Las empresas de servicios públicos dependen de plantas sucias en su punto máximo cuando aumenta la demanda de energía, pero existen alternativas

Estados Unidosse acerca el final de uno de los veranos más calurosos registrados.En toda la nación, olas de calor han impulsado la demanda máxima de electricidad en algunos días a niveles superando con creces los promedios estacionales.

Los operadores de redes dependen de las llamadas plantas de “pico” para asegurarse de tener suficiente suministro para satisfacer estos aumentos repentinos de la demanda.Las unidades de pico pueden ponerse en marcha rápidamente y a un costo relativamente bajo, pero normalmente queman más combustible por unidad de electricidad producida que otros tipos de unidades de combustibles fósiles.

Debido a que son menos eficientes que otras plantas, las plantas de pico normalmente funcionan sólo durante los períodos de alta demanda.Históricamente, los picos han estado en funcionamiento durante menos del 10% del año, a menudo durante sólo unas pocas horas seguidas.

No obstante, sus mayores emisiones por unidad de electricidad producida plantean preocupaciones ambientales y de salud.A partir de 2021, hubo 999 plantas pico en los EE. UU., en los 50 estados.Alrededor del 70% de estas plantas quemaban gas natural y el resto funcionaban con petróleo y carbón.

Para reducir la contaminación del aire y combatir el cambio climático, EE.UU.se está alejando de los combustibles fósiles y aumentando el uso de fuentes de energía renovables como la eólica y la solar.Sin embargo, irónicamente, a medida que el cambio climático genera olas de calor más frecuentes e intensas, muchos sistemas eléctricos dependen cada vez más de plantas de pico para equilibrar las fluctuaciones en la generación de energía renovable.Propuestas para construir nuevos picos o extender la vida de los viejos han suscitado controversia en estados como Wisconsin, Massachusetts, Texas y Nueva York.

Mi investigación se centra en la Costos y beneficios económicos y ambientales de producir electricidad..Así es como la transición a la energía limpia está cambiando el papel de las plantas de máxima demanda y algunas otras opciones para mantener las luces encendidas durante los períodos de máxima demanda.

Equilibrio del suministro de energía

Para los operadores de sistemas, una característica clave de una central eléctrica es si puede producir energía según la demanda.Muchos recursos renovables, incluidos la energía eólica, solar y ciertos tipos de energía hidroeléctrica, se conocen como recursos no despachables porque se rigen por la naturaleza, produciendo energía cuando las condiciones lo permiten.El coste de generar electricidad con ellos es bajo, por lo que normalmente se utilizan a su máxima capacidad.

Las centrales eléctricas que funcionan con combustibles fósiles o energía nuclear se conocen como recursos despachables porque pueden producir energía cuando sea necesario.Sin embargo, tienen costos operativos más altos que las energías renovables, principalmente porque las plantas de gas, carbón, nucleares y petroleras deben comprar combustible para poder operar.

Algunas de estas plantas –históricamente, las que funcionan con carbón o combustible nuclear– se denominan plantas de carga base.Generan energía a un precio relativamente bajo, pero tardan en ponerse en marcha y alcanzar la máxima potencia. Unidades intermedias producen energía a un costo más alto por cada megavatio-hora adicional producido, pero pueden subir y bajar más rápidamente que las plantas de carga base.Los picos tienen los costos más altos por megavatio-hora, pero pueden ajustar su producción muy rápidamente.

Históricamente, las unidades de carga base operaban durante todo el año, y las unidades intermedias ajustaban la producción para satisfacer las fluctuaciones de la demanda a corto plazo.Las plantas de máxima demanda se utilizaron sólo durante raros períodos de máxima demanda.

Pero a medida que los proveedores de energía añaden más energía eólica y solar a la red, utilizan con mayor frecuencia unidades de combustible fósil despachables para equilibrar los cambios en la generación renovable (por ejemplo, para hacer funcionar los aires acondicionados cuando se pone el sol pero las temperaturas siguen siendo altas).Esto favorece a las unidades que pueden cambiar rápidamente los niveles de producción, incluso si consumen menos combustible.El resultado es un papel cada vez mayor para las plantas de pico.

Puntos críticos de la justicia ambiental

Producción de electricidad a partir de combustibles fósiles en EE. UU. ha disminuido con inversiones a gran escala en generación eólica y solar.Pero las centrales eléctricas que queman combustibles fósiles todavía producen alrededor del 60% de los EE.UU.electricidad – y esas plantas emiten contaminantes que contribuyen al cambio climático y degradan la calidad del aire local.

La exposición al dióxido de azufre, al dióxido de nitrógeno, a las partículas en suspensión y al ozono está relacionada con enfermedades respiratorias y cardiovasculares y muerte prematura.Si bien la contaminación general del aire ha disminuido en los EE. UU.En las últimas décadas, los barrios de bajos ingresos y minorías todavía sufren desproporcionadamente por la mala calidad del aire.

Un informe de 2022 estima que 32 millones de estadounidenses vivir a 3 millas de una planta pico.En 2024, EE.UU.La Oficina de Responsabilidad Gubernamental informó que las comunidades raciales o étnicas históricamente desfavorecidas tenían estadísticamente más probabilidades de estar ubicadas más cerca que el promedio de los picos.

Otras formas de satisfacer la demanda máxima

¿De qué otra manera se puede equilibrar la oferta y la demanda de electricidad?Una opción es usar baterías para almacenar electricidad cuando la producción eólica o solar es alta, descargarla cuando la demanda excede la oferta de recursos convencionales.

Aunque actualmente los costos de inversión en baterías son altos, son se prevé que disminuya significativamente en las próximas décadas.En 2023, EE.UU.tenía un total de unos 15 gigavatios de capacidad de almacenamiento en baterías (equivalente a 15 grandes centrales nucleares) y esa cifra podría duplicarse en 2024.

Otra alternativa es ampliar los sistemas de transmisión, que permiten aprovechar la electricidad de unidades de menor costo en áreas distantes en lugar de depender de plantas pico cercanas.Sin embargo, la construcción de nuevas líneas de transmisión conlleva importantes Desafíos regulatorios, de permisos y de uso de la tierra..

Una tercera opción es programas de respuesta a la demanda, en el que los consumidores de electricidad pagan precios más altos durante los períodos de mayor demanda.Esto podría ayudar a reducir los picos y valles de la demanda a lo largo del día, beneficiando a unidades de carga base más eficientes pero menos flexibles diseñadas para funcionar las 24 horas del día.

Sin embargo, la mayoría de los consumidores actualmente no pagan precios que Reflejar cambios a corto plazo en los costos mayoristas de electricidad..Además, no está claro si los clientes residenciales alterarían su consumo en función de las fluctuaciones de precios a corto plazo.Tecnologías como Termostatos inteligentes y aplicaciones de gestión de energía. podría ayudar al aliviar a los consumidores de la carga de ajustar manualmente su uso de electricidad en respuesta a las fluctuaciones de precios.

Finalmente, los propietarios de centrales eléctricas pueden invertir en tecnologías para reducir las emisiones de las unidades de combustibles fósiles.picos normalmente carecen de tecnologías de control de la contaminación porque no se usan muy a menudo.También podría ayudar modernizar las plantas más antiguas para hacerlas más eficientes, ya que producirían menos emisiones por cada unidad de electricidad.

Estas inversiones son costosas, por lo que los formuladores de políticas tienen que sopesar los beneficios para la salud de la reducción de la contaminación del aire con los costos de inversión para los propietarios de centrales eléctricas.

La creciente inversión en energía eólica y solar es reducir la contaminación del aire local procedente de la producción de electricidad.Pero también está alejando la producción de unidades de carga base térmicamente eficientes que no pueden responder rápidamente a los cambios en la demanda o la producción de energías renovables.Creo que es cada vez más importante explorar políticas que creen incentivos para invertir en alternativas como el almacenamiento en baterías y la infraestructura de transmisión, así como en mejoras de las centrales eléctricas para reducir la exposición a la contaminación.