Cómo los EE. UU. Podrían tener una red de energía totalmente renovable

Red eléctrica
Una red totalmente renovable significará más electricidad y más líneas de transmisión. (Crédito: Russ Allison Loar / flickr, CC BY-NC-ND)

La principal solución al cambio climático es bien conocida: dejar de quemar combustibles fósiles. Cómo hacerlo es más complicado, pero como erudito que modela la energía, yo y otros vemos las líneas generales de un futuro posterior a los combustibles fósiles: fabricamos electricidad con fuentes renovables y electrificamos casi todo .

Eso significa conducir vehículos y trenes con electricidad, calentar edificios con bombas de calor eléctricas, electrificar aplicaciones industriales como la producción de acero y usar electricidad renovable para producir hidrógeno (similar al gas natural) para otros requisitos. Por lo tanto, la atención se centra en alimentar la red eléctrica con fuentes renovables.

Sin embargo, existe un debate sobre si los sistemas de electricidad totalmente renovables son factibles y qué tan rápido se puede hacer la transición. Aquí sostengo que la viabilidad es clara, por lo que solo la pregunta de transición es relevante.

Tecnologías conocidas

Un parque eólico en Texas. El estado obtuvo aproximadamente el 15% de su electricidad del viento en 2017. (Crédito: Draxis / flickr , CC BY-ND )

Mi investigación se centra en la economía de las energías renovables . Para demostrar la viabilidad y estimar el costo de los sistemas de electricidad renovable, los investigadores utilizan modelos informáticos que calculan la producción potencial de diferentes tecnologías en cada momento, en función de las condiciones climáticas cambiantes. Un modelo revela qué combinación de fuentes de electricidad y sistemas de almacenamiento de energía tiene el costo más bajo y siempre satisface la demanda.

Muchos estudios demuestran que las redes eléctricas totalmente renovables son factibles en los Estados Unidos , Europa , Australia y otros lugares. Mis colegas y yo recientemente completamos un estudio a pequeña escala sobre la isla-isla de Mauricio . Las islas son lugares atractivos para las transiciones renovables iniciales debido a su pequeña escala, relativa simplicidad y dependencia de los combustibles importados.

Hay varias formas de generar electricidad renovable : hidroeléctrica, eólica, solar fotovoltaica, geotérmica y quemar diversas formas de biomasa (materia vegetal), además de mejorar la eficiencia para usar menos energía. Estas son tecnologías maduras con costos conocidos.

Otras posibilidades incluyen olas, mareas y energía solar concentrada , donde los reflectores enfocan los rayos solares para producir energía. Si bien estos pueden usarse en el futuro, la necesidad de abordar el cambio climático es urgente y, en mi opinión, las tecnologías maduras son suficientes.

Las opiniones sobre la energía nuclear son fuertes, que es otra conversación. Pero los modelos muestran que Estados Unidos no necesita energía nuclear para retirar los combustibles fósiles.

La rejilla del futuro

Los sistemas de energía renovable son específicos de la ubicación: el mejor sistema depende de los recursos de una ubicación (¿hace viento?), Su patrón temporal (¿con qué frecuencia no hace viento?) Y la disponibilidad de fuentes complementarias (¿hay energía hidroeléctrica para respaldo?). A pesar de esta sensibilidad de ubicación, los estudios en lugares dispares están encontrando resultados similares.

Tener una diversidad de fuentes renovables puede reducir los costos. En particular, la energía solar y la eólica son complementarias si la temporada de sol no es la estación de viento; los modelos encuentran que una combinación de ambos suele ser menos costosa que cualquiera de los dos.

Para la mayoría de las tecnologías, una escala mayor reduce los costos . Por ejemplo, en los Estados Unidos, las granjas solares a gran escala pueden ser más de 1,000 veces más grandes que los sistemas de techos residenciales y aproximadamente la mitad del costo. Para minimizar el costo, construimos grandes sistemas.

La construcción de proyectos de energía renovable a gran escala, como esta planta solar de 550 megavatios en el desierto de Mojave en California, conduce a menores costos para la energía producida. (Crédito: Departamento del Interior de EE . UU. , CC BY-SA )

Debido a que las condiciones solares y eólicas varían en todo el paisaje, los costos del sistema caen a medida que crece el área de producción , por lo que debe existir una red eléctrica robusta para mover la electricidad de los lugares donde hay suministro a los lugares de demanda. También necesitamos más electricidad para aplicaciones como el transporte que actualmente utilizan combustibles fósiles. Esto significa que la cuadrícula debe crecer.

Los estudios demuestran que el funcionamiento de una red eléctrica con energía renovable variable incluirá no usar, o tirar, algo de energía a veces, una estrategia que reduce el costo en comparación con almacenar siempre el excedente de energía.

Aún así, se necesita alguna forma de almacenamiento de electricidad . Las baterías funcionan bien para suavizar las fluctuaciones a corto plazo, pero para almacenar energía durante muchas horas o días, el almacenamiento hidroeléctrico bombeado es menos costoso. La bomba hidráulica utiliza cualquier energía adicional en la red para bombear agua cuesta arriba, y cuando se necesita energía, el agua vuelve a bajar para generar energía en una turbina. Estados Unidos tiene algunos ejemplos existentes y muchos lugares factibles . Con la expansión de la red, el almacenamiento puede ubicarse a una distancia de los usuarios.

La energía hidroeléctrica y la biomasa están disponibles bajo demanda, por lo que tenerlas en una red eléctrica renovable reduce la necesidad de almacenamiento de energía y reduce los costos. Ambos tienen efectos ambientales que deben ser gestionados.

La energía hidroeléctrica puede alterar los ecosistemas locales. La quema de biomasa emite dióxido de carbono , pero un estudio en el que trabajé muestra que las emisiones de biomasa son reversibles y claramente preferibles al carbono a las emisiones de combustibles fósiles. La sostenibilidad también depende de manera crítica del manejo de los campos y bosques de biomasa; El historial humano en esto no ha sido estelar .

Los sistemas de energía renovable requieren tierra. Un estudio de EE. UU. Muestra que el suministro de toda la electricidad del viento, el agua y la energía solar necesitaría el 0,42% del área terrestre, más el 1,6% del área terrestre para el espacio entre turbinas eólicas. La energía de biomasa requiere mucha más tierra que la eólica o solar, por lo que la biomasa debe ser una pequeña parte de la solución de energía renovable.

Barreras Políticas y Culturales

Una futura red eléctrica renovable con electrificación asociada puede o no reducir los costos de energía . Pero evitar los peores efectos del cambio climático significa abandonar los combustibles fósiles, ya sea que esto ahorre o no dinero. Aún así, la transición renovable será más rápida y políticamente más fácil si es menos costosa.

En Mauricio , nuestro estudio encuentra que los costos de electricidad renovable son similares a los costos actuales allí, según los costos de capital actuales para la energía renovable. Algunos estudios también encuentran que los costos de la electricidad renovable futura son más bajos que los costos actuales de los combustibles fósiles, en el caso probable de que los costos disminuyan a medida que construimos más sistemas de energía renovable y mejoramos al hacerlo.

Y eso es todo, desde una perspectiva técnica. Una combinación de fuentes renovables y almacenamiento de energía, la combinación específica que depende de las condiciones y preferencias locales, puede suministrar toda la electricidad necesaria a un precio asequible y reducirá la contaminación del aire.

Pero se necesitan políticas gubernamentales para hacer una transición a las energías renovables. El cambio climático es un costo externo, soportado por la sociedad más que por los productores de energía, por lo que las fuerzas del mercado por sí solas no harán la transición. Además de poner un precio al carbono (tal vez con los dividendos devueltos al público ), el gobierno podría facilitar la construcción de la infraestructura necesaria. Y se necesita apoyo público: por ejemplo, la aceptación pública de las líneas de transmisión para trasladar la electricidad desde las ventosas Grandes Llanuras a los centros de las ciudades es otro desafío para una red totalmente renovable.

Un proyecto en la escala de transformación del sistema energético creará puestos de trabajo , muchos puestos de trabajo, que es quizás la medida económica de mayor importancia para la ciudadanía.

Investigaciones mías y de otros muestran que las redes eléctricas totalmente renovables son factibles con la tecnología actual a precios actuales; Las barreras al uso de electricidad renovable son más políticas y culturales que tecnológicas o económicas.

La conversación

Este es un post invitado de David Timmons , Profesor Asociado de Economía, Universidad de Massachusetts, Boston . Las opiniones compartidas en este artículo reflejan únicamente las opiniones del autor.

Este artículo se vuelve a publicar de The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lee el artículo original .

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