¡Ay! La rejilla eléctrica vieja, sucia y estrafalaria de EE. UU. Costaría $ 5 billones para reemplazar

¡Ay! La rejilla eléctrica vieja, sucia y estrafalaria de EE. UU. Costaría $ 5 billones para reemplazar

La vieja escuela: gran parte de la planta de energía y la red de transmisión de la que dependemos ha existido durante décadas. andrewfhart / flickr, CC BY-SA

La red eléctrica es un asombroso sistema integrado de máquinas que abarca todo un continente. La Academia Nacional de Ingeniería lo ha llamado una de las los mayores logros de ingeniería del siglo 20. La conversación

Pero también es costoso. Según mi análisis, el valor actual (depreciado) de la red eléctrica de EE. UU., Que comprende plantas de energía, cables, transformadores y postes, es de aproximadamente US $ 1.5 a $ 2 billón. Reemplazarlo costaría casi $ 5 billones.

Eso significa que la infraestructura eléctrica de los EE. UU., Que ya contiene billones de dólares de capital hundido, pronto necesitará una inversión significativa para mantener las cosas como están. Una planta de energía construida durante la rápida expansión del sector de energía en las décadas posteriores a la Segunda Guerra Mundial ahora tiene 40 años o más, se pagó por mucho tiempo y es probable que deba ser reemplazada. De hecho, la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles acaba de dar a toda la infraestructura energética una apenas pasando el grado de D +.

La actual administración ha prometido invertir fuertemente en infraestructura, lo que plantea una serie de preguntas con respecto al sistema eléctrico: ¿Cómo debería ser la red energética del futuro? ¿Cómo logramos un suministro de energía con bajas emisiones de carbono? ¿Cuánto costará?

La infraestructura parece ser un problema que puede reunir apoyo de ambos lados del pasillo. Pero para tomar buenas decisiones sobre el gasto, primero tenemos que entender el valor de la grilla existente.

Estado actual de transición

La red eléctrica está pensada para durar décadas, sin embargo, pocas personas se dan cuenta de que todo el sistema debe equilibrar finamente el suministro y la demanda en escalas de tiempo tan breves como un segundo. Cada vatio de energía eléctrica para iluminar casas, operar laptops o aires acondicionados se genera al mismo tiempo en diferentes lugares, principalmente quemando combustibles que hacen girar imanes en los generadores. No hay esencialmente almacenamiento de electricidad en la red; en su lugar, la mayoría de la energía se almacena en los combustibles: carbón, gas natural, productos nucleares y agua detrás de las presas, esperando que el comando se convierta en electricidad en tiempo real.


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cuadrícula 3 17Ubicación y estado depreciado de todas las centrales eléctricas de EE. UU. Joshua Rhodes, datos de EIA Form 860.

En los últimos años, donde obtenemos nuestro poder ha cambiado drásticamente. Los generadores más antiguos son grandes centrales eléctricas, con muchas ubicadas en la parte oriental de los EE. UU. Las adiciones más recientes han sido más pequeñas y más dispersas: piensen en paneles solares en la azotea o en parques eólicos. Algunos expertos incluso han dicho que este modelo de generación más distribuida más cerca de donde se consume energía, a lo largo del borde de la red, en lugar de las centrales eléctricas centrales, es el nueva norma.

En el futuro, podemos construir la red de nuevo de la misma manera que lo hemos hecho antes o podemos invertir en nuevas tecnologías que pueden ofrecer el mismo servicio pero a un menor costo.

¿Y cómo podríamos hacerlo más limpio? Algunas personas piensan que la red puede funcionar completamente en fuentes de energía renovables. Otros dicen que la mejor forma de "descarbonizar" o reducir las emisiones de carbono para el sistema energético en su conjunto es electrificación generalizada del sectores industriales y de transporte.

Pero para responder a lo que costarían tales transiciones, necesitamos saber: ¿Cuánto cuesta la red actual? ¿Cuánto vale todo el hormigón, acero, silicio, etc. que ya hemos instalado en el suelo? Para ayudar a informar a los formuladores de políticas y planificadores que lidian con su visión del futuro, me puse a responder esa pregunta.

¿Qué conforma la grilla?

Para este ejercicio, he limitado "la grilla" a las siguientes partes:

  1. Plantas de energía
  2. Líneas de transmisión de alta y baja tensión, que transportan energía a largas distancias
  3. Líneas de distribución, que llevan la energía directamente a los edificios u otros puntos finales.
  4. Subestaciones para el enrutamiento de la red de transmisión
  5. Subestaciones en la grilla de distribución
  6. Transformadores que cambian los voltajes en la red de distribución

Este cálculo omite los componentes adicionales y necesarios de la red, como el cable eléctrico dentro de su hogar, los medidores en los paneles eléctricos de las casas y edificios y los dispositivos de uso final que consumen la electricidad.

Examinando una variedad de informes públicos y utilizando estimaciones actualizadas para la construcción nueva y los enfoques estándar para estimar la depreciación, cuantificamos el valor de los activos de la nación para la generación, transmisión y distribución de energía.

La capacidad total de estas plantas de energía se trata de 1.15 terawatts. Esa es la capacidad de generación de reactores de energía nuclear 1,000 (actualmente, los EE. UU. Tienen información sobre 100). Como se puede imaginar, sería costoso reemplazarlo. Solo para plantas de energía, el valor de reposición es de casi $ 2.7 billones, y el valor depreciado, o el valor aproximado de la corriente, es de casi $ 1 billones. En general, el desglose del valor se refiere a la planta de energía porcentual 56, el sistema de transmisión porcentual 9 y el sistema de distribución porcentual 35.

grid2 3 17Desglose del reemplazo y el valor depreciado de la infraestructura eléctrica de los EE. UU. Muchas de las fuentes de datos subyacentes, incluidas las del EIA, son las mismas que las utilizadas recientemente en el estudio UT-Austin Energy Institute sobre el costo total de la electricidad. Usamos un plan simplificado de depreciación en línea recta que termina en un valor residual del porcentaje 15 del costo inicial al final de su vida útil esperada. Joshua Rhodes

¿Qué camino seguir?

Si queremos tener un futuro energético más limpio, existen múltiples vías para llegar allí. Sin embargo, tengo la hipótesis de que la vía más barata y más probable será la que mejor aproveche, no duplique, la infraestructura que ya tenemos. Una de las vías más "plug and play" (y lo que estamos viendo hoy en día) es una conversión del carbón a la generación a gas en centrales eléctricas que pueden usar cables, postes e infraestructura de agua existentes.

En el otro extremo del espectro, una economía de hidrógeno requeriría nuevas inversiones masivas en nuevos tipos de tecnología, por lo que aprovecharía menos de lo que actualmente tenemos. Por ejemplo, necesitaríamos construir lugares para generar y almacenar hidrógeno. Por otro lado, tiene el potencial de ser más resistente y sostenible.

grid3 3 17Mostrando su edad: la actualización de las líneas de transmisión podría llevar la energía solar y eólica desde lugares remotos del país a donde están las personas, lo que ayudaría a que la cuadrícula sea más limpia ya precios potencialmente más bajos. indigoskies / flickr, CC BY-NC-ND

Un área que parece prometedora para la inversión en infraestructura es la actualización de la red de transmisión de energía a granel. Estas actualizaciones podrían permitir que la energía fluya entre las regiones de los EE. UU. Y sería similar a cómo el sistema de autopistas interestatales redujo los costos comerciales en todo el país mediante reduciendo en gran medida el tiempo que llevó transportar bienes y servicios a través de nuestro vasto país.

Hay áreas de los EE. UU. Donde la energía se produce más barata y con menos impactos ambientales que en otras áreas. La expansión de las líneas de transmisión a áreas del país que cuentan con buenos recursos eólicos y solares puede generar un poder de bajo costo para los usuarios. El problema es que estas áreas no siempre están donde están las personas, así que para llevar este poder a las personas, necesitamos una red de transmisión sólida.

Las redes de distribución, es decir, la parte de la red que entrega energía directamente a los edificios, también pueden integrar más energía solar sin un gran costo adicional para la operación de la red. Pero una vez que la capacidad solar alcanza un cierto porcentaje de demanda de energía en la red local, que varía según la ubicación, entonces se incurre en más costos.

Al final, los consumidores o los contribuyentes siempre terminan pagando por estos proyectos de actualización, pero los beneficios pueden superar los costos. La expansión de su red eléctrica en Texas ha permitido mucha más energía eólica para llegar a los centros de carga lo que, junto con una caída en los precios del gas natural, ha reducido los costos del mercado eléctrico mayorista. Esos costos más bajos son entonces pasó a los contribuyentes.

No existe un camino que no requiera inversión; incluso el simple hecho de mantener lo que tenemos costará cientos de miles de millones, si no miles de millones, de dólares en la próxima década. La pregunta más importante es: ¿A medida que continuamos reemplazando y reconstruyendo esta sorprendente red, en qué tecnologías deberíamos enfocarnos?

Sobre el Autor

Joshua D. Rhodes, Investigador Postdoctoral de Energía, Universidad de Texas en Austin

Este artículo se publicó originalmente el La conversación. Leer el articulo original.

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