Explorando el mercado de energía renovable: principios, aplicaciones, desarrollo histórico, estado global actual, avances tecnológicos, impactos económicos y ambientales, marcos de políticas, desafíos y tendencias futuras

La energía renovable era algo de lo que las personas hablaron futuristamente; Sin embargo, ahora está en el presente. Este cambio marca una dependencia dinámica de los combustibles fósiles a un futuro cero a carbono. El panorama energético global se está transformando a medida que las naciones se esfuerzan con los desafíos apremiantes del cambio climático, la degradación ambiental y el agotamiento de las reservas de combustibles fósiles. La energía renovable se ha convertido en un componente fundamental para abordar estos problemas, ofreciendo una alternativa sostenible y ecológica a los combustibles fósiles tradicionales. Según la Agencia Internacional de Energía Renovable (IRENA), las energías renovables representaron el 72% de todas las nuevas adiciones de capacidad de energía en todo el mundo en 2019, lo que indica un impulso significativo hacia las fuentes de energía más limpias. Como las energías renovables son económicas en la mayoría de los países y crean más oportunidades de trabajo que el sector tradicional de combustibles fósiles, se han convertido en la alternativa más selecta a los combustibles fósiles.

Cambio climático y preocupaciones ambientales para aumentar las perturbaciones en el medio ambiente

El cambio climático, impulsado predominantemente por la acumulación de gases de efecto invernadero (GEI) de actividades humanas, amenaza severamente en ecosistemas, economías y comunidades. El Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC) advierte que sin reducciones drásticas en las emisiones de GEI, las temperaturas globales podrían aumentar a 1,5 ° C por encima de los niveles preindustriales ya en 2030, lo que lleva a consecuencias ambientales catastróficas. Las tecnologías de energía renovable producen emisiones de GEI mínimas a cero durante la operación, lo que las hace esenciales para mitigar el cambio climático.

El cambio climático, causado en gran medida por actividades humanas que emiten gases de efecto invernadero, presenta problemas ambientales importantes, como temperaturas globales elevadas, ocurrencias climáticas severas, aumentos a nivel de océano y perturbaciones a los ecosistemas. Muchas especies enfrentan desafíos para adaptarse a los hábitats y las condiciones climáticas cambiantes, lo que pone en riesgo la biodiversidad. Además, las ocurrencias más frecuentes de desastres naturales como huracanes, sequías e incendios forestales empeoran las dificultades sociales y económicas, especialmente para las poblaciones vulnerables. Tomar medidas urgentes para abordar el cambio climático implica cambiar a energía renovable, mejorar la gestión de recursos y adoptar prácticas sostenibles para disminuir sus efectos y aumentar la resiliencia ambiental.

Agotamiento de las reservas de combustibles fósiles para crear urgencia en la búsqueda de alternativas sostenibles

Los combustibles fósiles (capital, petróleo y gas natural) han sido la columna vertebral del desarrollo industrial durante más de un siglo. Sin embargo, estos recursos son finitos. La revisión estadística de BP de World Energy 2020 estima que las reservas de petróleo probadas durarán aproximadamente 50 años, el gas natural 52 años y el carbón de 114 años a las tasas de consumo actuales. La urgencia de encontrar alternativas sostenibles se ve agravada por la inestabilidad geopolítica asociada con las reservas de combustibles fósiles, a menudo concentradas en regiones políticamente volátiles.

La disminución de la disponibilidad de combustibles fósiles crea grandes obstáculos para la economía mundial y la seguridad energética, ya que el carbón, el petróleo y el gas natural se están utilizando rápidamente debido a la creciente demanda, especialmente en los países en desarrollo. A medida que el proceso de extracción se vuelve más difícil y más costoso, los costos de energía podrían aumentar, lo que lleva a los efectos sobre la estabilidad económica y las principales tensiones geopolíticas en áreas abundantes de los recursos. Esta reducción resalta la necesidad apremiante de cambiar a fuentes de energía sostenibles, lo que puede ayudar a reducir el daño ambiental y apoyar la viabilidad a largo plazo. Invertir en tecnologías más limpias, mejorar la eficiencia energética y la promulgación de políticas de apoyo son métodos cruciales para adaptarse a la disponibilidad decreciente de combustibles fósiles y promover un fuerte futuro energético.

Propósito del artículo

Este artículo tiene como objetivo proporcionar un análisis en profundidad de la energía renovable como una mega tendencia que reestructura el sector energético global. Explorará varias fuentes de energía renovables, sus avances tecnológicos, impactos económicos, beneficios ambientales y los marcos de políticas que respaldan su adopción. Al examinar el estado actual, los desafíos y las perspectivas futuras, el artículo ofrece ideas integrales sobre cómo la energía renovable está preparada para impulsar el futuro de manera sostenible.

Descripción general de las fuentes de energía renovables

Las fuentes de energía renovable, como la hidroeléctrica, el viento, la energía solar, la geotérmica y la biomasa, proporcionan alternativas ecológicas a los combustibles fósiles mediante la utilización de procesos naturales para producir electricidad y calor. Las células fotovoltaicas o los sistemas térmicos solares capturan la energía solar, mientras que las turbinas se alimentan al mover el aire para generar energía eólica. La energía hidroeléctrica transforma la energía de mover el agua a la electricidad, mientras que la potencia geotérmica aprovecha el calor de debajo de la superficie de la tierra. La biomasa utiliza materiales orgánicos para generar energía. Cuando se utilizan en combinación, estas fuentes renovables son vitales para disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero, aumentar la seguridad energética y abogar por la sostenibilidad ambiental como elementos fundamentales para cambiar hacia una economía baja en carbono.

Energía solar

¿Cómo funciona la energía solar?

La energía solar opera transformando la luz solar en electricidad a través de células fotovoltaicas (PV), típicamente formadas de silicio. Cuando estas células están expuestas a la luz solar, energizan electrones, produciendo una corriente eléctrica. El DC se convierte en AC por un inversor, que permite un uso sin esfuerzo en casas y conexión a la red eléctrica. Además, los sistemas térmicos solares aprovechan la energía de la luz solar al agua tibia o el aire con fines de calefacción en residencias y sectores comerciales. En general, la energía solar utiliza la energía abundante del sol, ofreciendo una fuente de energía limpia y sostenible. La energía solar aprovecha la radiación del sol para generar electricidad o calor. La Tierra recibe aproximadamente 173,000 terawatts (TW) de energía solar continuamente, que es más de 10,000 veces el uso total de energía del mundo. Las tecnologías solares capturan esta energía a través de dos métodos principales:

• Sistemas fotovoltaicos (PV): convierta la luz solar directamente en electricidad utilizando el efecto fotovoltaico. Los fotones que golpean un material semiconductor aflojan electrones, generando una corriente eléctrica.
• Sistemas térmicos solares: use espejos o lentes para concentrar la luz solar, producir calor que puede generar electricidad a través de turbinas de vapor o proporcionar calefacción directa.

Tipos de tecnologías solares

• Paneles de silicio monocristalino: hechos de silicio de un solo cristal, que ofrece una alta eficiencia (hasta un 22%) pero a un costo más alto.
• Paneles de silicio policristalino: hechos de múltiples cristales de silicio, ligeramente menos eficientes (alrededor del 15-17%) pero más rentables.
• Las células solares de película delgada utilizan materiales como el telururo de cadmio o el selenuro de cobre de galio de indio, que ofrecen flexibilidad y menores costos de fabricación, pero menor eficiencia (alrededor del 10-12%).

Aplicaciones actuales

• Instalaciones residenciales y comerciales: las instalaciones solares en la azotea se han vuelto cada vez más populares. En los Estados Unidos, las instalaciones solares residenciales alcanzaron los 2 millones en 2019, duplicando de 1 millón en solo tres años.
• Granjas solares a escala de servicios públicos: las plantas de energía solar a gran escala contribuyen significativamente a las redes nacionales. El Parque Solar Bhadla en India, con una capacidad de 2.25 GW, es uno de los más grandes del mundo.
• Aplicaciones fuera de la red: la energía solar proporciona electricidad en áreas remotas, que alimenta a más de 1.300 millones de personas en todo el mundo que carecen de acceso a la red.

Energía eólica

Mecanismo de energía eólica

La energía eólica convierte la energía cinética del viento en energía mecánica o electricidad utilizando turbinas eólicas. A medida que el viento pasa sobre las cuchillas de la turbina, crea elevación (similar a las alas de avión), lo que hace que el rotor gire. Esta rotación impulsa un generador para producir electricidad. El aumento en la popularidad de esta fuente de energía renovable sostenible se atribuye a su impacto ambiental mínimo.

Parques eólicos en tierra vs. en alta mar

• Parques eólicos en tierra: ubicados en tierra, son más fáciles de instalar y mantener, pero pueden enfrentar la oposición debido al ruido y al impacto visual. A partir de 2020, la capacidad eólica en tierra alcanzó 700 GW a nivel mundial.
• Los parques eólicos en alta mar están situados en cuerpos de agua, típicamente en la plataforma continental. Aprovechan vientos más fuertes y más consistentes. La capacidad eólica marina creció a 35 GW para 2020, con Europa liderando en instalaciones.

Implementaciones actuales

• Países principales globales:
  • China: el mayor productor de energía eólica, con más de 288 GW de capacidad instalada.
  • Estados Unidos: segundo más grande, con 122 GW.
  • Alemania: tercero, con 62 GW.
• Proyectos innovadores: el proyecto Hornsea One en el Reino Unido es el parque eólico offshore más grande del mundo, con una capacidad de 1.2 GW.

Hidroeléctrico

Principios de energía hidroeléctrica

La energía hidroeléctrica genera electricidad aprovechando la energía del agua fluida o caída. La energía potencial del agua almacenada en las presas se convierte en energía cinética a medida que fluye a través de las turbinas, conduciendo generadores. El agua se mueve a través de una tubería, llamada Penstock, a nivel de la planta y gira las palas de la turbina. La turbina luego alimenta un generador para crear electricidad. Así es como operan la mayoría de las plantas hidroeléctricas tradicionales, como los sistemas de almacenamiento de río y bombeo

Tipos de plantas hidroeléctricas

• COMPLETO DE RÍO: Utilice el flujo natural de los ríos sin grandes depósitos.
• Plantas de almacenamiento (depósito): el uso de presas para almacenar agua proporciona un mayor control sobre la producción de energía.
• Almacenamiento bombeado: bombea agua a una mayor elevación durante los períodos de baja demanda, liberándolo para generar electricidad durante la demanda máxima.

Uso global

• Capacidad instalada: la energía hidroeléctrica es la mayor fuente de electricidad renovable a nivel mundial, con una capacidad de 1.308 GW en 2020.
• Proyectos principales:
  • Tres Gorges Dam, China: la planta hidroeléctrica más grande del mundo con una capacidad de 22.5 GW.
  • La presa Itaipu, Brasil/Paraguay: genera más de 14 GW y suministra aproximadamente el 75% de la electricidad de Paraguay.

Energía geotérmica

Aprovechar el calor de la tierra

La energía geotérmica aprovecha el calor interno de la Tierra, generado por la descomposición radiactiva y el calor sobrante de la formación planetaria. Implica el uso del calor subterráneo de la Tierra para crear electricidad y ofrecer servicios de calefacción directa. Esta fuente de energía sostenible proporciona una alternativa confiable y duradera a los combustibles fósiles, lo que ayuda a crear un panorama energético más limpio. La perforación en el suelo para extraer agua caliente y vapor es una forma de aprovechar esta fuente de calor.

Tipos de plantas geotérmicas

• Plantas de vapor seco: use vapor directamente de los depósitos geotérmicos para convertir las turbinas.
• Plantas de vapor flash: Tire de agua caliente a alta presión en tanques de baja presión, produciendo vapor.
• Plantas de ciclo binario: transfiera el calor del agua geotérmica a un fluido secundario con un punto de ebullición más bajo, vaporizándolo para impulsar las turbinas.

Aplicaciones

• Generación de electricidad: a partir de 2020, la capacidad de energía geotérmica global fue de 14 GW, con Estados Unidos liderando a 3.7 GW.
• Uso y calefacción directa: las bombas de calor geotérmica proporcionan calefacción y enfriamiento para edificios. Más de 27 GWTH (Gigawatts Termal) de capacidad geotérmica de uso directo se instala a nivel mundial.

Energía de biomasa

Convertir material orgánico

La energía de biomasa se deriva de materiales orgánicos (planta y desechos animales) que pueden quemarse o convertirse en biocombustibles. Desempeña un papel importante en el suministro de energía global, especialmente en los países en desarrollo.

Fuentes de biomasa

• Residuos agrícolas: desechos de cultivos como paja y cáscaras.
• Residuos forestales: astillas de madera, aserrín y escombros de tala.
• Cultivos de energía: plantas cultivadas específicamente para energía, como Switchgrass y Willow.
• Residuos sólidos municipales: porción orgánica de los residuos familiares e industriales.

Utilización actual

• Contribución de bioenergía: la biomasa representa aproximadamente el 10% del suministro de energía primaria global.
• Biocombustibles: en 2020, los biocombustibles proporcionaron el 4% del combustible global de transporte por carretera, siendo el etanol y el biodiesel el más común.
• Biogás: el metano producido a partir de la digestión anaeróbica se usa para electricidad, calor o como combustible del vehículo.

Tecnologías renovables emergentes

Las tecnologías renovables emergentes están transformando el sector energético al mejorar la eficiencia, el almacenamiento y la sostenibilidad. Las innovaciones como los paneles solares flotantes maximizan el espacio al generar energía en los cuerpos de agua, mientras que las turbinas eólicas avanzadas con cuchillas más grandes mejoran la potencia de salida en diversas condiciones. Las soluciones de almacenamiento de energía, que incluyen baterías de flujo y estado sólido, abordan los desafíos de intermitencia al almacenar efectivamente la energía renovable para su uso durante la demanda máxima. Además, la producción de hidrógeno verde ofrece una alternativa de combustible limpio y los sistemas geotérmicos mejorados (EGS) amplían el acceso de energía geotérmica más allá de los sitios tradicionales. La bioenergía con captura y almacenamiento de carbono (BECCS) combina la generación de energía de biomasa con captura de carbono, lo que contribuye a una huella de carbono neto negativa. Juntas, estas tecnologías juegan un papel crucial en la aceleración de la transición a un futuro de energía sostenible.

Energía de marea y oleada

• Mecanismos y potencial: utilice energía cinética y potencial de las mareas y ondas oceánicas. El potencial teórico global se estima en 1,000 a 10,000 TWH/año, suficiente para satisfacer una porción significativa de la demanda mundial de electricidad.
• Estado actual: los proyectos piloto e instalaciones a pequeña escala totalizan alrededor de 0.5 GW de capacidad.

Energía de hidrógeno

• Producción de hidrógeno verde: generada mediante electrólisis utilizando electricidad renovable. El hidrógeno verde puede almacenar el exceso de energía renovable y servir como un combustible de emisión cero.
• Impacto potencial: los proyectos de la AIE que el hidrógeno podría cumplir con el 24% de la demanda de energía global para 2050.

Desarrollo histórico de energía renovable

Las raíces de la energía renovable se pueden delinear miles de años, ya que las civilizaciones antiguas aprovecharon la energía solar para la calefacción y emplearon la energía eólica para la navegación y la molienda. Sin embargo, el siglo XIX fue testigo del inicio del progreso contemporáneo con el prefacio de la energía hidroeléctrica y las turbinas eólicas iniciales. Esto condujo a refinamientos sustanciales en tecnologías solares y eólicas a fines del siglo XX. La necesidad de abordar el cambio climático rápidamente ha acelerado las inversiones y los avances en la energía renovable, mostrándolo como una parte crucial de la combinación de energía del mundo actualmente.

Usos tempranos de las energías renovables

La humanidad ha aprovechado la energía renovable para milenios:

• Energía eólica: la energía eólica se usó para navegar en los barcos tan pronto como 5,000 a. C. y para molinos de viento en Persia alrededor de los 900 dC.
• Hidroeléctrica: ruedas de agua para moler grano se remonta a la antigua Grecia.
• Energía solar: las civilizaciones antiguas utilizaron diseños solares pasivos para calefacción e iluminación.

Avances del siglo XX

El siglo XX marcó un progreso tecnológico significativo:

• Células solares: en 1954, Bell Labs desarrolló la primera célula solar práctica de silicio con una eficiencia del 6%.
• Turbinas eólicas: la primera turbina eólica generadora de electricidad fue construida en 1887 por el profesor James Blyth en Escocia.
• Expansión hidroeléctrica: la presa Hoover, completada en 1936, se convirtió en un proyecto hidroeléctrico icónico con una capacidad de 2.08 GW.
• Energía geotérmica: la primera planta de energía geotérmica se construyó en Larderello, Italia, en 1904.

Hitos clave

• Crisis energética de los años 70: el embargo de petróleo de 1973 provocó inversión en fuentes de energía alternativas.
• Crecimiento de energía eólica de los años ochenta: California instaló más de 1 GW de capacidad eólica a principios de la década de 1980.
• 1997 Protocolo de Kyoto: establecer objetivos de reducción de emisiones de unión para los países desarrollados.
• Acuerdo de París 2015: un trato internacional histórico que limita el calentamiento global a menos de 2 ° C.

Avances tecnológicos

• Mejoras de eficiencia: la eficiencia de las células solares aumentó de 6% en 1954 a más del 22% para paneles comerciales hoy.
• Reducciones de costos: el costo de los módulos solares fotovoltaicos cayó de alrededor de USD 76 por vatio en 1977 a USD 0.38 en 2019.
• Avances de turbina eólica: el tamaño promedio de la turbina creció de 0.05 MW en 1980 a más de 2.5 MW para turbinas en tierra y hasta 12 MW para turbinas en alta mar.

Estado global actual de la energía renovable

A partir de 2024, la energía renovable persiste para desarrollarse rápidamente, impulsada por refinamientos en tecnología, reduciendo los costos y la creciente conciencia climática. La energía eólica y solar aceleró el desarrollo, con múltiples países que invierten laboriosamente en infraestructura para disminuir la dependencia de los combustibles fósiles. Los formuladores de políticas priorizan la sostenibilidad, con objetivos ambiciosos para la neutralidad de carbono y la transición de energía. De todos modos, quedan desafíos, como el almacenamiento de energía, la integración de la red y asegurar el acceso imparcial a estas tecnologías.

Tasas de adopción en todo el mundo

• La adopción de energía renovable se ha acelerado debido a la disminución de los costos, los avances tecnológicos y las políticas de apoyo.
• Adiciones de capacidad: en 2020, las energías renovables representaron el 82% de la nueva capacidad de energía a nivel mundial.
• Inversión: la inversión mundial de energía renovable alcanzó los USD 303.5 mil millones en 2020 a pesar de los impactos económicos de la pandemia Covid-19.
• Competitividad de costos: las energías renovables son ahora la fuente más barata de nueva electricidad en la mayoría de las partes del mundo.

Países principales

• Porcelana:
  • Inversión: USD 83.4 mil millones en 2020.
  • Capacidad: Proporciona tanto en viento (288 GW) como en solar (254 GW).
• Estados Unidos:
  • Inversión: USD 49.3 mil millones en 2020.
  • Capacidad: 122 GW de viento y 75 GW de solar PV.
• Unión Europea:
  • Inversión colectiva: USD 41 mil millones en 2020.
  • Alemania: 62 GW Wind y 49 GW Solar PV.
  • España e Italia: crecimiento significativo en las capacidades solares y eólicas.

Capacidad global

• Capacidad renovable total: alcanzó 2,799 GW en 2020.
  • Hidroeléctrica: 1.308 GW.
  • Energía eólica: 743 GW.
  • Energía solar: 714 GW.
• Generación de electricidad: las energías renovables generaron el 28% de la electricidad global en 2020, frente al 19% en 2010.

Comparación con los combustibles fósiles

• Nuevas inversiones: la inversión en combustibles fósiles disminuyó, con jubilaciones de plantas de carbón que se aceleran.
• Paridad de costos: el costo nivelado de la electricidad (LCOE) para la energía solar y el viento ahora es más bajo que el de las nuevas plantas de carbón y gas en la mayoría de las regiones.

Avances tecnológicos en energía renovable

Las mejoras en la tecnología de energía renovable han mejorado enormemente la rentabilidad, la accesibilidad y la eficiencia en innumerables industrias. Los avances tecnológicos como los paneles solares altamente eficientes, los diseños de turbinas eólicas avanzadas y las tecnologías de la red inteligente han aumentado la producción y la confiabilidad de la energía. Las refinamientos en las baterías de iones de litio y en estado sólido para el almacenamiento de energía permiten una mejor incorporación de fuentes renovables esporádicas, lo que garantiza un suministro de electricidad confiable. Además, los avances en el análisis predictivo y la inteligencia artificial mejoran la gestión y el consumo de energía. Estos resultados no solo ayudan a la transición hacia una energía más limpia, sino que también contribuyen a las iniciativas globales en la lucha contra el cambio climático y el avance de la sostenibilidad.

Innovaciones de tecnología solar

• Mejoras de eficiencia
  • Células solares de perovskita: lograron eficiencias de más del 25.5% en entornos de laboratorio. Los perovskitas ofrecen el potencial de mayor eficiencia a costos de producción más bajos.
  • Células multijunción: estas células se usan en aplicaciones espaciales y han alcanzado eficiencias superiores al 40% al colocar múltiples materiales semiconductores.
  • Paneles solares bifaciales: capture la luz solar de ambos lados, aumentando el rendimiento energético en un 5-20%.
• Nuevos materiales
  • Los fotovoltaicos orgánicos (OPV) utilizan compuestos orgánicos, que ofrecen flexibilidad y potencial de integración en diversas superficies. Sin embargo, actualmente son menos eficientes (alrededor del 13%).
  • Tecnologías de película delgada: el telururo de cadmio (CdTe) y el selenuro de galio de indio de cobre (CIGS) ofrecen menores costos de producción y uso de materiales.
• Tecnologías comparativas
  • Energía solar concentrada (CSP): almacena energía térmica, lo que permite la generación de electricidad incluso cuando el sol no brilla. El complejo Noor en Marruecos, con una capacidad de 580 MW, demuestra el potencial de CSP.

5.2 Avances de turbina eólica

Turbinas más grandes y eficientes

• Aumento del tamaño: las turbinas en alta mar como la GE Haliade-X pueden generar 13 MW por unidad, con diámetros del rotor de 220 metros.
• Mejoras del diseño de la cuchilla: los materiales avanzados y la aerodinámica mejoran la eficiencia y reducen el ruido. Las cuchillas ahora incorporan fibra de carbono para un peso más ligero y mayor resistencia.

Desarrollos eólicos en alta mar

• Turbinas flotantes: habilite el despliegue en aguas más profundas. Proyectos como Windfloat Atlantic en Portugal demuestran la viabilidad de los parques eólicos flotantes.
• Fundamentos innovadores: los cubos de succión y la chaqueta basados ​​en la gravedad se adaptan a diversas condiciones del fondo marino.

Mejoras aerodinámicas

• Smart Blades: incorpore sensores y actuadores para ajustar el tono y la forma de la cuchilla en tiempo real, optimizando el rendimiento.
• Dirección de estela: ajustar la orientación de la turbina para minimizar la turbulencia y maximizar la producción general de la granja.

Soluciones de almacenamiento de energía

Tecnologías de batería

• Batterías de iones de litio: dominantes en el almacenamiento de la red, con costos que disminuyen en un 87% desde 2010 a alrededor de USD 156 por kWh en 2019.
• Batinas de flujo: use electrolitos líquidos, ofreciendo escalabilidad y almacenamiento de larga duración, ideal para aplicaciones de cuadrícula.
• Batinas de iones de sodio y estado sólido: tecnologías emergentes que prometen una mejor disponibilidad de seguridad y recursos.

Sistemas de almacenamiento de cuadrícula

• Capacidad global: se proyecta que la capacidad de almacenamiento de energía crecerá de 9 GW en 2018 a 158 GW para 2024.
• Papel en la estabilidad de la red: los sistemas de almacenamiento ayudan a equilibrar la oferta y la demanda, integrar las energías renovables intermitentes y proporcionar servicios auxiliares.

Innovación

• Almacenamiento de hidrógeno: el exceso de energía renovable produce hidrógeno a través de la electrólisis, que se puede almacenar y convertir nuevamente a la electricidad.
• Almacenamiento hidroeléctrico bombeado: esto representa más del 96% de la capacidad de almacenamiento de energía global, y las innovaciones como el hidroeléctrico submarino están en desarrollo.

Integración Smart Grid e IoT (aproximadamente 300 palabras)

Gestión de redes

• Infraestructura de medición avanzada (AMI): esta tecnología permite la comunicación bidireccional entre servicios públicos y consumidores, facilitando el monitoreo en tiempo real y los precios dinámicos.
• Sistemas de gestión de distribución (DMS): optimice las operaciones de la red integrando recursos de energía distribuida (DERS).

Sistemas de respuesta a la demanda

• Modelos de precios dinámicos: aliente a los consumidores a cambiar el uso de energía a tiempos de extracción, reduciendo la tensión en la red.
• Control de carga automatizada: los electrodomésticos inteligentes ajustan la operación en función de las señales de la red, mejorando la eficiencia.

IoT en energía

• Dispositivos conectados: los termostatos inteligentes, la iluminación y los electrodomésticos reducen el consumo de energía a través de la automatización y el control remoto.
• Análisis de datos: Big Data y Machine Learning permiten mantenimiento predictivo, detección de fallas y pronósticos de energía.

Impacto económico de la energía renovable

El impacto monetario de la energía renovable es profundo, impulsando la creación de empleo, promover la innovación y aumentar las economías regionales. A medida que aumentan las adquisiciones en tecnologías renovables, se forjan millones de empleos en los sectores de instalación, fabricación, investigación y mantenimiento. Además, el desembolso decreciente de la energía solar, el viento y otras energías renovables los hace cada vez más competitivos con los combustibles fósiles, marcando el comienzo de los precios más bajos de la energía para los clientes. Los proyectos de energía renovable también donan a la soberanía de la energía, reduciendo el apoyo a los combustibles importados y la mejora de la seguridad nacional. En general, la transición a las energías renovables respalda el crecimiento económico soportable al tiempo que predica los desafíos ambientales.

Tendencias de costos

Costos de disminución de las tecnologías

• Solar PV: el promedio global LCOE para la energía solar fotovoltaica a escala de servicios públicos cayó un 85% de 2010 a 2020, alcanzando USD 0.057 por kWh.
• Viento en tierra: LCOE disminuyó en un 56% a USD 0.039 por kWh.
• Viento en alta mar: los costos disminuyeron en un 48%, alcanzando USD 0.084 por kWh.

Economías de escala y avances tecnológicos

• Escala de fabricación: la mayor capacidad de producción, particularmente en China, ha reducido los costos unitarios.
• Eficiencia mejorada: las innovaciones tecnológicas han aumentado los rendimientos de energía por unidad.
• Creación de empleo
• Oportunidades de empleo
• Empleos de energía renovable global: empleó a 11.5 millones de personas en 2019.
  • Solar PV: 3.8 millones de empleos.
  • Bioenergía: 3.2 millones de empleos.
  • Energía eólica: 1.2 millones de empleos.
• Crecimiento proyectado: Irena estima que el empleo de energía renovable podría alcanzar los 42 millones para 2050.

Impactos regionales

• Asia: representa el 63% de los trabajos mundiales de energía renovable, siendo China el mayor empleador.
• Diversificación económica: las energías renovables ofrecen oportunidades de trabajo en fabricación, instalación, mantenimiento e investigación.

Tendencias de inversión

Financiación global y flujos de capital

• Inversión acumulada: más de USD 2.6 billones invertidos en energías renovables de 2010 a 2019.
• Bonos verdes: la emisión alcanzó USD 270 mil millones en 2020, financiando proyectos de energía renovable.

Participación del sector privado

• Adquisición de energía renovable corporativa: las empresas compraron 23.7 GW de capacidad renovable en 2020, lo que demuestra un creciente compromiso corporativo.

Comparación con los combustibles fósiles

Competitividad económica

• Paridad de costos: las energías renovables son competitivas en costos o más baratas que las nuevas plantas de combustible fósil en la mayoría de las regiones.
• Riesgo de activos varados: las inversiones en combustibles fósiles pueden ser no rentables debido a cambios de políticas y dinámica del mercado.

Subsidios y externalidades

• Subsidios de combustibles fósiles: estimado en USD 320 mil millones en 2019, distorsionando los mercados energéticos.
• Subsidios de energía renovable: totalizó USD 140 mil millones en 2019, apoyando la implementación de tecnología.

Impacto ambiental de la energía renovable

Las fuentes de energía renovables, como el viento, la energía solar y la energía hidroeléctrica, disminuyen en gran medida las emisiones de gases de efecto invernadero correspondientes a los combustibles fósiles, donando al alivio del cambio climático. Sin embargo, también tienen consecuencias ambientales, incluidos los cambios en el uso de la tierra, la interrupción del hábitat y la extracción de recursos para materiales como metales en paneles solares y baterías. Dado que su huella general es típicamente más baja, la planificación y la gestión cuidadosa son vitales para minimizar los efectos desfavorables y garantizar la evolución sostenible.

Reducción de emisiones de gases de efecto invernadero

• Emisiones evitadas: las energías renovables impidieron 2.1 gigatones (GT) de emisiones de CO2 en 2020, equivalente a las emisiones combinadas de Alemania y Japón.
• Contribución de los objetivos climáticos: la transición a un sistema de energía basado en renovable podría lograr el 90% de las reducciones de emisiones de CO2 relacionadas con la energía necesarias para limitar el calentamiento global a 2 ° C.

Mejoras de la calidad del aire y el agua

• Beneficios para la salud: la reducción de la contaminación del aire de los combustibles fósiles podría evitar 4,2 millones de muertes prematuras anualmente.
• Conservación del agua: las energías renovables como el viento y la energía solar fotovoltaica requieren agua mínima, a diferencia de las centrales eléctricas térmicas, que consumen agua significativa para el enfriamiento.

Uso de la tierra y consideraciones de vida silvestre

• Interrupción del hábitat: los proyectos renovables pueden afectar los ecosistemas locales.
• Turbinas eólicas: representan riesgos para las aves y los murciélagos; Las medidas de mitigación incluyen sistemas de reducción inteligente y radar.
• Granjas solares: intensas en la tierra; Las soluciones incluyen prácticas de tierra de doble uso como Agrivoltaica.
• Evaluaciones ambientales: minimizar los impactos negativos y garantizar el desarrollo sostenible es necesario.

Análisis de ciclo de vida

• Comparación de huella de carbono:
  • Solar PV: emite 48 g de CO2-eq/kWh durante su ciclo de vida.
  • Energía eólica: emite 11 g de CO2-eq/kWh.
  • Carbón: emite 820 g de CO2-eq/kWh.
• Uso y reciclaje de recursos: la gestión de tecnologías renovables al final de la vida es crucial; Se están desarrollando programas de reciclaje para paneles solares y baterías.

Política y marcos regulatorios de energía renovable

Los marcos de políticas y regulatorios para energía renovable encierran una tierra de mandatos, incentivos y estándares creados para facilitar la adopción de tecnologías de energía sanitaria. Estos incluyen estándares de cartera renovables, créditos fiscales, tarifas de alimentación y acuerdos de compra de energía, que promueven la inversión y la innovación. Los gobiernos también establecen ordenanzas ambientales y enfoques de integración de red para garantizar que las fuentes de energía renovable puedan funcionar de manera eficiente y de manera sostenible dentro de los sistemas de energía existentes. Un marco robusto promueve la confianza del mercado y acelera el cambio a una economía baja en carbono.

Incentivos y subsidios gubernamentales

• Tarifas de alimentación (FIT): proporcione contratos a largo plazo y precios garantizados, lo que estimula la adopción renovable temprana.
• Normas de cartera renovables (RPS): exigir a los servicios públicos para producir un cierto porcentaje de electricidad a partir de las energías renovables.
• Incentivos fiscales:
  • Crédito fiscal de inversión (ITC): Estados Unidos ofrece un crédito fiscal del 26% para las instalaciones solares.
  • Crédito fiscal de producción (PTC): proporciona USD 0.015 por kWh para la energía eólica producida en los EE. UU.

Acuerdos internacionales

• Acuerdo de París:
  • Objetivos: Limite el calentamiento global a muy por debajo de 2 ° C, busque esfuerzos por 1.5 ° C.
  • Contribuciones determinadas a nivel nacional (NDCS): los países presentan planes para reducir las emisiones.
• Objetivos de desarrollo sostenible (ODS):
  • Objetivo 7: Asegurar el acceso a energía asequible, confiable, sostenible y moderna para todos para 2030.

Objetivos de energía renovable

• Unión Europea:
  • 2030 Objetivo: 32% de participación de energía renovable en el consumo bruto de energía final.
  • Neutralidad climática para 2050: el acuerdo verde europeo tiene como objetivo para las emisiones netas de cero.
• Porcelana:
  • 2030 Objetivo: Aumente la participación de los combustibles no fósiles en el consumo de energía primaria al 25%.
  • 2060 Objetivo: lograr la neutralidad de carbono.

Mecanismos de fijación de precios de carbono

• Sistemas de comercio de emisiones (ETS):
  • EE ET: cubre el 45% de las emisiones de la UE, con precios de carbono que alcanzan más de € 50 por tonelada en 2021.
  • ETS Nacional de China: lanzado en 2021, inicialmente cubriendo el sector eléctrico.
• Impuestos al carbono:
  • Implementación: 29 países tienen impuestos al carbono.
  • Suecia: la tasa más alta a USD 127 por tonelada de CO2.

Desafíos y barreras para la adopción de energía renovable

La adopción de energía renovable enfrenta varios desafíos e impedimentos, el acceso restringido al financiamiento, incluidos los mayores costos iniciales de capital y las preocupaciones de vencimiento tecnológico. Las limitaciones de infraestructura, como la capacidad de la red inadecuada y los problemas de integración, pueden desviar el despliegue. Además, la incertidumbre regulatoria y política, junto con la resistencia de los sectores de energía convencionales, puede retrasar el progreso. La cognición general y la aceptación también juegan roles cruciales, ya que la información errónea y la ausencia de conocimiento sobre las tecnologías renovables pueden impedir una adopción generalizada. Abordar estas barreras es fundamental para acelerar el cambio a un futuro de energía sostenible.

Intermitencia y confiabilidad

• Variabilidad del suministro:
  • Solar y viento: depende de las condiciones climáticas, lo que lleva a fluctuaciones en la generación de energía.
• Soluciones:
  • Almacenamiento de energía: las baterías y otras tecnologías de almacenamiento equilibran la oferta y la demanda.
  • Interconexiones de cuadrícula: las redes más amplias distribuyen energía excedente y mitigan la escasez local.
  • Respuesta a la demanda: ajustar los patrones de consumo para que coincidan con la disponibilidad de oferta.

Necesidades de infraestructura

• Modernización de la cuadrícula:
  • Se requiere inversión: la AIE estima que USD 13.3 billones se necesita para la expansión y la modernización de la red para 2050.
• Capacidad de transmisión:
  • Recursos remotos: muchos recursos renovables se encuentran lejos de los centros de demanda, lo que requiere nuevas líneas de transmisión.

Desafíos financieros y de inversión

• Costos por adelantado:
  • Itensivo de capital: los proyectos renovables requieren una inversión inicial significativa.
• Acceso a la financiación:
  • Países en desarrollo: enfrentan mayores costos de endeudamiento y acceso limitado a los mercados de capitales.
• Incertidumbre política:
  • Riesgos regulatorios: los cambios en las políticas pueden afectar la viabilidad del proyecto y la confianza de los inversores.

Aceptación social

• Percepción pública:
  • Nimbyismo ("no en mi patio trasero"): oposición debido al impacto visual, el ruido o las preocupaciones ambientales.
• Compromiso comunitario:
  • Participación: involucrar a las comunidades locales en la planificación y la oferta de beneficios puede aumentar la aceptación.
• Educación y conciencia:
  • Informar al público: destacar los beneficios ambientales y económicos puede reducir la resistencia.

Perspectivas y tendencias futuras

Las oportunidades de energía renovable están prometiendo, impulsadas por avances tecnológicos, reduciendo los costos y mejorando el apoyo a las políticas. Las tendencias demuestran una rápida expansión de soluciones de almacenamiento de energía mejoradas, energía solar y eólica, y una mayor integración de las tecnologías de la red inteligente. Las innovaciones en la producción de hidrógeno y la captura de carbono están ganando tracción, mientras que las técnicas de energía descentralizadas y los proyectos comunitarios están autorizando soluciones de energía locales. A medida que las obligaciones globales de combatir el cambio climático se fortalecen, se espera que la energía renovable juegue un papel central en el logro de la neutralidad del carbono y la remodelación del panorama energético en las próximas décadas.

Crecimiento previsto

• Escenarios de la IEA:
  • Renovables: podría representar el 90% de las nuevas adiciones de capacidad de potencia durante la próxima década.
• Vehículos eléctricos (EV):
  • Crecimiento: Se proyecta que las acciones de EV alcanzarán los 245 millones para 2030, aumentando la demanda de electricidad en un 6%.

Tecnologías emergentes

• Energía de fusión:
• Proyecto ITER: Su objetivo es demostrar la viabilidad del poder de fusión para 2035.
• Materiales avanzados:
• Nanotecnología: las mejoras en las células solares y las baterías podrían mejorar significativamente el rendimiento.
• Captura y almacenamiento de carbono (CCS):
• Integración con energías renovables: CCS puede complementar las energías renovables reduciendo las emisiones del uso restante de combustibles fósiles.

Papel de IA y Big Data

• Optimización de los sistemas de energía:
• Algoritmos de IA: Mejorar el pronóstico de la generación renovable, mejorando la estabilidad de la red.
• Mantenimiento predictivo:
• Reducción del tiempo de inactividad: los modelos de aprendizaje automático predicen fallas en los equipos, ahorrando costos y mejorando la confiabilidad.

Descentralización y prosumadores

• Generación local:
• Microgridas: mejore la resiliencia y permita a las comunidades generar y administrar su propia energía.
• Prosumers:
• Productores de energía y consumidores: los hogares y las empresas generan energía excedente, alimentándola nuevamente en la red.
• Plataformas de comercio de energía:
• Tecnología de blockchain: permite transacciones de energía seguras y transparentes entre pares.

Un cambio crucial para lidiar con el cambio climático acelerado

La energía renovable ha visto un cambio significativo, cambiando de una pequeña industria especializada a un aspecto completo de la escena energética mundial. Varias razones principales, como la expansión de capacidad rápida, el progreso tecnológico notable y los recortes de costos sustanciales, han impulsado este cambio. Los avances tecnológicos han sido esenciales en este cambio. Los avances en el almacenamiento de energía, la integración de la red y la eficiencia de la generación han mejorado la viabilidad y la fiabilidad de las fuentes renovables. Estos desarrollos también han ayudado a reducir costos, permitiendo que una gama más amplia de clientes y empresas accedan a la energía limpia.

La mayor urgencia de tratar con el cambio climático ha acelerado la transición a fuentes de energía renovable. Debido al aumento de las temperaturas globales y el empeoramiento de los patrones climáticos, es crucial disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero. La energía renovable contribuye a este objetivo y mejora la calidad del aire al reducir la dependencia de los combustibles fósiles, que son un factor clave en la contaminación del aire. Además, el apoyo a las inversiones de energía sostenible promueve el desarrollo económico duradero. Genera empleo en producción, ensamblaje y mantenimiento, así como para aumentar las economías locales mediante la mejora de la construcción de infraestructura. Al dar prioridad a las fuentes de energía renovables, los países pueden mejorar su seguridad energética, disminuir la dependencia de los combustibles extranjeros y crear un futuro más robusto y duradero.

Los avances tecnológicos, las necesidades económicas y la importancia ambiental están impulsando la transición de energía renovable de un pequeño sector a un elemento crucial en el sector energético. Este cambio se centra en los problemas ambientales actuales y sienta las bases para una economía mundial robusta y próspera.