Combining offshore wind and solar photovoltaic energy to stabilize energy supply under climate change scenarios: A case study on the western Iberian Peninsula

Abstract

La expansión de la energía renovable marina es una importante alternativa para la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero. Sin embargo, en Europa, la alta penetración de la energía eólica marina introduce intermitencia y variabilidad de energía en la red eléctrica existente. La energía solar fotovoltaica marina es otra alternativa tecnológica en consideración en los planes de descarbonización. Sin embargo, las futuras variaciones en el viento, la temperatura del aire o la radiación solar debido al cambio climático tendrán un gran impacto en los recursos de energía renovable.

En este contexto, este estudio se centra en la evaluación de la energía marina en la costa de la Península Ibérica occidental, una región europea que abarca Portugal y la parte noroccidental de España. Utilizando una amplia fuente de datos de 35 simulaciones de un proyecto de investigación llamado CORDEX, este estudio investiga la complementariedad de las fuentes de energía eólica y solar marina con el objetivo de mejorar la estabilidad del suministro de energía de esta región hasta 2040.

Aunque se ha demostrado que el recurso de energía eólica marina es mayor que el recurso fotovoltaico solar a escala anual, ambos recursos renovables mostraron una variabilidad significativa en energía a lo largo de la Península Ibérica occidental. Cuando se combinan ambas fuentes renovables, la estabilidad del recurso energético aumenta considerablemente a lo largo del año.

El esquema propuesto de combinación de energía eólica y solar se evalúa mediante un método de clasificación de rendimiento llamado Delphi, teniendo en cuenta la estabilidad, el recurso, el riesgo y los factores económicos. El índice de clasificación total aumenta cuando la estabilidad del recurso se mejora mediante la consideración de la producción híbrida de energía eólica-fotovoltaica solar, especialmente a lo largo de las aguas cercanas a la costa.

The expansion of marine renewable power is a major alternative for the reduction of greenhouse gases emissions. In Europe, however, the high penetration of offshore wind brings intermittency and power variability into the existing power grid. Offshore solar photovoltaic power is another technological alternative under consideration in the plans for decarbonization. However, future variations in wind, air temperature or solar radiation due to climate change will have a great impact on both renewable energy resources. In this context, this study focusses on the offshore energy assessment off the coast of Western Iberia, a European region encompassing Portugal and the Northwestern part of Spain. Making use of a vast source of data from 35 simulations of a research project called CORDEX, this study investigates the complementarity of offshore wind and solar energy sources with the aim of improving the energy supply stability of this region up to 2040. Although the offshore wind energy resource has proven to be higher than solar photovoltaic resource at annual scale, both renewable resources showed significant spatiotemporal energy variability throughout the western Iberian Peninsula. When both renewable resources are combined, the stability of the energy resource increased considerably throughout the year. The proposed wind and solar combination scheme is assessed by a performance classification method called Delphi, considering stability, resource, risk, and economic factors. The total index classification increases when resource stability is improved by considering hybrid offshore wind-photovoltaic solar energy production, especially along the nearshore waters.