Cuando los apagones, ocurren apagones y apagones continuos, es frustrante estar sin energía. Almacenar energía a lo largo de la red de EE. UU. Podría ayudar a mantener la energía encendida. © iStockphoto.com / TebNad La interrupción comenzó en Ohio, arruinó el tráfico en Michigan, apaga las luces en canadá, luego trajo oscuridad a la ciudad de Nueva York, la ciudad que nunca duerme. Al final del apagón del noreste de 2003, la región perdió aproximadamente $ 6 mil millones.
¿Qué crees que causó un apagón tan grande, algo extraordinario? ¿Alguien saboteó la red? ¿Hubo un terremoto? No, no hubo un plan siniestro o un desastre natural, solo algunos contratiempos estándar. La red eléctrica de EE. UU. Funcionaba como de costumbre, pero luego sus fallas se sumaron, ayudado por fallas de la computadora y algunos árboles molestos y voilà, alrededor de 50 millones de personas estaban sin energía.
Según Imre Gyuk, quien administra el Programa de Investigación de Almacenamiento de Energía en el Departamento de Energía de EE. UU., Podemos evitar apagones masivos como el de 2003 almacenando energía en la red eléctrica. La energía podría almacenarse en unidades en las centrales eléctricas, a lo largo de las líneas de transmisión, en subestaciones, y en ubicaciones cercanas a los clientes. De esa manera, cuando ocurren pequeños desastres, la energía almacenada podría suministrar electricidad en cualquier lugar a lo largo de la línea.
Suena como un gran proyecto y es. Pero casi todos los sistemas que logran atender con éxito a muchos clientes mantienen una reserva. Piénsalo. Los bancos mantienen una reserva. Tiendas de gran tamaño como Target y Wal-Mart mantienen una reserva. ¿Podría McDonald's haber servido miles de millones sin tener despensas y congeladores siempre abastecidos? Debido a que la red eléctrica de EE. UU. Funciona con codificación, no reservas, está preparado para problemas. Vea lo que queremos decir en la página siguiente.
Contenido
En cualquier día ordinario Las compañías de energía eléctrica planean cuánta electricidad generarán al día siguiente. Intentan predecir lo que harán los clientes, principalmente mediante la lectura de registros históricos de uso el mismo día del año anterior. Luego ajustan esas cifras a la previsión meteorológica actual para el día siguiente.
"Es imposible predecir exactamente cuál será la demanda de energía en un momento dado, "dice John Boyes, quien gestiona el Programa de Almacenamiento de Energía en Sandia National Laboratories. Este escenario prepara a las empresas de servicios públicos para generar más o menos electricidad de la que usan los clientes. El desajuste envía ondas a través de la cuadrícula, incluidas las variaciones en la frecuencia de CA, cuales, si no se controla, puede dañar la electrónica. Gerentes regionales de electricidad, u operadores de sistemas independientes (ISO), Acérquese y trate de cerrar la brecha pidiendo a algunas plantas de energía que cambien la cantidad de electricidad que generan. Pero las plantas de combustibles fósiles y nucleares no pueden hacer eso rápidamente. Su lentitud agrava el desajuste entre oferta y demanda de electricidad.
Ahora, considere lo que sucede en un día sofocante en Los Ángeles cuando la gente de toda la ciudad está usando sus acondicionadores de aire. Estos son la demanda máxima condiciones, cuando la mayoría de los clientes utilizan la mayor cantidad de electricidad, lo que ocurre durante unas pocas horas de cinco a diez días al año. En estos días, instalaciones conocidas como plantas pico están llamados a la acción. Estas costosas plantas de combustibles fósiles permanecen inactivas todo el año y pueden emitir más contaminación del aire que una gran planta de carbón. "No nos gustaría hacerlo en una ciudad [con niebla] como Los Ángeles, pero lo hacemos de todos modos, ", dice Imre Gyuk. Si las plantas pico se quedan cortas, las empresas de servicios públicos pagan a grandes clientes, como las fundiciones de aluminio, para que utilicen menos electricidad. "Si nada funciona, tiene apagones y apagones continuos, "dice Gyuk.
Mientras tanto, las antiguas subestaciones se están sobrecargando. Llevan más corriente de la que deben manejar y las estructuras metálicas se calientan. "Esa no es una práctica recomendada, "dice Boyes.
Si la red eléctrica suena estresada, aún no has visto nada. Sigue leyendo.
Quizás no sea un día cualquiera. Tal vez un árbol caiga sobre una línea eléctrica o un rayo lo golpee. Estas interrupciones reducirán el voltaje de la línea de la cantidad prevista. Las variaciones de voltaje reinician las computadoras. Ahora su despertador está parpadeando a las 12:00. O peor:"Para todos los procesos de fabricación automatizados, si la computadora se reinicia, cierra el proceso. Si es un fabricante de plásticos, y tus máquinas se enfríen, el plástico se solidifica en sus máquinas, "dice Boyes.
¿Y si los eventos de un día exceden los esfuerzos de las empresas de servicios públicos para compensar? Sí, lo adivinaste, te enfrentas a un apagón. Ciertamente sucedió en todo el noreste en 2003.
Con la cuadrícula ya revuelta, es difícil imaginarse añadiendo más energías renovables, como la energía eólica y solar, porque son fuentes intermitentes de energía. Sabemos que los clientes son impredecibles, pero ahora, también lo es la electricidad. Cuando el viento muere inesperadamente, un parque eólico puede perder 1, 000 megavatios en minutos y luego debe comprar e importar electricidad rápidamente para sus clientes.
La alternativa entonces es usar una planta de combustibles fósiles de estilo pico, pero eso agrega contaminación del aire a la electricidad limpia. O la naturaleza puede reinar. En parques eólicos en Texas, el viento sopla casi exclusivamente de noche mientras la demanda es baja, y el precio de la electricidad se vuelve negativo. "Eso significa que tienes que pagarle a la red para que le suministre electricidad, "dice Gyuk." Hablé con alguien que hace funcionar su aire acondicionado toda la noche para enfriar la casa porque lo obtiene gratis. Luego cierra las ventanas ".
Según Gyuk, estos problemas empeorarán a medida que utilicemos más productos electrónicos y más electricidad. Entonces, ¿cuál podría ser la respuesta a estos problemas? Almacenamiento de energía de la red.
Antes de sumergirnos en el tema, es importante comprender lo que significa almacenar energía. El trabajo de la red es entregar electricidad a todos los clientes a 120 voltios y 60 hercios. Esto se logra agregando o quitando corriente de la red. Un dispositivo de almacenamiento ayuda agregando o quitando corriente exactamente cuando sea necesario.
Siga leyendo para saber cómo el almacenamiento de energía puede fortalecer la red.
Hidroeléctrica bombeada las estaciones utilizan agua que cae para producir electricidad. Un ejemplo de esto se puede ver en Raccoon Mountain en Tennessee. Al pie de la montaña, la Autoridad del Valle de Tennessee (TVA) hizo un lago extrayendo parte del río Tennessee.
Cuando los clientes no consumen mucha electricidad, TVA desvía la electricidad de otras centrales eléctricas a una casa de máquinas dentro de la montaña. La electricidad hace girar las turbinas de la casa al revés, empujando el agua del lago por un túnel en la montaña hasta la cima. Después de 28 horas, la cuenca superior está llena. Para hacer electricidad TVA abre un desagüe en el lavabo superior. El agua cae directamente por el centro de la montaña y hace girar las turbinas hacia adelante, generar electricidad. Cae durante 22 horas, constantemente produciendo 1, 600 megavatios de electricidad, igualando la producción de una gran planta de carbón. TVA suma esta electricidad a la contribución de sus otras plantas en días de alta demanda [fuente:TVA].
Las centrales hidroeléctricas de bombeo están funcionando en todo el mundo, produciendo entre 200 megavatios y 2, 000 megavatios de potencia en los días de máxima demanda [fuente:Cole]. No emiten contaminación del aire, y una vez cargado, están en línea en 15 minutos, más rápido y más verde que una planta más alta. El único problema es "nos estamos quedando sin buenos sitios para ello, "dice Gyuk.
Almacenamiento de energía de aire comprimido ( CAES ) es el almacenamiento para centrales eléctricas de gas natural. Normalmente, estas plantas queman gas natural para calentar el aire, que empuja una turbina en un generador. Cuando las plantas de gas natural están cerca de un pozo subterráneo, como una caverna o una vieja mía, pueden utilizar CAES. En días lentos la planta puede producir electricidad para hacer funcionar un compresor que comprime el aire exterior y lo empuja hacia el agujero subterráneo. En los días en que los clientes necesitan la máxima electricidad, la planta de energía puede dejar que el aire comprimido se precipite contra la turbina, empujándolo, junto con el aire caliente normal. Este aire comprimido puede ayudar durante horas, agregando constantemente 25 megavatios a 2, 700 megavatios de electricidad para la producción de la planta en los días de máxima demanda [fuente:Cole].
Siga leyendo para saber dónde más podemos almacenar energía en la red.
BombéaloLos dispositivos de almacenamiento fabrican y utilizan la corriente de forma inteligente, para un proceso que se puede revertir para devolver la corriente. Por ejemplo, almacenamiento hidroeléctrico bombeado utiliza corriente para bombear agua a una altura. Cuando necesitemos la corriente de vuelta dejamos que el agua caiga sobre el sistema de conducción de un generador. ¿Dónde está la energía en esta imagen? Está ahí todo el tiempo siendo transferido como dinero entre cuentas bancarias. La energía comienza como energía eléctrica en la red, cambios en la energía potencial gravitacional cuando el agua está en lo alto, y como el agua cae para impulsar el generador, vuelve a ser energía eléctrica en la red.
Busque inversiones y transferencia de energía en cada método de almacenamiento que describimos en este artículo.
Lee mas
Ahora es el momento de analizar el almacenamiento que proporciona una gran cantidad de electricidad o menos durante más tiempo. Estos sistemas no pueden enviar grandes cantidades de electricidad a los clientes todo el día, como hidroeléctrica de bombeo y CAES puede.
Volantes almacenar energía girando. Los más rápidos consisten en un motor, un imán levitante, un vacío para evitar la fricción y un caparazón para la seguridad. Cuando hay electricidad adicional disponible en la red, puede hacer funcionar el motor, que hace girar el imán. Cuando se necesita electricidad, los volantes pueden girar en minutos u horas, según lo requiera la situación.
En la red eléctrica los volantes son controladores de buena calidad. Son buenos para estabilizar la frecuencia cuales, como hemos mencionado, oscila por encima y por debajo de los 60 hercios en los EE. UU. hoy. Se dispara cuando las empresas de servicios públicos generan más electricidad de la que usan los clientes y desciende cuando las empresas de servicios públicos generan menos. Los volantes cambian la situación porque los ISO pueden controlarlos directamente; eventualmente, serán automáticos, de modo que nadie tenga que llamar a Jane a la planta de energía A y esperar a que suba o baje la generación para corregir el problema de frecuencia. Con respuesta rápida, la frecuencia se puede nivelar antes de que el cliente la sienta. De hecho, varias I.S.O. de EE. UU. están probando almohadillas de volante [fuente:Beacon Power 1, Beacon Power 2, Beacon Power 3].
Otro uso de los volantes es estabilizar el voltaje en la red. ¿Qué podría cambiar el voltaje en esas robustas líneas de alto voltaje? Pruebe los efectos dominó de los cortes de energía, árboles caídos y trenes eléctricos. Cuando el metro o el tren ligero frenan, generan electricidad, aumentando el voltaje y haciendo que la corriente aumente localmente. Cuando los trenes aceleran fuera de la estación, extraen electricidad, haciendo que el voltaje caiga y succione la corriente de otra parte. Los volantes pueden absorber y liberar la corriente, dejando el resto de la cuadrícula sin perturbaciones. De hecho, han sido probados en los trenes subterráneos de la ciudad de Nueva York [fuente:Kennedy].
Los volantes también son ideales para parques eólicos, donde pueden generar electricidad adicional durante las ráfagas y escupirla durante las extinciones, para que los clientes no sufran las fluctuaciones.
Supercondensadores , incluso más rápido que los volantes, almacenar energía separando cargas. Son "super" porque almacenan más energía que los condensadores tradicionales, pero funcionan de la misma manera. Cuando hay electricidad extra, se puede utilizar para empujar cargas de algunas placas de metal y sobre otras, dejando unos cargados positivamente y otros negativamente. Cuando se necesita electricidad, las placas neutralizan, y la carga fluye, haciendo una corriente. En Madrid, Beijing y otras ciudades, armarios llenos de supercondensadores amortiguan trenes eléctricos [fuente:Siemens].
Almacenamiento de energía magnética superconductora, o PYMES, es otra forma de deshacerse de las caídas y picos de voltaje en la red. Durante los picos, los bucles de cable absorben corriente adicional, y durante las inmersiones, los bucles devuelven la corriente a la red. Debido a que el cable casi no tiene resistencia, almacena corriente casi sin pérdida.
A continuación:sistemas de almacenamiento de energía que muchos de nosotros usamos a diario:baterías.
Las baterías son perfectas para respaldo de energía y almacenamiento de energía. Por supuesto, los que se utilizan para el almacenamiento de energía de la red son un poquito más grandes. Tim Boyle / Getty Images
Pilas son como juegos de Lego para la cuadrícula. Vienen en muchos tipos, puede apilarse o agrandarse para almacenar más energía y puede generar electricidad de segundos a horas. En el final de la longevidad, encontrarás del tamaño de un remolque baterías de flujo igual que vanadio redox y bromuro de zinc y baterías de alta temperatura igual que sodio-azufre . Estos pueden suministrar hasta 20 megavatios de energía durante horas [fuente:Gyuk]. En el extremo de la explosión de poder, baterías de plomo ácido se utilizan comúnmente en la actualidad. Otras baterías incluyen metal-aire , iones de litio , niquel Cadmio y plomo-carbono . Todas las baterías usan y liberan energía a través de reacciones químicas.
Las baterías están en toda la red eléctrica de EE. UU., generalmente del lado del cliente, donde las fábricas, y tal vez las computadoras de tu oficina, utilizar un fuente de poder ininterrumpible , o UPS para hacer funcionar la electrónica en funcionamiento durante las interrupciones.
Pero las baterías también respaldan las entrañas de la red. En Charleston, W. Va., una subestación solía sobrecalentarse cada vez que demasiados clientes pasaban corriente por ella. Luego, American Electric Power instaló una batería para suministrar electricidad en los días de mayor demanda. y la subestación dejó de sobrecalentarse. Los habitantes de Alaska solían sufrir apagones con cada falla en la línea eléctrica entre Anchorage y Fairbanks hasta que instalaron una batería del tamaño de una cancha de fútbol para cubrir la línea durante la falla y reparación.
Las baterías también pueden ayudar a los parques eólicos en lugares donde el viento sopla solo por la noche y los clientes usan energía durante el día.
Se habla de algún día utilizar coches eléctricos híbridos enchufables, o PHEV , con baterías que se cargan enchufándolas a la toma de corriente, para electricidad comercial. Con el cableado adecuado en su casa, su automóvil estacionado podría hacer funcionar su lavavajillas. En el futuro lejano muchos automóviles conectados a muchos garajes podrían enviar electricidad a donde sea necesario en la red en una aplicación llamada vehículo a la parrilla , o V2G . Pero faltan muchos años Dado que el enchufe de pared no puede tomar electricidad de la batería, y los autos no son comerciales.
¿Suena esto práctico? Siga leyendo para averiguar cuánto cuesta todo.
"Cuando se trata de costos reales, el almacenamiento de energía no es barato, "dice Imre Gyuk.
Podemos ver dónde se encuentran los costos hoy, pero se reducirán a medida que se incorpore más almacenamiento a la red. Comencemos con el almacenamiento en plantas de energía. Como aprendimos antes, una compañía eléctrica puede almacenar energía en una planta de energía para suministrar energía en días de alta demanda. La planta necesitará mucha energía todo el día, y solo el aire comprimido y la hidroeléctrica bombeada pueden suministrar eso. Por cada $ 700 que paga por un sistema de aire comprimido, la empresa obtiene 1 kilovatio de electricidad, suministrado durante más de 20 horas, suficiente para hacer funcionar una cafetera todo el día [fuente:EAC, NSTAR]. La hidroeléctrica de bombeo cuesta más - $ 2, 250 por kilovatio.
Para un poder que dura de minutos a horas, las baterías de iones de litio cuestan $ 1, 100 por kilovatio (o cafetera), los volantes cuestan $ 1, 250 por kilovatio, las baterías de flujo cuestan $ 2, 500 por kilovatio, y las baterías de alta temperatura como sodio-azufre cuestan $ 3, 100 por kilovatio [fuente:EAC]. Y el almacenamiento en supercondensadores cuesta aún más.
Pero, según Gyuk, obtenemos mucho por nuestra inversión en almacenamiento. Obtenemos una red capaz de manejar más plantas de energía eólica y solar, sin suministro de pesadillas. Obtenemos menos plantas pico, lo que significa menos emisiones de dióxido de carbono y contaminación del aire. Y obtenemos protección contra cortes, cuales, según Gyuk, cuesta 33 centavos de cada dólar que gastamos en electricidad [fuente:Gyuk 2008].
Las empresas de energía eléctrica y las ISO pagarán por el almacenamiento, si deciden instalarlo. "El precio del almacenamiento está bajando. El precio de resolver los problemas de otras formas está subiendo. Muy pronto, estos precios se van a cruzar, "señala Boyes, sugiriendo que el costo podría estimular la adición de almacenamiento a la red.
¿Caerán las tarifas eléctricas de los consumidores al final? Quizás. Con suficiente almacenamiento, las empresas de servicios públicos podrán generar electricidad de una manera más controlada. Usarán mejor el hardware en la cuadrícula, como líneas de transmisión y subestaciones, en lugar de reemplazarlos o ampliarlos.
Incluso si aumentan las tarifas de electricidad de los consumidores, "Conseguiremos un mejor sistema, "dice Gyuk.
Regulación de frecuenciaPara ver una animación sobre cómo la red eléctrica de EE. UU. Regula la frecuencia en la actualidad y cómo se podría hacer en el futuro con volantes, haga clic aquí, luego seleccione "Volantes y regulación de frecuencia". (Advertencia:la interesante animación está envuelta alrededor de un anuncio del sistema de almacenamiento).
Ciencia EntretenimientoJuegos mentalesCómo funciona Power Grid Economía de autocombustible Gas versus red:la gasolina y la electricidad se enfrentan Híbridos de conexión automática Cargar híbridos enchufables en una red inteligente
