Las soluciones de energía renovable a menudo se ven obstaculizadas por las inconsistencias de la energía producida por el viento, el agua y la luz solar y la demanda continuamente fluctuante de energía. Nueva investigación de Mark Z. Jacobson, profesor de ingeniería civil y ambiental en la Universidad de Stanford, y colegas dela Universidad de California, Berkeley y la Universidad de Aalborg en Dinamarca encuentran varias soluciones para hacer que la energía limpia y renovable sea lo suficientemente confiable como para alimentar al menos a 139 países.
En su artículo, publicado como manuscrito esta semana en energía renovable , los investigadores proponen tres métodos diferentes para proporcionar energía constante entre todos los sectores de energía: transporte, calefacción y refrigeración, industria y agricultura, silvicultura y pesca, en 20 regiones mundiales que abarcan 139 países después de que todos los sectores se hayan convertido a 100por ciento de energía limpia y renovable. Jacobson y sus colegas desarrollaron previamente hojas de ruta para la transición de 139 países a energía 100 por ciento limpia y renovable para 2050, y el 80 por ciento de esa transición se completará para 2030. El presente estudio examina formas de mantener la red estable con estas hojas de ruta.
"Con base en estos resultados, puedo afirmar con mayor seguridad que no existe una barrera técnica o económica para la transición del mundo entero a energía 100 por ciento limpia y renovable con una red eléctrica estable a bajo costo", dijo Jacobson, quien también es uninvestigador principal del Instituto de Energía de Stanford Precourt y el Instituto de Medio Ambiente de Stanford Woods. "Esta solución contribuiría en gran medida a eliminar el calentamiento global y las muertes de 4 a 7 millones relacionadas con la contaminación del aire que ocurren cada año en todo el mundo, y tambiénproporcionando seguridad energética "
El documento se basa en un estudio anterior de 2015 realizado por Jacobson y sus colegas que examinó la capacidad de la red para mantenerse estable en los 48 Estados Unidos contiguos. Ese estudio solo incluyó un escenario sobre cómo lograr los objetivos. Algunos criticaron ese documento por confiardemasiado en agregar turbinas a las represas hidroeléctricas existentes, lo que el grupo sugirió para aumentar la producción pico de electricidad sin cambiar el número o el tamaño de las represas. El artículo anterior también fue criticado por confiar demasiado en almacenar el exceso de energía en agua, hieloy rocas subterráneas. Las soluciones en el presente documento abordan estas críticas al sugerir varias soluciones diferentes para estabilizar la energía producida con fuentes 100 por ciento limpias y renovables, incluidas soluciones sin turbinas hidroeléctricas adicionales y sin almacenamiento en agua, hielo o rocas.
"Nuestro resultado principal es que existen múltiples soluciones al problema", dijo Jacobson. "Esto es importante porque la mayor barrera para la implementación a gran escala de energías renovables limpias es la percepción de las personas de que es muy difícil mantener las luces encendidascon salida de viento y solar al azar "
Oferta y demanda
En el corazón de este estudio está la necesidad de unir la energía suministrada por el viento, el agua y la energía solar y el almacenamiento con lo que los investigadores predicen que habrá demanda en 2050. Para hacer esto, agruparon 139 países, para los cuales crearon energíahojas de ruta en un estudio anterior - en 20 regiones basadas en la proximidad geográfica y algunas preocupaciones geopolíticas.A diferencia del estudio anterior de 139 países, que comparó el suministro de energía con la demanda promedio anual, el presente estudio compara la oferta y la demanda en incrementos de 30 segundos para5 años 2050-2054 para tener en cuenta la variabilidad de la energía eólica y solar, así como la variabilidad de la demanda durante horas y estaciones.
Para el estudio, los investigadores se basaron en dos programas de modelado computacional. El primer programa predijo patrones climáticos globales de 2050 a 2054. A partir de esto, predijeron aún más la cantidad de energía que podría producirse a partir de fuentes de energía relacionadas con el clima como en tierra yturbinas eólicas marinas, energía solar fotovoltaica en tejados y plantas de energía, plantas de energía solar concentradas y plantas termosolares con el tiempo. Estos tipos de fuentes de energía son variables y no necesariamente producen energía cuando la demanda es más alta.
El grupo luego combinó datos del primer modelo con un segundo modelo que incorporaba energía producida por fuentes de electricidad más estables, como plantas de energía geotérmica, dispositivos de mareas y olas, y plantas de energía hidroeléctrica, y de calor, como depósitos geotérmicos.El segundo modelo también incluía formas de almacenar energía cuando había un exceso, como en el almacenamiento de electricidad, calor, frío e hidrógeno. Además, el modelo incluía predicciones de la demanda de energía a lo largo del tiempo.
Con los dos modelos, el grupo pudo predecir cuánta energía podría producirse a través de fuentes de energía más variables y qué tan bien otras fuentes podrían equilibrar la energía fluctuante para satisfacer las demandas.
Evitar apagones
Los escenarios basados en los datos de modelado evitaron apagones a bajo costo en las 20 regiones del mundo durante los cinco años examinados y en tres escenarios de almacenamiento diferentes. Un escenario incluye bombas de calor, que se utilizan en lugar de calentadores y enfriadores basados en combustión,- pero no hay almacenamiento de energía fría o caliente; dos no agregan turbinas hidroeléctricas a las represas hidroeléctricas existentes; y uno no tiene almacenamiento de batería. El hecho de que no ocurrieron apagones en tres escenarios diferentes sugiere que muchas soluciones posibles para la estabilidad de la red con 100 por ciento de viento, aguay la energía solar son posibles, una conclusión que contradice las afirmaciones anteriores de que la red no puede mantenerse estable con tan altas penetraciones de energías renovables.
En general, los investigadores descubrieron que el costo por unidad de energía, incluido el costo en términos de salud, clima y energía, en cada escenario era aproximadamente una cuarta parte de lo que sería si el mundo continúa en su camino energético actual.Esto se debe principalmente a la eliminación de los costos de salud y clima de los combustibles fósiles. Además, al reducir el vapor de agua, las turbinas eólicas incluidas en las hojas de ruta compensarían aproximadamente el 3 por ciento del calentamiento global hasta la fecha.
Aunque el costo de producir una unidad de energía es similar en los escenarios de la hoja de ruta y el escenario de no intervención, los investigadores encontraron que las hojas de ruta reducen aproximadamente a la mitad la cantidad de energía necesaria en el sistema. Por lo tanto, los consumidores realmente pagarían menosLa gran cantidad de estos ahorros de energía proviene de evitar la energía necesaria para extraer, transportar y refinar los combustibles fósiles, pasar de la combustión a la electricidad directa y usar bombas de calor en lugar de calentadores y aires acondicionados convencionales.
"Uno de los mayores desafíos que enfrentan los sistemas de energía basados completamente en energía eólica, agua y energía solar de cero emisiones es hacer coincidir la oferta y la demanda con una fiabilidad casi perfecta a un costo razonable", dijo Mark Delucchi, coautor de la publicaciónartículo y un científico investigador de la Universidad de California, Berkeley. "Nuestro trabajo muestra que esto se puede lograr, en casi todos los países del mundo, con tecnologías establecidas".
Trabajando juntos
Jacobson y sus colegas dijeron que el desafío restante de implementar sus hojas de ruta es que requieren coordinación a través de las fronteras políticas.
"Idealmente, tendría que cooperar para decidir dónde colocará los parques eólicos, dónde colocará los paneles solares, dónde colocará el almacenamiento de la batería", dijo Jacobson ".Todo el sistema es más eficiente cuando se planifica con anticipación en lugar de hacerlo de una en una ".
A la luz de esta complicación geopolítica, también están trabajando en hojas de ruta más pequeñas para ayudar a ciudades individuales, muchas de las cuales ya se han comprometido a alcanzar el 100 por ciento de energía renovable.
Los coautores adicionales de este artículo son Mary A. Cameron de Stanford y Brian V. Mathiesen de la Universidad de Aalborg en Dinamarca.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Stanford . Original escrito por Taylor Kubota. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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