Mejora del diseño del mercado para el almacenamiento de energía

8 de junio de 2023

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por la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Columbia

El almacenamiento de energía juega un papel crucial en nuestra transición hacia fuentes de energía más limpias y sostenibles. Nos permite almacenar el exceso de energía cuando está disponible, de fuentes renovables como la eólica y la solar, y usarla cuando la demanda es alta o la oferta es limitada. Esto ayuda a estabilizar la red, reduce la dependencia de los combustibles fósiles y mitiga el impacto de las fuentes de energía intermitentes.

En muchas partes de los EE. UU., como Nueva York, California y Texas, las empresas privadas son responsables de poseer y operar los sistemas de almacenamiento de energía. Estas empresas participan en los mercados de electricidad, donde compran y venden electricidad para maximizar sus ganancias. Sin embargo, es importante que los consumidores se aseguren de que los motivos de lucro de las empresas también se alineen con el objetivo más amplio de mejorar la sustentabilidad y mejorar las vidas en todo el mundo. Esto significa encontrar un equilibrio entre reducir las emisiones de carbono y mantener los costos de electricidad al alcance de los consumidores. Es crucial alinear las necesidades de los usuarios de electricidad con las capacidades del sistema de energía mientras se promueve un futuro más verde.

Los mercados de electricidad están estrechamente vinculados a los sistemas de energía física, lo que los diferencia de otros mercados. Para garantizar que el mercado opere sin problemas y de manera eficiente, se utilizan modelos especializados para liquidar los recursos participantes. Estos modelos tienen en cuenta las características físicas de los recursos, como su capacidad de generación y disponibilidad. El objetivo del diseño del mercado eléctrico es crear y actualizar estos modelos de manera que se maximice el beneficio general para la sociedad.

Un nuevo estudio dirigido por Columbia Engineering, publicado en Joule, examina cómo las diferentes formas de participar en estos mercados afectan los beneficios generales del almacenamiento de energía para la sociedad. Los investigadores utilizaron un marco informático basado en agentes, un modelo que simula comportamientos individuales dentro de sistemas complejos, para simular escenarios con capacidad renovable y de almacenamiento y opciones de mercado.

"Nuestra principal innovación fue modelar las interacciones de participación en el mercado entre el almacenamiento y el mercado", dijo el autor principal del estudio, Bolun Xu, profesor asistente de ingeniería ambiental y de la tierra. "Descubrimos que no solo necesitamos más energías renovables y mejores tecnologías de almacenamiento, sino que el diseño del mercado para integrar mejor el almacenamiento de energía para reducir los costos y las emisiones de los futuros sistemas de energía también es de vital importancia. Para eso, necesitamos nuevos métodos computacionales y, en el futuro, el análisis asistido por IA".

El estudio comparó diferentes métodos de almacenamiento de energía para participar en el mercado y descubrió compensaciones entre hacer que la energía sea más asequible para los consumidores y reducir las emisiones de carbono. Los investigadores descubrieron que participar en los mercados diarios, donde la electricidad se comercializa un día antes de que se necesite, es más efectivo para reducir las emisiones de carbono. Por otro lado, participar en mercados en tiempo real, donde la electricidad se negocia en tiempo real, es más efectivo para reducir costos.

"Nuestro estudio destaca cómo los diseños de mercado pueden afectar significativamente el papel del almacenamiento de energía tanto en la economía de la electricidad como en el viaje hacia la descarbonización, que abarca desde las etapas tempranas hasta las profundas de descarbonización", dijo Xu. "Nuestro marco de código abierto propuesto proporciona una herramienta valiosa para que los investigadores y los formuladores de políticas evalúen las tecnologías emergentes y los incentivos políticos".

El equipo de Xu colabora actualmente con laboratorios nacionales y California ISO, una organización sin fines de lucro que administra la red eléctrica y el mercado eléctrico de California. Están trabajando con proyectos fundados por el Departamento de Energía de EE. UU. y las Fundaciones Nacionales de Ciencias para explorar nuevos diseños de mercado e integrar IA para analizar y ayudar en las operaciones de almacenamiento de energía.

"Está claro", agregó Xu, "que las implementaciones de recursos renovables y de almacenamiento deben ir acompañadas de diseños de mercado de electricidad apropiados e incentivos políticos para equilibrar la economía y la reducción de emisiones. California tiene la capacidad de almacenamiento más alta del mundo, y estamos entusiasmados de implementar nuestra soluciones allí".

El estudio se titula "El papel del diseño del mercado eléctrico para el almacenamiento de energía en la descarbonización rentable".

Más información: Bolun Xu, El papel del diseño del mercado eléctrico para el almacenamiento de energía en la descarbonización rentable, Joule (2023). DOI: 10.1016/j.joule.2023.05.014. www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(23)00211-8