12 de diciembre de 2024 — En una red eléctrica sustentada parcialmente por turbinas eólicas, paneles solares y turbinas hidroeléctricas, los patrones meteorológicos y climáticos pueden afectar significativamente la cantidad de energía que se produce. Y a medida que se agreguen más energía eólica y solar a la red, las empresas de servicios públicos deberán comprender cómo los patrones estacionales en el clima y el tiempo pueden causar cambios en la generación de energía.
es nueva investigacionun equipo del Departamento de Energía Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico muestra que las sequías de energía compuesta, o períodos de baja generación de energía a partir de energía solar, eólica e hidroeléctrica simultáneamente, pueden durar hasta cinco meses y ocurrir con mayor frecuencia en el otoño.
Es importante destacar que «las sequías de energía compuestas no necesariamente causan apagones, y los consumidores pueden no darse cuenta de que están ocurriendo», dijo Cameron Bracken, científico terrestre de PNNL y autor principal del artículo. Y, de hecho, el equipo descubrió que en el oeste de Estados Unidos, la gran cantidad de generación no renovable significa que incluso en el peor de los casos de sequía energética, todavía hay suficiente energía disponible para satisfacer la demanda.
«La pregunta entonces es sobre el costo de la energía y cómo implementar efectivamente el almacenamiento de energía», dijo Bracken. «Durante una demanda energética compuesta, las empresas de servicios públicos tendrían que utilizar más energía procedente de la quema de combustibles fósiles para satisfacer la demanda o comprar energía en el mercado».
Y quemar combustibles fósiles cuesta más y emite más dióxido de carbono. Saber cuándo podría ocurrir una sequía de energía compuesta y cuánto podría durar, permite a los operadores de servicios públicos no solo planificar cómo proporcionar energía de manera rentable a los consumidores, sino también cómo invertir en almacenamiento de energía.
Bracken presentó la investigación el 10 de diciembre en la reunión anual de la Unión Geofísica Americana en Washington, DC. El equipo también presentó un artículo en la revista Applied Energy.
Cómo afectan las estaciones a la generación de energía.
Bracken y sus colegas investigaron previamente las sequías de energía compuestas en un artículo publicado el otoño pasado, donde encontraron que las sequías de energía en la energía solar y eólica pueden durar casi una semana. Debido a que la energía solar y la eólica pueden cambiar en cuestión de minutos (debido a una nube que pasa sobre un campo de paneles solares o al amainar el viento), estas sequías de energía afectan las operaciones minuto a minuto de una empresa de servicios. públicos.
Pero la energía eólica y solar no son las únicas fuentes de energía renovables que dependen de ritmos naturales.
La generación de energía hidroeléctrica responde a patrones climáticos de largo plazo de estaciones secas y húmedas, dijo Bracken. En el oeste de Estados Unidos, el derretimiento de la capa de nieve en el verano impulsa un aumento en la generación de energía hidroeléctrica durante los meses más cálidos, por ejemplo. En la parte oriental del país, la energía hidroeléctrica no depende tanto de la capa de nieve de las montañas sino de las lluvias estacionales.
“Los ciclos hidrológicos duran meses, no días ni horas. Queríamos saber en qué medida las sequías energéticas podrían afectar a la red a escala estacional, lo que significa que debemos investigar cómo los fenómenos climáticos afectan la generación de energía hidroeléctrica”, dijo Bracken. Comprender un patrón estacional de sequías de energía compuesta permitiría a las empresas de servicios públicos planificar con anticipación en una escalada de tiempo más larga.
De manera similar al artículo anterior, Bracken y sus coautores analizaron un período de datos climáticos históricos entre 1982 y 2019 para encontrar momentos nublados en los que la energía solar podría caer, días estancados en los que el viento podría no soplar y períodos secos que podrían disminuir la generación de energía hidroeléctrica. También investigaron patrones climáticos como El Niño y La Niña para ver si existía una variación con las sequías energéticas.
Luego, el equipo aplicó esos datos a la infraestructura energética actual. Es decir, si durante esos 40 años existiera la cantidad actual de turbinas eólicas, paneles solares e instalaciones hidroeléctricas, ¿con qué frecuencia y durante cuánto tiempo se habrían producido sequías energéticas compuestas?
El equipo descubrió que las sequías de energía compuesta habrían ocurrido con mayor frecuencia en el otoño y podrían haber durado hasta cinco meses. Esto refleja un período en el que los días comienzan a acortarse (lo que lleva a menos luz solar) y el deshielo del verano disminuye.
Durante la peor de estas sequías de energía compuesta, los investigadores encontraron que las emisiones de dióxido de carbono podrían aumentar hasta un 20 por ciento a medida que las empresas de servicios públicos cambiaran a combustibles fósiles para reemplazar la generación perdida de energía eólica, solar e hidroeléctrica. También descubrieron que los precios de la energíaon aumentan significativamente en el noroeste de Estados Unidos, que dependen más de la energía hidroeléctrica que otras partes del país.
La buena noticia es, sin embargo, que en un modelo de Western Interconnect la producción de energía nunca cayó tanto como para no poder satisfacer la demanda, afirmó Bracken. Esto se debe en parte a que la red eléctrica del país alberga suficientes tipos diferentes de fuentes de energía que no todas se ven afectadas al mismo tiempo. Otra razón para esta resiliencia es que si ocurre una sequía energética compuesta en una parte del país, es poco probable que una región vecina experimente la misma caída en la generación. Con la transmisión regional, las regiones vecinas pueden enviar energía donde sea necesario.
Implicaciones para el almacenamiento de energía y las emisiones.
Los investigadores también mostraron cómo las empresas de servicios públicos podrían utilizar la información sobre sequías energéticas para informar sus operaciones. El equipo eligió los cinco peores meses de sequía energética durante el período de estudio, cuando los patrones climáticos provocaron una caída simultánea de la energía solar, eólica e hidroeléctrica, y analizó esos datos a través de un modelo de las operaciones anuales de Western Interconnection.
«Este estudio de caso puede ayudar a que las empresas de servicios públicos tengan una idea de cuándo la generación de todos sus recursos intermitentes es la más baja que hemos observado históricamente», dijo Bracken.
Con el escenario modelado, las empresas de servicios públicos pueden considerar cuánto almacenamiento de energía podrían instalar para amortiguar algunos efectos de una caída simultánea de la energía eólica, solar e hidroeléctrica.
El nuevo trabajo ofrece una base para que las empresas de servicios públicos comiencen a pensar de una nueva manera sobre cómo gestionar y planificar una red eléctrica descarbonizada. Y en investigaciones futuras, el equipo planea investigar cómo el cambio climático afectará la frecuencia y duración de las sequías energéticas estacionales compuestas.
Fuente: Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico
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