El presidente Joe Biden ha pedido importantes inversiones en energía limpia como una forma de frenar el cambio climático y generar empleos. El 8 de septiembre de 2021, la Casa Blanca publicó un informe elaborado por el Departamento de Energía de EE. UU. Que encontró que la energía solar podría generar hasta el 45% del suministro de electricidad de EE. UU. Para 2050, en comparación con menos del 4% actual. Joshua D. Rhodes, investigador de políticas y tecnología energética de la Universidad de Texas en Austin, explica lo que se necesitaría para alcanzar este objetivo.
¿Por qué un enfoque tan fuerte en la energía solar? ¿No requiere un futuro con bajas emisiones de carbono muchos tipos de energía limpia?
El Estudio de Futuros Solares del Departamento de Energía establece tres caminos futuros para la red de EE. UU.: Como siempre; descarbonización, que significa un cambio masivo hacia fuentes de energía bajas en carbono y libres de carbono; y descarbonización con electrificación en toda la economía de actividades que ahora funcionan con combustibles fósiles.
Concluye que los dos últimos escenarios requerirían aproximadamente 1.050-1.570 gigavatios de energía solar, lo que cubriría entre el 44% y el 45% de la demanda de electricidad esperada en 2050. En perspectiva, un gigavatio de capacidad de generación equivale a unos 3,1 millones de paneles solares. o 364 aerogeneradores a gran escala.
El resto provendría principalmente de una combinación de otras fuentes bajas o nulas en carbono, incluidas turbinas eólicas, nucleares, hidroeléctricas, bioenergéticas, geotérmicas y de combustión que funcionan con combustibles sintéticos sin carbono como el hidrógeno. La capacidad de almacenamiento de energía (sistemas como grandes instalaciones de baterías de alta capacidad) también se expandiría aproximadamente al mismo ritmo que la energía solar.
Una ventaja que tiene la energía solar sobre muchas otras tecnologías bajas en carbono es que la mayor parte de los EE. UU. Tiene mucho sol. Los recursos eólicos, hidroeléctricos y geotérmicos no están distribuidos de manera tan uniforme: hay grandes zonas donde estos recursos son escasos o inexistentes.
La mayoría de las áreas de los EE. UU. Pueden generar al menos algo de energía solar durante todo el año. Este mapa muestra la irradiancia horizontal global anual: la cantidad de luz solar que incide en una superficie horizontal del suelo. NREL
Depender más de las tecnologías específicas de la región significaría desarrollarlas de forma extremadamente densa donde son más abundantes. También requeriría construir más líneas de transmisión de alto voltaje para mover esa energía a largas distancias, lo que podría aumentar los costos y generar oposición por parte de los terratenientes.
¿Es factible generar el 45% de la electricidad de EE. UU. A partir de energía solar para 2050?
Creo que sería técnicamente posible, pero no fácil. Requeriría un despliegue acelerado y sostenido mucho mayor de lo que Estados Unidos ha logrado hasta ahora, incluso cuando el costo de los paneles solares se ha reducido drásticamente. Algunas regiones han alcanzado esta tasa de crecimiento, aunque partiendo de puntos de partida bajos y, por lo general, no durante períodos prolongados.
El Solar Futures Study estima que producir el 45% de la electricidad del país a partir de energía solar para 2050 requeriría desplegar alrededor de 1,600 gigavatios de generación solar. Eso es un aumento del 1,450% de los 103 gigavatios que están instalados en los EE. UU. En la actualidad. En perspectiva, actualmente hay alrededor de 1.200 gigavatios de capacidad de generación de electricidad de todo tipo en la red eléctrica de EE. UU.
El informe asume que entre el 10% y el 20% de esta nueva capacidad solar se desplegaría en hogares y empresas. El resto serían despliegues a gran escala de servicios públicos, en su mayoría paneles solares, además de algunos sistemas solares térmicos a gran escala que usan espejos para reflejar el sol en una torre central.
Suponiendo que la energía solar a escala de servicios públicos requiere aproximadamente 8 acres por megavatio, esta expansión requeriría aproximadamente de 10,2 a 11,5 millones de acres. Esa es un área aproximadamente tan grande como Massachusetts y Nueva Jersey juntas, aunque es menos del 0.5% de la masa terrestre total de EE. UU.
Creo que vale la pena establecer metas como estas, pero es bueno reevaluarlas con el tiempo para asegurarse de que representen el camino más prudente.
¿Cuáles son los mayores obstáculos?
En mi opinión, el mayor desafío es que impulsar un cambio a esta escala requiere una voluntad política sostenida. Otros problemas también podrían ralentizar el progreso, incluida la escasez de materiales críticos de paneles solares como polisilicio, disputas comerciales y recesiones económicas. Pero los desafíos de ingeniería se comprenden y son bastante sencillos.
El gas natural, el carbón y el petróleo proporcionaron casi el 80% de la entrada de energía primaria a la economía de los EE. UU. En 2020, incluida la generación de energía eléctrica. Reemplazar gran parte de ella con fuentes bajas en carbono también requeriría reequipar la mayoría de las principales empresas de energía de EE. UU.
Pasar a una economía de bajas emisiones de carbono requeriría generar mucha más energía a partir de fuentes de bajas emisiones de carbono y cero emisiones de carbono y electrificar muchas actividades que ahora funcionan con combustibles fósiles. LLNL
Es probable que tal cambio encuentre resistencia, aunque algunas empresas de energía están comenzando a expandirse de esa manera. La administración de Biden planea usar el Programa de Pago de Electricidad Limpia, una disposición en el plan presupuestario de $ 3.5 billones pendiente en el Congreso, para crear incentivos para que las empresas eléctricas generen más energía a partir de fuentes libres de carbono.
Estudios como este informe solar también asumen que estará disponible una gran cantidad de infraestructura de apoyo que es esencial para cumplir con sus escenarios. Según el Solar Futures Study, EE. UU. Tendría que ampliar su capacidad de transmisión eléctrica entre un 60% y un 90% para respaldar los niveles de despliegue solar que prevé.
La construcción de líneas de transmisión de larga distancia es muy difícil en los EE. UU., Especialmente cuando cruzan las fronteras estatales, que es lo que requeriría un despliegue solar masivo. A menos que alguna agencia, como la Comisión Reguladora de Energía Federal, esté facultada para aprobar nuevas líneas de transmisión, este tipo de expansión podría ser casi imposible.
Una solución potencial está ganando terreno: la construcción de líneas de transmisión a lo largo de los derechos de paso existentes junto a las carreteras y líneas de ferrocarril, lo que evita la necesidad de obtener el acuerdo de numerosos propietarios privados.
La planta termosolar de Ivanpah en el desierto de Mojave de California utiliza espejos para concentrar la energía del sol en tres colectores solares, que calientan el agua para hacer funcionar turbinas de vapor. Jon G. Fuller, VWPics / Universal Images Group a través de Getty Images
¿Cómo tendría que cambiar el sistema actual para soportar tanta energía solar?
Nuestro sistema de energía actualmente obtiene aproximadamente el 59% de su electricidad del carbón y el gas natural. Por lo general, aunque no siempre, estos recursos están disponibles a pedido. Esto significa que cuando los clientes de servicios públicos demandan más energía para sus luces o acondicionadores de aire, las empresas pueden recurrir a este tipo de plantas para aumentar su producción.
[Más de 100.000 lectores confían en el boletín de The Conversation para comprender el mundo. Regístrate hoy.]
Pasar a una red dominada por energías renovables requerirá que las empresas de servicios públicos y los reguladores de energía reconsideren la antigua forma de igualar la oferta y la demanda. Creo que la red del futuro necesitará niveles mucho más altos de transmisión, almacenamiento de energía y programas que alienten a los clientes a cambiar los momentos en que usan la energía a períodos en los que es más abundante y asequible. También requerirá una coordinación mucho mayor entre las redes eléctricas regionales de América del Norte, que no están bien configuradas ahora para mover la electricidad sin problemas a largas distancias.
Todo esto es factible y será necesario si EE. UU. Opta por depender de una red eléctrica descarbonizada y con energía solar para satisfacer la demanda futura de manera rentable.
