Para enfriar los edificios del mañana, la industria energética tiene que crecer

Las temperaturas están subiendo. Ocho de los 10 años más cálidos registrados para las temperaturas medias mundiales ocurrieron después de 1998. Junto con este crecimiento, aumenta la demanda de electricidad para enfriar edificios. Un nuevo estudio publicado recientemente en la revista Comunicaciones de la naturaleza pronostica que la demanda de electricidad relacionada con el enfriamiento de edificios en los EE. UU. crecerá a medida que aumenten las temperaturas máximas, al igual que la necesidad de expandir el sector energético.

Los científicos del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico del Departamento de Energía de EE. UU. Han descubierto que el edificio es nuevo. Capacidad en los EE. UU. para satisfacer esta demanda proyectada en un futuro más cálido podría costar un billón de dólares extra gastado a finales de siglo. La investigación conecta las interacciones entre sectores (electricidad, agua, agricultura, entre otros) para pintar una imagen de cómo la demanda de electricidad y la capacidad de una nación para satisfacerla pueden materializarse en escenarios climáticos futuros.

Mientras que estudios anteriores han examinado en detalle la demanda futura de energía de un país, los modelos que muestran la evolución de la demanda de calefacción y refrigeración en los edificios no suelen tener en cuenta una gama tan amplia de impactos. Aquí, los autores consideran el comercio de electricidad entre regiones, la productividad laboral, los cambios en la superficie del edificio y los diseños de la cubierta, precios del combustible disponibilidad, cambios en el tamaño de la población y cambios en la tecnología y la disponibilidad de agua, entre otras fuerzas dinámicas que influyen en la demanda.

“Tenemos acceso a modelos detallados que registran el consumo de electricidad hasta una hora”, dijo el autor principal Zarrar Khan, científico informático del Instituto Conjunto de Investigación del Cambio Global, una asociación entre el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico y la Universidad de Maryland, donde los científicos estudiar las interacciones humanas, la energía y los sistemas ambientales. “Pero no tienen en cuenta todas las demás dinámicas que incluimos en este modelo. Combinamos entradas de varios sectores para obtener una imagen completa, y creo que este es uno de los primeros estudios en hacerlo al registrar por debajo el impacto anual de la temperatura en la demanda de calefacción y refrigeración de un edificio.

El estudio destaca cómo un aumento en la demanda máxima de electricidad debido al aumento de las temperaturas, en lugar de un aumento en la demanda anual, determina cuánta energía nueva, desde centrales eléctricas hasta turbinas eólicas, puede ser necesaria.

Los cambios de temperatura dictan las inversiones en energía

Los autores modelaron dos escenarios para predecir cómo tendrá que crecer la capacidad para satisfacer la futura demanda energética de EE. UU. El primero se relaciona con un futuro en el que las temperaturas cambian en respuesta a un clima cambiante y, a su vez, aumenta la demanda máxima de electricidad. El segundo implica un futuro en el que las temperaturas y la demanda máxima asociada se mantendrán constantes a partir de 2015.

En cualquier caso, los cambios de temperatura se modelan por horas para impulsar la demanda de electricidad en los segmentos mensuales de día y noche. Las 10 horas principales de mayor demanda cada año se registran por separado para representar el pico anual. La comparación de los dos futuros permitió a los científicos aislar el efecto de la temperatura en la demanda de electricidad.

Luego estimaron el costo de desarrollar la capacidad para satisfacer esta demanda. Ambos escenarios se pronosticaron hasta 2100. En general, se pronosticó un aumento de la demanda de refrigeración, mientras que la demanda de calefacción disminuyó.

Sin embargo, para proporcionar esta imagen completa, los autores tuvieron que hacer una serie de suposiciones sobre el crecimiento de la población, las tendencias tecnológicas y económicas y las emisiones. Para establecer este conjunto básico de supuestos, incorporaron la Vía Socioeconómica, descrita como el enfoque de “mitad del camino” en su modelo. En este futuro hipotético, las tendencias sociales, tecnológicas y económicas siguen aproximadamente sus trayectorias históricas y las emisiones de gases de efecto invernadero siguen aumentando.

En un escenario donde las temperaturas de EE. UU. No fluctuaron con respecto a los niveles de 2015, los autores predijeron que la energía de California tendría que aumentar a 102 gigavatios para 2100 para satisfacer la demanda. Estiman que esta actualización podría representar una inversión de $ 322 mil millones desde 2015 hasta finales de siglo.

Sin embargo, dadas las temperaturas futuras, la potencia requerida de California aumenta a 120 gigavatios, lo que requiere una inversión de 393 mil millones de dólares para 2100. Asimismo, Washington necesitaría 87 gigavatios de potencia instalada para 2100 para satisfacer la demanda (76 gigavatios sin influencia de la temperatura), que es equivalente a $ 248 mil millones gastados en 2015-2100.

Reducir a escala nacional y la capacidad energética nacional necesaria para satisfacer la demanda en 2100. Llegará a 2.017 gigavatios, teniendo en cuenta los cambios de temperatura; Esto equivale a una inversión de $ 7.3 billones gastados para 2100. En este escenario, los costos directamente relacionados con los cambios de temperatura suman un billón de dólares. En marzo de 2020, la capacidad nacional de generación de electricidad era de aproximadamente 1.200 gigavatios.

California, Illinois, Pensilvania y Texas registraron las mayores ganancias de rendimiento relacionadas con la temperatura: se proyecta que Texas necesitará 154 gigavatios para el 2100, y para entonces se han gastado 413 mil millones de dólares para hacerlo.

Los resultados varían

Los impactos no son uniformes en todos los estados ya que se derivan de la distribución desigual de los precios de los combustibles, la disponibilidad y el costo de los recursos renovables y las condiciones climáticas, entre otros. Por ejemplo, en California y Texas, donde los precios del gas natural relativamente más bajos se combinan con un mayor crecimiento económico y poblacional proyectado, los autores predicen un mayor temperaturainversiones de gas relacionadas.

En el Medio Oeste, donde el viento es abundante, los autores predicen una mayor inversión en energía eólica. En cada escenario, los combustibles más baratos se envían primero.

Los requisitos de refrigeración y calefacción varían entre los climas de EE. UU. Curiosamente, los autores no localizaron la nueva capacidad de generación cerca de áreas con máxima demanda de electricidad. En cambio, los modelos de comercio de electricidad brindan cierto alivio y flexibilidad en las regiones donde los países conectados a la red pueden transferir energía entre ellos, lo que potencialmente satisface un cierto nivel de demanda sin incurrir en el costo de instalar nuevas plantas de energía.

La demanda de refrigeración se ha tenido en cuenta de forma aproximada. 10% consumo total de electricidad de EE. UU. en 2020

Descubriendo caminos alternativos

Cambiar las suposiciones sobre las tendencias económicas futuras y los niveles de emisión cambia los resultados. Un futuro en el que el consumo de combustibles fósiles es elevado y el estilo de vida requiere, por ejemplo, más consumo energético, crece cada año Electricidad Se estima que el uso del edificio es entre un 50% y un 73% mayor. En el futuro, el equipo abordará otros problemas, desde los cambios introducidos por los vehículos eléctricos hasta el almacenamiento en línea.

“Si sólo se observa la carga anual”, dijo el ingeniero de sistemas y coautor Marshall Wise, “es casi imposible mostrar por qué existe una demanda de almacenamiento o lo que traerá consigo. demanda de electricidadsin embargo, ves la presión. Luego dice: “Está bien, ¿cuánto puede ayudar algo como el almacenamiento a aliviar la presión de la nueva capacidad al tiempo que reduce los costos?” Por lo tanto, el almacenamiento de datos es el siguiente paso en nuestro análisis para nosotros “.