Las investigaciones realizadas en la energía no es consistente y con frecuencia no se ajusta a una norma común para la comparación. Los cálculos se hacen sobre todo sin tener en cuenta los llamados “factores externos”, volumen (tamaño), diferentes costos de capital o subvenciones existentes y recortes de impuestos. Por otra parte, la mayoría de las veces una única fuente de energía se compara con otras fuentes, sin tener en cuenta una posible combinación de energías. Por último, pero no menos importante, sea cual sea la combinación energética más conveniente depende en gran parte de la región. En algunas regiones, la energía geotérmica funciona muy bien y en otros, solar o eólica se prefiere. Cualquier intento de generalizar las posibles soluciones de la energía no es una forma ideal para hacer frente a este complejo tema.
Es importante ponerse de acuerdo sobre las normas de la industria para los cálculos. Esta podría ser la base para definir el mix energético ideal para cada región o incluso de cada ciudad.
Muchos académicos y profesionales, aunque con opiniones muy diferentes en otros detalles, están de acuerdo en que una solución de energía limpia viable y escalable que puede satisfacer todas las energías de la tierra necesita ahora y en el futuro es la energía solar. Algunos proponen utilizar los desiertos del mundo y otros incluyen instalaciones de paneles descentralizados. Uno de los problemas es la relativamente alta inversión que se requeriría para generar y transportar energía solar al consumidor final. Otro reto para la generación de energía local y el almacenamiento es que muchos países no cuentan con una infraestructura de red inteligente de dos vías.
Imran y Kockar (2013) proporcionan una comparación de los diseños que prevalecen de los mercados mayoristas de electricidad en América del Norte y Europa. Algunas de las diferencias incluyen el diseño emergente para los países europeos, que considera un enfoque abierto con múltiples intercambios de energía (bilateral) con organizaciones esencialmente independientes. El diseño de Estados Unidos se combina predominantemente en una sola entidad. A raíz de esta comparación, puede haber indicios de que la separación de explotación de la red de generadores de energía en un mercado liberal parece ser el enfoque moderno. Las redes públicas todavía podrían ser instalados y mantenidos por varias empresas privadas a través de un proceso de licitación y concesión de licencias. Sin embargo, los generadores de energía locales deben competir en un mercado de materias primas abierta pero con directrices claras.
Kammen (2014) indica que cada región y país tiene su propia legislación y reglamentos para incentivar las inversiones en energía limpia. En California, es una obligación; en Alemania, hay tarifas especiales, y así sucesivamente. Ese tipo de políticas parecen haber tenido resultados positivos. Pero en realidad no es claro si fue la política o el uso simple y eficiente de la tecnología solar. Se sabe que las compañías de petróleo y gas han recibido muchos más beneficios fiscales y subsidios en comparación con la mayoría de los proyectos de energía limpia. De acuerdo con Kammen (2014), para impulsar la industria de energía limpia, se necesitan empresas grandes y pequeñas. Se necesitan grandes empresas de economías de escala en la producción, y las pequeñas empresas para la innovación. Kammen (2014) también propone la integración de la generación de energía de una manera descentralizada, convirtiendo edificios en una red de generadores de energía, mientras incentivar el uso de vehículos eléctricos.
El exceso de capacidades y flexibilidad del suministro y de la demanda
Según Green y Staffel (2016), los siguientes problemas están relacionados con el mercado de la energía: Suministro siempre debe ser suficiente para satisfacer la demanda; si no es suficiente para unos pocos segundos, el sistema colapsa. Sólo unas pocas tecnologías de almacenamiento son viables, pero se necesita más investigación.
Las estrategias para hacer frente a estos retos incluyen la construcción de más capacidad que se necesita y mantener las fuentes de energía de reserva, que se pueden utilizar para suministrar energía en caso de que se requiere (Green y Staffell, 2016). La construcción de más capacidad introduce el riesgo asociado a las inversiones.
Una posible solución sería utilizar el exceso de energía en horas no pico para ciertas aplicaciones alternativas de demanda flexible. Una demanda flexible podría ser estaciones de carga de autos eléctricos o de almacenamiento en edificios. Cuando no se requiere electricidad en el mercado eléctrico principal, o cuando los precios son demasiado bajos, generadores de energía podrían usar ese tipo de acuerdos para suministrar energía para usos alternativos que utilizan almacenamiento distribuido.
Una red inteligente de infraestructura
La infraestructura de electricidad en la mayoría de los países parece no tener las características tecnológicas que harían posible tener una cierta flexibilidad en la generación y distribución de energía sin tener que ponerse de acuerdo sobre los excesos de capacidad considerables y modos de transporte largos. La infraestructura parece estar diseñado con un enfoque de generación y distribución de energía centralizada.
Un enfoque más descentralizado proporcionaría una mayor seguridad del mercado. Un enfoque descentralizado para la creación de energía podría ser una preocupación para las empresas de servicios públicos desde una perspectiva de negocios, pero la instalación local de sistemas de energía sería muy fragmentado y por lo tanto competitivo y probablemente más eficaz en la prestación de mejores precios y calidad. Además, más personas pueden consumir más energía cuando los precios caen. La auto-generación de energía podría ayudar a los hogares a suavizar los cambios bruscos en los precios de la electricidad.
Instalaciones solares locales son mucho más fáciles de manejar.
Según Navigant Research, se espera que la capacidad microrred global va a crecer de 1,4 GW en 2015 a 7.6 GW en 2024 en un escenario de base.
Un estudio de Stauffer (2015) concluye que el despliegue de la energía solar descentralizada a escala requiere equipo costoso y el desarrollo de tecnologías críticas, que se traduce en costo neto añadido para los consumidores. Sin embargo, este estudio no tuvo en cuenta la disminución de las capacidades necesarias y el aumento de los proveedores de instalación que pueden tener efectos positivos debido a la competencia en un mercado liberalizado.
Las políticas relacionadas con instalaciones microrred incluiría toma de la red pública operativo para aplicaciones de redes inteligentes que permiten un flujo bidireccional de energía eléctrica. Una red pública óptima sería permitir que cualquier generador de energía puede no solamente inyectar electricidad, sino también sacar la electricidad cuando sea necesario.
Desarrollo solar a gran escala
Desertec propone la utilización de regiones desérticas para generar teóricamente toda la energía requerida en el mundo. El siguiente mapa muestra el mundo de color de acuerdo con la incidencia solar directa (DNI), que es una indicación de la potencial salida máxima que puede ser generada por el tamaño físico requerido para la generación de energía solar.
Seba (2009) establece que el 1% del tamaño de las tierras desérticas de Estados Unidos (desierto de Mojave) sería suficiente para alimentar todo los EE.UU.. Parte de las regiones desérticas de Chile sería suficiente para alimentar muchas partes de América del Sur. España, Turquía y el Sahara de África serían candidatos para alimentar ambos continentes (CleanTechnica 2011, Seba 2009, Breyer y Knies 2009, Schillings, et al.). Básicamente en todas partes del mundo, hay tierra desierto con no más de 3000 km de distancia (Breyer y Knies, 2009; Seba 2009). Con nuevas líneas de transporte de redes inteligentes sería suficiente para llegar a cualquier región. “Los desiertos del mundo reciben más energía abajo del sol en seis horas que la humanidad usa en un año” (Desertec 2009, Scientific American 2013). El potencial global de concentrar cantidades de energía solar es aproximadamente de 3.000.000 TWh / año, un número considerablemente mayor que la actual producción mundial de electricidad de 23.322 TWh / año (AIE, 2015). Una gran parte de esta fuente de energía renovable se concentra en los desiertos de la tierra.
Los efectos de transición
Las compañías de petróleo y gas pueden tener dificultades para competir en la industria de energía limpia. A modo de ejemplo, podemos mencionar Shell y BP. Los dos gigantes del petróleo entraron en la industria de energía limpia, especialmente la solar, con una gran inversión en la cadena de suministro. Por último, ambas compañías fracasaron y fueron forzados a salir. Miller (2013) menciona en su investigación que las razones del fracaso incluyeron de no tener expertos solares en el equipo de dirección ejecutiva, así como la falta de velocidad en la curva de aprendizaje para tener éxito.
El mercado es enorme ya que se requiere una gran cantidad de nuevas inversiones en infraestructura para la transición a la energía renovable. El riesgo asociado a estas inversiones dependerá en parte de las políticas públicas mencionadas anteriormente. Mientras que el enfoque descentralizado probablemente podría ser competitivo, el desarrollo de energía solar a gran escala probablemente requeriría una participación más activa de los gobiernos para asegurar los pagos de proyectos y mitigar el riesgo. Un buen enfoque podría ser el lanzamiento de proyectos en diferentes regiones, a partir de las regiones con más alta incidencia solar (DNI). Esos proyectos podrían alimentar a los mercados locales primero y luego, paso a paso, la exportación a otros países.
