Preguntas y respuestas: Planificación de sistemas de energía climáticamente inteligentes

tuOlas de calor, tormentas e incendios forestales sin precedentes están llevando las redes eléctricas en los Estados Unidos a sus límites. Para trabajar hacia un sistema de energía seguro y confiable en los próximos años, las empresas de servicios públicos deberán tener en cuenta los efectos potenciales del cambio climático y los eventos extremos provocados por el cambio climático en sus planes de distribución de energía, capacidad de generación y almacenamiento de energía de respaldo e infraestructura. reparación y reemplazo.

Pero, ¿cómo planifica para el futuro dada la amplia gama de formas plausibles en que el cambio climático puede afectar la «nueva normalidad» y los fenómenos meteorológicos extremos?

LiyangWang y Andrés Jones, dos científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab), forman parte de un equipo que trabaja para proporcionar herramientas prácticas y orientación para los planificadores de redes. En esta sesión de preguntas y respuestas, Wang y Jones comparten resultados de un estudio de revisión que identifica cómo se pueden aplicar las mejores prácticas en la planificación de la incertidumbre en el sector eléctrico, y discutir un próximo proyecto respaldado por el Comisión de Energía de California que evaluará estrategias alternativas de resiliencia de la red bajo una amplia gama de futuros climáticos.

Su estudio es parte del proyecto en curso financiado por el Departamento de Energía Proyecto HiperFACETS que está desarrollando nuevas formas de evaluar y producir información climática en estrecha colaboración con las partes interesadas.

Liyang Wang es investigador asociado sénior en la División de Tecnología de Construcción y Sistemas Urbanos del Área de Tecnologías Energéticas de Berkeley Lab.

Andrew Jones es científico de plantilla en la División de Ciencias del Clima y Ecosistemas del Área de Ciencias Ambientales y de la Tierra. Ambos están afiliados al Grupo de Energía y Recursos de UC Berkeley.

P. ¿Se está teniendo en cuenta el cambio climático en la planificación de la red, a partir de ahora?

jones: No es necesario mirar muy lejos en el pasado reciente para encontrar ejemplos dramáticos de cómo los fenómenos meteorológicos extremos pueden afectar a las redes eléctricas. Estos incluyen incendios forestales recientes, olas de calor extremo que conducen a altas demandas de aire acondicionado, además de riesgos directos para la infraestructura debido a tormentas e inundaciones. El fuego es un tema particularmente complicado, tanto en términos de igniciones impulsadas por la red como de daños a la red misma. Por lo tanto, ciertamente hay mucho interés en comprender cómo el cambio climático influye en estos eventos y sus riesgos asociados. Sin embargo, las barreras técnicas para usar la ciencia del clima de manera efectiva son bastante significativas.

No es que los planificadores de electricidad no hayan lidiado con las incertidumbres antes, pero la incertidumbre que presenta el cambio climático no es una en la que simplemente pueda recopilar más y más observaciones hasta que comprenda las incertidumbres. La planificación resiliente al clima implica proyectar múltiples condiciones futuras plausibles a través de modelos. Por ejemplo, no sabemos cuántos gases de efecto invernadero emitirá el mundo en los próximos 30 años, por lo que existen múltiples escenarios diferentes de emisiones futuras. También hay muchos modelos diferentes e igualmente creíbles de los procesos climáticos físicos. Estas no son cosas que podamos entender simplemente con más estaciones meteorológicas. Por lo tanto, un gran cambio necesario en la planificación de cuadrículas es pasar de un marco en el que se utilizan principalmente observaciones históricas a uno en el que se utilizan múltiples proyecciones futuras.

Wang: Sí, creo que la gente lo está intentando. Creo que particularmente en lugares que han experimentado interrupciones significativas por el clima extremo, las empresas de servicios públicos y sus reguladores están tratando de descubrir cómo tener en cuenta el cambio climático en sus procesos de planificación. Pero es un problema realmente difícil. Por un lado, existe un grado de incertidumbre sobre el futuro que se refleja en los modelos de la ciencia del clima, pero no está claro de inmediato cuáles de esas incertidumbres son lo suficientemente importantes como para marcar la diferencia para los tomadores de decisiones. Por eso, las personas dudan un poco porque, en primer lugar, no están completamente seguras de cómo usar los datos. Y dos, creo que también hay una falta de innovación en cómo aplicar los principios de la ciencia de la decisión, un campo dedicado a generar técnicas para la toma de decisiones utilizando estadísticas, economía, aprendizaje automático y psicología, en el sector energético. La mayoría de las veces, las empresas de servicios públicos utilizan datos meteorológicos históricos en lugar de proyecciones climáticas futuras. Los muy pocos operadores que están comenzando a usar proyecciones están un poco limitados en el rango de escenarios futuros. No están considerando el rango plausible completo de cómo podría ser el clima futuro o cómo podría afectar la red.

Y es muy desafiante; nuestra infraestructura de red actual es muy antigua y no está diseñada para el clima cambiante sin precedentes que estamos viendo y la necesidad de reducir las emisiones de carbono, simultáneamente.

En nuestro documento, hablamos mucho sobre cómo las herramientas de modelado existentes que la gente está usando no tienen la capacidad de incorporar gran parte de la profunda incertidumbre inherente a las proyecciones climáticas o cómo el clima afectará el comportamiento del consumidor. Entonces, es una falta de herramientas, y también creo que es una especie de falta de priorización de la planificación para el cambio climático: no hay un proceso formal que guíe a las empresas de servicios públicos sobre cómo planificar para el cambio climático.

P. Entonces, ¿cuáles son algunas de las herramientas que pueden usar los planificadores de servicios públicos?

Wang: Los principales conceptos que hemos destilado de la literatura sobre ciencia de decisiones son la solidez, la planificación adaptativa y la participación de múltiples partes interesadas. La idea de solidez es que está tratando de alejarse de encontrar una solución optimizada, que es en lo que se enfocan los enfoques tradicionales de toma de decisiones. En cambio, una solución robusta es aquella que funcionará razonablemente bien en una amplia gama de escenarios futuros. Y la idea de la planificación adaptativa en realidad no es súper nueva. La gente lo ha estado haciendo durante un tiempo en la conservación y en el sector del agua; pero en el sector energético, no lo hemos visto demasiado. La planificación adaptativa básicamente requiere una planificación más proactiva en la que supervise los cambios que está viendo en el entorno actual. Y en base a esos cambios, ¿cuáles son los próximos pasos que puede tomar? Al mismo tiempo, también exige un proceso institucional formalizado para desarrollar esas acciones y un sistema de monitoreo.

En lugar de elegir una sola estrategia hoy, lo que puede significar invertir demasiado o menos en medidas correctivas, la planificación adaptativa significa identificar un rango de acciones apropiadas para el rango de condiciones posibles, luego monitorear las señales que indican qué escenario se está desarrollando. Entonces, por ejemplo, existe cierta incertidumbre sobre cuánto y qué tan rápido afectará el cambio climático a los recursos hidroeléctricos. Si la energía hidroeléctrica se mantiene estable, entonces puede ser aceptable “esperar y ver” mientras se continúa planificando posibles disminuciones; si la energía hidroeléctrica claramente está disminuyendo rápidamente, entonces puede ser el momento de invertir en generación adicional; y si la energía hidroeléctrica se vuelve más variable de un año a otro, entonces puede ser apropiado invertir en almacenamiento adicional. La planificación para cada posibilidad ahora y la identificación de «señales» que indican en qué camino debemos estar son los sellos distintivos de la planificación adaptativa.

Entonces, el concepto de participación de múltiples partes interesadas también es un enfoque probado. Esto se ve con bastante frecuencia en muchos sectores diferentes. La idea aquí es facilitar una discusión entre una variedad de personas con diferentes prioridades y experiencia.

jones: Correcto, la forma en que pienso sobre la parte de múltiples partes interesadas es que cada decisión energética tiene múltiples objetivos en competencia. Por ejemplo, si piensa en la planificación del sector eléctrico, debe equilibrar el costo con la confiabilidad y la sostenibilidad. Tienes que pensar en el rendimiento en condiciones muy extremas frente al rendimiento en días normales. ¿Cuánto quiere invertir o pagar por la resiliencia durante esos tiempos extremos que afectan a diferentes partes interesadas de maneras muy diferentes? Ya sabes, para alguien que está conectado a un ventilador, un corte de energía es potencialmente mortal. Esa persona tendrá una perspectiva muy diferente a la de alguien en una situación diferente. Y así, la perspectiva de múltiples partes interesadas explora cómo estas diferentes prioridades podrían desarrollarse en diferentes escenarios, para que las compensaciones sean más claras y, con suerte, para encontrar las soluciones que funcionen de manera más amplia.

Wang: Otra cosa que destacamos es la falta de profesionales capacitados que entiendan tanto el lado de la ciencia climática como el lado de la planificación del sistema eléctrico. Y ahí es quizás donde podría entrar el compromiso de múltiples partes interesadas. Podría facilitar un entorno en el que los científicos del clima puedan comunicarse con los ingenieros de sistemas de energía de una manera más efectiva, y juntos, pueden integrar la ciencia del clima más actualizada en el proceso de planificación.

P. ¿Cómo está poniendo en práctica estas ideas?

Wang: Tenemos un par de proyectos relacionados a partir del próximo año, en colaboración con Energy & Environmental Economics y Eagle Rock Analytics, centrados en la planificación de un sistema de energía resiliente al clima para el estado de California. Es un equipo de científicos climáticos, ingenieros, científicos de decisiones y modeladores, y vamos a trabajar juntos para desarrollar herramientas que permitan a los tomadores de decisiones dar cuenta de las incertidumbres en nuestro clima cambiante. Ese es un trabajo en progreso ahora y lo que estamos visualizando es que uno de los productos finales será una herramienta de modelado interactivo en línea. Los usuarios podrán seleccionar diferentes variables climáticas que les interesen y ver cómo podrían afectar una región específica. Visualizar esos impactos podría ser útil para la planificación de la red a largo plazo. Y ver cómo la incertidumbre en las variables climáticas, como la temperatura o la lluvia, afectaría cosas como la demanda de energía u otros factores que les preocupan.

jones: Además de eso, no sé si podemos o sabremos exactamente cuál es la solución correcta hasta que tengamos un diálogo más extenso entre los expertos en ciencias climáticas y los profesionales del sector eléctrico. En nuestro trabajo en curso respaldado por el DOE sobre la Proyecto HiperFACETS, estamos desarrollando nuevas formas fundamentales de producir y evaluar la ciencia del clima en estrecha colaboración con las partes interesadas. Nuestro nuevo proyecto respaldado por la CCA amplía ese diálogo para centrarse en herramientas prácticas que traducen la ciencia en información utilizable. En conjunto, esta cartera de proyectos cubre todo el espectro, desde cómo modelamos los eventos extremos provocados por el clima hasta cómo consideramos soluciones alternativas de adaptación en toda la gama de posibles resultados.

Es notable que el sector eléctrico está regulado de una manera muy compleja y muy diferente en diferentes estados y también en diferentes geografías. Entonces, hay ciertos elementos que debemos resolver, que estas colaboraciones abordarán. Pero creo que está claro que, desde un punto de vista técnico, necesitamos herramientas que nos permitan explorar las implicaciones de una amplia gama de escenarios posibles y luego evaluar las implicaciones para múltiples objetivos. Nuestra corazonada es que si puede hacerlo de una manera interactiva e intuitiva, permitirá un tipo diferente de planificación que puede dar cuenta de muchos resultados futuros posibles diferentes. Así que ese es quizás el cambio fundamental.

El estudio al que se hace referencia en este trabajo de preguntas y respuestas fue apoyado por la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía. Los otros autores son Anna Brockway, Duncan Callaway y Laurel Dunn.

# # #

Fundado en 1931 con la creencia de que los mayores desafíos científicos se abordan mejor en equipo, el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y sus científicos han sido reconocidos con 14 premios Nobel. En la actualidad, los investigadores de Berkeley Lab desarrollan soluciones medioambientales y de energía sostenible, crean nuevos materiales útiles, avanzan en las fronteras de la informática y exploran los misterios de la vida, la materia y el universo. Científicos de todo el mundo confían en las instalaciones del laboratorio para su propia ciencia de descubrimiento. Berkeley Lab es un laboratorio nacional multiprograma, administrado por la Universidad de California para la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de EE. UU.

La Oficina de Ciencias del DOE es el mayor patrocinador individual de la investigación básica en ciencias físicas en los Estados Unidos y está trabajando para abordar algunos de los desafíos más apremiantes de nuestro tiempo. Para obtener más información, visite energy.gov/science.