Integración de la resiliencia en la planificación del sector eléctrico

La electricidad es crucial para garantizar una atención médica, una educación, una calidad de vida y un desarrollo económico sostenidos óptimos. A medida que los países incorporan energía limpia y pasan a una práctica estándar de electrificación integral, la salud del sistema eléctrico adquiere mayor importancia. Sin embargo, la confiabilidad del sistema eléctrico se ve amenazada por dos factores: la variabilidad de las fuentes de generación para facilitar la transición hacia la energía limpia; y eventos climáticos extremos inducidos por el clima que pueden generar impactos en cascada a lo largo de la cadena de valor de la electricidad. No tener en cuenta los riesgos climáticos puede sobrecargar o retrasar la búsqueda de la transición de energía limpia. Además, existe la necesidad de cadenas de suministro diversificadas para protegerse contra el riesgo de disponibilidad de materiales y garantizar marcos económicos circulares para maximizar el valor de los recursos. El G20 debería considerar las siguientes acciones para desarrollar la resiliencia del sector eléctrico dentro del ámbito de su trabajo más amplio de cooperación internacional e intercambio de conocimientos:

Atribución:Nuvodita Singh, Benny Bertagnini y Jagabanta Ningthoujam, "Embedding Resilience in Power Sector Planning", Resumen de políticas del T20, junio de 2023.

Grupo de trabajo 4: Reabastecimiento de combustible para el crecimiento: energía limpia y transiciones ecológicas

El cambio climático es un 'multiplicador de amenazas' debido a su efecto combinado sobre los riesgos y la exposición de un sistema a eventos de alto impacto y baja probabilidad. El sector eléctrico es vulnerable al cambio climático, lo que agrega una nueva dimensión a los riesgos que enfrenta el sector. La resiliencia del sector eléctrico es la capacidad de los sistemas de energía modernos para resistir eventos extraordinarios, recuperarse rápidamente de tales eventos y aprender a adaptarse a sus operaciones de modo que mejore la funcionalidad de todo el sistema.

El aumento de los eventos climáticos extremos inducidos por el clima y la expansión del sector eléctrico, tanto en términos de clientes en aumento como de sectores que se electrificarán, pueden concentrar el riesgo de una interrupción en todo el sistema en la electricidad como recurso y la red que lo transmite (ver Figura 1). Los activos y la infraestructura de energía renovable (ER), si bien contribuyen a la mitigación del cambio climático, tampoco son inmunes al daño físico de los eventos climáticos extremos inducidos por el clima.

Por lo tanto, sin la planificación de un sector energético 'resistente', el desarrollo sostenible sigue estando en riesgo. Al impactar negativamente en la productividad económica, los crecientes cortes de energía están vinculados a una reducción en el ingreso per cápita de los hogares.[1] Al mismo tiempo, la inadecuación de los datos y la incertidumbre asociada con los impactos climáticos aumentan la complejidad de la planificación dentro del sector eléctrico.

La infraestructura actual del sector eléctrico está inadecuadamente equipada para incorporar energías renovables y gestionar la variabilidad asociada sin flexibilidad de recursos. Estas condiciones juntas conducen a una revisión del sistema actual de transmisión de energía desde un punto central de generación hasta los consumidores finales distribuidos.

Figura 1:Impacto en cascada en la cadena de valor de la electricidad debido a eventos climáticos extremos inducidos por el clima

Garantizar la seguridad y confiabilidad de la electricidad es una preocupación creciente para los estados miembros del G20, especialmente porque la demanda de electricidad per cápita en el grupo ha aumentado un 53,38 por ciento desde 2000.[3] La falta de planificación para la resiliencia puede imponer costos de reparación y reconstrucción a las administraciones locales, afectar los servicios críticos y, por extensión, las comunidades. En este contexto, el G20 debe reconocer el papel de desarrollar la resiliencia del sector eléctrico para promover la seguridad energética, los objetivos de cero emisiones netas y los beneficios sociales.

La resiliencia del sector eléctrico asume una esencia internacional a medida que comienzan a tomar forma las colaboraciones multilaterales que buscan compartir energía limpia las 24 horas del día a través de superredes transnacionales, como la iniciativa One Sun One World One Grid.[4] Al igual que los fenómenos meteorológicos extremos no se adhieren a las fronteras nacionales, el riesgo implícito tendrá un impacto notable en las redes integradas regionalmente.

Como consorcio internacional, el G20 se compromete a mejorar la seguridad energética para apoyar las transiciones energéticas a través de la colaboración, como se refleja en los Principios de Nápoles del G20.[5] La alineación dentro del grupo sobre el empleo de la resiliencia del sector eléctrico como una estrategia crucial de transición energética ayudará a construir una comprensión colectiva y una mayor visibilidad en torno a la incorporación de nuevas tecnologías y modelos comerciales en los sistemas de energía. Con algunas de las economías más fuertes del mundo como miembros, el G20 puede modelar e integrar de manera efectiva la acción sobre la resiliencia del sector eléctrico a nivel regional y mundial.

Comportamiento

Razón fundamental

La planificación energética a largo plazo implica delinear la combinación de energía, la infraestructura y los costos y beneficios asociados correctos, al mismo tiempo que se tienen en cuenta los cambios en los requisitos futuros de electricidad y otros factores estresantes que emanan de los riesgos económicos, geopolíticos o relacionados con el clima.[6] El cambio climático, que opera en escalas de tiempo más largas y escalas geográficas más grandes que el 'clima', es una nueva fuente de riesgos que enfrenta el sector eléctrico.[7]

El impacto climático se manifiesta en diferentes tipos de eventos climáticos extremos y cambios lentos en el tiempo. No solo los eventos de 100 años son cada vez más frecuentes e impredecibles, sino que la infraestructura actual no tiene en cuenta los riesgos que anteriormente ocurrían solo una vez en un siglo. Por ejemplo, en 2022, el sur de Asia registró temperaturas de verano más altas que las estándar cuando las olas de calor arrasaron el norte y el centro de India y sus países vecinos. Según los científicos del clima, la frecuencia de estas olas de calor ha aumentado de una vez cada 50 años en un mundo sin impacto del cambio climático a aproximadamente una vez cada cuatro años en el escenario climático actual.[8] El aumento inesperado en la demanda máxima para combatir el calor dejó a las empresas de servicios públicos sin preparación, lo que provocó cortes de energía que afectaron necesidades tan diversas como la refrigeración y el riego.[9]

Los datos de calidad sobre el impacto del cambio climático y el acceso a las herramientas apropiadas para interpretar dichos datos pueden ayudar mucho a los planificadores y empresas de servicios públicos del sector eléctrico. Los conjuntos de datos correctos pueden ayudar a determinar las intervenciones para satisfacer la demanda máxima, como la flexibilidad de la demanda, la eficiencia energética y la capacidad de ER que en sí misma se ve afectada por las fuerzas del cambio climático. Además, los datos adecuados también pueden ayudar a mejorar la gestión de activos y la identificación de ubicaciones donde la infraestructura de energía justifica la modernización y donde se puede construir una infraestructura nueva y más resistente.[10] Sin embargo, dicha toma de decisiones es difícil ya que los datos sobre los riesgos climáticos vienen con incertidumbres. Los pronósticos climáticos a largo plazo tienen menor confiabilidad que los pronósticos meteorológicos a corto plazo. El desarrollo de capacidades como las energías renovables avanzadas y la previsión de la demanda de electricidad puede ayudar a abordar dicha variabilidad e incertidumbre. Para mejorar los pronósticos, es esencial crear conjuntos de datos climáticos granulares y a largo plazo de calidad, así como la capacidad de interpretarlos. Las acciones para este fin incluyen la integración del pensamiento de resiliencia dentro de los marcos institucionales y de gobernanza y la definición de estándares para "datos de alta calidad". [11]

La inversión en proyectos NWA no tradicionales, como el aprovechamiento de la eficiencia energética, la respuesta a la demanda y los recursos de energía distribuida (DER), como la energía solar fotovoltaica en la azotea y el almacenamiento de energía, también se pueden explorar como sustitutos de la costosa infraestructura tradicional para satisfacer las necesidades del sistema. estar en menor riesgo físico.[12] Un marco que compare el costo y el rendimiento de los proyectos NWA tradicionales y no tradicionales puede aliviar las preocupaciones sobre la confiabilidad y el rendimiento del sistema de las entidades de distribución con respecto a la NWA debido a su historial limitado como solución emergente.[13]

Por lo tanto, existe un inmenso margen para la colaboración y el intercambio de mejores prácticas entre geografías para desarrollar una comprensión compartida de cómo el cambio climático afecta la planificación y la infraestructura del sector eléctrico y las formas de actuar en consecuencia.

Comportamiento

Razón fundamental

Pocos activos de infraestructura no se ven afectados por el riesgo de eventos climáticos extremos asociados con el clima. De hecho, las empresas de servicios públicos de EE. UU. pueden ver cómo los costos de los daños a la infraestructura física aumentan en un 23 % para 2050.[14] Las líneas y subestaciones de transmisión y distribución de electricidad son especialmente vulnerables a ciertas condiciones climáticas extremas. Incluso los recursos de generación renovable, como la energía solar fotovoltaica y la infraestructura de generación eólica, son susceptibles de sufrir daños físicos e interrupciones del suministro eléctrico.[15]

Los reguladores gubernamentales deben implementar estrategias para mejorar la resiliencia de la red, incluido el desarrollo de planes de respuesta a los riesgos del cambio climático para la infraestructura de la red. Una estrategia de resiliencia general debe incluir la identificación de objetivos específicos para lograr las necesidades de adaptación de la red. Las empresas de servicios públicos deben realizar evaluaciones de las necesidades de la infraestructura crítica de transmisión y distribución, como las subestaciones. Además, las empresas de servicios públicos también deben desarrollar vías para el fortalecimiento de la red a largo plazo en función de los riesgos localizados. Las acciones de las empresas de servicios públicos pueden verse favorecidas por el acceso a información de fuente abierta sobre los pasos tomados por organizaciones pares a nivel internacional.

Figura 2:Riesgo infraestructura energética

Las inversiones para fortalecer la red son una medida de adaptación tomada contra catástrofes inevitables para mitigar el costoso riesgo de falla de la infraestructura física. Sin embargo, el mayor costo inicial del fortalecimiento de la red es un obstáculo clave para las regiones vulnerables. Se estima que los costos de adaptación de la infraestructura oscilan entre el 60 % y el 80 % de la adaptación al cambio climático a nivel mundial.[17] Al mismo tiempo, el valor de los daños evitados puede ahorrar hasta US$11 por cada dólar invertido en costos de reparación a lo largo del tiempo.[18] Un enfoque holístico en torno a las estrategias de resiliencia para la infraestructura física, la inversión en el fortalecimiento de la red y la exploración de NWA para las actualizaciones de la red pueden eliminar las costosas interrupciones y reparaciones.

Para mitigar el riesgo de daños financieros y físicos a la infraestructura eléctrica, los planificadores del sector eléctrico deben identificar sus vulnerabilidades e incorporar acciones relevantes en todos los niveles de planificación y toma de decisiones.[19] Esto incluye la actualización de las reglamentaciones (códigos, estándares de equipos y otras pautas), los procesos de adquisiciones y contractuales, así como la realización de revisiones iterativas.[20] Cuando las empresas de servicios públicos carezcan de los medios financieros para emprender intervenciones de resiliencia, incluidas operaciones y mantenimiento de rutina o grandes inversiones de capital, se deben identificar las rutas de financiación adecuadas.

La Iniciativa Global Shield anunciada en la COP27 y coordinada por el G7 puede servir como un modelo importante para implementar rápidamente la financiación de la protección.[21] Reproducir un programa similar en los estados miembros del G20 puede mejorar el acceso a la financiación de bajo costo necesaria para fortalecer la red.

Comportamiento

Razón fundamental

La demanda de electricidad aumentará en todo el mundo, particularmente debido al aumento de la demanda de electricidad per cápita y la electrificación de múltiples sectores en China y otros países asiáticos.[22] Los sectores de la construcción y el transporte también están tomando medidas para impulsar la electrificación mientras obtienen electricidad de fuentes renovables donde estén disponibles. La industria, el mayor consumidor de energía, está aumentando paulatinamente la cuota de electricidad utilizada en sus procesos.

Si bien el aumento de la electrificación reduce las emisiones localizadas, también concentra los riesgos de una interrupción generalizada en la red al estresar la red existente y la capacidad de generación. Anteriormente, donde un corte de energía puede haber afectado solo el acceso a la iluminación y los electrodomésticos, pronto afectará la cocina, los desplazamientos y la productividad industrial, a medida que estos sectores hagan la transición a una fuente de energía basada en la electricidad para lograr los objetivos de descarbonización necesarios (consulte la Figura 3).

Figura 3:Impactos directos e indirectos de un evento climático extremo inducido por el clima

En 2021, las severas tormentas invernales desconectaron más de la mitad de la capacidad de generación de Texas y dejaron a millones sin electricidad durante días.[24] La infraestructura de gas natural del estado, que es la principal fuente de electricidad, no estaba preparada para soportar temperaturas extremadamente bajas debido a la falta de mejoras infraestructurales necesarias y una demanda máxima superior a la esperada.[25]

La descentralización (diversificar en términos de escala y ubicación mientras se adoptan más energías renovables) y la digitalización (pasar a una infraestructura "inteligente" para la transmisión y distribución de energía) representan intervenciones lucrativas en el sector eléctrico debido al valor que ofrecen, que incluye, entre otros, servicios de resiliencia.

Los DER incluyen energía solar y eólica distribuida, vehículos eléctricos (EV), microrredes, almacenamiento de energía, respuesta a la demanda y eficiencia energética.[26] Pueden integrar ER localmente en formatos conectados a la red y fuera de la red, y aliviar la centralización de riesgos en la infraestructura de la red principal. La digitalización del sector eléctrico puede respaldar intervenciones para mejorar la gestión de la red de distribución. Las capacidades avanzadas de comunicación y administración remota a través de intervenciones como medidores inteligentes, redes inteligentes y la creación de gemelos digitales pueden ayudar a responder a las interrupciones en tiempo real. Por ejemplo, las microrredes pueden introducir redundancia en los sistemas de energía con el proceso de isla, en el que las microrredes pueden desconectarse de la red principal durante una interrupción utilizando sistemas de control inteligente y funcionar de forma independiente mientras generan electricidad localmente.[27] Estas funcionalidades son especialmente útiles para comunidades vulnerables a eventos climáticos extremos.

Partiendo del flujo unidireccional tradicional de electricidad, los DER conectados a la red y los electrodomésticos inteligentes permitirán a los consumidores interactuar con la red a través del flujo de energía bidireccional y participar en programas de respuesta y flexibilidad de la demanda. Estas características pueden ayudar a administrar la carga en la red durante las operaciones regulares y las interrupciones. Los DER, incluidos los solares en la azotea, los vehículos eléctricos y las baterías, pueden proporcionar servicios de respaldo de emergencia. Los DER combinados aún pueden ofrecer beneficios compuestos. Por ejemplo, los VPP pueden aprovechar múltiples DER agregando el potencial latente de estos activos en una cartera unificada para brindar beneficios a los propietarios de DER y otros usuarios de electricidad en la red. A través de redes digitales, los VPP pueden cargar y descargar DER en respuesta a las señales del mercado y las necesidades de la red.[28]

Sin embargo, los modelos comerciales y las regulaciones existentes pueden presentar desafíos para aprovechar todo el potencial de los DER. Por lo tanto, las actualizaciones a los marcos regulatorios, que brindan más certeza a los propietarios de DER, como la propiedad de activos y el potencial de generación de ingresos al abrir los mercados de electricidad a la participación de DER y DER agregados, pueden ayudar a desbloquear los beneficios.

Comportamiento

Razón fundamental

La tecnología de almacenamiento de energía es clave para las transiciones exitosas a fuentes de ER y DER variables de bajo costo. Se espera que las proyecciones de capacidad de almacenamiento instalada global acumulada superen los 411 gigavatios para 2030, 15 veces más que en 2021.[29] Esto es comprensible dada la amplia gama de servicios que proporciona el almacenamiento, como el cambio de carga, la prestación de servicios auxiliares para el equilibrio y la restauración de las operaciones durante los apagones. Para los servicios públicos, el almacenamiento puede diferir o evitar costosas inversiones en infraestructura que pueden estar en riesgo durante eventos climáticos extremos. Para los consumidores, el almacenamiento puede proporcionar energía de respaldo y permitir la conexión en isla para evitar interrupciones en el servicio.[30] Muchos de los servicios refuerzan la resiliencia de la red, mejoran el rendimiento de los DER y previenen el daño o la interrupción de los servicios críticos durante los momentos de falla del sistema.

Figura 4:Casos de resiliencia de almacenamiento de batería

Se requerirán políticas que fomenten entornos propicios para el rápido despliegue de tecnologías de almacenamiento de energía para satisfacer las necesidades del sistema de energía. Esto incluye abordar obstáculos clave mediante la creación de vías de mercado para mejorar la economía de los proyectos de almacenamiento, mejorar el acceso a la financiación y continuar la cooperación en investigación y desarrollo de tecnologías innovadoras.[32]

En geografías con mercados de electricidad liberalizados, el despliegue de almacenamiento se puede incentivar económicamente a través de mecanismos de mercado que impulsan los servicios de resiliencia y flexibilidad.[33] Además, los estados miembros del G20 deben considerar cómo mejorar las finanzas para obtener rendimientos más atractivos y proporcionar políticas claras para abordar y aliviar la incertidumbre en torno a los plazos de los proyectos.[34]

Las estructuras de incentivos deben utilizarse para el desarrollo continuo de tecnologías de almacenamiento innovadoras que se adaptan a diversos usos finales. Las tecnologías que funcionan en una variedad de entornos con una respuesta rápida y duraciones de descarga adecuadas son fundamentales para mejorar la resiliencia del sistema de energía. Centrarse en el desarrollo, la comercialización y el despliegue de nuevas tecnologías adecuadas para las necesidades de resiliencia garantiza que los productos adecuados estén disponibles durante la interrupción.

El esquema de incentivos vinculados a la producción (PLI) para baterías de celdas de química avanzada iniciado en India proporciona un marco para incentivar el desarrollo de tecnologías de aplicación que mejor se adapten. El esquema PLI reforzó la fabricación nacional de tecnologías de baterías innovadoras mediante la concesión de incentivos basados ​​en criterios clave de rendimiento. Los subsidios estaban vinculados a tecnologías que se adhirieron a estos criterios más allá de la fabricación a escala de productos químicos establecidos. Cuanto mayor sea el rendimiento de una tecnología innovadora según los criterios identificados, mayor será la subvención otorgada.[35] Las políticas de alcance con incentivos basados ​​en criterios clave de rendimiento adecuados para la resiliencia aseguran que se satisfagan las necesidades del sistema.

[1] Fan Zhang, "En la oscuridad: cuánto cuestan las distorsiones del sector energético en el sur de Asia", Economic Times, diciembre de 2018.

[2] Jagabanta Ningthoujam, Nuvodita Singh y Clay Stranger, "Powering Through: A Climate Resilient Future", RMI y RMI India, última modificación en julio de 2021.

[3] "Demanda de electricidad per cápita en el G20", Database.earth, consultado el 23 de mayo de 2023.

[4] Alianza Solar Internacional, consultado el 1 de marzo de 2023.

[5] "Security of Clean Energy Transitions", Agencia Internacional de Energía, consultado el 23 de mayo de 2023.

[6] "Power Systems in Transition", Agencia Internacional de Energía, consultado el 1 de marzo de 2023.

[7] "Building a Resilient Power Sector", WBCSD, última modificación el 30 de marzo de 2014.

[8] Elizabeth Weise, "Castigar la ola de calor en la India alcanza los 115 grados, parte de un 'mundo más caliente y más peligroso'", Phys.Org., 2 de mayo de 2022.

[9] Lou Del Bello, "Por qué la ola de calor de la India ha apagado las luces", The Third Pole, 4 de mayo de 2022.

[10] WBCSD, "Construyendo un Sector de Energía Resiliente".

[11] WBCSD, "Sector de Energía Resiliente".

[12] Cristin Lyons, "Alternativas sin cables: soluciones no tradicionales para las necesidades de la red", T&D World, 6 de junio de 2019.

[13] Lyons, "Alternativas sin cables".

[14] Sarah Brody, Matt Rogers y Giulia Siccardo, "Por qué y cómo las empresas de servicios públicos deberían comenzar a gestionar el riesgo del cambio climático", McKinsey and Company, última modificación el 24 de abril de 2019.

[15] Sadie Cox, Eliza Hotchkiss, Dan Bilello, Andrea Watson, Alison Holm y Jennifer Leisch, "Bridging Climate Change Resilience and Mitigation in the Electricity Sector Through Renewable Energy and Energy Efficiency", USAID y NREL, última modificación en noviembre de 2017.

[16] Jonathan Woetzel, Dickon Pinner, Hamid Samandari, Hauke ​​Engel, Mekala Krishnan, Brodie Boland, Peter Cooper y Byron Ruby, "¿Se doblará o romperá la infraestructura bajo el estrés climático?" McKinsey Global Institute, última modificación el 19 de agosto de 2020.

[17] Henry Neufeldt, Gerardo Sanchez Martinez, Anne Olhoff, Christian Micheal Skou Knudsen y Kelly EJ Dorkenoo, "The Adaptation Gap Report 2018. Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA), Nairobi, Kenia". DTU, 2018.

[18] "Infraestructura resistente al clima". Portal climático del MIT, última modificación el 20 de septiembre de 2021.

[19] WBCSD, "Construyendo un Sector de Energía Resiliente".

[20] Nathan Lee y Sherry Stout, "Planning a Resilient Power Sector", Resilient Energy Platform, última modificación en mayo de 2019.

[21] Kate Abnett y Simon Jessop, "G7 Launches Climate 'Shield' Fund, Some Countries Wary", Reuters, última modificación en diciembre de 2022.

[22] "Las energías renovables serán la principal fuente de electricidad del mundo dentro de tres años, revelan los datos de la AIE", Foro Económico Mundial, última modificación el 9 de febrero de 2023.

[23] RMI, "Powering Through: A Climate Resilient Future".

[24] Erin Douglas, "Texas depende en gran medida del gas natural para obtener energía. No estaba preparado para el frío extremo". The Texas Tribune, 16 de febrero de 2021.

[25] Douglas, "Texas".

[26] Joseph Stekli, Linquan Bai, Umit Cali, Ugur Halden y Marthe Fogstad Dynge, "Participación de los recursos energéticos distribuidos en los mercados eléctricos: una revisión de los enfoques, el modelado y la habilitación de las tecnologías de la información y la comunicación", Energy Strategy Reviews 43, ( septiembre de 2022).

[27] "Por qué los sistemas descentralizados son el camino inmediato a seguir para los objetivos energéticos de Estados Unidos", Power, última modificación el 27 de junio de 2021.

[28] "RMI lanza una 'asociación de planta de energía virtual' con el apoyo de General Motors y Google Nest", RMI, última modificación el 10 de enero de 2023.

[29] "El mercado global de almacenamiento de energía crecerá 15 veces para 2030", BloombergNEF, última modificación el 12 de octubre de 2022.

[30] Garrett Fitzgerald, James Mandel, Jesse Morris y Hervé Touati, "The Economics of Battery Energy Storage", RMI, última modificación en octubre de 2015.

[31] Plataforma de Energía Resiliente “Planificación”.

[32] Noel Nevshehir, "Estos son los mayores obstáculos en el camino hacia la energía limpia", Foro Económico Mundial, última modificación el 19 de febrero de 2021.

[33] "Grid-Scale Storage", IEA, última modificación en septiembre de 2022.

[34] Aakash Arora, William Acker, Brian Collie, Danny Kennedy, David Roberts, Ian Roddy, James Greenberger, et al., "How Lithium Batteries Can Power the US Economy", BCG, última modificación el 24 de febrero de 2023.

[35] Randheer Singh, Akshima Ghate, Jagabanta Ningthoujam, Arjun Gupta, Shashwat Sharma y Benny Bertagnini, "Need for Advanced Chemistry Cell Energy Storage in India", RMI, NITI Aayog, última modificación en abril de 2022.