La energía solar y eólica compiten con las centrales eléctricas de carbón cuando se trata de sistemas de almacenamiento de energía. Foto AP / Mel Evans
Energía libre de carbono: ¿Está la respuesta soplando en el viento? Tal vez, pero el viento no siempre sopla, ni el sol brilla siempre. La energía generada por la energía eólica y solar es intermitente, lo que significa que la electricidad generada sube y baja de acuerdo con el clima.
Pero la salida de la red eléctrica debe ser controlable para que coincida con la demanda cambiante de los consumidores de segundo a segundo. Por lo tanto, la intermitencia de la energía eólica y solar es un desafío operacional para el sistema eléctrico.
El almacenamiento de energía es una solución ampliamente reconocida para el problema de las energías renovables intermitentes. La idea es que el almacenamiento se cargue cuando el viento sopla, o el sol brilla, y luego se descarga cuando se necesita energía. El almacenamiento para la red puede ser un batería química como los que usamos en dispositivos electrónicos, pero también puede tomar la forma de bombeo de agua hasta una colina a un depósito y generar electricidad cuando se deja fluir hacia abajo, o se almacena y descarga aire comprimido En una caverna subterránea.
La forma más utilizada de almacenamiento de energía en la red eléctrica es bombear agua cuesta arriba y luego liberarla en las horas pico para hacer funcionar una turbina eléctrica. Vattenfall, CC BY-NC-ND
Motivados por la opinión de que el almacenamiento es una tecnología "verde", los gobiernos están promoviendo cada vez más el almacenamiento de energía distribuida y de escala de servicios públicos. Por ejemplo, en noviembre 2017, el gobernador de Nueva York, Andrew Cuomo, firmó un proyecto de ley que exigía objetivos para la adopción de almacenamiento por 2030. Otros estados con políticas similares son Oregon, Massachusetts, California y Maryland. Compañías como Tesla también han calificado los sistemas de almacenamiento como tecnologías limpias.
Pero, ¿los grandes sistemas de almacenamiento reducen las emisiones en nuestras redes actuales? en un estudio recienteDescubrimos que este no es necesariamente el caso, un reflejo de lo complejo que puede ser el sistema eléctrico.
El papel del carbón.
Debido a que el almacenamiento puede permitir que las energías renovables satisfagan la demanda cambiante, a menudo asumimos que la tecnología es inherentemente verde, es decir, al agregar almacenamiento y fuentes renovables a la red, reducimos las emisiones de gases de efecto invernadero. Es similar a darse cuenta de que las computadoras pueden proporcionar beneficios de educación y productividad, y luego asumir que todo lo que una persona hace en una computadora es educativo o productivo. Tanto para el almacenamiento de energía como para las computadoras, depende de cómo lo use.
En nuestro análisis, encontramos que agregar almacenamiento puede, para algunas redes, aumentar las emisiones de carbono. Aunque es contrario a la intuición a primera vista, este resultado tiene sentido cuando se considera cómo funcionan las redes eléctricas. En términos generales, toda la red de EE. UU. Funciona como conjunto de sub-redes regionales Que cubren los Estados Unidos como una colcha de retazos.
El CEO de Tesla, Elon Musk, presenta la batería de la compañía para la red eléctrica en 2015. Foto AP / Ringo HW Chiu
El almacenamiento de energía no tiene emisiones de chimeneas como las centrales eléctricas de carbón o de gas natural. Pero el nuevo almacenamiento afecta la operación de otras centrales eléctricas en la red, lo que resulta en un aumento o disminución de las emisiones de carbono, según el tipo de centrales eléctricas que suministran electricidad para esa región.
En la mayoría de los casos, los sistemas de almacenamiento en los Estados Unidos funcionan para maximizar las ganancias. Para hacer esto, el almacenamiento “compra bajo y vende alto”. La electricidad generalmente es barata durante la noche cuando la demanda es baja y más costosa durante el día, especialmente cuando la gente llega a casa del trabajo y enciende un montón de aparatos. Así que los operadores de sistemas de almacenamiento tienden a comprar por la noche y vender durante el día. El efecto neto del almacenamiento en las emisiones, por lo tanto, depende de qué tipo de generadores se utilizan para satisfacer la nueva demanda por la noche en comparación con el día.
En redes con mucha energía de carbón: estados del medio oeste, oeste y sur. depende en gran medida del carbón - Las plantas de carbón se utilizan normalmente para satisfacer pequeños cambios en la demanda durante la noche. Las plantas de gas natural tienden a funcionar durante el día para satisfacer la demanda máxima. En estas redes eléctricas, el almacenamiento tiende a acumularse con la energía del carbón durante la noche, desplazando la energía del gas natural durante el día.
La energía del carbón es una fuente de electricidad más sucia que el gas natural, con aproximadamente el doble de las emisiones de carbono por cada unidad de electricidad producida. Por lo tanto, en lugares donde el nuevo almacenamiento significa más carbón y menos generación de gas natural, el almacenamiento aumentará las emisiones totales de carbono de la red.
En el Medio Oeste, descubrimos que al agregar una capacidad de almacenamiento de gigavatios 3, suficiente potencia para abastecer aproximadamente a los hogares estadounidenses de 500,000, aumenta las emisiones de carbono como equivalente a agregar autos 6,700 por año a la carretera. Y a medida que se agrega más almacenamiento, aumentan las emisiones de carbono.
Por otro lado, encontramos que en Nueva York, un estado con muy poca energía de carbón, agregar almacenamiento reduce las emisiones de carbono. El Medio Oeste es actualmente la red eléctrica más sucia de los EE. UU., Y Nueva York es una de las más limpias, por lo que otras regiones caerían en algún punto intermedio.
No siempre es fácil ser verde
Entonces, ¿cómo pueden los planificadores de la red lograr la promesa de un matrimonio feliz entre el almacenamiento y las energías renovables, asumiendo que tienen que vivir en la misma casa con el viejo tío Coal?
Una posibilidad es que, incluso con el almacenamiento operativo para maximizar las ganancias, agregar suficiente energía eólica y solar a la red podría contrarrestar el efecto del carbón. Con suficiente exceso de energía renovable, el almacenamiento en cualquier forma (baterías o depósitos de agua, por ejemplo) preferiría el uso de energía solar y eólica porque son las fuentes más baratas cuando el suministro de energía excede la demanda. El almacenamiento aún estaría cambiando la energía del carbón de la noche a la mañana, pero permitir más energías renovables sería suficiente para compensar las emisiones adicionales.
Las regulaciones pueden diseñarse de modo que los sistemas de almacenamiento de energía se carguen con el exceso de electricidad de la energía eólica y solar, que es un paso hacia la limpieza del almacenamiento. petrmalinak / Shutterstock.com
Estudiamos esto y descubrimos que para la red del medio oeste hay un punto de inflexión cuando la energía eólica y solar alcanzan aproximadamente el 18 del porcentaje de la capacidad de generación total: en ese punto, agregar almacenamiento comienza a disminuir en lugar de aumentar las emisiones. El nivel de adopción actual es 10 por ciento, por lo que tomaría un tiempo antes de que el almacenamiento en el medio oeste reduzca las emisiones.
Otra opción es cambiar cómo se opera el almacenamiento. Con un precio modesto sobre el carbono, por ejemplo, el costo de diferentes generadores cambiaría de modo que el almacenamiento se cargue con menos frecuencia de las plantas de carbón, reduciendo las emisiones incluso en la red del Medio Oeste, que carece de carbón.
Si bien un impuesto nacional sobre el carbono no parece probable en el futuro cercano, existen otros caminos para garantizar resultados ecológicos del almacenamiento. Por ejemplo, los estados pueden implementar políticas que fomenten un mayor uso de recursos de cero carbono en lugar de carbón.
En cualquier caso, el almacenamiento siempre nos ayudará a utilizar más de nuestras fuentes de electricidad de bajo costo. La pregunta es si eso es carbón, nuclear o renovables.
Sobre el Autor
Naga Srujana Goteti, estudiante de doctorado en energía y sostenibilidad, Rochester Institute of Technology; Eric Hittinger, Profesor Asistente de Políticas Públicas, Rochester Institute of Technology, y Eric Williams, Profesor Asociado de Sostenibilidad, Rochester Institute of Technology
Este artículo se publicó originalmente el La conversación. Leer el articulo original.
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