En una importante legislación aprobada a finales de agosto, California se comprometió a crear una red eléctrica 100% libre de carbono, una vez más liderando a otras naciones, estados, y ciudades en el establecimiento de políticas agresivas para reducir drásticamente las emisiones de gases de efecto invernadero. Ahora, un estudio realizado por investigadores del MIT proporciona pautas sobre formas rentables y confiables de construir un sistema eléctrico sin emisiones de carbono.

La mejor forma de abordar las emisiones de la electricidad, el estudio encuentra, es utilizar la combinación más inclusiva de fuentes de electricidad con bajas emisiones de carbono.

Los costos han disminuido rápidamente para la energía eólica, energía solar, y baterías de almacenamiento de energía en los últimos años, liderando algunos investigadores, politicos, y defensores para sugerir que estas fuentes por sí solas pueden alimentar una red libre de carbono. Pero el nuevo estudio encuentra que en una amplia gama de escenarios y ubicaciones, emparejar estas fuentes con recursos constantes libres de carbono con los que se puede contar para satisfacer la demanda en todas las estaciones y durante largos períodos, como la energía nuclear, geotermia bioenergía, y gas natural con captura de carbono:es una ruta menos costosa y de menor riesgo hacia una red libre de carbono.

Los nuevos hallazgos se describen en un artículo publicado hoy en la revista Joule , por el estudiante de doctorado del MIT Nestor Sepulveda, Jesse Jenkins Ph.D. '18, Fernando de Sisternes Ph.D. '14, y profesor de ciencia e ingeniería nuclear y rector adjunto Richard Lester.

La necesidad de rentabilidad

"En este papel, buscamos estrategias sólidas para lograr un suministro de electricidad sin emisiones de carbono, que es el eje de los esfuerzos generales para mitigar el riesgo del cambio climático en toda la economía, "Dice Jenkins. Para lograrlo, "no solo necesitamos llegar a cero emisiones en el sector eléctrico, pero también tenemos que hacerlo a un costo lo suficientemente bajo como para que la electricidad sea un sustituto atractivo del petróleo, gas natural, y carbón en el transporte, calor, y sectores industriales, donde la descarbonización suele ser aún más desafiante que en la electricidad. "

Sepúlveda también enfatiza la importancia de caminos rentables hacia la electricidad libre de carbono, agregando que en el mundo de hoy, "tenemos tantos problemas, y el cambio climático es muy complejo e importante, Pero no el único. Por lo tanto, cada dólar extra que gastamos para abordar el cambio climático es también otro dólar que no podemos usar para abordar otros problemas sociales urgentes. como eliminar la pobreza o la enfermedad ". Es importante para la investigación no solo identificar opciones técnicamente alcanzables para descarbonizar la electricidad, sino también para encontrar formas de lograr reducciones de carbono al costo más razonable posible.

Evaluar los costos de diferentes estrategias para la descarbonización profunda de la generación eléctrica, el equipo miró casi 1, 000 escenarios diferentes que implican diferentes supuestos sobre la disponibilidad y el costo de las tecnologías bajas en carbono, variaciones geográficas en la disponibilidad de recursos renovables, y diferentes políticas sobre su uso.

En cuanto a las políticas, el equipo comparó dos enfoques diferentes. El enfoque "restrictivo" permitía solo el uso de la generación solar y eólica más el almacenamiento de baterías, aumentado con medidas para reducir y cambiar el momento de la demanda de electricidad, así como líneas de transmisión de larga distancia para ayudar a suavizar las variaciones locales y regionales. El enfoque "inclusivo" utilizó todas esas tecnologías, pero también permitió la opción de utilizar fuentes continuas libres de carbono. como la energía nuclear, bioenergía, y gas natural con un sistema de captura y almacenamiento de emisiones de carbono. En todos los casos que estudió el equipo, se encontró que la combinación más amplia de fuentes era más asequible.

Los ahorros de costos del enfoque más inclusivo en relación con el caso más restringido fueron sustanciales. Incluyendo continuo, o "firme, "Los recursos con bajas emisiones de carbono en una combinación de recursos con cero emisiones de carbono redujeron los costos entre un 10 por ciento y hasta un 62 por ciento, en los muchos escenarios analizados. Eso es importante saber los autores enfatizan, porque en muchos casos las regulaciones e incentivos económicos existentes y propuestos favorecen, o incluso mandato, una gama más restringida de recursos energéticos.

"Los resultados de esta investigación desafían lo que se ha convertido en la sabiduría convencional en ambos lados del debate sobre el cambio climático, ", Dice Lester." Contrariamente a los temores de que los esfuerzos efectivos de mitigación del clima serán terriblemente costosos, Nuestro trabajo muestra que incluso una descarbonización profunda del sector de la energía eléctrica se puede lograr a un costo adicional relativamente modesto. Pero contrariamente a las creencias de que la electricidad libre de carbono se puede generar de forma fácil y económica con el viento, energía solar, y baterías de almacenamiento solas, nuestro análisis deja en claro que el costo social de lograr una descarbonización profunda de esa manera probablemente será mucho más costoso de lo necesario ".

Una nueva taxonomía para las fuentes de electricidad

Al buscar opciones para la nueva generación de energía en diferentes escenarios, El equipo descubrió que la forma tradicional de describir los diferentes tipos de fuentes de energía en la industria eléctrica:"carga de base, "" carga siguiente, "y recursos de" pico ":está desactualizado y ya no es útil, dada la forma en que se utilizan los nuevos recursos.

Bastante, ellos sugieren, Es más apropiado pensar en las fuentes de energía en tres categorías nuevas:recursos de "ahorro de combustible", que incluyen solar, el viento y el flujo del río (es decir, sin represas) hidroeléctrica; recursos de "ráfaga rápida", proporcionar respuestas rápidas pero de corta duración a las fluctuaciones en la demanda y el suministro de electricidad, incluyendo el almacenamiento de baterías y tecnologías y estrategias de precios para mejorar la capacidad de respuesta de la demanda; y recursos "firmes", como nuclear, hidro con grandes embalses, biogás, y geotermia.

"Debido a que no podemos saber con certeza el costo futuro y la disponibilidad de muchos de estos recursos, "Señala Sepúlveda, "los casos estudiados cubrieron una amplia gama de posibilidades, para que las conclusiones generales del estudio sean sólidas en ese rango de incertidumbres ".

Gama de escenarios

El grupo utilizó una variedad de proyecciones, realizado por agencias como el Laboratorio Nacional de Energías Renovables, en cuanto a los costos esperados de diferentes fuentes de energía en las próximas décadas, incluyendo costos similares a los de hoy y reducciones de costos anticipadas a medida que se desarrollan y ponen en línea sistemas nuevos o mejorados. Para cada tecnología, los investigadores eligieron un costo de rango medio proyectado, junto con una estimación de costos de gama baja y alta, y luego estudió muchas combinaciones de estos posibles costos futuros.

En cada escenario, los casos que estaban restringidos al uso de tecnologías de ahorro de combustible y de ráfagas rápidas tenían un costo general de electricidad más alto que los casos que también usaban fuentes firmes de bajas emisiones de carbono, "incluso con el conjunto de supuestos más optimista sobre futuras reducciones de costes, "Dice Sepúlveda.

Eso es cierto, Jenkins agrega, "incluso cuando asumimos, por ejemplo, que la energía nuclear sigue siendo tan cara como lo es hoy, y la energía eólica, solar y las baterías son mucho más baratas ".

Los autores también encontraron que en todos los casos de baterías eólicas-solares-solo, el costo de la electricidad aumenta rápidamente a medida que los sistemas avanzan hacia cero emisiones, pero cuando también se dispone de fuentes de energía firmes, los costos de la electricidad aumentan mucho más gradualmente a medida que las emisiones se reducen a cero.

"Si decidimos buscar la descarbonización principalmente con viento, solar, y pilas, "Jenkins dice, "Estamos efectivamente 'apostando todo' y apostando al planeta a lograr costos muy bajos para todos estos recursos, "así como la capacidad de construir líneas de transmisión de alto voltaje a escala continental e inducir una demanda de electricidad mucho más flexible.

A diferencia de, "un sistema eléctrico que utiliza recursos firmes con bajas emisiones de carbono junto con energía solar, viento, y el almacenamiento puede lograr cero emisiones con solo aumentos modestos en el costo, incluso bajo suposiciones pesimistas sobre cuán baratos se vuelven estos recursos libres de carbono o nuestra capacidad para desbloquear la demanda flexible o expandir la red, ", dice Jenkins. Esto muestra cómo la adición de recursos firmes con bajas emisiones de carbono" es una estrategia de cobertura eficaz que reduce tanto el costo como el riesgo "de descarbonizar completamente los sistemas de energía, él dice.

Aunque faltan años para un suministro de electricidad totalmente libre de carbono en la mayoría de las regiones, es importante hacer este análisis hoy, Sepúlveda dice:porque las decisiones que se toman ahora sobre la construcción de centrales eléctricas, inversiones en investigación, o las políticas climáticas tienen impactos que pueden durar décadas.

"Si no empezamos ahora" a desarrollar e implementar la gama más amplia de alternativas libres de carbono, él dice, "Eso podría reducir sustancialmente la probabilidad de llegar a cero emisiones".