La Agencia Internacional de la Energía define la energía solar como aquella que se puede extraer de la luz solar que llega a la tierra y ser transformada en otras formas de energía útil, como energía térmica o eléctrica.

La luz solar puede ser convertida de manera directa en energía eléctrica, a través de celdas fotovoltaicas o bien en energía calórica a través de equipamiento de concentración solar.

En los sistemas de aprovechamiento térmico, el calor recogido en los colectores solares o concentradores puede destinarse a satisfacer numerosas necesidades como, por ejemplo, obtención de agua caliente para consumo doméstico o industrial, o bien para fines de calefacción, aplicaciones agrícolas, y la producción de electricidad a través de un proceso termoeléctrico.

Por su parte, los Paneles Fotovoltaicos, que constan de un conjunto de celdas solares, se utilizan para la producción de electricidad y constituyen una adecuada solución para el abastecimiento eléctrico tanto en áreas rurales como desérticas, que cuentan con un recurso solar abundante. La electricidad obtenida mediante los sistemas fotovoltaicos puede utilizarse en forma directa, o bien ser almacenada en baterías para utilizarla durante la noche.

Fuente: Internacional Energy Agency

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La energía eólica es aquella energía cinética que se encuentra disponible en una masa de aire en movimiento (viento). Según la Administración de Información de la Energía de los EE.UU. esta energía ha sido utilizada por el ser humano desde, al menos, el año 5.000 A.C.

Los aerogeneradores son dispositivos diseñados para transformar la energía cinética del viento en energía eléctrica. Producto de intensas actividades de investigación y desarrollo, su diseño aerodinámico ha tenido importantes variaciones desde sus orígenes a la fecha. En la actualidad, el diseño más común consiste en una turbina de tres palas) montadas sobre una torre. La turbina está acoplada mecánicamente a un generador eléctrico. La cantidad de energía que un aerogenerador puede transformar en electricidad dependerá, además de la velocidad del viento, de la altura de la torre y del largo de sus palas.

Fuente: EIA – U.S. Energy Information Administration

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La bioenergía se define como la energía contenida en la biomasa. La biomasa corresponde a cualquier materia orgánica que esté disponible de manera renovable, tales como residuos de animales, plantas, cultivos o deshechos orgánicos.

Dependiendo de la biomasa que se utilice, la bioenergía puede ser utilizada como energía térmica, a partir de la quema directa, o bien a partir de un proceso de transformación en un combustible gaseoso (biogás) o en un combustible líquido (biocombustible).

Fuente: Agencia Internacional de la Energía

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La Asociación Europea de la Energía Oceánica plantea que hay, al menos, cuatro formas de extraer el contenido energético disponible en los mares: tecnología undimotriz, mareomotriz, de gradiente térmico y de gradiente de salinidad.

La tecnología undimotriz extrae energía del movimiento de las olas, de igual forma, la tecnología mareomotriz aprovecha las mareas o corrientes marinas. Por su parte, la tecnología de gradiente térmico aprovecha las diferencias de temperatura entre la superficie y las aguas profundas, y, por último, está la tecnología gradiente de salinidad.

Chile es un país que tiene más de 4.500km de costa y una tradición naval importante, por lo que se estima que la energía de los mares puede jugar un rol, tanto a nivel de provisión de energía a la red como en aplicaciones descentralizadas. Con el propósito de aprovechar estas ventajas, nuestro país ha estado preparando sus capacidades tecnológicas poniendo en marcha una serie de iniciativas público-privadas, que buscan entender mejor el tipo de recurso de recurso y su disponibilidad en el territorio, evaluar los impactos ambientales y sociales, así como también preparar el capital humano necesario para facilitar la implantación de esta tecnología cuando esta esté en condiciones de competir en el mercado.

Fuente: Ocean Energy Europe

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La energía eléctrica producida a partir de la energía potencial contenida en un volumen de agua ubicado a una cierta altura se denomina energía hidroeléctrica. En Chile, se utilizan generalmente dos tipos de centrales, de embalse y de pasada.

Las centrales de embalse interrumpen el curso normal de un río con el propósito de controlar la acumulación o liberación del agua almacenada, lo que permite gestionar la cantidad de energía producida. Las centrales de pasada desvían momentáneamente una parte del caudal de un curso de agua, con el propósito de dejarla caer sobre una turbina que produce la electricidad. Una vez terminado el proceso, el agua es devuelta al cauce natural.

La energía hidroeléctrica es renovable y su disponibilidad depende principalmente de los ciclos hidrológicos. Es del caso señalar que la Ley General de Servicios Eléctricos, en su artículo 225, define que serán consideradas como Medios de Generación Renovables No Convencionales, aquellas centrales hidroeléctricas cuya potencia conectada sea inferior o igual a los 20 MW.

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La energía geotérmica de alta entalpía es aquella en forma de calor que está disponible bajo la superficie terrestre, a profundidades relativamente bajas, producto de la presencia de magma a alta temperatura.

Una forma de extraer esta energía es aprovechar yacimientos de agua o vapor subterráneo que estén cercanos a la fuente de calor.

El calor extraído en la superficie se utiliza para producir vapor a presión que alimenta a una turbina encargada de la producción de electricidad. Finalmente, en las centrales de ciclo cerrado, el agua es reinsertada al yacimiento con el propósito que absorba nuevamente la energía térmica disponible.

Por su parte, la energía geotérmica de baja entalpía aprovecha las propiedades de aislación térmica de la parte más superficial de la corteza terrestre. A unos pocos de metros bajo tierra, la temperatura se mantiene estable durante el año en algunas decenas de grados Celsius. Con el propósito de aprovechar este fenómeno, se instala un circuito de cañerías bajo tierra, y se hace circular lentamente un líquido caloportador que en la superficie está a temperatura ambiente. Independientemente de cuál sea la temperatura ambiente, el líquido, al circular por las cañerías, equilibra siempre su temperatura con de la tierra. Así, si la temperatura ambiente es menor a la del interior de la cañería, entonces el líquido absorbe temperatura, mientras que, si el ambiente tiene una temperatura superior, entonces baja su temperatura.

Existe una gran variedad de formas para aprovechar la geotermia de baja entalpía, tanto para calefacción, refrigeración y agua caliente sanitaria. Una forma que ha probado ser eficiente es el uso de bombas de calor.

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Los sistemas de almacenamiento de energía no producen energía por sí mismos, sino que permiten absorber energía desde una fuente en un momento determinado, y entregarla en otro momento para su consumo.

Según lo indica el Centro de Sistemas Sustentables, de la Universidad de Michigan, las tecnologías de almacenamiento están siendo desarrolladas, al menos, desde la primera mitad del siglo XIX. No hay una única forma de clasificar los sistemas de almacenamiento, sin embargo, lo más común es hacerlo a partir de la forma de energía que es almacenada. Así, es posible distinguir los sistemas de almacenamiento eléctricos, químicos, electroquímicos, mecánicos, hidráulicos y térmicos.

A la fecha, los sistemas de almacenamiento de energía se han masificado en aplicaciones donde no se requieren altos volúmenes de energía. Sin embargo, la investigación y desarrollo en esta área tomó fuerza, primero con la crisis del petróleo en EE. UU. de los años 70s y, más recientemente, a partir del impulso dado por la industria de la movilidad eléctrica.

Desde la perspectiva de las aplicaciones en la red eléctrica, que requieren grandes volúmenes de energía, los sistemas de almacenamiento más comunes son los de bombeo. Estos emulan la operación de una central hidroeléctrica, ya que utilizan energía eléctrica para bombear grandes volúmenes de agua hacia un depósito ubicado a una cierta altura, almacenando la energía en forma de energía potencial. Para extraer la energía, se deja caer el agua sobre una turbina, la cual está acoplada a un generador eléctrico.

Con los últimos desarrollos tecnológicos, el almacenamiento electroquímico en formas de baterías ha ido aumentando la cantidad de energía almacenable, al mismo tiempo que ha reducido considerablemente sus costos de inversión.

El primer sistema de almacenamiento conectado a la red eléctrica instalado en Chile está en la Subestación Eléctrica Andes, y fue puesto en servicio en 2009.

Fuente: Center for Sustainable Systems (University of Michigan)

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Coordinador Eléctrico Nacional alista sistema experto en pronósticos eólicos

La plataforma busca usar las fuentes de información y datos que entregan las empresas operadoras y por un servicio externo especializado, para seguir perfeccionando la gestión en la generación de este tipo de energía.

Este año el Coordinador Eléctrico Nacional implementará un sistema experto de pronósticos de generación eólica existente en el país, a partir de la combinación de dos fuentes de información que actualmente operan con el propósito de perfeccionar la gestión de este recurso en la operación del sistema eléctrico local.

Esta iniciativa se enmarca en el Sistema Centralizado de Pronósticos que ejecuta el organismo coordinador con el objetivo de aumentar los niveles de integración de energías renovables variables (solar fotovoltaica y eólica) en el sistema eléctrico, el cual implicó un trabajo de colaboración con GIZ Chile y el Ministerio de Energía.

Sistema

En un documento enviado a ELECTRICIDAD por parte del Coordinador Eléctrico Nacional se señala que actualmente el organismo cuenta con los pronósticos de generación eólica para plantas sobre 9 MW elaborados por las empresas coordinadas, así como con pronósticos elaborados por un servicio externo especializado para las mismas centrales y adicionalmente para centrales de potencia menor a 9 MW.

“Observamos que existe una clara tendencia de mejora en el desempeño de los pronósticos de ambas fuentes. De esta forma, para el caso de centrales mayores a 9 MW el Coordinador ha analizado la conveniencia de utilizar una de las dos fuentes de pronósticos que haya demostrado el mejor desempeño”, se indica.

El documento afirma que, en este contexto, en el organismo se trabaja para implementar un sistema experto de pronósticos “que realiza una combinación de ambas fuentes cuyo fundamento es una metodología de optimización en base a un entrenamiento, usando los resultados históricos de desempeño. Esto permite aprovechar de la mejor forma el desempeño las fuentes de pronósticos disponibles”.

“Este sistema experto ha estado en proceso de marcha blanca desde junio a la fecha. Los resultados obtenidos indican que se obtienen mejoras importantes, y se espera utilizar este sistema durante el primer trimestre de este año”, se agrega.

Resultados

La evaluación del sistema centralizado de pronósticos es positiva en el Coordinador, por lo que se espera que el procesamiento de los datos siga mejorando entre los operadores de parques eólicos.

“Si bien es positivo observar una tendencia de mejora año a año en el desempeño de los pronósticos, aún existen oportunidades de mejora en los resultados, tanto en la cantidad y calidad de los datos así como en nuevas variables a medir aspectos que influyen en el desempeño de los modelos predictivos”, se sostiene en documento del organismo.

También se estima que el Reglamento de la Coordinación y Operación del Sistema Eléctrico Nacional, publicado en diciembre de 2019, permita profundizar los avances en esta materia, pues se contemplan nuevas exigencias para las empresas coordinadas como la necesidad de disponer de equipamiento para realizar mediciones del recurso primario y variables meteorológicas; entrega de información estadística y en línea de su disponibilidad de recursos y variables meteorológicas; ente otros aspectos.

“Estas nuevas exigencias van en línea en contar con más y mejor información para que el sistema centralizado de pronósticos pueda optimizar sus resultados. Adicionalmente, el Coordinador continuará impulsando y apoyando investigaciones que contribuyan a contar con mejores modelos predictivos”, se añade.

Como perspectivas a futuro, el documento plantea que la idea es incluir el sistema experto de pronósticos en las nuevas centrales eólicas que se incorporan al sistema eléctrico, considerando el significativo aumento que se tendrá en la capacidad instalada de esta tecnología.

Antecedentes

El sistema centralizado de pronósticos de generación solar y eólica, parte importante del sistema experto, comenzó a trabajarse a partir de los análisis y estudios realizados por una mesa de trabajo conformada en 2015 por el Coordinador Eléctrico Nacional, la Comisión Nacional de Energía, el Ministerio de Energía y GIZ Chile, donde se contrató a un proveedor de pronóstico para implementarlo en el organismo coordinador.

“El principal objetivo para implementar el sistema de pronósticos centralizado fue disminuir el error de pronóstico de generación para aprovechar los recursos de estas fuentes renovables variables de manera eficiente. En ese momento, el Coordinador recibía únicamente los pronósticos que los mismos parques envían, por lo tanto, con este sistema de pronósticos centralizado se obtiene información adicional y aumenta la confiabilidad, útil para procesos como la programación de generación y la operación en tiempo real”, explica Nataly Montezuma, asesora técnica de GIZ Chile.

A su juicio, el pronóstico eólico es un desafío, “tanto para el sistema centralizado como para los pronósticos enviados por los parques debido a la alta variabilidad del viento en algunas zonas del norte de Chile, pero el error del pronóstico del sistema centralizado fue disminuyendo durante su etapa de prueba, debido a que el proveedor implementó mejoras como la integración de modelos numéricos adicionales de predicción meteorológica de alta resolución, para captar mejor los efectos meteorológicos de zonas complejas de Chile, y modelos estadísticos para modelar mejor las diferencias horarias en la generación observada”.

“Además, los modelos aplicados cuentan con métodos de inteligencia artificial y así generan aprendizaje de datos históricos”, agrega la especialista.

La ejecutiva menciona la experiencia realizada en Alemania con el desarrollo de estas soluciones. “Podríamos poner como caso el del operador 50 Hertz, que es el responsable del noreste de ese país, que es la zona con mayor penetración renovable (mayor a 50%), donde se tiene implementado un sistema de pronósticos centralizado para la generación eólica y solar con varios proveedores especializados en paralelo”.

“Esta redundancia aumenta la seguridad por si un proveedor falla y además se incentiva la competencia por la mejor calidad de pronóstico entre las empresas al recompensar los mejores proveedores. Alemania tiene el desafío adicional que la mayoría de las energías renovables están conectados a nivel de distribución y por lo tanto no cuentan con tantas señales en vivo de las plantas. Por ello, los pronósticos incorporan extrapolaciones por zona basado solamente en algunas mediciones representativas”, afirma.

Nataly Montezuma explica que los principales desafíos técnicos en materia de pronósticos de viento para la operación del sistema apuntan a “mejorar la precisión del pronóstico del día siguiente o day-ahead, puesto que son los que tienen mayores desviaciones de generación debido a la naturaleza cíclica y variaciones abruptas locales y difíciles de predecir del viento en algunas zonas de Chile”.

Y concluye: “El proveedor del sistema de pronósticos centralizado se ha enfocado en mejorar este pronóstico con implementación de mejoras en los modelos utilizados, además de entre otras cosas trabajar en conjunto con el Coordinador para mejorar la calidad de datos y señales enviadas al sistema”.

Fuente: Revista Electricidad

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