Cómo tener una red eléctrica totalmente renovable

Cómo tener una red eléctrica totalmente renovable
Una red totalmente renovable significará más electricidad y más líneas de transmisión. Russ Allison Loar / flickr, CC BY-NC-ND

La principal solución para cambio climático es bien conocido: deje de quemar combustibles fósiles. Cómo hacer esto es más complicado, pero como erudito que modela energía, yo y otros vemos los contornos de un futuro posterior a los combustibles fósiles: nosotros generar electricidad con fuentes renovables y electrificar casi todo.

Eso significa conducir vehículos y trenes con electricidad, calentar edificios con electricidad bombas de calorelectrizante aplicaciones industriales como la producción de acero y el uso de electricidad renovable para hacer 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 factible y cuan rápido La transición puede hacerse. Aquí sostengo que la viabilidad es clara, por lo que solo la pregunta de transición es relevante.

Tecnologías conocidas

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Un parque eólico en Texas. Texas obtuvo aproximadamente 15% de su electricidad del viento en 2017.
Draxis / flickr, CC BY-ND

Mi investigación se centra en el 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 demostrar que las redes eléctricas totalmente renovables son factibles en el Estados Unidos, Europa, Australia y en otros lugares Mis colegas y yo recientemente completamos un estudio a pequeña escala sobre la nación isleña de Mauricio. Las islas son atractivas lugares para transiciones renovables iniciales debido a su pequeña escala, relativa simplicidad y dependencia de los combustibles importados.

Hay un número de formas de hacer electricidad renovable: hidroeléctrica, eólica, solar fotovoltaica, geotérmica y quema de diversas formas de biomasa (materia vegetal), además mejorando la eficiencia usar menos energía. Estas son tecnologías maduras con costos conocidos.

Otras posibilidades incluyen ola, marea y concentrar la energía solar, 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.

Opiniones sobre energía nuclear corre fuerte, que es otra conversación. Pero los modelos muestran que Estados Unidos no necesita energía nuclear para retirar los combustibles fósiles.

La grilla 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, solar y eólica son complementario si la estación soleada no es la estación ventosa; los modelos encuentran que una combinación de ambos suele ser menos costosa que cualquiera de los dos.

Para la mayoría de las tecnologías, mayor escala reduce el costo. 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.

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La construcción de proyectos de energía renovable a gran escala, como esta planta solar 550 de megavatios en el desierto de Mojave en California, conduce a menores costos para la energía producida.
Departamento del Interior de los Estados Unidos, CC BY-SA

Debido a que las condiciones solares y eólicas varían en todo el paisaje, el sistema los costos caen a medida que crece el área de producción, entonces debe haber un rejilla eléctrica robusta mover electricidad de lugares donde hay suministro a 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 incluye no usar o tirar algo de energía a veces, una estrategia que reduce los costos en comparación con almacenar siempre el excedente de energía.

Aún así, alguna forma de almacenamiento de electricidad es necesario Las baterías funcionan bien para suavizar las fluctuaciones a corto plazo, pero para almacenar energía durante muchas horas o días, 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.

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Administración de Información de Energía, CC BY

La energía hidroeléctrica puede alterar los ecosistemas locales. Ardiente la biomasa emite dióxido de carbono, pero un estudio en el que trabajé muestra que las emisiones de biomasa son reversibles y son 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; la trayectoria humana en este no ha sido estelar.

Los sistemas de energía renovable requieren tierra. UNA Estudio de Estados Unidos muestra que el suministro de toda la electricidad del viento, el agua y la energía solar necesitaría 0.42% del área de tierra, más 1.6% del área de tierra para 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.

Las barreras reales son 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.

In 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 consideramos que los costos de la electricidad renovable futura son más bajos que los costos actuales de 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 ponerle precio al carbono (quizás con 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 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 crear puestos de trabajo - muchos trabajos, 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.

Sobre el Autor

David timmons, Profesor asociado de economía, Universidad de Massachusetts Boston

Este artículo se republica de La conversación bajo una licencia Creative Commons. Leer el articulo original.

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