Curva de pato
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Curva roja: suministro de energía eléctrica a partir de fuentes no renovables.
Curva gris: suministro de energía eléctrica solar.
Los datos corresponden al estado de California el 22 de octubre de 2016 (un sábado),[1] un día en que la producción de energía eólica fue baja y constante durante todo el día. Nótese la fuerte subida de la curva roja de 17:00 a 18:00 cuando el sol se pone, lo que requiere unos 5 gigavatios de capacidad de generación de fuentes no renovables para entrar en línea en una hora.
En la generación de electricidad a escala de servicio público, la curva del pato (en inglés duck curve) es un gráfico de la producción de energía en el transcurso de un día que muestra el desequilibrio temporal entre la demanda máxima y la producción de energía renovable, particularmente la energía solar fotovoltaica. En muchos mercados energéticos, la demanda máxima se produce después de la puesta del sol, cuando la generación solar ya no está disponible. En regiones con una alta penetración de energía solar, la cantidad de energía que debe generarse a partir de fuentes distintas a la solar o eólica muestra un rápido aumento alrededor del atardecer y alcanza su punto máximo en las horas de la tarde, produciendo un gráfico que se asemeja a la silueta de un pato.[2][3]
El término fue acuñado en 2012 por el Operador del Sistema Independiente de California (CAISO).[4]
La curva del pato representa la carga neta, es decir, la diferencia entre la demanda total de electricidad (carga) y la producción de fuentes de energía renovables variables como la solar y la eólica. Matemáticamente:
Durante las horas centrales del día, la generación solar es máxima, lo que reduce significativamente la carga neta. Esto crea el "vientre" del pato. Al atardecer, la generación solar cae rápidamente mientras la demanda sigue siendo alta (o incluso aumenta), lo que obliga a otras fuentes de generación (como gas natural, hidroeléctrica o carbón) a aumentar su producción de manera muy acelerada. Este rápido ascenso forma el "cuello" del pato.[2]
El fenómeno es más pronunciado en días soleados y de baja demanda, como los fines de semana de primavera y otoño, cuando la calefacción y el aire acondicionado tienen un uso reducido.[5]
Variaciones regionales
Curva de Nessie en Hawái
En Hawái, donde la adopción de generación solar distribuida es muy alta (más del 20% de los hogares tienen paneles solares), la curva es aún más pronunciada que en California. Esta variante se conoce como la curva de Nessie (por el monstruo del Lago Ness), debido a la forma más extrema y "jorobada" que adopta la carga neta.[6][7]
Curva del camello en latitudes altas
En regiones con alta penetración de energía eólica, se ha descrito un fenómeno análogo denominado curva del camello (camel curve), donde la generación eólica puede ser máxima durante la noche, creando dos "jorobas" en la carga neta (una al atardecer y otra al amanecer).[8]
Impactos en el sistema eléctrico
La curva del pato plantea varios desafíos técnicos y económicos para los operadores de red:[5][2]
- Rampas muy pronunciadas: Los generadores convencionales deben aumentar su producción muy rápidamente (hasta 5 GW por hora en California) al atardecer, lo que requiere plantas altamente flexibles.
- Sobre-generación en horas centrales: En días de alta producción solar y baja demanda, la generación renovable puede superar la demanda, obligando a "recortar" (curtailment) la producción solar o eólica para evitar sobrecargas.
- Reducción de la eficiencia de plantas base: Las plantas de carbón y nucleares, diseñadas para operar de manera continua, pueden volverse antieconómicas si deben reducir su producción durante el día.
- Precios eléctricos negativos o muy bajos: En horas de alta generación solar, el exceso de oferta puede hacer que los precios mayoristas de la electricidad caigan a cero o incluso se vuelvan negativos (los generadores pagan por producir).
- Necesidad de mayor flexibilidad: Los operadores requieren fuentes de generación que puedan encenderse y apagarse rápidamente, como turbinas de gas de ciclo combinado o hidroeléctricas de embalse.
Estrategias de mitigación
Existen múltiples estrategias para "aplanar la curva del pato" o "enseñar a volar al pato" (teach the duck to fly), reduciendo la rampa vespertina y aprovechando mejor el excedente solar del mediodía:[9]
Almacenamiento de energía
El almacenamiento de energía es una de las soluciones más prometedoras. Permite guardar el excedente solar del mediodía y verterlo en la red durante la rampa vespertina:
- Hidroelectricidad de almacenamiento por bombeo (tecnología madura, pero limitada por geografía).
- Almacenamiento de baterías a escala de red (principalmente baterías de ion-litio, con costos en rápida disminución).
- Energía solar térmica con almacenamiento de energía térmica (sales fundidas).
- Aire acondicionado con almacenamiento de hielo (desplaza la demanda de refrigeración a horas nocturnas).
- Vehicle-to-grid (V2G): uso de baterías de vehículos eléctricos como almacenamiento distribuido.
Los volantes de inercia (flywheels) han demostrado proporcionar una excelente regulación de frecuencia, aunque su capacidad de almacenamiento a largo plazo es limitada.[10]
Gestión de la demanda (demand response)
Las técnicas de gestión de la demanda energética buscan desplazar el consumo de electricidad desde las horas de alta demanda (noche) hacia las horas de baja demanda (mediodía):
- Precios por tiempo de uso (TOU) y precios en tiempo real: incentivan a los consumidores a usar electricidad cuando es más barata (mediodía).
- Tecnología de red inteligente: permite controlar remotamente electrodomésticos (lavadoras, lavavajillas, termas, bombas de calor) para que operen cuando la energía solar es abundante.
- Carga inteligente de vehículos eléctricos: programar la recarga para las horas centrales del día.
Modificaciones en la generación
- Orientar algunos paneles solares hacia el oeste: maximiza la generación en las últimas horas de la tarde, aplanando la rampa.
- Instalación de más generación despachable flexible: turbinas de gas de arranque rápido, hidroeléctricas de pasada.
- Sobredimensionamiento de inversores solares: permite generar más energía en horas de baja irradiación (mañana y tarde) a costa de recortar en el mediodía.
Mezcla de energías renovables complementarias
Combinar energía solar con energía eólica (que suele ser más intensa por la noche) puede suavizar la curva de carga neta. En algunas regiones, la energía geotérmica o la hidroeléctrica de pasada también proporcionan generación base constante.
Situación en California
El Operador del Sistema Independiente de California (CAISO) ha sido pionero en el análisis de la curva del pato. Según sus estudios, la brecha entre los precios mayoristas de la electricidad al mediodía (bajos por exceso solar) y por la noche (altos por demanda máxima) se ha ampliado significativamente:[1]
- Los precios del mercado mayorista entre las 5 y las 8 p.m. (el "cuello" del pato) aumentaron a aproximadamente $60 por megavatio-hora (MWh) en 2017, frente a unos $35/MWh en 2016.
- Los precios del mediodía cayeron a unos $15/MWh en el mismo período, llegando ocasionalmente a valores negativos.
La curva del pato en California ha evolucionado más rápido de lo previsto inicialmente, y se espera que se acentúe a medida que continúe el despliegue de energía solar.[11]
