Sistemes i mercats energètics

Classifica aquestes fonts d'energia en renovables i no renovables, justificant breument cada cas: (a) solar, (b) carbó, (c) eòlica, (d) gas natural, (e) hidroelèctrica i (f) nuclear.

Explica la diferència entre energia primària (la font tal com s'obté: sol, gas, urani) i energia final (la que utilitzes: electricitat a l'endoll, gasolina al sortidor), amb un exemple de conversió d'una en una altra.

Anomena tres fonts d'energia renovable i escriu de quin fenomen natural s'aprofita cadascuna (radiació solar, vent, aigua embassada o en moviment).

Explica amb un exemple domèstic la diferència entre potència (es mesura en $\text{kW}$) i energia (es mesura en $\text{kW} \cdot \text{h}$): fes servir el cas d'un forn de $2000\ \text{W}$ encès durant mitja hora per il·lustrar totes dues magnituds.

A la factura es cobren els $\text{kW} \cdot \text{h}$. Explica què representa $1\ \text{kW} \cdot \text{h}$ amb un exemple (un aparell de $1000\ \text{W}$ funcionant una hora) i per què és una unitat d'energia i no de potència.

Un habitatge té contractats $4{,}4\ \text{kW}$ de potència. Calcula si poden funcionar alhora el forn ($2\ \text{kW}$), la rentadora ($2\ \text{kW}$) i la vitroceràmica ($1\ \text{kW}$), sumant les seves potències, i explica dues decisions pràctiques que evitarien superar el límit sense canviar de tarifa.

El comptador intel·ligent d'electricitat mesura i comunica el consum. Explica què mesura exactament, amb quina freqüència envia les dades a la companyia i un avantatge que té enfront del comptador antic.

La figura mostra la cadena que porta l'electricitat des d'on es genera fins a un habitatge, però una de les etapes està tapada amb un signe d'interrogació, com es mostra a la figura.

Indica quina etapa falta a la cadena, explica què hi passa i raona per què aquesta etapa es realitza a tensions altíssimes en comptes de fer-ho directament a $220\ \text{V}$.

Entre la central elèctrica i casa teva hi ha diversos transformadors. Explica què fa un transformador, per què s'apuja la tensió per transportar i s'abaixa per consumir (relació amb les pèrdues als cables) i on has vist transformadors a la teva ciutat (centres de transformació, cabines, pals).

El «mix energètic» d'un país és el repartiment de fonts amb què genera la seva electricitat. Analitza per què importa tant aquest repartiment en tres aspectes: dependència d'altres països, estabilitat del preu i emissions de gasos d'efecte d'hivernacle, posant un exemple de font en cada raonament.

La discriminació horària reparteix el dia en períodes amb preus diferents. Explica en què consisteix, quins aparells d'una casa convé programar a les hores barates (termo elèctric, rentadora, rentavaixelles) i per què aquests aparells admeten esperar i d'altres no.

Al mercat elèctric majorista diari (OMIE), les ofertes horàries de generació ordenades per ordre de mèrit per a una hora concreta són:

• Energia nuclear: $6500\ \text{MW}$ ofertats a $0\ \text{€/MW}\cdot\text{h}$

• Eòlica i solar: $11\ 500\ \text{MW}$ ofertats a $0\ \text{€/MW}\cdot\text{h}$

• Hidràulica gestionable: $3000\ \text{MW}$ ofertats a $48\ \text{€/MW}\cdot\text{h}$

• Centrals de cicle combinat (gas natural): $7000\ \text{MW}$ ofertats a $95\ \text{€/MW}\cdot\text{h}$

(a) Escenari 1: La demanda horària és de $19\ 000\ \text{MW}$. Determina la tecnologia marginal que tanca la casació, el preu horari resultant ($P_{\text{pool}}$) i l'import econòmic total que perceben els generadors en aquesta hora.

(b) Escenari 2: Durant una onada de calor, l'ús massiu de l'aire condicionat eleva la demanda a $22\ 500\ \text{MW}$ i la calor redueix l'aportació eòlica, deixant la suma solar/eòlica en $7500\ \text{MW}$. Determina el nou preu marginal de casació i calcula l'increment percentual del preu del $\text{MW}\cdot\text{h}$.

(c) Explica el concepte de «rendes inframarginals» (o beneficis caiguts del cel) a partir dels resultats anteriors i discuteix la repercussió tècnica i de mercat que tindria substituir el sistema marginalista per un model de subhastes amb contractes per diferències (CfD).

Una factura té un terme fix de $10\ \text{€}$ i un consum de $250\ \text{kW} \cdot \text{h}$ a $0{,}18\ \text{€}$ el $\text{kW} \cdot \text{h}$. (a) Calcula l'import total sense impostos. (b) Calcula quin percentatge del total correspon al consum i quin al terme fix. (c) Raona a qui perjudica més un terme fix alt: a qui consumeix molt o a qui consumeix poc.

Un usuari afirma en un fòrum: «Instal·laré $5\ \text{kWp}$ de panells fotovoltaics a la teulada de casa meva sense bateries. El meu habitatge consumeix $4800\ \text{kW}\cdot\text{h}$ a l'any i la instal·lació produirà uns $7000\ \text{kW}\cdot\text{h}$ anuals. Per tant, gràcies a la compensació d'excedents a la factura, el meu rebut de la llum passarà a ser de zero euros tots els mesos». Habita l'habitatge només a les tardes i nits.

(a) Rebat tècnicament la seva afirmació explicant els límits legals de la compensació simplificada d'excedents a Espanya (límit del terme d'energia a 0 €, impossibilitat de compensar peatges de potència i impostos) i el problema del desajust horari entre la corba de generació solar i la corba de consum residencial.

(b) Si l'energia agafada de la xarxa costa $0{,}18\ \text{€/kW}\cdot\text{h}$ i la comercialitzadora li compensa els excedents abocats a només $0{,}05\ \text{€/kW}\cdot\text{h}$, demostra quantitativament per què un sobredimensionament excessiu sense emmagatzematge ni desplaçament de càrregues redueix de manera dràstica la rendibilitat marginal de cada panell afegit.

(c) Justifica quin perfil d'usuari (habitatge unifamiliar amb teletreball diürn enfront de bloc de pisos desocupat de dia) aprofitaria millor la inversió sense recórrer a bateries.

Un habitatge consumeix $4200\ \text{kW}\cdot\text{h}$ a l'any, dels quals el $45\ \%$ es concentra en les hores centrals de radiació diürna i el $55\ \%$ en hores nocturnes o crepusculars. A la seva teulada es projecta una instal·lació d'autoconsum fotovoltaic en una localitat amb una radiació solar mitjana de $1650\ \text{h}$ de sol pic (HSP) a l'any i un factor de rendiment global de la instal·lació ($PR$) estimat en $0{,}80$.

(a) Calcula la potència pic ($P_{\text{pico}}$ en $\text{kWp}$) necessària perquè la producció fotovoltaica anual iguali exactament el consum diürn de l'habitatge ($1890\ \text{kW}\cdot\text{h}$).

(b) Suposant que el $80\ \%$ d'aquesta energia produïda s'autoconsumeix directament i el $20\ \%$ restant s'aboca a la xarxa com a excedent compensat a $0{,}06\ \text{€/kW}\cdot\text{h}$, mentre que l'energia consumida de la xarxa costa $0{,}19\ \text{€/kW}\cdot\text{h}$, calcula l'estalvi econòmic total obtingut el primer any.

(c) Si el cost clau en mà de la instal·lació és de $1200\ \text{€/kWp}$ instal·lat i l'ajuntament concedeix una bonificació en l'IBI de $200\ \text{€/any}$ durant 4 anys, determina el període d'amortització simple ($payback$) de la inversió.