Role of Pumped Hydro Storage in China’s Power System Transition

Role of Pumped Hydro Storage in China’s Power System Transition

El almacenamiento hidroeléctrico por bombeo (PHS) desempeña un papel fundamental en la transición de los sistemas de energía hacia una mayor incorporación de fuentes renovables. Esta tecnología permite almacenar el exceso de electricidad generado por fuentes intermitentes como la energía eólica y solar para su uso posterior. China, con su significativa capacidad existente y planificada de PHS, se posiciona como un actor clave en este escenario. Un estudio de modelado analizó el papel del PHS en diferentes escenarios del sistema eléctrico chino hasta 2050, considerando los objetivos de reducción de emisiones. Utilizando el modelo de red eléctrica GridPath, se simuló la expansión de capacidad y la distribución bajo límites de emisiones de carbono altos y bajos, contemplando escenarios con costos de PHS existentes, reducidos y muy bajos. Los resultados muestran que la capacidad de PHS se expandirá significativamente para 2050 en todos los escenarios debido a su capacidad para integrar energías renovables, con la posibilidad de añadir hasta 400 GW de capacidad nueva. La mayoría de esta capacidad se ubicaría en provincias con buenos recursos hidroeléctricos. Además, se están desarrollando plantas híbridas que combinan fuentes de generación como eólica, solar y almacenamiento. Se presentó un ejemplo de Estados Unidos y se destacó el crecimiento de estas instalaciones. Se revisaron políticas internacionales, como incentivos y objetivos, que respaldan el despliegue de almacenamiento de energía, con un enfoque en programas en EE. UU., proporcionando así un contexto para las recomendaciones de políticas que China podría considerar. El estudio concluyó que China probablemente necesitará continuar expandiendo significativamente el PHS hasta 2050, y que los objetivos, incentivos y otras políticas podrían impulsar este desarrollo y la transición del país hacia la energía limpia. Del mismo modo, se discute el papel del PHS en la transición del sistema energético de China hacia fuentes renovables y la descarbonización. Los resultados de un estudio de modelado de expansión de capacidad examinan el papel y la cantidad óptima de capacidad de PHS desde 2025 hasta 2050. El estudio encuentra que no es necesario aumentar la capacidad de PHS para construir el sistema más económico si los costos de PHS se mantienen en los niveles actuales. Sin embargo, la capacidad de PHS podría aumentar considerablemente si sus costos disminuyen de manera similar a los costos de almacenamiento de baterías. En general, el aumento de la capacidad de PHS no impacta significativamente los costos totales del sistema. El documento también discute políticas de incentivos para el almacenamiento de energía basadas en la experiencia de EE. UU. y ofrece recomendaciones para China, como integrar la planificación de PHS en la planificación general del sistema, reevaluar los mecanismos de fijación de precios de PHS y fomentar la colaboración interprovincial en proyectos de PHS. 

El almacenamiento hidroeléctrico por bombeo (PHS) y su papel en el sistema eléctrico en evolución de China mientras el país trabaja para alcanzar la neutralidad de carbono para 2060 es objeto de discusión. Se proporcionan detalles sobre diferentes tipos de sistemas de PHS, incluyendo sus tamaños, eficiencias, configuraciones con energías renovables variables (VRE) y tecnologías de velocidad fija versus velocidad variable. Además, se describen sistemas de PHS de circuito abierto y cerrado, junto con sus impactos ambientales y costos relativos. Además, se enfoca en el desarrollo del PHS en China, señalando el gran aumento de capacidad solar y eólica en los últimos años, lo que ha traído desafíos de integración a la red debido a la variabilidad. El PHS se identifica como una tecnología importante para el almacenamiento de energía y la flexibilidad de la red. Se detallan los objetivos de capacidad de PHS existentes y planificados de China según sus planes quinquenales 14º y 15º. Sin embargo, los objetivos pasados no se cumplieron, lo que sugiere barreras políticas e institucionales para un mayor desarrollo. A continuación, se resume un estudio de modelado realizado para explorar el papel del PHS en el sistema eléctrico de China bajo diferentes escenarios, analizando cómo afectaría las necesidades de almacenamiento de baterías con altos niveles de energías renovables, la capacidad óptima de PHS necesaria y cómo se deberían distribuir las instalaciones en China. El objetivo es informar la formulación de políticas para apoyar la descarbonización de la red eléctrica china. De acuerdo con lo anterior, se describe un modelo llamado GridPath que se utiliza para optimizar la transición del sistema eléctrico de China de 2025 a 2050. El modelo equilibra la oferta y la demanda de electricidad mientras minimiza los costos totales del sistema. Incorpora factores como los costos de capital y operativos de diferentes fuentes de generación, líneas de transmisión y almacenamiento de energía. El modelo se ejecuta bajo varios escenarios que consideran diferentes límites de emisiones de carbono, límites de capacidad de PHS y trayectorias de costos de energías renovables. Los resultados muestran que un límite de emisiones de carbono más bajo conduce a una mayor instalación de energías renovables y generación de energía no fósil. Bajo un límite de emisiones alto, la capacidad de carbón aumenta inicialmente antes de disminuir. La disminución de los costos de PHS aumenta directamente la capacidad de PHS instalada óptima identificada por el modelo. Los escenarios con costos de PHS disminuyendo al mismo ritmo que los costos de baterías resultan en una mayor capacidad de PHS en comparación con escenarios con costos de PHS constantes. 

 

De otro lado, se abre paso a la discusión del papel PHS en la transición del sistema eléctrico de China. Se encuentra que en el escenario base, la capacidad de PHS se estabiliza en 32.5 GW debido a sus costos relativamente más altos en comparación con las baterías. Sin embargo, la capacidad de almacenamiento de baterías aumenta significativamente de 21 GW en 2025 a 858 GW en 2050. A medida que aumenta la capacidad de PHS, la capacidad de almacenamiento de baterías disminuye, puesto que el PHS sustituye a las baterías. La escala de instalación de PHS está influenciada por sus costos: si los costos de PHS disminuyen de manera similar a las baterías, la capacidad de PHS podría aumentar de 120 GW en 2030 a 232 GW para 2050 con solo una ligera disminución en los costos totales del sistema. La distribución de la capacidad de PHS depende de factores como las condiciones de la red local y no cambiaría significativamente incluso si los límites de capacidad de PHS aumentaran de 200 GW a 400 GW. Posteriormente, el documento menciona las plantas de energía híbridas que combinan fuentes de energía renovable como solar y eólica con generación de energía térmica y almacenamiento de energía para aumentar la estabilidad, confiabilidad y producción mientras se reducen los costos. Tales sistemas híbridos son prevalentes en Estados Unidos, con casi 300 plantas híbridas que proporcionan más de 36 GW de capacidad hasta finales de 2021, y asimismo pueden proporcionar varios beneficios. Por ejemplo, permiten capturar energía que de otra manera se perdería, facilitan el desplazamiento de la producción de energía dentro de un día y proporcionan a los operadores de red una mayor flexibilidad. El tipo de híbrido más común es el solar más almacenamiento, aunque la expansión del crédito fiscal a la inversión aislada en almacenamiento en 2023 podría cambiar esto. Hay casi 20 configuraciones diferentes de plantas híbridas más allá de solo solar más almacenamiento. A fines de 2021, el 42% de la energía solar y el 8% de la energía eólica en las colas de interconexión se propusieron como híbridos, siendo la combinación solar más almacenamiento la gran mayoría. La investigación se centra en optimizar el diseño y la operación de las plantas híbridas, así como en sus efectos en la transmisión. Combinar energías renovables con almacenamiento hidroeléctrico por bombeo específicamente puede respaldar sistemas independientes y conectados a la red. Los formuladores de políticas en todo el mundo han apoyado cada vez más el almacenamiento hidroeléctrico por bombeo mediante iniciativas de financiamiento, incentivos y prioridades en la red para utilizar sus capacidades para integrar fuentes renovables variables y proporcionar estabilidad y reducción de picos. 

 

En otra instancia, se discuten los incentivos para el almacenamiento de energía que se han desarrollado en Estados Unidos. Detalla varias medidas políticas adoptadas por los estados para promover el almacenamiento de energía, incluidos objetivos de adquisición establecidos por las legislaturas estatales y las comisiones de servicios públicos que requieren que las empresas de servicios públicos obtengan una cierta cantidad de almacenamiento. Adicionalmente se discuten incentivos financieros como créditos fiscales para proyectos de almacenamiento de energía y tarifas eléctricas por horario que fomentan la reducción del consumo durante los períodos pico. Se mencionan adaptaciones regulatorias, como la revisión de regulaciones energéticas para facilitar oportunidades de almacenamiento e incorporar el almacenamiento en planes de recursos a largo plazo. También se mencionan programas de demostración financiados por estados para estudiar operaciones de almacenamiento de energía y se discuten políticas y mercados de almacenamiento de energía en varias jurisdicciones. En cuanto a los mercados de almacenamiento de energía en Estados Unidos, se describe la Orden 841 de FERC que permite a los recursos de almacenamiento de energía participar en mercados de capacidad, energía y servicios auxiliares operados por RTOs/ISOs. Se examina cómo el principal caso comercial actualmente se relaciona con las diferencias de precios entre períodos pico y fuera de pico, lo que permite que el almacenamiento de baterías se cargue cuando los precios son bajos y se descargue cuando los precios son altos. Se proporciona un ejemplo de cómo están cambiando las curvas de carga neta en California a medida que aumenta la penetración de energías renovables. Paralelamente, la existencia de mercados de capacidad y otros mercados de servicios auxiliares respaldan sistemas de baterías de duración más corta. 

 

El papel del PHS soporta la transición de China hacia un sistema eléctrico más limpio. El mecanismo de fijación de precios basado en costos actual de China para PHS podría llevar a precios de electricidad inflados. La introducción de competencia de mercado a través de licitaciones competitivas para proyectos de PHS podría ayudar a controlar los costos y las tarifas eléctricas. Por lo tanto, fomentar la colaboración interprovincial en proyectos de PHS también podría ofrecer ventajas como compartir recursos/costos y garantizar la estabilidad de la red regional; el desarrollo de marcos de cooperación y la alineación de regulaciones entre provincias podrían alentar y facilitar proyectos transprovinciales para desplegar óptimamente PHS y otros recursos. Siendo así, se presentan diferentes documentos de investigación e informes sobre temas como el valor del almacenamiento hidroeléctrico por bombeo en sistemas de generación de energía híbridos, innovaciones tecnológicas para la energía hidroeléctrica por bombeo, tecnologías de almacenamiento de energía eléctrica y su aplicación en redes eléctricas, la economía de plantas híbridas solares/eólicas más batería, políticas y regulaciones de almacenamiento hidroeléctrico por bombeo. Se insta en que los hallazgos clave son que la reducción significativa de los costos de almacenamiento hidroeléctrico por bombeo aumenta la capacidad instalada de manera significativa, mientras que disminuye la capacidad de almacenamiento de baterías. Provincias como Zhejiang, Guangdong y Shanxi ven los mayores aumentos en almacenamiento hidroeléctrico por bombeo bajo un escenario agresivo de reducción de costos. 

 

 

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