La economía del sur de África se está desarrollando rápidamente, impulsando una creciente demanda de electricidad. Satisfacer eficientemente esta demanda requerirá equilibrar las consideraciones sociales, económicas, geográficas, tecnológicas y ambientales.

Investigadores de UC Santa Barbara dirigieron un equipo internacional que analizó los recursos y la red eléctrica de la región. Usando estos datos, desarrollaron una cartera de energía que cumple de manera más efectiva con los requisitos de energía de África del Sur para 2040, y descubrieron que la energía eólica y solar son las opciones más rentables de la región. Además, la propuesta de su modelo efectivamente congela las emisiones de gases de efecto invernadero a los niveles de 2020 mientras duplica la cantidad de electricidad que la red puede producir. Un análisis detallado aparece en la revista Joule .

Actualmente, los 315 millones de habitantes del sur de África utilizan alrededor de 275 teravatios hora, aproximadamente la misma cantidad que California. "Sin embargo, se espera que el sur de África duplique su demanda de electricidad para 2040", dijo el codirector y autor correspondiente Ranjit Deshmukh, profesor asistente en el Programa de Estudios Ambientales de UCSB. "El desarrollo de los excelentes recursos eólicos, solares y de gas natural de la región es la opción menos costosa para sus consumidores y puede satisfacer esta demanda sin aumentar las emisiones de carbono del sector eléctrico de la región".

Deshmukh y sus colegas también descubrieron que, a pesar de duplicar su demanda de electricidad, es posible que el Southern Africa Power Pool (SAPP) no necesite ninguna central eléctrica de carbón, ni la mitad de sus proyectos hidroeléctricos planificados, los cuales tienen impactos ambientales potencialmente enormes. .

Para llegar a estas conclusiones, el equipo empleó un conjunto de modelos que dan cuenta de una variedad de factores estructurales, climáticos y económicos. Deshmukh y la coautora Grace Wu, también de UC Santa Barbara, desarrollaron una de las herramientas, llamada MapRE, en 2020. "MapRE nos permite identificar sitios adecuados para proyectos eólicos y solares en función de la velocidad del viento, la radiación solar, la proximidad a las líneas de transmisión e infraestructura vial y usos de la tierra", dijo Deshmukh, quien dirige el Laboratorio de Transformación de Energía Limpia (CETlab) y es investigador asociado en el Laboratorio de Mercados Ambientales (emLab).

El autor principal, AFM Kamal Chowdhury, investigador postdoctoral en el grupo de Deshmukh, creó un modelo hidroeléctrico llamado VIC-Res-Southern-Africa. Este modelo estima la generación de electricidad mensual de las represas hidroeléctricas existentes y planificadas.

Los autores tomaron los datos de MapRE y VIC-Res, así como la capacidad de transmisión y generación existente y planificada, y los introdujeron en un modelo de planificación de electricidad llamado GridPath, que fue desarrollado por Deshmukh y la coautora Ana Mileva. Este modelo genera una cartera de energía recomendada. Tanto el modelo como los conjuntos de datos son de código abierto y están disponibles públicamente.

Los resultados fueron alentadores. "Si la tecnología y los costos del combustible siguen las tendencias anticipadas", escribieron los autores, "es probable que las tecnologías eólica y solar dominen las futuras inversiones en generación de electricidad en el sur de África y, por lo tanto, sean la fuente dominante de electricidad en la región para 2040".

En particular, el modelo sugirió que la energía del carbón no será competitiva con estas fuentes de energía renovable. "La flota actual de centrales eléctricas de carbón es vieja y costosa de operar", dijo el coautor Kudakwashe Ndhlukula. "Con una integración regional más profunda, sería antieconómico operar estas centrales eléctricas de todos modos". Ndhlukula es el director ejecutivo del Centro Comunitario de Desarrollo de África Meridional para Energías Renovables y Eficiencia Energética (SACREEE), una organización intergubernamental que incluye a los 12 países del Grupo de Energía de África Meridional.

Con el apoyo financiero de los fondos climáticos globales, como el Fondo Verde para el Clima, las centrales eléctricas de carbón de la región podrían incluso retirarse antes de tiempo, señalaron los autores. El modelo predijo que desconectar las centrales eléctricas 10 años antes aumentaría los costos de electricidad solo un 4% anual. Esto podría reducir aún más las emisiones de gases de efecto invernadero en un 22 % en comparación con los niveles de 2020.

Los investigadores también encontraron que el sur de África requiere mucha menos energía hidroeléctrica de lo previsto. Hay mucha energía hidroeléctrica adicional en el plan del grupo de energía del sur de África, y hay mucho potencial para desarrollar este recurso, señaló Deshmukh. "Pero, utilizando los supuestos de costos de SAPP para la energía hidroeléctrica, y los últimos costos de almacenamiento de energía eólica, solar y de baterías, descubrimos que nuestro modelo no eligió casi la mitad de los proyectos hidroeléctricos planificados", dijo. "Básicamente, no es rentable invertir en esos proyectos".

El equipo también ejecutó un modelo que incluía un objetivo de energía limpia del 80 %. Según este objetivo, una cartera óptima reduciría a la mitad las emisiones de 2020 de la región para 2040 y solo aumentaría los costos en aproximadamente un 6 %, o $3 por megavatio hora.

Además de planificar cómo Sudáfrica generará electricidad, satisfacer de manera eficiente sus demandas energéticas requerirá la cooperación internacional. "La integración regional es clave para desbloquear el inmenso potencial de la energía renovable para un sistema eléctrico competitivo en costos en la región", dijo Ndhlukula.

Un mercado de electricidad sólido y la capacidad de transmisión para respaldarlo también serán cruciales. "Los recursos de viento y gas natural están distribuidos de manera desigual en el sur de África", dijo Deshmukh. "Tener un sistema de transmisión robusto ayudará a los países a comerciar y beneficiarse de los recursos de los demás".

Afortunadamente, la región ya cuenta con un mercado eléctrico con líneas de transmisión interconectadas a través del SAPP. “Se trata de expandir y escalar ese mercado”, dijo Deshmukh. El modelo sugiere que esto se puede lograr con un aumento moderado en la infraestructura de transmisión.

El SAPP tiene 12 países continentales, nueve de los cuales están interconectados físicamente a través de una red compartida a partir de ahora. La conexión de Malawi se completará en 2023 y hay planes para agregar las dos restantes:Angola y Tanzania.

Este es el primero de cuatro documentos que el equipo ha producido como parte de un proyecto más amplio centrado en el futuro energético del sur de África. Actualmente están analizando los resultados de una encuesta de partes interesadas y formuladores de políticas para comprender las barreras a la introducción de energía renovable en la región. Y están analizando los posibles impactos en la biodiversidad de diferentes fuentes de energía renovable. Por último, el grupo planea evaluar cómo el cambio climático podría afectar al sector energético.

"Este documento en particular se basa en las condiciones ambientales actuales", dijo Deshmukh. "El próximo artículo incluirá las influencias del cambio climático". + Explora más

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