El MIT da la clave para evitar futuros apagones: elegir bien la ubicación de los proyectos energéticos

¿El calentamiento global y los cambios en los patrones climáticos provocarán más apagones y otras interrupciones en el suministro eléctrico? Para responder a esta pregunta, es necesario estudiar tanto las previsiones climáticas regionales como los sistemas energéticos locales, incluyendo la generación de energía renovable emergente, el almacenamiento, las líneas de transmisión y las previsiones de demanda. La falta de estos estudios es una de las razones por las que los promotores energéticos y los operadores de redes rara vez consideran el cambio climático al decidir dónde construir sus próximos proyectos.

Investigadores del MIT han creado un método para tomar decisiones más informadas sobre la ubicación de proyectos energéticos, y han demostrado cómo puede utilizarse para fortalecer la resiliencia de los sistemas energéticos y reducir los apagones. El marco de trabajo desarrollado por los investigadores, descrito en Nature Energy, combina la meteorología a pequeña escala con simulaciones detalladas de la infraestructura energética. Demuestra cómo la ubicación de los nuevos proyectos energéticos desempeñará un papel fundamental para satisfacer la demanda futura en un clima cambiante.

Los investigadores aplicaron su marco teórico a sistemas energéticos descarbonizados en Nueva Inglaterra y Texas, y descubrieron que los sistemas energéticos diseñados para las condiciones climáticas históricas podrían enfrentar un aumento de hasta cinco veces en la escasez de energía, lo que podría provocar apagones, para el año 2050. Por el contrario, tener en cuenta el cambio climático al diseñar el sistema mejoró la resiliencia de los sistemas energéticos de ambas regiones con costos adicionales mínimos o nulos.

“Al mitigar el cambio climático con energías renovables, también podemos adaptarnos a él utilizando proyecciones meteorológicas futuras en la planificación de nuestro sistema eléctrico. Los costos adicionales de esta adaptación son, al menos en este estudio, mínimos”, afirma el autor principal, Michael Howland, profesor del MIT. “Es diferente de otros estudios sobre adaptación climática, donde la construcción de un gran dique o cualquier otra medida de mitigación resulta muy costosa. En este caso, si diseñamos con inteligencia nuestros planes de descarbonización del sistema eléctrico, adaptarnos simultáneamente al cambio climático podría no suponer prácticamente ningún costo adicional”.

Una mejor manera de pensar

Los sistemas energéticos mundiales atraviesan un periodo de transformación. Por el lado de la demanda, este cambio se debe a tendencias como el aumento de la demanda de inteligencia artificial y la electrificación de sectores como el transporte. Por el lado de la oferta, se debe a la drástica disminución de los costes de las energías renovables, como la solar y la eólica.

“Esa bajada de costes ha permitido el despliegue generalizado de energías renovables, ya que son la solución más barata para la generación de electricidad en muchos lugares”, explica Howland. “Al mismo tiempo, por primera vez en más de una década, la demanda de electricidad está empezando a aumentar en Estados Unidos”.

A medida que aumenta el suministro de energía renovable variable y de bajo costo, equilibrar la oferta y la demanda a lo largo del día puede convertirse en un problema más complejo para los operadores de sistemas energéticos. A esta complejidad se suma el hecho de que tanto las energías renovables como la demanda energética se ven influenciadas por el clima de maneras diferentes en distintas regiones.

Anteriormente, los investigadores generalmente estudiaban los impactos del cambio climático en tecnologías específicas, por ejemplo, cómo podría modificar los patrones globales de viento y energía solar. Otros estudios se centraban en el impacto del cambio climático en estados u otras áreas extensas, sin tener en cuenta las particularidades de los sistemas energéticos regionales. Más recientemente, se han realizado estudios regionales, pero estos suelen basarse en modelos climáticos globales de baja resolución.

“Para eso sirven los modelos climáticos: para ofrecer una visión global con una resolución aproximada”, explica Howland. “Eso limita la información que se puede obtener para la planificación de sistemas regionales y las evaluaciones de riesgos”.

Climas extremos

Para su estudio, los investigadores del MIT eligieron Texas y Nueva Inglaterra porque presentaban dos tipos de clima y sistemas energéticos diferentes. El equipo utilizó modelos meteorológicos de alta resolución y analizó la influencia del cambio climático en los fallos energéticos relacionados con el clima.

“Este estudio explora los impactos conjuntos y simultáneos en múltiples componentes del sistema energético, similares a los eventos compuestos estudiados en la ciencia del clima”, explica Howland. “Un fenómeno meteorológico extremo puede afectar la generación eólica y solar, así como la demanda de electricidad, todo al mismo tiempo. Nuestra hipótesis es que ese probablemente sea el mayor impacto que veremos del cambio climático en los sistemas energéticos”.

Los investigadores también analizaron el impacto del uso de modelos de cambio climático para la ubicación de proyectos energéticos, proyectando su vida útil hasta 2050, ya que ese es el ciclo de vida típico de las plantas eólicas y solares que se construyen actualmente. Descubrieron que las ubicaciones más adecuadas para proporcionar la energía renovable eólica y solar que necesita la red eléctrica varían significativamente en las condiciones climáticas futuras en comparación con el clima histórico.

Los investigadores descubrieron que el cambio climático podría aumentar los fallos energéticos hasta en un 500 % para 2050 si no se tienen en cuenta las condiciones climáticas futuras al planificar la ubicación de las instalaciones. Dichos fallos se debían principalmente a la interacción entre la escasez de energía renovable durante varios días y las decisiones de diseño del sistema energético, como la ubicación de las centrales solares y las líneas de transmisión.

“Estamos explicando a la gente que la ubicación de los parques eólicos y solares es crucial para la capacidad de suministrar energía cuando se necesita”, explica Qiu. “Debemos reflexionar más sobre cuándo y dónde incorporar energías renovables, en lugar de centrarnos únicamente en aumentar la capacidad total”.

En el sistema eléctrico de Nueva Inglaterra, los investigadores descubrieron que las interrupciones en el suministro de energía causadas por los cambios climáticos hacen necesaria la inversión en capacidad solar y líneas de transmisión cerca de los centros de demanda energética, como las ciudades. En Texas, los riesgos de interrupción del suministro energético se debían principalmente a las limitaciones de la red de transmisión.

Los investigadores descubrieron que los diseños basados ​​en el clima priorizarían la construcción de parques eólicos en el oeste de Texas para adaptarse mejor a los patrones de demanda futuros. El estudio parte de la base de que ambas regiones seguirán incorporando capacidad de energía renovable, por lo que los investigadores concluyeron que Texas podría mejorar la resiliencia de su red eléctrica prácticamente sin coste adicional.

“Estamos demostrando que aumentar la resiliencia energética requiere algo más que gastar más dinero”, afirma Qiu. “Requiere, principalmente, una planificación mejor y más inteligente”.

Un nuevo enfoque para la adaptación

Howland afirma que adoptar una perspectiva más amplia sobre el impacto del cambio climático en los sistemas energéticos ayudó a su equipo a obtener una visión más clara de los riesgos de apagones y otros posibles problemas de suministro.

“A nivel de cada central eléctrica, el cambio climático no representa necesariamente la principal incertidumbre, sino que todo se reduce a cómo se relacionan entre sí todos los componentes del sistema energético y la demanda de energía”, explica Howland. “Ahí es donde vemos el mayor impacto del cambio climático, más que en las centrales eólicas o solares individuales”.

Dado que los investigadores utilizaron modelos costosos y de alta resolución, Howland afirma que su nuevo modelo no sería práctico para que los operadores de la red lo utilicen en su trabajo diario hoy en día, pero esperan desarrollar pronto modelos más rápidos que los operadores de la red puedan utilizar con mayor facilidad.

“Este estudio demuestra la oportunidad y la necesidad”, afirma Howland. “Existen riesgos al no adaptar nuestro sistema, pero si lo hacemos, podrían surgir grandes oportunidades sin un alto costo. El principal desafío ahora es abordar la enorme brecha de datos y de traducción que existe entre la meteorología y la planificación y gestión de los sistemas energéticos. Actualmente, hay una brecha demasiado grande entre los modeladores climáticos y meteorológicos y los profesionales de los sistemas eléctricos. Queremos seguir derribando esa barrera mediante la investigación interdisciplinaria”.