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Cómo llevar la energía eólica de Wyoming a California y reducir el 80 % de las emisiones de carbono de EE. UU.
Adani
Varias millas al sur de Rawlins, Wyoming, en un rancho de ganado al este de la división continental, los equipos de construcción han comenzado a colocar caminos y plataformas que eventualmente podrían sustentar hasta 1,000 turbinas eólicas. Una vez completado, el proyecto Chokecherry y Sierra Madre podría generar alrededor de 12 millones de megavatios-hora de electricidad al año, lo que lo convertiría en el parque eólico más grande del país.
Pero, ¿cómo se lleva tanta energía eólica a donde realmente se necesita?
La empresa con sede en Denver detrás del proyecto espera erigir una serie de torres de transmisión de acero que extenderían una línea de transmisión de corriente continua de alto voltaje a lo largo de 730 millas a través del oeste de Estados Unidos. Podría transportar hasta 3000 megavatios de energía eólica de Wyoming a los mercados de electricidad de California, Nevada y Arizona. Con los tratos correctos, la línea de transmisión también podría devolver la electricidad generada por energía solar, equilibrio Los poderosos vientos de la tarde de Wyoming con el brillante sol diurno de California.
Cómo el viento de Wyoming (en verde) podría equilibrar la energía solar de California (en rojo) durante todo el día de junio. Fuente: Mejora de la diversidad eólica de los proyectos de energía eólica de Wyoming y California, 2015. Jonathan Naughton, Centro de Investigación de Energía Eólica.
El Proyecto de Transmisión TransWest Express de $3 mil millones se encuentra entre un puñado de líneas de transmisión de corriente continua propuestas en los Estados Unidos, y una de las más avanzadas en el proceso de planificación. Subraya la gran promesa de estas líneas de alta capacidad para desbloquear todo el potencial de las energías renovables.
La transmisión no es sexy (vea el arte de nuestra historia arriba). Es infraestructura básica. Cables largos y torres altas (ver Cómo Blockchain podría darnos una red de energía más inteligente).
Pero un creciente cuerpo de estudios concluye que la construcción de una red nacional de líneas de transmisión de CC podría ayudar a permitir que las fuentes renovables sustituyan a la mayoría de la generación de energía de EE. UU., ofreciendo quizás la forma más rápida, económica y eficiente de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.
Sin embargo, el desarrollo de estas líneas de transmisión requiere mucho tiempo y dinero. El proyecto TransWest se propuso por primera vez en 2005, pero los desarrolladores tendrán la suerte de obtener sus permisos finales y comenzar a mover la tierra a fines del próximo año.
No hay una sola agencia a cargo de supervisar o impulsar dichos proyectos, lo que deja a las empresas navegar por una maraña de jurisdicciones federales, estatales, de condados y de ciudades superpuestas, cada una de las cuales debe aprobar para que comience un proyecto. Como resultado, pocas líneas de transmisión de este tipo se construyen alguna vez.
Una cuadrícula de macros
La corriente continua, en la que las cargas eléctricas fluyen constantemente en una sola dirección, es una tecnología antigua. Esta y la corriente alterna fueron objeto de una de las primeras batallas de estándares tecnológicos del mundo, que enfrentó a Thomas Edison contra su antiguo protegido Nikola Tesla en el guerra de las corrientes a partir de la década de 1880 (ver Edison's Revenge: The Rise of DC Power).
La CA ganó esta primera guerra, principalmente porque, gracias al desarrollo de los transformadores, su voltaje podía aumentarse para la transmisión a larga distancia y reducirse para los hogares y las empresas.
Pero una serie de mejoras tecnológicas han aumentado sustancialmente la funcionalidad de DC, abriendo nuevas formas de diseñar e interconectar la red eléctrica.
A partir de la década de 1950, algunas empresas y países comenzaron a implementar líneas de transmisión de CC de alto voltaje de próxima generación. Estos sistemas podrían transportar más energía mucho más lejos que las líneas de CA, que sufren muchas más pérdidas en distancias mayores. Fundamentalmente, las líneas de corriente continua también se pueden usar para transmitir energía entre sistemas de corriente alterna asincrónica como las tres redes regionales principales del país, que de otra manera no pueden compartir la energía.
Durante los últimos dos años, James McCalley, profesor de ingeniería en la Universidad Estatal de Iowa, ha estado estudiando la mejor manera de unir esos sistemas masivos de redes como parte de la Iniciativa de Modernización de Redes del Departamento de Energía de $220 millones.
Una forma de resolver el problema es expandir las estaciones de conversión adosadas existentes para proporcionar más capacidad de transmisión de este a oeste. Estos sistemas permiten la transmisión entre dos redes, al convertir la energía a CC y luego nuevamente a CA en el punto donde cruzan la costura.
Otro enfoque agrega tres líneas de transmisión punto a punto, que corren de este a oeste, conectando el corazón de cada red con el de la otra. Otra solución más es la llamada macro red de largas líneas de transmisión de CC que cubren gran parte del país. Sube por la península de Florida, atraviesa el sur, el norte hasta Seattle, el este hasta Minneapolis y vuelve a Luisiana, con varias líneas adicionales que cruzan el oeste.
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Historia relacionada Los expertos en energía creen que la tecnología blockchain puede resolver un laberinto de problemas de gestión de datos y trámites burocráticos.McCalley y su equipo desarrollaron modelos para simular cada uno de estos escenarios durante un período de 15 años. Encontraron que los tres demostraron una fuerte recompensa económica, brindando un beneficio de al menos $2.50 en ahorros por cada $1 invertido en el sistema de transmisión.
Con las líneas de corriente continua, los operadores de la red tienen más opciones de fuentes de energía a lo largo del día, lo que les permite aprovechar, por ejemplo, energía eólica barata a dos estados de distancia durante los momentos de máxima demanda en lugar de recurrir a plantas de gas natural cercanas pero más caras para un pocas horas. El hecho de que las regiones puedan depender de la energía de estados distantes para su demanda máxima también significa que no tienen que construir localmente tanta generación de alto costo.
El escenario de transmisión de CC punto a punto demostró el retorno económico inmediato más alto del estudio, que se publicará en los próximos meses. Pero el enfoque de macro-red ofrece una redundancia y resiliencia mucho mayores, lo que garantiza que la red siga funcionando si alguna línea falla. También hace posible desarrollar mucha más generación de energía renovable.
La red macro le brinda una autopista a todas esas cargas y une todos esos mercados, dice Dale Osborn, director técnico de planificación de transmisión en Midcontinent Independent System Operator (MISO), que diseñó el sistema por primera vez. Obtiene la energía más eficiente y de menor costo posible.
Baterías gigantes
Una red nacional de corriente continua también podría ayudar a reducir las emisiones hasta en un 80 por ciento por debajo de los niveles de 1990 dentro de 15 años, todo con tecnología disponible comercialmente y sin aumentar los costos de la electricidad, según un informe anterior. estudio en Naturaleza Cambio Climático.
Los investigadores produjeron una red de transmisión idealizada que conectaba 32 nodos en todo el país, vinculando la energía hidroeléctrica en el noroeste del Pacífico, la energía solar en California, la energía eólica en el suroeste y la energía nuclear en la costa este, entre otras fuentes.
Una red nacional de transmisión de corriente continua de alto voltaje diseñada por Vibrant Clean Energy.
En pocas palabras, el sistema equilibra la intermitencia de las fuentes de energía renovable en largas distancias, lo que significa que siempre hay una generación confiable en alguna parte. Poder acceder a ella desde cualquier rincón del país reduce el costo de suministro de energía en los picos de demanda, reduce la cantidad de generación requerida en una sola área, minimiza el exceso de generación y elimina la necesidad de desarrollar costosos sistemas de almacenamiento a escala de red ( ver La nueva empresa de Serial Battery Entrepreneur aborda el mayor problema de la energía limpia ).
Básicamente, obtenemos la batería grande que queremos de forma gratuita, dice Christopher Clack, uno de los autores principales del estudio y director ejecutivo de Vibrant Clean Energy.
Súper cables
Algunas tecnologías emergentes podrían impulsar aún más los beneficios de la transmisión de corriente continua de alto voltaje.
Los convertidores de fuente de voltaje, desarrollados en la década de 1990, hacen posible aprovechar la energía en cualquier punto a lo largo de las líneas HVDC, en lugar de solo en sus dos puntos finales. No están ampliamente implementados ahora, pero podrían permitir una red aún más interconectada que la que diseñó MISO, escribe Varun Sivaram, miembro de ciencia y tecnología del Consejo de Relaciones Exteriores, en su próximo libro. Domar el sol .
Además, los investigadores están explorando diferentes tipos de semiconductores para mejorar el costo y el rendimiento de los interruptores automáticos y los convertidores de voltaje, dice Sivaram, y están trabajando en cables superconductores que podrían aumentar la capacidad de energía y reducir las pérdidas de energía a casi cero.
China avanza
Mientras tanto, China ya ha comenzado un amplio despliegue de las llamadas líneas de transmisión de CC de ultra alto voltaje, capaces de transmitir alrededor de un millón de voltios.
Gran parte del auge de la construcción de transmisión de la nación ha sido impulsado por un esfuerzo por conectar la generación de energía concentrada en provincias remotas del norte con centros de población distantes, un desajuste geográfico que ha resultado en enormes cantidades de energía solar y eólica en exceso. Pero, por supuesto, también refleja el hecho de que el desarrollo energético de China no se ralentiza mucho por los comentarios públicos y los informes de impacto ambiental.
ya hay un puñado de líneas de transmisión de CC en los Estados Unidos y un número creciente de propuestas, incluido New England Clean Power Link, que transportaría 1000 megavatios de energía renovable desde Canadá a Nueva Inglaterra. Clean Line Energy de Houston tiene al menos un media docena de propuestas en varias etapas, incluida la línea limpia de las llanuras y el este que conecta el oeste de Oklahoma con los mercados del sureste, y la línea limpia Grain Belt Express que se extiende desde Kansas hasta Indiana.
La línea de transmisión del este de Alberta, una línea de corriente continua de alto voltaje en Alberta, Canadá.
Pero todos estos están avanzando a través del proceso de aprobación a un ritmo lento. Los desarrolladores de TransWest obtuvieron el permiso a lo largo de las dos terceras partes del camino de la línea que se encuentra en terrenos federales desde que se hicieron cargo del proyecto en 2008. Pero todavía están trabajando para finalizar las aprobaciones de los estados y los propietarios privados.
La línea Grain Belt propuesta por Clean Line ha sido aprobada por tres de los cuatro estados que cruza, pero los reguladores de Missouri han lo rechazó dos veces .
La mayoría de los desarrolladores y expertos en políticas energéticas dicen que lo que se necesita para acelerar estos proyectos es una autoridad federal con mayor poder para impulsarlos. A reporte publicado por Stanford en octubre destacó una serie de posibilidades, incluida la concesión a la Comisión Reguladora de Energía Federal de la misma autoridad de ubicación para las líneas de transmisión que ya tiene sobre las tuberías de gas natural.
Sin una autoridad de ubicación clara y predecible, será muy difícil construir una red HVDC inteligente y completa, dice Dan Reicher, director ejecutivo del Steyer-Taylor Center for Energy Policy and Finance en Stanford, coautor del informe.
Otro desafío crítico para la transmisión de largo alcance es que las empresas de servicios públicos tienen pocos incentivos para pagar estas líneas, agrega Osborn de MISO. Las reglas tendrían que cambiar para permitir que las empresas de servicios públicos recuperen sus inversiones y alentarlas a cooperar entre regiones, dice.
Sin cambios regulatorios adicionales y una autoridad federal concentrada, es probable que veamos más de lo que hemos estado viendo: proyectos únicos donde la economía puede funcionar para conectar una fuente de energía en particular a un mercado en particular. Pero no es probable que veamos una red integrada como las imaginadas por MISO y otros.
Y sin esos o algún avance en el almacenamiento de la red, es probable que las energías renovables nunca alcancen su máximo potencial. A veces, las plantas generarán más energía eólica o solar de la que puede usar un solo mercado, momento en el cual el precio cae y el incentivo para agregar más generación renovable se reduce. Y en otras ocasiones no generarán lo suficiente para ese mercado, lo que obligará a la región a seguir apoyándose en las plantas de combustibles fósiles.
Por lo tanto, termina alejándose de lo que sería óptimo y puede terminar perjudicando las energías renovables a largo plazo, dice Clack.
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Historia relacionada En un mundo con más electrónica y energía solar, cada vez hay menos necesidad de alimentación de CA.Una cosa que las líneas de corriente continua tienen a su favor, al menos en algunos casos, es un fuerte apoyo bipartidista. De hecho, el equipo de transición de Trump colocó varias propuestas de transmisión en su lista de prioridades de Proyectos de Emergencia y Seguridad Nacional, incluyendo TransWest.
Eso podría deberse en parte a que las propias líneas reducen los costos y vinculan los mercados incluso si transportan electricidad a partir de carbón o gas natural en lugar de fuentes renovables. Pero otro factor es casi seguro que las empresas que proponen tales líneas a veces son patrocinadores del Partido Republicano. En particular, el multimillonario y principal donante del Partido Republicano, Philip Anschutz, es dueño de la compañía detrás del parque eólico de Wyoming y la línea TransWest.
Eso puede significar que la transmisión HVDC podría representar una de las pocas áreas, junto con la energía nuclear avanzada, donde los defensores de la energía limpia podrían trabajar con la administración Trump en un objetivo común.
Sin embargo, ya se están desarrollando batallas legales que pondrán a prueba cuánto poder tienen los organismos federales sobre estos asuntos. Varios grupos que representan a los terratenientes de Arkansas han presentado una queja en el Tribunal de Distrito de EE. UU. que impugnó el uso por parte del Departamento de Energía de una ley de 2005 para avanzar en el proyecto Plains and Eastern de Clean Line.
Es probable que surjan casos similares a medida que se prueben otros enfoques nuevos. Pero el presidente de Clean Line, Michael Skelly, dice que la compañía está invirtiendo mucho para ganar estas peleas y establecer los precedentes legales necesarios para avanzar en otros proyectos.
Nuestro lema es no dejar ningún bufete de abogados atrás, dice.