Cortesía de Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico.
Por Kelsey Adkisson
Cuando otra ola de calor rompió los récords de temperatura en el noroeste del Pacífico a mediados de 2021, las amenazas de apagones continuos se extendieron por toda la región.
Estas amenazas climáticas extremas recurrentes ofrecen un recordatorio aleccionador de que las redes de energía envejecidas no fueron diseñadas para manejar el estrés del cambio climático. Tampoco fueron diseñados para resistir el impacto energético de eventos extremos como olas de calor, sequías o incendios forestales, que se prevé que sean más frecuentes e intensos, según Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) Nathalie Voisin, científica de la Tierra de PNNL que forma parte de un equipo que trabaja en la resiliencia de la red en relación con el cambio climático.
“Incluso bajo proyecciones modestas de cambio climático, las amenazas de cortes de energía se volverán más comunes”, dijo Voisin.
En el noroeste del Pacífico, que depende de la energía hidroeléctrica para ayudar a generar electricidad, las olas de calor más frecuentes, la escasez de agua y el aumento del riesgo de incendios forestales ejercen una mayor presión sobre una red eléctrica sobrecargada. En la actualidad, más del 90% del oeste de los Estados Unidos se enfrenta a condiciones de sequía. Hace un año, era del 40%.
Para aliviar algo de esa presión, los equipos de investigación de la PNNL se centran en la prevención. Están trabajando para predecir futuros escenarios de sequía y crear planes de contingencia de energía hidroeléctrica y de la red, implementar controles inteligentes de carga de electricidad, administrar los bosques para reducir el impacto de los incendios forestales y colocar nueva infraestructura de red, como almacenamiento de energía o microrredes, donde más se necesitan.
“Cuando hablamos de escasez de energía, incluso los pequeños pasos suman. Cambiar el uso de electrodomésticos grandes, como una gran cantidad de lavavajillas o lavadoras, de las horas pico de la tarde y la noche a la mañana o la noche, o aumentar los termostatos un par de grados en el verano y usar ventiladores de techo o piso puede marcar la diferencia “, dijo PNNL Dhruv Bhatnagar, ingeniero de sistemas energéticos.
¿Qué significan las altas temperaturas para la energía hidroeléctrica?
La ola de calor de principios del verano de 2021 provocó un aumento en la demanda de energía que dejó a los operadores de represas hidroeléctricas con una opción difícil: (1) usar agua para mantenerse al día con el aumento, dejando menos agua para fines del verano, o (2) comprar energía en el mercado abierto, a menudo a precios más altos y del gas natural.
Los modeladores del PNNL como Voisin están trabajando para predecir este tipo de eventos y los impactos en la generación y la carga, incluidos problemas a corto plazo como olas de calor o problemas a más largo plazo como sequías a través de esfuerzos como el Iniciativa HydroWIRES del Departamento de Energía.
Los investigadores de PNNL están utilizando modelos avanzados para predecir sequías y proporcionar a los operadores de la red información para tomar decisiones sobre cómo asignar energía durante eventos extremos. Por ejemplo, para simular el impacto del cambio climático en la futura red eléctrica, los investigadores utilizaron un modelo de computadora llamado GENESYS. Los resultados recientes mostraron que Los sistemas de energía se verán afectados por múltiples factores estresantes simultáneamente., y estos impactos se componen y no son solo aditivos.
PNNL está desarrollando escenarios de sequía para ayudar a los operadores y agencias reguladoras con la planificación futura. Esto incluye predecir las condiciones futuras de sequía y los impactos en las plantas hidroeléctricas y termoeléctricas, que luego se pueden utilizar para comprender el impacto potencial en las operaciones de la red y guiar la adaptación.
“Esta información se utiliza para ayudar a los operadores a tomar decisiones basadas en riesgos y determinar dónde pueden estar las vulnerabilidades. En última instancia, ayudará a responder la pregunta: dados los diferentes factores de estrés, ¿habrá suficiente energía para satisfacer la demanda y otras necesidades de la red eléctrica? ”. dijo Voisin.
“¿Habrá suficiente energía para satisfacer la demanda?” – Nathalie Voisin, científica de la Tierra de PNNL
Recientemente, Voisin y su equipo evaluaron cómo Las operaciones hidroeléctricas varían estacionalmente y anualmente. dependiendo de la disponibilidad de agua para el Distrito de Servicios Públicos de Chelan. Por ejemplo, demostraron que incluso durante un verano seco, cuando la generación total de energía hidroeléctrica está limitada por la baja disponibilidad de agua, la energía hidroeléctrica mantiene su flexibilidad para soportar la carga máxima en eventos extremos. Esto destaca la necesidad de considerar mejor la gama de servicios que la energía hidroeléctrica puede proporcionar para abordar la resiliencia de la red ante eventos extremos.
Incendios forestales y energía hidroeléctrica
Durante una temporada de incendios por encima de lo normal, como lo que está ocurriendo actualmente en California, probablemente habrá impactos en la red, ya sea a través de cierres intencionales para reducir el riesgo de incendio o pérdida de infraestructura debido al incendio en sí.
“La idea no es detener todos los incendios forestales, sino trabajar con anticipación para reducir su riesgo y predecir las áreas que son más propensas a ellos”, dijo. Mark Wigmosta de PNNL, ingeniero ambiental de PNNL. El trabajo de Wigmosta se centra en el aclareo y la restauración de bosques con el objetivo de reducir la cantidad de combustible para los incendios.
“La idea no es detener todos los incendios forestales, sino trabajar con anticipación para reducir su riesgo” – Mark Wigmosta, ingeniero ambiental de PNNL
La reducción de la carga de combustible en bosques muy densos puede dejar más agua en los arroyos y puede generar una capa de nieve más alta y más duradera. Esto puede producir más agua durante la temporada seca de verano.
“Esto puede proporcionar una forma de introducir más agua en el sistema, dependiendo de la ubicación”, dijo Wigmosta. Otro beneficio de la red es que es probable que los incendios más débiles quemen menos infraestructura energética. Por ejemplo, entre 2000 y 2016, los incendios forestales causaron al menos $ 700 millones en daños a 40 líneas de transmisión en California. Los costos a nivel nacional de los incendios forestales son significativamente más altos.
Después de que arden los incendios, generalmente hay un aumento en la escorrentía y la sedimentación. El sedimento fluye río abajo, se acumula en los embalses y “no es bueno para la infraestructura, incluidas las turbinas”, dijo Wigmosta. Las quemas prescritas o el raleo de árboles pueden aumentar los volúmenes de flujo y mejorar las operaciones de energía hidroeléctrica. Y los incendios más débiles tendrán un impacto negativo menor en la infraestructura y la red.
Mejor tecnología desde los edificios hasta las baterías
Durante los picos de demanda de energía, como una ola de calor, la tecnología emergente ofrece el potencial para que los consumidores administren o complementen las cargas. Herramientas inteligentes, como control de carga inteligente, gestionar automáticamente el uso de energía del edificio durante los picos de demanda de electricidad. PNNL ha estado trabajando en formas de hacer que los edificios sean más eficientes energéticamente, además de optimizar el futuro de la energía hidroeléctrica.
Las fuentes de energía de respaldo o autónomas también son prometedoras, particularmente durante situaciones de emergencia. Microrredes son redes autónomas que pueden alimentar áreas clave, como hospitales o estaciones de policía, durante cortes de energía que podrían ocurrir durante eventos extremos como un incendio forestal o un huracán. La herramienta de optimización de componentes de microrredes de PNNL para la resiliencia ayuda a agilizar el proceso de diseño de microrredes con el objetivo de simulando energía en una variedad de condiciones de interrupción.
PNNL también está asumiendo un papel de liderazgo en el desarrollo de nuevas tecnologías para almacenamiento de energía a escala de red, que incluye una nueva generación de materiales y sistemas de baterías y otras formas de almacenamiento de energía. Por ejemplo, los sistemas actuales de almacenamiento de energía a escala de red, como la energía hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo, utilizan bombas para mover el agua cuesta arriba para almacenar energía renovable cuando la demanda es baja y generar energía cuando la demanda es alta a medida que el agua fluye cuesta abajo. PNNL ha estado trabajando en pasos incrementales con almacenamiento por bombeo, como evaluar los impactos ambientales de los sistemas más nuevos, para mejorar la resiliencia de la red en el futuro o trabajar con partes interesadas internacionales Identificar estrategias para financiar y desarrollar nuevos proyectos.. Incluso conceptos como emparejar baterías con energía hidroeléctrica se están explorando para mejorar las capacidades de la energía hidroeléctrica y asegurar la confiabilidad durante la escasez de energía al tiempo que se reducen los impactos ambientales.
“En última instancia, queremos prepararnos para eventos extremos. Ya sea a través de innovación tecnológica, mejorando la resiliencia de la rede, o apoyando la planificación a largo plazo. Adoptamos un enfoque holístico para abordar estos grandes desafíos a largo plazo para respaldar la toma de decisiones informada sobre los riesgos ”, dijo Voisin.
Este trabajo fue apoyado por la Oficina de Eficiencia Energética y Energía Renovable y la Oficina de Electricidad del Departamento de Energía de los Estados Unidos, entre otras agencias.
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Es el momento, volvemos a vernos una próxima noticia. ¡Nos vemos!