El aumento en la producción de energía renovable desempeña un papel crucial en la reducción de las emisiones de carbono y la ampliación de la variedad de fuentes de energía a nivel global. En este escenario, el uso de plantas híbridas emerge como un enfoque efectivo para maximizar los recursos renovables, mientras que los sistemas de almacenamiento de energía juegan un papel crucial en la mitigación de las fluctuaciones en la disponibilidad de estas fuentes de energía.

Brasil goza de una posición privilegiada a nivel global cuando se trata de generación de energía hidroeléctrica. Según datos del Plan Nacional de Energía (PNE) 2030, el país ocupa el tercer lugar en el potencial de energía hidroeléctrica del mundo, que representa el 10% de este recurso, solo por detrás de China (con un 13%) y Rusia (con un 12%).

Actualmente, el país cuenta con una capacidad instalada total de 187.7 GW, según información del 

, y aún existe un considerable potencial hidroeléctrico de 137 GW por explotar. Es importante destacar que una parte sustancial de este potencial hidroeléctrico ya ha sido aprovechada y convertida en plantas de energía.

Desafíos de la Energía Renovable en Brasil

1. Escasez de Lluvias y Reducción en la Generación Hidroeléctrica

En los últimos años, Brasil ha enfrentado una serie de sequías que han destacado la necesidad del país de contar con recursos renovables complementarios para mitigar los riesgos energéticos derivados de la escasez de lluvias. En 2021, solo se generaron 66.3 GWh, marcando la producción de energía más baja en 26 años (Itaipu Binacional, 2021).

2. Cambios en el Complejo de Generación de Energía

Además, cambios significativos en el complejo de generación de energía están modificando la estructura de la red eléctrica nacional. El Plan Decenal de Expansión de Energía Nacional indica que la energía eólica y solar experimentarán un crecimiento superior al 30% para 2030.

Según una investigación de la Asociación Brasileña de Energía Solar Fotovoltaica (Absolar), la capacidad instalada operativa de energía solar alcanzó los 23.9 GW en 2022, superando la energía eólica, con 23.8 GW, convirtiéndose así en la segunda fuente más representativa en la matriz eléctrica nacional.

Soluciones para Mitigar los Desafíos Energéticos

1. Dificultades para Satisfacer las Demandas Energéticas

Ante este escenario, el sistema eléctrico brasileño enfrentará nuevos desafíos en los próximos años. Un ejemplo es la creciente dificultad para satisfacer las demandas energéticas por hora debido a la reducción en la capacidad de regulación de los embalses hidroeléctricos, junto con la imprevisibilidad de estas fuentes de energía alternativas no controlables, como la eólica y la solar.

Costo Marginal de Operación (CMO) Nível de carga por Subsistema | Fuente: ONS (2022b)

2. Sinergia entre la Energía Fotovoltaica y las Centrales Hidroeléctricas en Brasil

Si una central hidroeléctrica está ubicada cerca de una central de energía fotovoltaica, existe la oportunidad de que estas dos fuentes trabajen juntas, expandiendo así la calidad de la generación de energía y proporcionando ventajas competitivas sobre otras fuentes intermitentes. Esta solución para las centrales hidroeléctricas permite una mayor predictibilidad y tiempo de generación de energía.

Crecimiento de la Energía Solar en Brasil

El crecimiento real de la energía solar, que totalizó en enero de 2022 y representó el 11% del total de carga en el Sistema Interconectado Nacional (SIN), superó significativamente las proyecciones del Ref., que preveían menos del 0.2% del SIN. Otro segmento que muestra un crecimiento robusto en la energía solar está relacionado con las plantas de energía híbrida, que pueden asociarse con las centrales hidroeléctricas, bastante comunes en Brasil.

Además, Deng et al. exploraron la creciente competencia de la energía solar debido a la reducción de costos y su combinación con la energía hidroeléctrica, siendo una fuente de energía más confiable. Sus resultados indicaron que la relación de capacidad instalada ideal varía según las características de la central hidroeléctrica, proporcionando información valiosa para optimizar el rendimiento económico, basándose en estudios de casos en África.

Desarrollo de Metodologías para Proyectos Hidro-Fotovoltaicos

Además, Zhang et al. desarrollaron una metodología que resultó en un proyecto optimizado de hidro-fotovoltaico (PV) conectado a la red, con énfasis en operaciones conjuntas a corto plazo para hidro-PV. En un estudio de caso en China, los resultados demostraron la viabilidad de la propuesta; más específicamente, la investigación destacó una expansión significativa en la capacidad de transmisión de energía, alcanzando una utilización máxima.

La combinación de hidroeléctricas y PV en un sistema de generación de energía está proyectada para volverse más flexible con la esperada reducción de costos en las próximas décadas.

Estos enfoques pueden reducir los costos de las plantas en áreas con bajo potencial hidroeléctrico, donde los costos de interconexión pueden ser obstáculos para el proyecto.

Se observó que la reducción de las fallas en el suministro de energía está asociada con una mayor complementariedad de los elementos para la producción de energía renovable. Los resultados preliminares muestran que la complementariedad puede ser utilizada para diseñar sistemas de generación híbridos más eficientes.

La Importancia del Almacenamiento de Energía

Considerando los errores en las proyecciones, la energía solar tiende a ser mayor de lo esperado, lo que indica una capacidad de energía futura más baja, reforzando la necesidad de inversión en tecnologías de almacenamiento de energía, como el almacenamiento hidroeléctrico bombeado (UHR).

Desde el punto de vista de la producción de energía, el UHR es esencialmente una generación hidroeléctrica tradicional, asociada a una estación de bombeo y, por lo tanto, se considera una tecnología integrada, tanto renovable como de bajo costo operativo. Por otro lado, algunos aspectos son claramente diferentes de las aplicaciones hidroeléctricas convencionales, como los conceptos de disposición, criterios operativos y funciones desempeñadas por el sistema eléctrico.

Funcionamiento de las Plantas de Almacenamiento por Bombeo

Las plantas de almacenamiento de energía por bombeo están compuestas por dos embalses ubicados en niveles diferentes y conectados por un sistema de conducción y un conjunto de máquinas reversibles. Estas máquinas operan como bombas y turbinas en el siguiente ciclo: durante las horas pico, el agua fluye del embalse superior al inferior, accionando el generador eléctrico a través de la turbina hidráulica. Durante los períodos de bajo consumo, el agua se bombea de vuelta al embalse superior para su reutilización durante los períodos de alto consumo de energía.

Beneficios del Almacenamiento por Bombeo para la Red Eléctrica Brasileña

El Almacenamiento por Bombeo (UHR) puede producir energía complementaria, satisfacer la demanda pico de energía y facilitar el uso de los sistemas de transmisión. Estos factores favorecen un mejor equilibrio entre la demanda y la generación en el Sistema Interconectado Nacional (SIN).

En este sentido, la adopción de UHR puede mitigar la intermitencia de fuentes de energía renovable, como la eólica y la solar, aumentando así la seguridad energética mediante la descentralización del almacenamiento de energía, que actualmente está predominantemente concentrado en la región sureste de Brasil.

Los sistemas de bombeo hidráulico pueden aumentar la disponibilidad de agua para múltiples usos del agua y contribuir a la descentralización del almacenamiento de energía, ofreciendo así una mayor seguridad energética.

Desafíos Regulatorios para UHR en Brasil

Al igual que otros sistemas de almacenamiento de energía, las UHR aún no cuentan con sus propias licencias regulatorias en Brasil. Aunque el país tiene un gran potencial hidroeléctrico, los nuevos proyectos de Pequeñas Centrales Hidroeléctricas (PCH) se planifican sin considerar la formación de embalses para preservar el medio ambiente. Además, no tienen capacidad de almacenamiento y operan según el flujo natural de los ríos y, debido a estas características, se denominan "centrales eléctricas de flujo libre".

De esta manera, la operación del sistema energético brasileño se ha vuelto cada vez más dependiente de lluvias favorables. Por lo tanto, con el cambio climático y la creciente participación de fuentes intermitentes, como la solar y la eólica, el sistema de generación del país se está volviendo más susceptible a inseguridades y fallas cada día.

La Importancia de la Seguridad Energética

Brasil tiene un gran potencial hidroeléctrico y muchas plantas de energía. Por lo tanto, cada vez es más importante garantizar la confiabilidad del sistema, especialmente considerando que el riesgo de escasez de energía es probable en momentos de menor disponibilidad hídrica. Dado que el país ya tiene numerosos embalses, existe un mayor potencial para la instalación de tecnología UHR para recuperar los niveles de los embalses en todo el país.

Las plantas híbridas se han convertido en una solución efectiva para maximizar los recursos renovables y mitigar las fluctuaciones de distribución.

La Energía Solar como Complemento a la Hidroeléctrica Brasileña

Referencias

Cita

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