La energía solar de China ha alcanzado la paridad de precios con el carbón

JOHN TIMMER/ARSTechnica

La increíble caída del precio de los sistemas fotovoltaicos ha hecho de la energía solar una opción asequible para gran parte del mundo.

Y, siempre que la energía solar proporcione una pequeña fracción de la energía en una red determinada, es poco lo que está frenando la incorporación de nuevas instalaciones fotovoltaicas. Pero a medida que crece la fracción de energía solar, gestionar el hecho de que solo genera electricidad de forma intermitente se convierte en un importante desafío para la gestión de la red.

En ese momento, otros factores además del precio se vuelven importantes para determinar cuánta energía solar tiene sentido. Y esos factores pueden variar de un país a otro.

Esto significa que comprender el potencial de la energía solar requiere un análisis específico de cada país. Esta semana, investigadores en China publicaron un análisis de su país, lo que indica que la energía solar ha llegado a un punto en el que es competitiva en costos con el carbón.

El informe también afirma que la energía solar (cuando se combina con almacenamiento) podría cubrir casi la mitad de las necesidades de China a mediados de siglo.

Un paisaje cambiante

Como en cualquier otro lugar, China ha visto caer el costo de la energía solar durante la última década, con una caída del 63 por ciento solo entre 2011 y 2018. En consonancia con eso, la instalación de energía solar ha aumentado drásticamente.

Actualmente, un tercio de la nueva capacidad solar de todo el planeta se está poniendo en marcha en China; el país superó la capacidad instalada de EE.UU. en 2013 y de Alemania en 2015, y ahora tiene más de 250 GW activos, más del doble de lo que su plan económico había especificado hasta ese momento.

Dado que China planea alcanzar cero emisiones netas para 2060, es probable que continúe con esta ola de construcción.

Pero el pronóstico no es del todo optimista. La mayor parte de la población de China se encuentra en el sureste del país. Los mejores recursos solares (en términos de días sin nubes y tierra disponible) se encuentran en el noroeste, que también está escasamente poblado. Este desajuste ha dejado restricciones de cara a la energía solar debido a los límites en la capacidad de las redes de China para cambiar la energía a través de sus vastas distancias. La producción de las plantas solares en el noroeste con frecuencia se ha reducido, ya que no hay capacidad para enviarla a donde se necesita.

Como resultado, ha sido algo difícil comprender completamente la economía de la energía solar en China.

Para obtener una imagen más clara, los investigadores construyeron un modelo que tiene en cuenta la mayoría de los factores que influyen en el rendimiento de la energía solar. El modelo rastrea los cambios en la tecnología, la economía, los recursos solares y la red china para el período de 2020 a 2060.

Usó seis años de datos meteorológicos satelitales para estimar la productividad típica en diferentes áreas del país e incluyó información sobre tierras existentes. uso que interferiría con la ubicación de la granja solar.

Mucho potencial

Entre otras cosas, el modelo produce lo que los investigadores denominan "potencial técnico": la cantidad de energía solar que podría producirse si se utilizaran todos los sitios accesibles para producirla. Para 2020, el potencial técnico de la energía solar en China es poco menos de 100 petavatios-hora, o aproximadamente 13 veces toda la demanda de electricidad de China. Debido a las mejoras en la tecnología, se proyecta que ese potencial técnico aumentará a casi 150 PW-hr para 2060, el año en que China planea alcanzar emisiones netas cero.

Pero muchos de esos sitios son relativamente pobres. Se estima que el factor de capacidad promedio (la producción real versus la capacidad nominal) es solo del 17,6 por ciento (para el contexto, el promedio de las plantas que operan en los EE.UU. está en el área del 25 por ciento).

El análisis también produce un precio estimado que proporcionará una ganancia para las instalaciones solares en cada ubicación, teniendo en cuenta los costos iniciales, el mantenimiento y la financiación. 

Esos sugieren que, en 2020, la mayor parte del país puede producir energía solar a un precio igual al del carbón. Alrededor del 80 por ciento de la capacidad potencial alcanzará la paridad de precios para 2022, y esto será cierto en todas partes antes de que termine esta década.

La brecha también seguirá creciendo, ya que es probable que el precio de la energía solar siga cayendo. Actualmente está en US$ 49.3 / MW-hr, pero se proyecta que disminuirá a US$ 13 / MW-hr para 2030 y US$ 3 / MW-hr para 2060.

Y los investigadores señalan que la competitividad de la energía solar con el carbón se produce a pesar del hecho de que los costos ambientales y de salud de el carbón no está incluido en el costo de la electricidad generada con su uso. Si hubiera un precio para el carbono, la brecha de precios entre el carbón y la energía solar ya sería grande y sería inmensa a mediados de siglo.

Agregar almacenamiento

Sin embargo, como se señaló anteriormente, los sitios que probablemente serán los más productivos (y por lo tanto los más baratos) se encuentran en provincias que ya tienen que reducir la producción solar. La brecha cada vez mayor entre la energía solar y el carbón, sin embargo, sugiere que surgirán oportunidades para agregar almacenamiento en baterías a un precio que aún rebajaría el precio del carbón. 

Por lo tanto, los investigadores también hicieron proyecciones para el precio futuro de las baterías y las utilizaron para determinar qué parte de la capacidad solar podría combinarse con el almacenamiento de energía.

Para 2030, proyectan que la energía solar más almacenamiento podría generar 5.2 PW-hr a precios que rebajen el carbón. Eso se compara con un consumo total de alrededor de 7.5 PW-hr en la actualidad (aunque se espera que el consumo aumente en los años intermedios). Para 2060, eso aumentará a 7.2 PW-hr, lo que representará más del 40 por ciento de las necesidades eléctricas esperadas de China.

Los investigadores sugieren que las baterías se usarían principalmente para satisfacer los picos de demanda que ocurren cuando la producción solar disminuye por la noche y la mañana siguiente, cuando la demanda se recupera nuevamente antes de que despegue la productividad solar. Esto significaría que sería necesario poner en funcionamiento menos plantas de combustibles fósiles, y el nivel de energía de referencia podría establecerse por la demanda nocturna relativamente baja.

Dicho esto, este escenario también presenta importantes desafíos. Incluso asumiendo niveles muy altos de reciclaje de materiales, cumplir con esto con la tecnología actual de baterías de iones de litio requeriría explotar el 36 por ciento de las reservas de cobalto conocidas del mundo, y eso es solo para China. (En contraste, solo tomaría el 8 por ciento de las reservas de litio conocidas del mundo). Obviamente, las tecnologías de baterías alternativas ayudarían enormemente aquí, al igual que la integración de la creciente colección de baterías de vehículos del país con la red.

Bueno, pero ¿es lo suficientemente bueno?

Tener energía solar suministrando casi la mitad de la energía de China sería un logro inmenso, pero aún estaría muy por debajo del objetivo de neutralidad de carbono del país. Afortunadamente, China tiene opciones adicionales, incluidos algunos grandes proyectos hidroeléctricos y una creciente flota de reactores nucleares. También tiene la mayor capacidad eólica instalada de cualquier nación.

La otra cosa que hace que este informe sea prometedor es que China es el líder mundial en la producción de todo lo necesario: paneles solares, turbinas eólicas y baterías. Por tanto, la transición puede justificarse fácilmente en términos de apoyo a la industria local. Y, como una ventaja adicional, están todas esas personas que no terminarán muertas debido a la contaminación del carbón.