La decisión sobre la ubicación de nuevas instalaciones solares o eólicas suele recaer en manos de desarrolladores individuales o compañías eléctricas, lo que a menudo resulta en una coordinación limitada. Sin embargo, un reciente estudio revela que la planificación a nivel regional, utilizando datos meteorológicos detallados, información sobre el consumo energético y modelos de sistemas energéticos, puede marcar una diferencia significativa en el diseño de estas instalaciones renovables. Este enfoque no solo optimiza la eficiencia operativa, sino que también mejora la viabilidad económica.
Los hallazgos del estudio destacan los beneficios de coordinar la ubicación de parques solares, eólicos y sistemas de almacenamiento, considerando las variaciones locales y temporales en el viento, la luz solar y la demanda energética. Esta estrategia permite maximizar el aprovechamiento de los recursos renovables y reduce la necesidad de inversiones significativas en almacenamiento, disminuyendo así el costo total del sistema mientras se asegura una mayor disponibilidad de energía limpia cuando se necesita.
Un nuevo enfoque para la planificación energética
El estudio, publicado hoy en la revista Cell Reports Sustainability, fue coautorado por Liying Qiu y Rahman Khorramfar, postdoctorados en el Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental del MIT, junto con los profesores Saurabh Amin y Michael Howland. Según Qiu, autora principal del trabajo, “con nuestro nuevo enfoque podemos aprovechar la complementariedad de recursos, lo que significa que los recursos renovables de diferentes tipos, como el viento y la solaridad, o ubicaciones distintas pueden compensarse entre sí en tiempo y espacio”. Este potencial para mejorar el diseño del sistema mediante complementariedad espacial no ha sido suficientemente enfatizado ni cuantificado en las planificaciones a gran escala existentes.
Conforme las fuentes variables de energía renovable ocupan un lugar cada vez más importante en la red eléctrica, esta complementariedad se vuelve crucial. Al coordinar mejor los picos y valles de producción y demanda, se busca “utilizar la variabilidad natural para abordar dicha variabilidad”, explica Qiu.
Metodología innovadora para una mejor planificación
Tradicionalmente, al planificar grandes instalaciones energéticas renovables, se trabaja a nivel nacional estableciendo porcentajes generales como que un 30% debe ser energía eólica y un 20% solar. Sin embargo, este estudio analizó datos meteorológicos y modelos de planificación energética a una escala inferior a 10 kilómetros. “Es una forma de determinar exactamente dónde deberíamos construir cada planta de energía renovable”, aclara Qiu.
Para compilar sus datos y permitir una planificación de alta resolución, los investigadores integraron diversas fuentes que no habían sido combinadas previamente. Utilizaron datos meteorológicos detallados del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL), disponibles públicamente a 2 kilómetros pero raramente utilizados en modelos de planificación a esa escala. Estos datos fueron combinados con un modelo energético desarrollado por ellos para optimizar la ubicación a menos de 10 kilómetros.
Análisis comparativo revela ahorro significativo
Al comparar los resultados obtenidos mediante métodos tradicionales frente a su enfoque detallado, el equipo demostró que “la complementariedad de recursos realmente ayuda a reducir el costo del sistema alineando la generación de energía renovable con la demanda”, lo cual debería traducirse directamente en decisiones prácticas en el mundo real. Si un desarrollador individual decide construir un parque eólico o solar basándose únicamente en donde hay más recurso promedio disponible, esto no garantiza necesariamente que sea lo más adecuado para un sistema energético descarbonizado.
Esto se debe a las complejas interacciones entre producción y demanda eléctrica que varían hora a hora y mes a mes según cambian las estaciones. “Lo que intentamos hacer es minimizar la diferencia entre el suministro energético y la demanda”, señala Qiu. “A veces tu generación no puede ser utilizada por el sistema; otras veces no hay suficiente para satisfacer la demanda”.
Recomendaciones específicas basadas en análisis regionales
Por ejemplo, en Nueva Inglaterra, el nuevo análisis sugiere que deberían establecerse más parques eólicos en lugares donde haya un fuerte recurso eólico durante la noche, momento en que no hay disponibilidad solar. Algunos lugares tienden a ser más ventosos por la noche mientras otros tienen más viento durante el día.
Estos hallazgos surgieron gracias a la integración de datos meteorológicos precisos y optimización del sistema energético utilizados por los investigadores. Cuando se planea con datos meteorológicos menos precisos generados globalmente a 30 kilómetros —más comúnmente utilizados— se observa mucha menos complementariedad entre plantas energéticas renovables. Como resultado, el costo total del sistema es considerablemente mayor.
Flexibilidad del marco propuesto
Los investigadores afirman que su marco es muy flexible y puede adaptarse fácilmente a cualquier región considerando las condiciones geofísicas locales. En Texas, por ejemplo, los vientos máximos ocurren por la mañana al oeste mientras que en la costa sur suceden por la tarde; esta variación natural crea una complementariedad efectiva.
Khorramfar destaca que este trabajo “subraya la importancia de tomar decisiones basadas en datos dentro de la planificación energética”. El estudio demuestra que utilizar estos datos detallados junto con un modelo cuidadosamente formulado puede reducir costos del sistema y ofrecer caminos más rentables hacia una transición energética sostenible.
Ahorros inesperados revelan oportunidades ocultas
Amin menciona cómo sorprendió encontrar ganancias significativas al analizar variaciones relativamente cortas dentro de un período diario: “El potencial para ahorrar costos al intentar aprovechar esta complementariedad diaria no era algo esperado antes del estudio”. Además, también fue sorprendente cuánto podría reducirse la necesidad de almacenamiento dentro estos sistemas energéticos mediante este tipo de modelado.
This study reveals hidden cost-saving potential by exploiting local weather patterns that can lead to monetary reductions in storage costs,” he adds.
Nuevas perspectivas para futuras investigaciones
The system-level analysis and planning suggested by this study changes how we think about where we site renewable power plants and how we design those renewable plants so that they maximally serve the energy grid,” says Howland. It has to go beyond just driving down the cost of energy of individual wind or solar farms.” Estas nuevas perspectivas solo podrán realizarse si continuamos colaborando más allá de las fronteras tradicionales investigativas integrando conocimientos sobre dinámica de fluidos, ciencias atmosféricas e ingeniería energética.
La investigación contó con el apoyo del Consorcio Climático y Sostenibilidad del MIT así como los Desafíos Climáticos Grand Challenges del MIT.
La noticia en cifras
| Cifra |
Descripción |
| 10 km |
Resolución del modelo de planificación energética utilizado en el estudio. |
| 138,271 |
Número máximo de ubicaciones posibles analizadas simultáneamente en una sola región. |
| 30 km |
Resolución típica de datos meteorológicos utilizados anteriormente en planificación energética. |
| 2 km |
Resolución de los datos meteorológicos de alta resolución utilizados en el estudio. |
Preguntas sobre la noticia
¿Cuál es el enfoque propuesto para la planificación de instalaciones solares y eólicas?
El estudio sugiere que la planificación a nivel regional utilizando datos meteorológicos detallados, información sobre el uso de energía y modelado del sistema energético puede mejorar significativamente el diseño de las instalaciones de energía renovable.
¿Qué beneficios se obtienen al coordinar la ubicación de los parques solares y eólicos?
Coordinar la ubicación de los parques solares, eólicos y sistemas de almacenamiento puede maximizar la utilización de recursos renovables, reducir la necesidad de grandes inversiones en almacenamiento y disminuir el costo total del sistema.
¿Cómo afecta la variabilidad natural a la producción y demanda de energía?
La variabilidad natural puede ser utilizada para abordar las fluctuaciones en la producción y demanda. Al coordinar los picos y valles de producción y demanda, se puede optimizar el uso de recursos renovables.
¿Qué regiones fueron analizadas en el estudio?
El estudio se centró en tres regiones de EE.UU.: Nueva Inglaterra, Texas y California, analizando hasta 138,271 posibles ubicaciones para la instalación simultáneamente en una sola región.
¿Qué papel juega la complementariedad en el diseño del sistema energético?
La complementariedad entre diferentes tipos de recursos renovables (como viento y solar) permite compensar las variaciones temporales y espaciales, lo que ayuda a reducir costos del sistema alineando mejor la generación con la demanda.
¿Cómo influye el uso de datos meteorológicos de alta resolución en la planificación energética?
El uso de datos meteorológicos de alta resolución mejora significativamente la representación de la variabilidad de los recursos renovables, lo que resulta en una mayor complementariedad entre plantas eólicas y solares y reduce los costos totales del sistema.
¿Qué impacto tiene este enfoque en el almacenamiento necesario para sistemas energéticos?
Este enfoque puede reducir la necesidad de almacenamiento al aprovechar patrones locales en el clima, lo que resulta en un ahorro monetario significativo en costos de almacenamiento.
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