Cómo la política solar rural de China también podría impulsar las bombas de calor

Por Anders Hove, publicado originalmente por Carbon Brief

23 de agosto de 2023

Desde 2021, el programa “Fotovoltaica para todo el condado” de China ha estado ampliando drásticamente el uso de energía solar en zonas rurales, mediante la construcción en tejados gubernamentales, comerciales, industriales y residenciales.

Sin embargo, el programa enfrenta una serie de obstáculos, y se han reportado problemas, por ejemplo, en su implementación en la provincia de Shandong, en el este de China.

Sin embargo, también ofrece ventajas que pueden superar el problema de la escala. La instalación de paneles solares fotovoltaicos (PV) en tejados de una gran superficie puede eliminar cargas administrativas y reducir los “costos indirectos”, que son inherentes a la comercialización e instalación de energía solar para hogares o empresas, uno por uno.

Esto plantea una posibilidad intrigante: ¿podría un programa de este tipo funcionar para otras mejoras de energía limpia, como la eficiencia energética o la calefacción limpia?

Según mi nuevo análisis para el Instituto de Estudios Energéticos de Oxford de los condados chinos que participan en el programa fotovoltaico de todo el condado, la respuesta parece ser sí.

Además, descubrí que el programa solar combinaría sorprendentemente bien con las bombas de calor eléctricas.

Este es un hallazgo importante, dada la enorme escala de la China rural, que alberga a cientos de millones de personas y es más grande que muchas regiones del mundo. Y también podría ayudar a abordar otro desafío: los residentes rurales de China sufren actualmente una gran carga de problemas de salud debido al uso de carbón para calefacción y energía.

Hasta hace poco, la mayor parte de la energía solar fotovoltaica en China se instalaba en regiones occidentales remotas, lo que requería costosas líneas de transmisión para llevar la electricidad a las provincias orientales que utilizan la mayor cantidad de energía.

Una serie de enormes “bases de energía limpia” en regiones desérticas siguen siendo una parte importante de la transición energética del país. Sin embargo, estos desarrollos centralizados a gran escala han proporcionado poca electricidad con bajas emisiones de carbono a cientos de millones de residentes en áreas rurales.

El programa piloto fotovoltaico de todo el condado, iniciado por el principal regulador energético de China, la Administración Nacional de Energía (NEA), en junio de 2021, se desarrolló para ampliar el uso de energía solar distribuida en los tejados, incluso en las comunidades rurales.

En septiembre de 2021, la NEA había publicado una lista de 676 condados y otras unidades administrativas participantes, que representan aproximadamente la mitad de las áreas a nivel de condado de China.

No todos los condados que participan en el programa son rurales, pero tienen un grado de urbanización inferior al promedio, lo que refleja los objetivos del programa.

A pesar de representar alrededor de la mitad de las áreas a nivel de condado, representan sólo el 24% de la población del país, un número considerable de personas.

El programa exige que los condados participantes agreguen energía solar fotovoltaica al 20% de los tejados residenciales, junto con otros objetivos para tejados comerciales, industriales y gubernamentales.

La principal innovación contenida en el programa es permitir a los condados realizar una única subasta para cubrir todos los tejados, lo que puede reducir sustancialmente los costos blandos.

El programa fotovoltaico de todo el condado tampoco se limita a áreas escasamente pobladas del oeste de China, donde normalmente se ubican grandes proyectos fotovoltaicos.

Como se muestra en el mapa siguiente, las provincias de Guangdong (sur), Henan (centro), Shandong (centro este) y Jiangsu (sureste), marcadas en rojo oscuro, tienen la mayor proporción de población de condado cubierta por el programa.

Excepto Guangdong, las otras tres provincias han visto aproximadamente la mitad de sus condados inscribirse, con una población combinada de más de 140 millones de personas.

En general, hay menos personas, marcadas en amarillo claro, en los condados que participan en el programa en el oeste que en los del este, marcados en ámbar.

Proporción de la población del condado cubierta por el programa fotovoltaico de todo el condado. Los colores más oscuros indican una mayor proporción cubierta. Las designaciones empleadas y la presentación del material en este mapa no implican la expresión de opinión alguna por parte de Carbon Brief con respecto al estatus legal de cualquier país, territorio, ciudad o área o de sus autoridades, o con respecto a la delimitación de sus fronteras o límites. Fuente: Anders Hove, OIES, 2023

La principal innovación del programa es reducir los costos de la energía solar distribuida (especialmente los costos indirectos de adquisición y contratación de clientes) mediante una licitación o subasta para seleccionar un único proveedor e instalador que cubra todas las instalaciones en tejados incluidas en el piloto de cada condado.

Al programa ya se le ha atribuido un aumento espectacular en la energía solar distribuida desde su lanzamiento. La Comisión Nacional de Desarrollo y Reforma (NDRC), el organismo de planificación del gobierno central chino, señaló que el programa tenía más de 66 gigavatios (GW) de proyectos planificados registrados para fines de 2022.

(Para ponerlo en contexto, esto equivale aproximadamente a toda la capacidad solar de Alemania, que tiene el cuarto mayor total del mundo).

Sin embargo, no ha estado exento de desafíos, ya que las provincias de Shandong y Hebei enfrentan críticas por desobedecer las directivas de la NEA al suspender temporalmente todas las nuevas instalaciones en tejados o dar un trato preferencial a las empresas estatales. Aun así, Shandong anticipa que el programa podría agregar 20 GW a la capacidad solar total de la provincia para fines de 2025.

Un desafío más general es la integración de la energía solar en áreas rurales, donde el exceso de producción fotovoltaica máxima al mediodía podría abrumar las redes locales.

Shandong y otras provincias han impuesto requisitos de almacenamiento a la energía solar distribuida para abordar este problema, pero nuestra investigación encuentra que esto aumenta los costos y podría poner en peligro la economía de la energía solar.

Las bombas de calor y la energía solar fotovoltaica generalmente se tratan como dos campos separados: la energía fotovoltaica es producción de energía y las bombas de calor generan eficiencia energética.

Los formuladores de políticas los tratan como temas diferentes, los asignan a diferentes ministerios, ofrecen diferentes incentivos y establecen objetivos separados.

Hoy, sin embargo, vale la pena pensar en cómo combinar tecnologías bajas en carbono, como parte de las políticas de China que exigen la integración del suministro, la red y la demanda de electricidad.

En las condiciones adecuadas, las bombas de calor pueden ayudar a aumentar el consumo de energía solar producida localmente. El uso de bombas de calor alimentadas por energía solar también puede eliminar la necesidad de sistemas de calefacción existentes que utilizan combustibles fósiles, asociados con las emisiones de gases de efecto invernadero y los impactos negativos en la calidad del aire local e interior.

Según mi análisis, si una casa ya tiene energía solar, utilizar la electricidad barata que produce para alimentar una bomba de calor mejora la economía del sistema combinado.

Aunque la electricidad en China es relativamente barata, las bombas de calor todavía ofrecen una mejor rentabilidad para los hogares o pueblos que pueden generar su propia electricidad, en comparación con devolver el exceso de energía fotovoltaica a la red al mediodía.

Esto no sólo funciona en pleno verano, cuando se pueden utilizar bombas de calor para enfriar. Descubrimos que combinar energía fotovoltaica con bombas de calor también ofrece beneficios económicos en invierno, aunque la necesidad de calefacción puede no superponerse con las horas de luz cuando la energía solar genera electricidad.

China experimenta inviernos mucho más soleados que la mayoría de los demás países. En Shandong, por ejemplo, un panel solar doméstico podría producir un 76% más de electricidad durante todo el invierno que en verano, comparable a Phoenix, Arizona. Compárese esto con Londres o Múnich, donde la producción fotovoltaica en invierno promediará sólo el 20-25% de los niveles de verano.

Agregar bombas de calor también puede aumentar la cantidad de electricidad generada por energía fotovoltaica que el hogar puede usar por sí mismo, en lugar de exportarla nuevamente a la red, lo que se conoce como “autoconsumo”. Las bombas de calor elevan esta métrica desde muy por debajo del 10% sin bombas de calor hasta un 20%-30%, dependiendo de la zona climática. Sumado al almacenamiento, el autoconsumo puede llegar a más del 40%.

Lo más importante es que descubrimos que agregar bombas de calor a los hogares solares existentes es económicamente atractivo, a pesar de sus altos costos de capital iniciales.

En la mayor parte del centro y este de China, descubrimos que el mayor costo inicial de agregar bombas de calor a los hogares fotovoltaicos existentes, en comparación con una nueva calefacción por resistencia o una caldera de gas, normalmente se amortizaría en seis años, como lo muestra el sombreado de color más oscuro en los tres mapas siguientes.

Período de recuperación de la inversión para bomba de calor frente a calefacción por resistencia (RH), calefacción a gas y calefacción a carbón por provincia. Las designaciones empleadas y la presentación del material en este mapa no implican la expresión de opinión alguna por parte de Carbon Brief con respecto al estatus legal de cualquier país, territorio, ciudad o área o de sus autoridades, o con respecto a la delimitación de sus fronteras o límites. Fuente: OIES, 2023

En las últimas décadas, China ha prestado mayor atención e inversión a la transición energética en las zonas rurales, tanto para mejorar la calidad de vida mediante la reducción de las emisiones al aire interior como para beneficiar económicamente a los hogares rurales mediante la promoción de energía baja en carbono.

Pero las zonas rurales enfrentan barreras específicas, especialmente cuando se trata de adoptar bombas de calor.

En nuestro informe, identificamos tres problemas principales, todos los cuales podrían abordarse a través del programa fotovoltaico para todo el condado o un plan similar.

La primera barrera es la conciencia pública. En la China urbana, la construcción de sistemas de calefacción es en gran medida una cuestión de los propietarios de edificios y de las empresas de calefacción locales, mientras que los residentes rurales tienden a considerar la eficiencia energética de los edificios y la calefacción de bajas emisiones como una responsabilidad del gobierno.

Además, en la China rural descubrimos que hay poca conciencia sobre los posibles ahorros de costos que implica la adopción de “calefacción limpia”, que en China incluye estufas de “carbón limpio” y gas.

Los costos de capital son una segunda barrera, dada la resistencia casi universal de los consumidores a gastar más por adelantado en dispositivos eficientes que ahorren dinero con el tiempo.

El programa fotovoltaico para todo el condado podría ayudar a aliviar esta preocupación al compartir los costos de capital del programa con clientes comerciales e industriales, que podrían estar en mejores condiciones de financiar dichas inversiones a través de compañías de servicios energéticos o préstamos comerciales.

La capacidad administrativa y la coordinación representan una tercera barrera. Históricamente, las políticas de eficiencia energética y energía de bajas emisiones en las zonas rurales han adolecido de responsabilidades poco claras, fragmentación entre diferentes organismos gubernamentales y aplicación deficiente.

El diseño del programa fotovoltaico para todo el condado podría al menos ayudar a resolver algunos de estos problemas de coordinación.

Nuestra investigación muestra que existe un potencial significativo para aprovechar el éxito del programa fotovoltaico de todo el condado.

Con una población combinada de más de 100 millones, los condados participantes podrían contribuir con una cantidad significativa de generación solar en los próximos años, incluso si muchos condados no alcanzan los objetivos iniciales.

Además, nuestro análisis sugiere que el programa fotovoltaico para todo el condado podría ser un modelo para políticas en China y otros lugares, abordando el problema de los costos blandos y al mismo tiempo ayudando a los pequeños residentes rurales que de otro modo ven pocas razones para invertir tiempo y energía –y mucho menos dinero– en cambiar cómo suministran energía, calefacción o refrigeración a sus hogares.

Una medida ahora para aumentar la adopción de bombas de calor en China podría reducir aún más las emisiones por derecho propio, así como aumentar la instalación de bombas de calor de bajo costo en otras partes del mundo en desarrollo, donde es probable que la demanda de refrigeración crezca increíblemente rápido. en los próximos años a medida que el planeta se caliente.

Si bien un beneficio importante que identificamos al combinar la energía fotovoltaica con bombas de calor es la reducción de las emisiones de calefacción, la energía fotovoltaica combinada con refrigeración también podría ayudar a absorber la energía solar y la carga eléctrica máxima del verano.

Nuestra investigación muestra cómo el diseño de políticas innovadoras del programa fotovoltaico de todo el condado podría ampliarse a otras tecnologías, generando beneficios más amplios en términos de economía, emisiones de gases de efecto invernadero, contaminación del aire y la integración de energía solar adicional.

Etiquetas:La política energética de China, las bombas de calor y la energía solar en tejados

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