Microrredes con hidrógeno: apoyo a los sistemas energéticos del siglo XXI

La red eléctrica de EE. UU., especialmente en regiones como California, Texas y el noreste, está saturada y cada vez es más incapaz de satisfacer las demandas modernas. La red de California, por ejemplo, se enfrenta a una presión sin precedentes con la venta de más vehículos eléctricos (VE) y el aumento repentino del uso del aire acondicionado debido a los períodos más prolongados de altas temperaturas. Los VE representan actualmente el 9 % de las ventas de coches nuevos en EE. UU., y a medida que el planeta se calienta, los aires acondicionados funcionan con mayor intensidad, con mayor frecuencia y durante más horas. Este aumento simultáneo de la carga de VE y del uso del aire acondicionado en un mundo cada vez más caluroso durante las horas punta supone una carga insostenible para una red ya de por sí frágil.

COMENTARIO

Desafortunadamente, los vehículos eléctricos y el aire acondicionado no son los únicos factores que aumentan la presión sobre la red. Las ambiciosas políticas climáticas de California están eliminando gradualmente los electrodomésticos de gas natural en favor de los eléctricos. En el condado de Los Ángeles, a partir de mayo de 2022, las viviendas nuevas ya no pueden incluir estufas, calentadores de agua, hornos ni secadoras de ropa a gas. Esta orden, diseñada para reducir las emisiones de metano, es un modelo que seguirá el resto del estado y otras partes del país.

La convergencia de estos factores —más vehículos eléctricos, más aire acondicionado y la electrificación de electrodomésticos e incluso de industrias enteras— garantiza que la demanda de electricidad seguirá aumentando. Al mismo tiempo, la obsoleta infraestructura de transmisión del estado, en particular las líneas de alta tensión que cruzan las zonas rurales de California, plantea un riesgo persistente de incendios forestales. Los estudios demuestran que, históricamente, más del 85 % de los incendios forestales en California se han debido a fallos en las líneas eléctricas, a menudo durante fuertes vientos, cuando las líneas de transmisión generan chispas que incendian la maleza seca que se encuentra debajo.

Es evidente que el modelo de red centralizada de California, basado en supuestos del siglo XIX sobre la generación y el suministro de electricidad, es cada vez más incompatible con las realidades modernas. A menos que adoptemos un modelo energético más resiliente, localizado y sostenible, los problemas asociados con nuestra red saturada solo empeorarán.

La red: un legado defectuoso

Las ineficiencias de la red eléctrica actual se remontan al debate entre Nikola Tesla y Thomas Edison a finales del siglo XIX. Tesla, con el apoyo de George Westinghouse, defendía la producción centralizada de electricidad mediante líneas de transmisión de corriente alterna (CA) de alto voltaje. Edison, por su parte, abogaba por la generación descentralizada de energía mediante corriente continua (CC), que es un 50 % más eficiente en distancias de transmisión cortas y elimina la necesidad de depender de redes de distribución de energía de larga distancia, vulnerables.

El modelo de corriente alterna (CA) de Tesla prevaleció principalmente porque permitía la transmisión de electricidad a mayores distancias. Si bien se podría decir que fue acertado en su momento y durante gran parte del siglo XX, las limitaciones de este modelo de red centralizada se han hecho patentes. La dependencia de líneas eléctricas de larga distancia no solo reduce la eficiencia, sino que también aumenta el riesgo de incendios forestales, cortes de suministro y retrasos en el suministro de energía a los usuarios finales. Hoy, lidiamos con las consecuencias de esa decisión, con una red eléctrica propensa a fallos y un sistema incapaz de satisfacer la creciente demanda de electricidad limpia.

En California, las deficiencias de este sistema obsoleto son dolorosamente evidentes. Los incendios forestales provocados por líneas de transmisión ya han provocado cortes de energía preventivos y generalizados en todo el estado. Y a medida que el cambio climático exacerba estas vulnerabilidades durante la próxima década, los residentes y las empresas se enfrentan a la posibilidad de cortes de energía cada vez más frecuentes y prolongados.

Se están considerando cientos de miles de millones de dólares para reemplazar, extender y enterrar líneas eléctricas, sin considerar que el concepto de casi 150 años de antigüedad que fundamenta el sistema de red eléctrica debe reinventarse con la tecnología del siglo XXI. Para abordar estos desafíos, debemos replantear nuestro enfoque de generación y distribución de energía. En lugar de apostar por la tecnología del pasado, la solución reside en integrar la generación de energía localizada con la infraestructura existente mediante microrredes: sistemas de energía a pequeña escala que operan de forma independiente y en conjunto con la red principal.

La Academia Mundial de Negocios se fundó en 1986 como resultado de debates centrados en el rol y la responsabilidad de las empresas frente a los desafíos ambientales y sociales críticos. Desde entonces, la Academia ha sido una organización sin fines de lucro 501(c)(3) que promueve la participación de la comunidad empresarial para comprender y poner en práctica el rol de las empresas como agentes de transformación social positiva y soluciones a los mayores desafíos de la humanidad. El enfoque de la Academia en el cambio climático, la seguridad energética, el hidrógeno y la optimización del gobierno corporativo mediante la promoción del capitalismo de las partes interesadas se basa en un análisis de las amenazas más importantes para la supervivencia humana. Sus 38 años de trayectoria de liderazgo incluyen la publicación de libros, artículos, podcasts y videos de vanguardia que abordan estos temas y muchos otros de vital importancia para la evolución del rol de las empresas en la sociedad.

Microrredes: una alternativa resiliente

Las microrredes ofrecen una solución moderna, escalable y resiliente a los problemas que afectan a los sistemas eléctricos centralizados. Al generar electricidad localmente y distribuirla a través de subestaciones existentes, las microrredes pueden eliminar la necesidad de líneas de transmisión de larga distancia y reducir el riesgo de sobrecarga de la red y cortes prolongados del suministro eléctrico.

En California, las microrredes pueden mejorar drásticamente tanto la fiabilidad como la seguridad. Por ejemplo, el condado de Santa Bárbara depende de una línea de transmisión de larga distancia obsoleta que va desde Ventura, a través de terrenos agrestes propensos a incendios, hasta Goleta. Esta línea suministra el 68 % de la energía necesaria para la zona de carga entre Ventura y Goleta, y la mayoría de los aproximadamente 250 000 residentes de la zona desconocen el riesgo al que se enfrentan, a pesar de las advertencias públicas de Southern California Edison de que una falla en esta línea —debido a terremotos, incendios forestales o condiciones climáticas severas— podría dejar a la región sin electricidad durante meses.

Mediante la instalación de microrredes, estos riesgos podrían reducirse de forma inmediata y significativa. Las microrredes, alimentadas por fuentes de energía renovables como la solar en Santa Bárbara y una combinación de energía eólica y solar en Lompoc, también podrían servir como respaldo en caso de una falla en la línea de transmisión. Se podrían aplicar estrategias similares en todo el estado para mejorar la resiliencia y la fiabilidad de la red, a la vez que se satisface la creciente demanda de electricidad.

Microrredes mejoradas con pilas de combustible de hidrógeno: la pieza que falta

Si bien las microrredes alimentadas con energías renovables pueden reducir la dependencia de la red eléctrica centralizada, se enfrentan a una limitación crítica: el suministro intermitente de energía. La energía solar solo está disponible cuando brilla el sol, y la energía eólica depende de las condiciones meteorológicas. Para garantizar un suministro eléctrico constante, las microrredes necesitan una solución fiable de almacenamiento de energía.

Las baterías pueden proporcionar energía de unos minutos a horas, pero el hidrógeno es el mejor aliado para un respaldo a largo plazo. Nada supera a una pila de combustible de hidrógeno en cuanto a fiabilidad y suministro constante de energía sin sobretensiones ni ruido en el sistema. Por eso, todas las granjas de servidores modernas ya están optando por instalar pilas de combustible de hidrógeno. De igual manera, las pilas de combustible de hidrógeno son el complemento perfecto para las energías renovables en los sistemas de microrredes. En lugar de reducir la energía cuando no se necesita, el uso del exceso de energía solar y eólica para producir hidrógeno mediante electrólisis proporciona a las microrredes energía almacenada para su uso posterior. Según sea necesario, el hidrógeno almacenado puede utilizarse para alimentar pilas de combustible y generar electricidad de forma inmediata y con cero emisiones.

En el caso del condado de Santa Bárbara, la ubicación conjunta de celdas de combustible de hidrógeno e instalaciones de almacenamiento con subestaciones eléctricas proporcionaría una fuente de energía de respaldo confiable. Además, se podría suministrar hidrógeno suplementario según sea necesario para garantizar un suministro eléctrico ininterrumpido, incluso durante períodos prolongados de baja generación de energía renovable.

Otra ventaja de este enfoque es la capacidad de las microrredes para utilizar corriente continua (CC). A diferencia de la corriente alterna (CA), utilizada en los sistemas de red tradicionales, como se mencionó anteriormente, la CC es más eficiente para la transmisión a corta distancia y más adecuada para aplicaciones energéticas modernas, como la carga de vehículos eléctricos, el almacenamiento de baterías y la alimentación de las operaciones de los centros de datos.

Al adoptar la energía de CC en las microrredes, podemos reducir las pérdidas de energía y mejorar la eficiencia general del sistema. Este enfoque, que se alinea con la visión original de Edison de generación de energía descentralizada, será más resiliente, a la larga más económico y más adaptable a las demandas energéticas modernas.

Ganadores de un futuro energético descentralizado

El cambio hacia sistemas energéticos integrados basados ​​en microrredes e hidrógeno como fuente de energía de respaldo generará beneficios significativos para los consumidores y las empresas de gas.

Las microrredes proporcionan energía confiable generada localmente, lo que reduce el riesgo de cortes de suministro y mejora la resiliencia ante desastres naturales o fallos de la red. Además, dado que las microrredes eliminan la necesidad de líneas de transmisión de larga distancia, ya que pueden transportar la energía de una microrred a la adyacente indefinidamente, reducen los costos asociados con el suministro de energía. Las microrredes también reducen el riesgo de incendio al prescindir de líneas de alta tensión en lugar de enterrarlas. Con el tiempo, estos ahorros se trasladarán a los consumidores en forma de facturas de electricidad más bajas.

Este enfoque también ofrece una oportunidad para que las empresas de servicios públicos, y en particular las de transmisión de gas natural como SoCalGas, se reinventen en un futuro de energía limpia. Al abandonar su modelo de negocio del siglo XX, consistente en el suministro de gas natural a través de líneas troncales y distribución local, estas empresas pueden reutilizar las servidumbres de paso que controlan para suministrar hidrógeno mediante tuberías modernizadas que alimenten las pilas de combustible ubicadas en las subestaciones eléctricas. Las líneas eléctricas locales, en lugar de las antiguas tuberías de distribución de gas, pueden entonces proporcionar la distribución de última milla a los hogares y negocios de los consumidores. SoCalGas también podría suministrar hidrógeno directamente a grandes consumidores en industrias de difícil control, como la fabricación de cemento y acero, desde un sistema centralizado de distribución de hidrógeno.

Es hora de que el gobierno y la industria se den cuenta de que el modelo de red centralizada del siglo XIX ya no es suficiente para satisfacer la demanda energética del siglo XXI. A medida que aumenta el consumo de electricidad y aumentan los riesgos asociados a las líneas de transmisión de larga distancia, debemos adoptar un nuevo enfoque para la generación y el suministro de energía. Al integrar microrredes con energías renovables, pilas de combustible de hidrógeno y corriente continua (CC), podemos crear un sistema energético más resiliente, eficiente y sostenible, y una vía para prosperar en un futuro de energía limpia, garantizando a la sociedad un sistema energético fiable y sostenible para las generaciones futuras.

— Rinaldo S. Brutoco es el presidente fundador y director ejecutivo de la World Business Academy, con sede en Santa Bárbara, California. Brutoco es cofundador de JUST Capital y fundador y director ejecutivo de H2 Clipper Inc.