Hasta ahora, en 2023, las emisiones de carbono del sector eléctrico de Gran Bretaña han caído a sus niveles más bajos de la historia. Incluso en abril se estableció un nuevo récord mínimo de intensidad de carbono por media hora: solo 33 gCO2/kWh.
¿Pero cuánto está contribuyendo el almacenamiento de energía en baterías a la reducción de emisiones?
¿Cuáles son los puntos clave?
El almacenamiento en baterías ha reducido más de un 1% las emisiones del sector eléctrico británico desde 2021
La respuesta de frecuencia es responsable de casi todo este beneficio
La Contención Dinámica es (con diferencia) la acción más beneficiosa en carbono que actualmente realizan las baterías
Metodología
¿Cómo medimos las emisiones de carbono del sector eléctrico?
La intensidad de carbono es una medida de las emisiones de carbono provenientes de la generación eléctrica. Se mide en gCO2/kWh. Es decir, ¿cuántas emisiones de carbono se generaron por cada kWh producido?
La intensidad de carbono de una tecnología depende de varios factores, como el tipo de combustible y la eficiencia.
National Grid ESO calcula y publica la intensidad de carbono de la red cada media hora; puedes ver los datos aquí.
¿Cómo puede el almacenamiento en baterías reducir las emisiones de carbono?
El almacenamiento de energía en baterías puede reducir las emisiones de carbono de la red de dos maneras:
- Cambios directos en las emisiones: como resultado de la energía importada desde o exportada a la red.
- Impactos indirectos: al prestar servicios a la red (como la respuesta de frecuencia).
¿Pero cómo cuantificamos esto?
Beneficio de carbono de las acciones energéticas directas
Cada vez que las baterías importan o exportan energía de la red, hay un cambio en la carga neta del sistema, lo que tiene un impacto correspondiente en el carbono.
El almacenamiento de energía a gran escala suele importar o exportar por una de tres razones:
- Acciones de arbitraje energético en respuesta a los precios.
- Acciones del Mecanismo de Balanceo en respuesta a instrucciones de National Grid ESO.
- Servicios de red, por ejemplo, descargar tras una caída de frecuencia.
Multiplicando estos volúmenes de importación y exportación por la intensidad de carbono de cada media hora, podemos calcular su impacto en carbono.
- Tras el lanzamiento de la Regulación Dinámica, las acciones energéticas de las baterías han contribuido en realidad con 8.000 toneladas de emisiones.
- Sin embargo, en general, este número es insignificante: el sector eléctrico fue responsable de 123 millones de toneladas de emisiones de CO2 en el mismo periodo!
En esencia, las acciones energéticas del almacenamiento en baterías no reducen la intensidad de carbono de la red. Entonces, ¿cómo están ayudando las baterías a reducir las emisiones?
Beneficio de carbono de los servicios de red
Las baterías pasan la mayor parte del tiempo contratadas para entregar diferentes servicios de respuesta de frecuencia. Hay cuatro servicios principales de respuesta de frecuencia que prestan las baterías:
- Contención Dinámica: servicio muy rápido, posterior a una falla.
- Moderación Dinámica: servicio muy rápido, previo a una falla.
- Regulación Dinámica: servicio rápido, previo a una falla.
- Respuesta Firme de Frecuencia: servicio más lento, antes y después de una falla.
Estos servicios implican que las baterías cargan y descargan energía de la red (como se explicó antes). Sin embargo, su principal beneficio es que permiten a National Grid ESO operar el sistema de forma segura y fiable, a la vez que se reducen las emisiones.
¿Cuál es, entonces, el beneficio de carbono del almacenamiento en baterías al prestar estos servicios? Podemos estimarlo analizando las acciones que se habrían tomado sin ellos.
Respuesta Obligatoria de Frecuencia
El sistema eléctrico necesita respuesta de frecuencia para mantener la estabilidad. Cuando National Grid ESO no puede adquirir el nivel necesario de los cuatro servicios anteriores, su sala de control recurre a la Respuesta Obligatoria de Frecuencia.
Las centrales de ciclo combinado (CCGT) aportan la mayor parte de la Respuesta Obligatoria de Frecuencia. Por ello, la intensidad media de carbono de los sistemas que prestaron el servicio fue de 391 gCO2/kWh entre abril de 2022 y marzo de 2023.
Este servicio es más lento que los tres nuevos servicios dinámicos de frecuencia, por lo tanto, es menos eficiente para proporcionar la misma respuesta. Esto significa que se requieren más megavatios para lograr el mismo efecto. Por ejemplo, la Contención Dinámica para baja frecuencia puede requerir hasta tres veces el volumen de la Respuesta Obligatoria de Frecuencia para reemplazarla.
Emisiones operativas evitadas por la ROF
La simetría entre la respuesta de alta y baja frecuencia debería hacer que los impactos de carbono de la Respuesta Obligatoria de Frecuencia se equilibren. Sin embargo, hasta hace poco, National Grid ESO ha priorizado fuertemente la respuesta de baja frecuencia, especialmente en Contención Dinámica.
Usar Respuesta Obligatoria de Frecuencia en vez de respuesta dinámica de baja frecuencia resulta en más emisiones de carbono; por tanto, al proporcionar respuesta dinámica de baja frecuencia, las baterías reducen las emisiones. Desde 2021, esto ha ahorrado unas 480.000 toneladas de emisiones de CO2.
Mejora de la eficiencia del sistema
Otra consecuencia de la Respuesta Obligatoria de Frecuencia es la reducción de la eficiencia total del sistema. Muchas veces, las plantas que prestan el servicio deben ser reposicionadas para dejar espacio suficiente para la entrega. Las CCGT funcionan de manera más eficiente a plena carga, pero para prestar la ROF, a menudo se les baja el punto de operación.
Para equilibrar la energía en el sistema, otra planta debe aumentar su generación para compensar (a menudo una CCGT menos eficiente). Esto reduce la eficiencia en ambas plantas y aumenta la intensidad de carbono de los dos sitios.
Este impacto puede parecer mínimo, apenas un 0,5% más de intensidad de carbono entre ambas plantas. Sin embargo, este aumento se aplica a toda la producción de ambas plantas, no solo al volumen instruido para la ROF. Resultado: más emisiones de carbono.
Esto no es todo. La ROF a veces provoca situaciones aún peores, como la reducción de la producción eólica. El impacto en carbono de estas acciones sería aún mayor.
En promedio, un MWh de ROF implica un aumento del 4% en la intensidad de carbono del volumen de generación equivalente.
Desde 2021, esto equivale a 637.000 toneladas de emisiones de CO2 evitadas.
Acciones de gestión de inercia evitadas
La inercia es una característica física de los sistemas eléctricos que ralentiza la velocidad a la que cambia la frecuencia de la red. Se proporciona principalmente como subproducto de grandes generadores sincronizados con la red. National Grid ESO debe mantener un nivel mínimo de inercia para garantizar la estabilidad del sistema.
La inercia proporcionada por el mercado puede caer a veces por debajo de ese punto. Entonces, la sala de control debe reducir la producción eólica o de interconectores (que no aportan inercia) y aumentar la de las CCGT para compensar, lo que incrementa las emisiones.
El sistema ha experimentado una reducción tanto en la inercia media como en la mínima requerida. El lanzamiento de la Contención Dinámica y el Accelerated Loss of Mains Change Programme han hecho el sistema más seguro incluso con menos inercia. El sistema ha visto una reducción tanto en la inercia media como en la requerida.
Debe señalarse que los datos de inercia publicados por National Grid ESO solo son una estimación y pueden no reflejar la inercia real en ese momento.
¿Cómo ha beneficiado esto a las emisiones de carbono?
Cuando el ESO necesita inercia, suele recurrir a las CCGT en el Mecanismo de Balanceo. A menudo, se reduce la producción eólica.
La Contención Dinámica permite operar el sistema con menor inercia. Esto significa que el ESO depende menos de las CCGT para gestionar caídas de inercia.
Esto ha supuesto unas 174.000 toneladas de emisiones de CO2 evitadas desde 2021.
Rangos de incertidumbre en estos números
Modelar las emisiones evitadas por el almacenamiento en baterías es complejo, y se deben hacer ciertas suposiciones.
En general, los valores de este artículo son una estimación bastante conservadora.
¿Cómo podría mejorar en el futuro el beneficio de carbono de las baterías?
Además de los beneficios de carbono ya expuestos, existen otras formas en las que el almacenamiento en baterías puede reducir las emisiones. Es probable que estas ganen importancia en el futuro.
- Reducir la limitación de la eólica y solar. Actualmente es insignificante, pero podría aportar un beneficio considerable, especialmente con nuevos almacenamientos en regiones congestionadas. Puedes leer más sobre esto aquí.
- Sustituir generadores fósiles en servicios de reserva. La reserva la prestan casi en su totalidad generadores de alta intensidad de carbono. Con nuevos productos de reserva, ¿podría el almacenamiento empezar a reemplazarlos? Más sobre Quick y Slow Reserve aquí, y sobre Balancing Reserve aquí.
- Mercado de Capacidad - evitar la construcción de nueva generación fósil. Con 1,3 GW de almacenamiento en baterías adjudicados en el último T-4 (ver aquí), ¿estamos empezando a ver este efecto?
