haya una gran solución tecnológica para esta tarea. Se trata más bien de una compleja interacción de actividades muy diferentes. Las tecnologías digitales son necesarias para coordinar estas actividades de forma sensata y eficiente en un único sistema y armonizar sus servicios y necesidades. Sin la digitalización del mercado de la energía, no se podrá resolver la tarea que tenemos ante el cambio climático. Sólo con una digitalización consecuente de la red energética y del mercado de la energía pueden establecerse modelos de negocio que creen los correspondientes sistemas de incentivos para los participantes y sus intereses. De este modo, la transformación y la transición energética pueden tener éxito y todos pueden obtener un valor añadido de ella, sobre todo nuestro entorno y las generaciones que nos seguirán.