En un mundo cada vez más consciente de la importancia de la energía renovable, un estudio reciente ha revelado que el 53% de las viviendas unifamiliares en Europa podrían haber satisfecho todas sus necesidades energéticas en 2020 utilizando únicamente la radiación solar local. Esta viabilidad técnica podría aumentar al 75% en 2050.
La autosuficiencia: una realidad técnica pero no económica
Publicado en la revista Joule, el estudio estima que la autosuficiencia será económicamente viable para el 5% (dos millones) de las 41 millones de viviendas unifamiliares en Europa en 2050, si los hogares están dispuestos a pagar hasta un 50% más que el costo de mantenerse completamente dependientes de la red.
Los costos de la energía de la red aumentan mientras que la tecnología de la energía renovable se vuelve cada vez más asequible. En la búsqueda de la autosuficiencia, cada vez más hogares están interesados en la producción de su propia energía renovable.
Una evaluación del potencial de autosuficiencia de 41 millones de hogares europeos. Crédito: Joule/Kleinebrahm et al.
Un estudio a nivel de edificios individuales
Aunque se ha considerado el potencial de convertir a Europa en un 100% de energía renovable a nivel continental, nacional y regional, este estudio es el primer análisis a nivel de edificios individuales. Para identificar las regiones y tipos de edificios que son más propensos a la autosuficiencia, los investigadores compiló una base de datos de casas en toda Europa y identificaron 4,000 casas que eran representativas de diferentes regiones en términos de arquitectura, demanda de electricidad de los hogares, condiciones climáticas y entorno económico local.
Resumen del marco desarrollado en este estudio para calcular el potencial de edificios residenciales autosuficientes en la UE-27, Reino Unido y Noruega.
En primer lugar, se creó una base de datos recopilando información espacialmente resuelta sobre las características de los edificios y los atributos relevantes para el sistema energético. Luego, se utilizó la microsimulación espacial para integrar los atributos en una población de edificios sintética. A continuación, se derivaron edificios representativos de un clúster utilizando un enfoque de agrupamiento de k-medias. Después, se calcularon sistemas energéticos resistentes a las condiciones meteorológicas para los edificios representativos utilizando un cluster de alto rendimiento. Por último, los resultados de la optimización del sistema energético se transfirieron a toda la población europea de edificios sintéticos utilizando un modelo de substitución para estimar los indicadores clave de rendimiento (ICP).
A continuación, los investigadores diseñaron sistemas energéticos óptimos para cada casa representativa que cubrirían completamente las necesidades de energía eléctrica y térmica mientras se minimizan los costos. Estos sistemas incluían medidas como paneles solares en los techos, pequeñas turbinas eólicas, diferentes tipos de sistemas de almacenamiento, instalación de bombas de calor y medidas de renovación y aislamiento.
Resultados prometedores pero desafíos económicos
Los investigadores luego extrapolaron sus resultados para estimar la viabilidad técnica y económica de la autosuficiencia energética para los 41 millones de viviendas unifamiliares en Europa. En general, estimaron que el 53% de las viviendas podrían haber alcanzado técnicamente la autosuficiencia energética en 2020, y que esta proporción podría aumentar al 75% para 2050 con las mejoras esperadas en tecnologías de energía renovable y almacenamiento.
Potencial económico y costo de edificios unifamiliares autosuficientes en Europa. (A) y (B) muestran la distribución geoespacial del costo total anual promedio del sistema (TAC) para todas las regiones NUTS3 en el escenario Gridref (A) y el escenario NoGridref (B). La proporción promedio en porcentaje del costo adicional de suministro energético autónomo por región NUTS3 en comparación con el escenario Gridref se muestra en (C). En (D), se muestran las distribuciones de costo adicional para la autosuficiencia por país para cada SFB en el escenario NoGridref en 2020 y 2050. Los países están clasificados por costo adicional promedio. Se considera un potencial económico extendido la proporción de edificios por país con un costo adicional < 50% y se representa con estrellas (solo se representan las partes > 0%).
Sin embargo, volverse completamente autosuficiente era más costoso que seguir dependiendo completamente de la red, tanto en 2020 como en 2050. Las casas en países europeos soleados como Chipre, Malta e Italia tienen un mayor potencial económico para la autosuficiencia, mientras que los países del norte de Europa como Finlandia, Noruega y Suecia (donde hay una gran diferencia entre las altas necesidades energéticas en invierno y la radiación solar) tienen el potencial más bajo.
Componentes del sistema energético considerados en el modelo de optimización. Las opciones de gestión de la demanda60 y la demanda de electricidad para vehículos eléctricos se incluyen en el modelo pero no se analizan en este estudio. F/RT-PV, free-standing/rooftop photovoltaic; SWT, small wind turbine; F/RT-ST, free-standing/rooftop solar thermal; mCHP, micro-combined heat and power; BS, battery storage; HP, heat pump; AC, air conditioner; HR, heating rod; EC, electrolyzer; FC, fuel cell; H2-S, hydrogen storage; HS, heat storage; EV, electric vehicle; DSM, demand-side management; Del, electrical demand; Dth, thermal demand; th. dist, thermal distribution; LT, low temperature.
En resumen
Las regiones con techos más grandes, como Dinamarca, Eslovenia, los Países Bajos y Francia, también tienen un mayor potencial para la autosuficiencia. Los investigadores también notaron que hay un mayor potencial para edificios autosuficientes en países donde los costos de la electricidad de la red son altos, como Alemania, ya que hay menos incentivos financieros para permanecer en la red.
Visualización de la relación entre los costos del sistema energético y el grado de autosuficiencia para un edificio representativo alemán. Mientras que en (A) solo se tiene en cuenta la demanda de los electrodomésticos, en (B) se amplía la demanda a la demanda de cale