Los científicos de Stanford han desarrollado una forma precisa de medir las emisiones de las centrales eléctricas durante las 24 horas del día. La nueva herramienta permitirá a los operadores de red y a los grandes consumidores de electricidad reducir su huella de carbono en tiempo real.
Alrededor del 30% de las emisiones de gases de efecto invernadero en Estados Unidos provienen de centrales eléctricas que generan electricidad al quemar combustibles fósiles. Ahora, los científicos de Stanford han desarrollado una nueva forma de rastrear esas emisiones hora por hora en toda la red eléctrica.
Este novedoso enfoque proporcionará a los operadores de red y a los consumidores de electricidad una herramienta precisa para reducir el dióxido de carbono (CO2) y otras emisiones en tiempo real, según el estudio de Stanford publicado el 2 de diciembre en los Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.
"Si queremos tomarnos en serio la reducción de las emisiones de carbono, debemos medirlas con precisión", dijo el estudiante de doctorado Jacques de Chalendar, autor principal del estudio. "Mirar los datos cada hora en lugar de hacerlo mensualmente o anualmente, como suele hacerse, es una forma mucho más específica de evaluar y controlar con precisión las emisiones".
La nueva herramienta también permitirá a los operadores de la red evaluar rápidamente la intensidad de carbono de las importaciones de electricidad, dijo la coautora del estudio Sally Benson , codirectora del Instituto de Energía de Stanford Precourt.
"Si conoce la hora del día en que la intensidad del carbono es alta, puede optar por comprar energía de regiones con energía más limpia", dijo Benson, profesor de ingeniería de recursos energéticos en la Facultad de Ciencias de la Tierra, Energía y Medio Ambiente. "Eso es importante porque, al mirar hacia el futuro, es probable que veamos una red más interconectada en todo el país".
Autoridades de equilibrio
La red eléctrica que alimenta a Estados Unidos consta de 66 autoridades de equilibrio: centros de control regionales responsables de igualar el suministro y la demanda de electricidad las 24 horas del día, los siete días de la semana.
Para el estudio, el equipo de Stanford calculó el consumo y las emisiones por hora para las 66 autoridades durante 2016 utilizando datos públicos de la Agencia de Protección Ambiental (EPA) de EEUU y la Administración de Información Energética (EIA)”.
La autoridad más grande, la Central Eléctrica de Pensilvania-Nueva Jersey-Maryland (PJM ), consumió el 20% de la electricidad de EEUU y generó el 19% de las emisiones totales de la central eléctrica ese año.
Pero un análisis más afinado reveló fluctuaciones significativas dependiendo de la hora del día y la temporada. El estudio encontró que el consumo y las emisiones en el PJM fueron mayores al final de la tarde en los calurosos días de verano y a principios del otoño.
"Cuando realiza un seguimiento de las emisiones, necesita ver qué sucede cada hora del día y de la noche", dijo de Chalendar. "Sin esa granularidad de tiempo, te estás perdiendo una gran parte de la imagen".
Exportación de emisiones
Las autoridades de equilibrio suelen importar y exportar electricidad para satisfacer las demandas regionales de energía, particularmente en el oeste de los Estados Unidos.
"La gente supone que su electricidad proviene de cerca, pero en realidad la red de Estados Unidos es una máquina grande e interconectada, donde la energía generada en un lugar a menudo se consume en otro lugar", explicó de Chalendar. Pero el consumo de electricidad en un extremo de la red puede causar emisiones de CO2 y contaminantes atmosféricos nocivos a cientos de kilómetros de distancia, añadiógregó.
"Algunos lugares obtienen todas las emisiones de la generación de electricidad, pero no la energía", dijo. "Las personas en esas regiones a menudo soportan una carga desproporcionada de contaminación del aire".
Uno de los mayores importadores de electricidad del país es el Operador del Sistema Independiente de California ( CAISO ), una autoridad de equilibrio que gestionó el 84% del consumo de electricidad del estado en 2016. Ese mismo año, las importaciones representaron el 28% del consumo de electricidad de CAISO y el 40% de las emisiones de CO2 .
El estudio encontró que para las cinco áreas de equilibrio más grandes de California, incluido CAISO, las importaciones representaban alrededor del 30% de las emisiones de CO2 . Pero todo el CO2 y la contaminación atmosférica asociada a esas importaciones se liberaron en realidad fuera de California en estados como Arizona que producen electricidad a partir de carbón y gas natural, y luego exportan energía a la costa oeste.
En general, el 17% de las emisiones totales de CO2 en la red occidental se generaron para satisfacer el consumo eléctrico en una región diferente.
Importaciones más limpias
Las emisiones también variaron significativamente en diferentes épocas del año. "Para CAISO, estimamos que, en el otoño, la intensidad media de carbono por hora de las importaciones es de 394 kilogramos de CO2 por megavatio-hora", dijo Benson. “Pero en la primavera, cae a 216 kg / MWh. Eso es significativamente más bajo".
Comprender las variaciones estacionales tendrá un impacto directo en los estados exportadores. Pero rastrear la fuente de estas emisiones en tiempo real también será crítico para California si el estado cumple con su objetivo de energía eléctrica 100% libre de carbono para 2045, dijo Benson.
"Una forma de que California logre ese ambicioso objetivo es importando electricidad limpia", dijo. "Pero eso requerirá que CAISO y las otras autoridades de balance supervisen continuamente la red para asegurarse de que realmente están comprando energía limpia de otros estados".
Tener datos precisos para desenredar el flujo complejo de carbono es esencial para los formuladores de políticas que esperan abordar el cambio climático, agregó De Chalendar.
"Los estados que consumen electricidad importada deberían asumir la responsabilidad de exportar emisiones, pero este problema no puede ser resuelto solo por los estados individuales", dijo. “Las personas de diferentes partes de la red deberían estar en la sala como parte de la conversación. En algún momento, tienes que empezar a pensar a nivel regional o federal ".
La nueva herramienta también brindará a las grandes corporaciones una forma más rigurosa de monitorear el uso de electricidad y reducir su huella de carbono, dijo de Chalendar. "Las empresas podrán ver cuánta electricidad están consumiendo y qué tan intensivas son las emisiones de esa energía, cada hora del año", dijo. "Eso les permitirá cambiar la programación de sus operaciones para que coincida mejor con la intensidad de carbono de la red".
Hasta ahora, los formuladores de políticas a veces tendrían que hacer suposiciones sobre la intensidad de carbono de las importaciones con pocos datos, dijo Benson. "Ahora tienen un enfoque matemático muy técnico que tiene implicaciones prácticas", dijo. "Jacques está trabajando para hacer que esta herramienta sea accesible en tiempo real las 24 horas, los 7 días de la semana, utilizando conjuntos de datos disponibles públicamente".
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