sábado, abril 13, 2024

El Eclipse Solar y la Generación Eléctrica

 Por: Nelson Hernández

 



El 8 de abril de 2024, un eclipse solar total oscureció brevemente pero por completo la luz solar que llegaba a las instalaciones de generación de electricidad solar a gran escala a lo largo de la trayectoria del eclipse, desde Texas hasta Maine. Texas se vio especialmente afectada debido a la cantidad de capacidad solar que se encontraba en el camino de la totalidad.

En Texas, ERCOT indico que el estado perdió 8.9 GW de generación solar durante el eclipse, entre las 12:20 pm y 3:07 pm.

Al igual que el resto del país (USA), la generación con gas compenso un 80% de la energía solar perdida el 8 de abril del 2024. La grafica indica que la mayor generación con gas  se produjo entre la 1:00 pm y 2:00 pm, periodo donde ocurrió el eclipse total. El resto de la compensación se obtuvo de plantas de carbón y de plantas de almacenamiento de electricidad. Esta generación con gas emitió 1800 TCO2.

Es de acotar que por ser el eclipse un fenómeno conocido, con alta precisión en fecha y duración, se planifico el sistema de generación eléctrica para compensar la ausencia temporal del sol.

De una forma general, en la planificación de los sistemas de generación de electricidad, cada día toma  mayor relevancia el pronóstico del clima regional y local, para así conocer con antelación la posible afectación en la generación eléctrica solar y eólica, de tal manera que el servicio eléctrico no se interrumpa.

lunes, abril 08, 2024

La Electricidad en los centros de datos, las criptomonedas y la IA

 

Por: Nelson Hernández

En la ruta de la electrificación de la demanda, la electricidad en el ciberespacio es clave. El insumo que requieren todas las empresas que prestan servicio digitales es electricidad, y electricidad generada mediante fuentes no emisoras de gases de efecto invernadero. Por esta razón, estas empresas andan en búsqueda de países que puedan proporcionar esta electricidad en cantidad y calidad.

A continuación un resumen sobre el documento “Electricity 2024”, elaborado por la Agencia Internacional de Energía (IEA), referente al consumo de electricidad en servicios digitales.

  • La demanda mundial de electricidad de los centros de datos podría duplicarse hacia 2026. La IEA estima que los centros de datos, las criptomonedas y la inteligencia artificial (IA) consumió alrededor de 460 TWh de electricidad en todo el mundo en 2022, casi el 2% del total de la demanda mundial. Los centros de datos son una parte crítica de la infraestructura que apoya la digitalización junto con la infraestructura eléctrica que la alimenta.

(1 TWh año = 178 MW de capacidad)

  • La cantidad cada vez mayor de datos digitales requiere una expansión y evolución de centros de datos para procesarlo y almacenarlo. La demanda de electricidad en los centros de datos es principalmente de dos procesos, y la informática representa el 40% de la demanda de electricidad de un centro de datos. Requisitos de refrigeración para lograr una eficiencia de procesamiento estable de manera similar representa alrededor de otro 40%. El 20% restante proviene de otros equipos informáticos asociados.
  • Las tendencias futuras del sector de los centros de datos son complejas de visualizar, ya que las tecnologías tienen una actualización diariamente y de carácter exponencial.
  • Para el 2026, se estima que la demanda oscilara entre 620 y 1050 TWh, es decir, un incremento entre 1.34 y 2.28 veces, dependiendo de una tendencia acelerada o normal de los servicios digitales.  
  • Los centros de datos son importantes impulsores de la demanda de electricidad.  Actualmente hay más de 8000 centros de datos en todo el mundo, de los cuales alrededor del 33% están ubicados en Estados Unidos, el 16% en Europa y cerca del 10% en China.
  • En la Unión Europea, el consumo de electricidad de los centros de datos se estima por debajo de 100 TWh en 2022, casi el 4% de la demanda eléctrica total de la UE. Alrededor de 1240 centros de datos operaban en Europa en 2022, y la mayoría se concentraban en los centros financieros de Frankfurt, Londres, Amsterdam, París y Dublín.
  • La inteligencia artificial y las criptomonedas son adicionales fuentes de crecimiento de la demanda de electricidad. Tendencias del mercado, incluida la rápida incorporación de la IA a la programación de software en una variedad de sectores, aumentaran la demanda general de electricidad de los centros de datos.
  • Herramientas de búsqueda como Google podrían multiplicar por 10 su demanda de electricidad en el caso de implementar plenamente la IA en el mismo. Al comparar la electricidad promedio que demanda una búsqueda típica de Google (0.3 Wh de electricidad) al ChatGPT de OpenAI (2.9 Wh por solicitud), es casi 10 veces de aumento de consumo. Si se considera 9 mil millones de búsquedas diarias, esto requeriría casi 10 TWh de electricidad adicional en un año.
  • La demanda de electricidad de la IA se puede pronosticar de manera más completa en función de la cantidad de servidores de IA que se estima se venderán en el futuro y su potencia nominal. El mercado de servidores de IA está actualmente dominado por la empresa de tecnología NVIDIA.
  • En el 2022, las criptomonedas consumieron alrededor de 110 TWh de electricidad, lo que representa 0.4% de la demanda mundial anual de electricidad, tanto como el total de la electricidad consumida en los Países Bajos.
  • El consumo de criptomonedas aumentará en más del 40%, a alrededor de 160 TWh para 2026. Sin embargo, persisten incertidumbres sobre el ritmo de aceleración, en la adopción de criptomonedas y mejoras en la eficiencia tecnológica.

 

domingo, febrero 18, 2024

Los E – Fuels (Combustibles Sintéticos o Electro Combustibles)

 


Por: Nelson Hernández

  • Hoy en día, los e – fuel son casi 4 veces más costosos que los combustibles convencionales
  • El vehículo eléctrico a batería, desde el punto de vista energético es más eficiente que los vehículos a gasolina, a diesel, a fuel cell y a e - fuel.

Para afrontar el cambo climático se han propuestas distintas ideas, que al final se reducen a eliminar de la atmosfera terrestre los gases de efecto invernadero (GEI), especialmente el CO2. A nivel práctico, la ruta establecida es la descarbonización del sistema energético actual, mediante la minimización (… o eliminación?)  del uso de los combustibles fósiles y sustituirlos por fuentes no emisoras de GEI.

En tal sentido, los esfuerzos se han centrado en cambiar en los sistemas de movilidad (terrestre, aéreo y marítimo) la energía que la permite, y que hoy esta proporcionada por los derivados del petróleo (gasolina, diesel, jet fuel). Ese cambio ha llevado a explorar tecnologías como: el motor eléctrico, carros  híbridos (eléctricos – combustión), motores e - fuel (electro -  combustibles), entre otros.

Motivado a darle una mayor vida  a los motores de combustión interna, desde el punto de vista ambiental, se ha venido desarrollando la tecnología de los e - fuel  o combustibles sintéticos. Estos se fabrican a partir del hidrogeno verde y del CO2 retirado de la atmosfera. Estos dos elementos mediante procesos físicos  - químicos, se unen para formar en 1er lugar alcoholes y luego combustibles similares a los derivados del petróleo, y cuya combustión es neutra en carbono, ya que este es devuelto al lugar donde  se extrajo (ciclo cerrado). Sin embargo, el uso de los e – fuel emite tanto óxidos de nitrógenos como los motores de combustión fósil.

Ahora bien, desde el punto de vista tecnológico luce que no hay problema en producir los e – fuel. Pero su barrera a superar esta en el ámbito económico. Por ahora se conoce poco sobre la economía (costo) de producir e – fuel. Pero a simple vista, luce que un litro de e – fuel seria más caro que un litro de un derivado de petróleo, ya que se requiere de un proceso adicional como es la obtención del hidrogeno verde, vía electrolisis, para luego unir H2 y CO2, y obtener un hidrocarburo primario, y  mediante procesos posteriores un combustible fósil. Este proceso, se puede asemejar  (aunque en sentido contrario, ya que rompe moléculas) al proceso de refinación del petróleo, pero en esta refinación no se requiere la obtención del vector energético del hidrogeno verde, lo cual  haría más económico el combustible fósil que el e – fuel.

La grafica a continuación muestra un esquemático de la producción de los e – fuel, requiriéndose una producción previa de H2V para unirlo con el CO2 capturado de la atmosfera para obtener diferentes combustibles sintéticos (gasolina, diesel, GLP, GNV).

Es de interés, señalar que los e – fuel, están dentro de la clasificación, “Electricidad hacia X” (del inglés Power to X, o las siglas PtX). La “X” que se usa en este concepto puede referirse a varias opciones posibles para convertir la electricidad en otros portadores de energía (“energy carriers”), incluyendo las siguientes opciones: electricidad a combustibles líquidos y gaseosos, electricidad a hidrógeno, electricidad a amoníaco, electricidad a productos químicos, electricidad a líquidos, electricidad a metano (gas natural), electricidad a comida, electricidad a gas de síntesis, entre otras opciones.



En lo atinente al costo de producir los e – fuel (gasolina), hoy en día ronda los 3 $/lit. 3.75 veces mayor que la gasolina proveniente del petróleo (no sintética). Esta condición de precio limita económicamente el crecimiento de los e – fuel.

Ahora bien, en lo concerniente a la eficiencia energética en la movilidad eléctrica, el más eficiente es el vehículo con batería eléctrica.




El vehículo eléctrico consume 3.67 veces menos energía que un vehículo a gasolina, y 3.07 veces menor que un vehículo a diesel.

La comparación de eficiencia entre un vehículo eléctrico con batería, uno con hidrogeno (fuel cell) y otro con e – fuel, es mostrada en la grafica a continuación.



El vehículo eléctrico es 3.32 veces más eficiente que el de hidrogeno (fuel cell) y 5.6 veces más que el vehículo con e – fuel.

Finalmente, hay un debate en curso sobre el potencial de los combustibles sintéticos como solución para mitigar el cambio climático. Si bien pueden ofrecer algunos beneficios, es probable que se necesite más investigación e inversión para determinar su verdadero potencial y si pueden escalar para satisfacer las necesidades de una población mundial en crecimiento mientras aún se reducen las emisiones de gases de efecto invernadero.

 



domingo, enero 21, 2024

MUNDO. Evolución Generación Hidroeléctrica (1965 – 2022)

Por: Nelson Hernández

  • En el 2022, el mayor productor de energía hidroeléctrica fue China con 1300 TWH, equivalente al 30 % del total mundial. Esta preponderancia la mantendrá por muchos años, ya produce  3.4 veces más que Canadá, país que le sigue.

La hidroelectricidad se ha estado utilizando desde hace mucho tiempo. Es una de las fuentes de energía más antiguas utilizadas por la humanidad y sigue siendo una de las más comunes en la actualidad, mas aun por su carácter de renovable. La primera planta hidroeléctrica se construyó en 1882 en Appleton, Wisconsin, Estados Unidos, a lo largo del río Fox. Esta planta, conocida como la planta de Vulcan Street, fue desarrollada por el inventor Thomas Edison y fue la primera en generar electricidad a gran escala utilizando la energía hidroeléctrica.

La hidroelectricidad es la energía que se genera al transformar la fuerza del agua en energía eléctrica. Se construyen grandes infraestructuras hidráulicas[1], como presas, para aprovechar el potencial de este recurso renovable y libre de emisiones. Para el 2022, la hidroelectricidad proporciono el 15.2 % (4433 TWH) de la demanda global de electricidad.

A nivel mundial, para el 2022, existían 34935 plantas eléctricas con una capacidad de generación de 6535 GW. De estas, 7156 plantas son hidroeléctricas  con una capacidad de 1060 GW.

MUNDO. Plantas eléctricas por tipo y capacidad

https://public.flourish.studio/visualisation/13980534/

MUNDO. Plantas eléctricas por región, tipo y capacidad

https://public.flourish.studio/visualisation/14011519/

A nivel global se estima que ha sido aprovechado solo el 30% del potencial hidroeléctrico identificado, lo que indica que hay un gran potencial de crecimiento en este sector. La grafica a continuación muestra la evolución en los últimos 58 años de la generación de hidroelectricidad a nivel mundial.

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Del grafico se infiere:

  • Para 1965: USA, Canadá y Japón ocupan los 3 primeros lugares en generación. China está situada en el puesto 10 y Venezuela ocupa la posición 34. Con generaciones, en TWH de: 199, 118, 76, 22 y 1, respectivamente.
  • Para 1975: No existe variación en los 3 primeros lugares. China está situada en el puesto 8 y Venezuela en la posición 21. Las generaciones son respectivamente, TWH: 306, 203, 83, 44 y 9.
  • En 1985: Los 3 primeros lugares los ocupan: Canadá, USA, y Brasil. China en el puesto 6 y Venezuela la posición 16. Las generaciones en TWH son: 304, 287, 178, 92 y 33, respectivamente. Japón se sitúa en el puesto 7.
  • Para 1995: No hay variación de los 3 primeros lugares con respecto a 1985. China se posiciona en el puesto 4 y Venezuela en la posición 11. Las generaciones son: 334, 311, 254, 191 y 52 TWH, respectivamente.
  • En el 2005: China ocupa el 1er lugar. Le siguen Canadá y Brasil. USA pasa al 4to lugar y Venezuela en la posición 9. Las Generaciones en TWH son: 397, 362, 338, 266 y 77, respectivamente.
  • Para el 2015: No hay variación en los primeros cuatro lugares con respecto al año 2005. Venezuela pasa al lugar 10. Las generaciones son respectivamente: 1115, 382,360, 247 y 77 TWH.
  • Para el 2022: Las tres primeras posiciones las ocupan: China, Brasil y Canadá. Usa, continua en el 4to lugar. Venezuela en el lugar #12. Las generaciones son: 1303, 427, 398,259 y 67 TWH, respectivamente.
  • En el 2004 China pasa al 1er lugar, posición que no ha abandonado hasta la fecha, y quizás se mantenga allí siempre, ya que actualmente quien le sigue es Canadá con 383 TWH, y China genera 3.4 veces (1300 TWH) la generación canadiense. Esta posición de China se afianzo a partir de 2012, con la entrada en operación de la Represa las Tres Gargantas (22500 MW).

Por otra parte, la prospectiva global de la participación de la hidroelectricidad al 2050 en un escenario NetZero en la generación de electricidad es de 10.7 % (8825 TWH), de un total de 73765 TWH.

Aun cuando se estima que solo se ha desarrollado el 30 % del potencial de la hidroelectricidad a nivel mundial, hoy la construcción de represas para la generación hidroeléctrica está siendo cuestionada por su costo e impacto ambiental. (Ver ANEXO).

Sin embargo, no se descartan nuevas y/o ampliación de represas existentes, tal como lo muestra la prospectiva indicada. La hidroelectricidad es una fuente energética sustentable que jugara un rol preponderante en la mitigación del cambio climático, junto con la solar, eólica, geotermal, etc.

 

ANEXO

Las plantas hidroeléctricas son cuestionadas ambientalmente debido a los impactos que pueden tener en los ecosistemas y en la salud de las poblaciones cercanas. Algunos de los impactos ambientales cuestionados de las hidroeléctricas incluyen:

  • Alteración de los ecosistemas acuáticos: La construcción de presas puede interrumpir el flujo natural de los ríos y alterar los hábitats acuáticos. Esto puede afectar la migración de peces y otros organismos acuáticos, así como la calidad del agua y la biodiversidad.
  • Pérdida de tierras y desplazamiento de comunidades: La construcción de grandes presas puede requerir la inundación de áreas extensas, lo que puede resultar en la pérdida de tierras agrícolas, hábitats naturales y desplazamiento de comunidades locales.
  • Emisiones de gases de efecto invernadero: Aunque las hidroeléctricas no emiten directamente gases de efecto invernadero durante su operación, la descomposición de materia orgánica en los embalses puede generar emisiones de metano, un gas de efecto invernadero más potente que el CO2.
  • Alteración de los patrones de flujo de agua: La regulación del flujo de agua a través de las presas puede afectar los patrones naturales de inundación y sequía en los ecosistemas ribereños, lo que a su vez puede tener impactos en la flora y fauna dependiente de estos patrones.
  • Costos y tiempo de construcción: La construcción de una planta hidroeléctrica puede ser un proceso costoso y llevar mucho tiempo. Esto puede hacer que algunos proyectos no sean viables desde el punto de vista económico o que se prefieran otras fuentes de energía más rápidas de implementar.

Es importante tener en cuenta que estos factores pueden variar dependiendo de la ubicación geográfica y las circunstancias específicas de cada proyecto. Cada proyecto hidroeléctrico debe ser evaluado cuidadosamente para determinar su viabilidad y los posibles impactos ambientales y sociales asociados.



[1] Las centrales hidroeléctricas funcionan aprovechando la energía cinética y potencial del agua. Cuando el agua cae de un nivel superior a uno inferior, pasa por una turbina hidráulica que transmite la energía a un generador encargado de transformarla en energía eléctrica. La cantidad de electricidad que se puede generar depende de la altura del desnivel y del flujo de agua en el sistema.

 


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