Escenarios para un sistema eléctrico descarbonizado: el caso de España

• Autores: Francisco José Gutiérrez García
• Directores de la Tesis: Angel Arcos Vargas (dir. tes.), Antonio Gómez Expósito (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2022
• Idioma: español
• Número de páginas: 133
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Idus
• Resumen
  • español

    Una de las principales consecuencias de la economía moderna es el calentamiento global, especialmente producido por actividades relacionadas con el transporte y la energía. Este problema se ha intensificado durante las últimas décadas y las repercusiones ambientales derivadas del mismo están en su máximo exponente, afectando sensiblemente a las condiciones meteorológicas del planeta. Bajo este contexto medioambiental, el marco energético mundial está dirigido hacia una inminente transformación energética motivada por el continuo desarrollo de las energías renovables y enfocada a la imperiosa necesidad de reducción de emisiones de CO2, principalmente procedentes de la producción eléctrica. En la literatura, muchos modelos de sistemas eléctricos sostenibles son propuestos y analizados por diferentes instituciones, empresas e investigadores, ofreciendo una amplia diversidad de estudios asociados a este problema. Estas evaluaciones ofrecen una gran variedad de enfoques, como pueden ser estimaciones y dimensionado de hojas de rutas para la transición efectiva hacia nuevos sistemas de producción eléctrica, análisis de viabilidad técnica y económica, impacto medioambiental y socioeconómico de la integración de las tecnologías renovables, etc. La presente tesis tiene como objetivo analizar el potencial renovable de España para definir un nuevo sistema eléctrico sostenible, que permita desarrollar óptimamente la transición energética hacia un futuro limpio y descarbonizado, competitivo en costes frente al sistema actual. Para llevar a cabo esta evaluación, se realiza, en primer lugar, el análisis del potencial renovable de un municipio y se desarrolla un modelo horario de producción sostenible que permita satisfacer las necesidades de demanda. Se analiza la viabilidad técnica del modelo propuesto, en cuestión de potencia instalada y generación eléctrica, y la viabilidad económica, referente a los valores del coste equivalente de la energía, conocido como LCOE (Levelized Cost of Energy). Este nuevo sistema energético estará compuesto principalmente por el despliegue masivo de instalaciones fotovoltaicas y por la introducción de un sistema de almacenamiento complementario que permita gestionar la producción eléctrica para adaptarla a las necesidades de consumo, a las que se les agrega aquellas derivadas de la integración del vehículo eléctrico en la localidad. En particular, la aplicación práctica de este análisis se realiza sobre el caso de estudio de la ciudad de Sevilla. Tras la definición de un modelo de sistema eléctrico renovable para un único municipio, el siguiente paso es la generalización de este análisis para todas las localidades de la parte peninsular de España. Adicionalmente, se realiza la aplicación del modelo a todo el tejido peninsular cómo un único sistema eléctrico sobre el que se desarrollará el análisis técnico y económico del sistema de producción propuesto. El análisis realizado sobre el sistema eléctrico español se particulariza para unos perfiles de producción y demanda determinados y correspondientes a un único año. El dimensionado de este nuevo sistema no asegura el cumplimiento de los requerimientos energéticos asociados a cualquier otro periodo de tiempo, por lo que se lleva a cabo la evaluación de las condiciones particulares de todos los años de la última década. Además, se define el escenario teórico más desfavorable compuesto por los perfiles de producción con un menor aprovechamiento de la potencia desplegada y los perfiles de consumos con una carga energética mayor. La aplicación del modelo a todos los años definidos permite estimar los valores del LCOE resultante del sistema renovable propuesto en cada caso. Además, al considerar el caso del escenario más desfavorable se define un sistema eléctrico resiliente y robusto capaz de satisfacer todas las necesidades del sistema español. Finalmente, se lleva a cabo un análisis de los resultados obtenidos para todos los escenarios evaluados y se definen una serie de variables que permitan ejecutar un análisis de sensibilidad del LCOE frente a las mismas. El modelo propuesto y su aplicación al caso de estudio de la parte peninsular de España ofrece unos resultados muy interesantes respecto a los valores del LCOE conseguidos y estima la potencia instalada necesaria para poder llevar a cabo una transición energética hacia un sistema de producción de energía eléctrica sostenible.

  • English

    One of the main consequences caused by the modern economy is the global warming, essentially produced by energy and transport related activities. This problem has been increased during the last decades and the environmental impact are in the peak level, affecting to the weather condition perceptibly. In this context, the world energy framework is heading towards an upcoming transformation lead by the continuous development of the renewable technologies and focused on the absolute necessity of CO2 reduction, mainly from the electric energy production. The literature about this issue is replete of contribution from institutions, companies and researchers, existing diverse nature publications. Estimations and sizing of transition roadmap to new sustainable energy system can be found among the researches as well as economical and technical feasibility analysis of the proposed systems, socioeconomic and environmental impact assessment of the renewable technology integrations, etc. This thesis is aimed to analyse the renewable potential of Spain in order to define a new cost-competitive sustainable electric energy system, drawing an efficient way for achieving the transition to a decarbonised and clean future. The first step consists of analysing the renewable potential of a single Spanish municipality, developing an hourly basis model of sustainable energy production for meeting the electric consumption needs, including the demand associated to the electric vehicle integration. The proposed model is composed by renewable generation power, mainly rooftop PV, and an additional storage system which can dispatch the produced energy to the consumption requirements. As result, the model provides technical information, about the installed power and electric generation, and economic values, related to the resultant LCOE. Particularly, the practical application of this model is performed in the study case of the Spanish city of Seville. Once the analysis of Seville is carried out, the seconds step is the enlargement of the model application to all the municipality of the continental Spain. Moreover, application of the model is performed considering all the municipality as a single energy system, assessing the technical and economic feasibility of this new scenario. It is worth noting that the Spanish energy system generalized analysis is performed considering the generation and consumption profile for a certain year. The model sizing of the installed power and storage system capacity does not necessarily ensure the supply of the electric energy required by the consumption needs for every period. For this reason, the analysis is repeated for all the years of the last decade and for the worst-case theoretical scenario, defined considering the worst condition both generation and consumption. Specifically, the worst-case scenario simulation defines a reliable and resilient renewable energy system which satisfy all the possible demand requirement for the continental Spanish case. Finally, several key parameters which may have a significant influence on the LCOE are selected, and a sensitivity analysis is carried out to determine their real impact, significance and potential trends. In conclusion, the application of the proposed model to the study case of the continental Spain provides interesting results related to the LCOE and estimates the installed power and storage capacity necessary for carrying out a proper transition to a new sustainable and renewable energy system.