En las últimas horas del pasado domingo, una tormenta invernal sin precedentes azotó el estado de Texas. A medida que las temperaturas alcanzaron mínimos históricos en varias áreas del estado, los servicios públicos comenzaron a fallar y a fallar. Los picos en la demanda de energía asociados con la rápida caída de las temperaturas no pudieron ser atendidos por la red de suministro eléctrico administrada por el ERCOT (Electric Reliability Council of Texas) del estado. Un sistema con atributos de un sistema de energía renovable de vanguardia (la capacidad nominal de la energía eólica de Texas de conductores de 31 GW todos los demás estados, y ocuparía el quinto lugar en el mundo como país) no cumplió con las demandas de los residentes de Texas cuando más lo necesitaban.
Mucho se ha dicho acerca de por qué ocurrieron las fallas, pero ninguno se ha enfocado fuertemente en las ocurrencias y causas fácticas. Se han hecho esfuerzos para pintar la energía verde como mala, o los hidrocarburos como malos, pero estos son solo esfuerzos para distraer y dividir a las personas que necesitan trabajar juntas en un sistema que operará de manera confiable y eficiente para los residentes de Texas cuando más lo necesiten. Para comenzar a comprender por qué ocurrió la falla, es necesario observar la composición del sistema y los eventos durante y antes de la falla. Próximos artículos profundizarán en aspectos específicos de los hechos de la crisis, causas, impactos y posibles medidas preventivas.
La red eléctrica de Texas, a primera vista, parece ser un lío insondablemente complicado; la represa de Buchanan antes de la Segunda Guerra Mundial al estado y las plantas solares de última generación del oeste de Texas junto con todo lo producido entre la generación de electricidad y su suministro al novena economía más grande del mundo por PIB. Las noticias principales harían que uno creyera que nuestra red aislada y no regulada era la principal para el desastre y lo que sucedió el 15 de febrero fue casi inevitable con nuestra actitud arrogante hacia la independencia a toda costa, dejándonos fríos y luchando en la oscuridad. La verdad, sin embargo, es mucho más matizada.
Comencemos volviendo a abordar algunos hechos que a menudo se confunden y/o se expresan erróneamente. La red eléctrica de los Estados Unidos es mucho más complicada que las fallas del "este, oeste y Texas" que se mencionan a menudo. De hecho, Texas funciona como un sistema mayoritariamente independiente, pero existen interconexiones desde las redes del este y del oeste (así como de México) a Texas. Las redes que se extienden por América del Norte son operadas por operadores de sistemas de transmisión, que es la nueva entidad favorita de todos. ERCOT (Consejo de Confiabilidad Eléctrica de Texas), cae en. Los Operadores del Sistema de Transmisión son los verdaderos coordinadores que mantienen el flujo de electricidad en los Estados Unidos; son empresas sin fines de lucro coordinadas por gobiernos locales y servicios públicos para supervisar la producción, distribución y venta de servicios públicos en sus áreas. ERCOT es un esfuerzo cooperativo sin fines de lucro de todas las empresas de servicios públicos municipales, instalaciones de producción de energía y entidades de distribución en Texas diseñado para supervisar el mantenimiento de las luces asequibles y confiables en el estado; esto nos lleva a nuestro segundo hecho.
Al menos el 12 de febrero, mientras el gobernador Greg Abbot trabajaba en una declaración de desastre en todo el estado, ERCOT contactó al Departamento de Energía solicitar exenciones a las normas nacionales que dictan cuánta contaminación pueden producir las centrales eléctricas. ERCOT no estaba dormido al volante, como parece ser una narrativa común; tenían un plan para impulsar las plantas de energía de nuestro estado a toda marcha y producir tanta electricidad como fuera posible de fuentes que pudieran ser estranguladas. ERCOT no controla cuánta energía pueden absorber nuestras plantas solares o el flujo estacional de los ríos a través de nuestras represas hidroeléctricas, pero podrían encender la mecha en nuestras plantas de carbón, petróleo y gas natural en previsión del próximo evento climático. Amablemente, el secretario interino de Energía del presidente Biden, David Huizenga exenciones temporales concedidas.
Una nota interesante con respecto a la solicitud de alivio de los límites de emisiones de ERCOT: la energía adicional producida por los generadores de ERCOT que podrían estar enfrentando límites de producción o fuera de línea debido a los límites de emisiones federales podrían producir y vender energía por encima de esos límites de emisiones siempre que el precio fuera por encima de $ 1,500 por MWh, o a tarifas 460% más altas que los $ 325 por MWh de energía que se cotizaban el 11 de febrero cuando los precios comenzaron a subir en Texas. El propósito declarado por la orden del Departamento de Energía (Orden No. 202-21-1) emitida por el Secretario de Energía interino designado por Biden, David Huizenga: "Minimizar los impactos ambientales". La orden del DOE continuó afirmando que la orden no brindaba alivio de las obligaciones de comprar derechos de emisión. No está claro cuánto de la demanda de emergencia satisfecha se produjo bajo este requisito, pero parece que el DOE colocó los impactos ambientales percibidos a largo plazo por encima de las amenazas inmediatas a la vida humana y los medios de subsistencia en un evento climático extremo. A pesar de esto, la economía de generar electricidad para esta demanda al contado daría como resultado precios superiores a $ 1,500/MWH de todos modos (la energía se liquidó en $ 8,718/MWH en 15 de febrero a las 2 am). Este es un rasgo característico del mercado abierto de energía que ERCOT busca fomentar y un desafío para los consumidores de Texas que esperaban ahorrar dinero con contratos de electricidad de tarifa variable. Los hogares que compran a precios de mercado pueden enfrentar precios casi 100 veces más altos que los precios típicos del mercado cuando la demanda en todo el estado es alta. Por el contrario, estos altos precios aseguran que los productores estén ansiosos por satisfacer los aumentos repentinos de la demanda, incluso cuando se requiere un gran esfuerzo.
Después de que el DOE aprobó la solicitud de ERCOT para permitir una mayor capacidad, parece que ERCOT estaba preparado y tenía un plan implementado; las plantas de combustibles fósiles estaban operando a su máxima capacidad y seguramente nuestra diversa red eléctrica estaba preparada para el peor de los casos. Como ahora sabemos que este no fue el caso y casi tan pronto como las temperaturas bajaron, también lo hizo la producción de energía y las luces se atenuaron en Texas, ahora queremos saber por qué. La respuesta a esta pregunta probablemente sea extraordinariamente complicada, pero los propios datos de ERCOT se pueden usar para sacar algunas conclusiones.
Texas es el líder de la nación en energía eólica; Con una capacidad nominal de 30,904 MW (al 15 de febrero), la demanda de energía de Texas durante los primeros días de febrero teóricamente podría haber sido abastecida principalmente (alrededor del 75%) por el viento.
Días como el 8 de febrero son recordatorios impresionantes de la utilidad de un sistema de generación eólica que funcione bien. En la producción máxima de ese día, la energía eólica produjo más de 20 GW (o alrededor de dos tercios de la producción total en Texas). Pero este gráfico también muestra varias otras características sobre las capacidades de producción de energía de Texas y se deben hacer algunas comparaciones importantes entre el suministro de energía eólica y térmica. La producción eólica no es constante y rara vez se alcanza la capacidad nominal. En ocasiones, la producción eólica se redujo a alrededor de 1MWH, o alrededor de un 97 % por debajo de la capacidad nominal (casualmente, justo cuando el clima más severo estaba afectando a la mayor parte de Texas). Durante este tiempo, las fuentes de gas natural estaban produciendo casi el doble de sus tasas en comparación con los primeros días de febrero. Estos números brindan información importante sobre la durabilidad de la producción de cada fuente, eólica y térmica, pero estos sistemas no están aislados entre sí y las interacciones entre los dos sistemas durante el evento de carga máxima del 15 de febrero justifican una revisión. Este artículo revisará algunos eventos que podrían ser interacciones de causa y efecto entre los dos sistemas, pero se necesita más estudio.
El siguiente gráfico de los informes de EIA de los datos de ERCOT (disponible en EIA.gov) muestra cuáles eran las necesidades del estado a partir del 14 de febrero y continuaron hasta el final del 15 de febrero, el día en que comenzó a cortarse la energía para millones de residentes de Texas. .
Este gráfico destaca algunos otros elementos clave que pueden ser relevantes para nuestros problemas de energía esta última semana. Alrededor de las 6 pm del 14 de febrero, la demanda alcanza un máximo de aproximadamente 70,000 73.8 MWH, ya que inicialmente supera el pronóstico de demanda. Esto estuvo por debajo del suministro récord para el estado (15 GWH el 2021 de agosto de 9,000) y ocurrió mientras la energía eólica producía alrededor de XNUMX MWH (un pico de producción que no se volvió a ver en varios días) y mientras los tejanos resistían días de frío invernal sin precedentes.
Inmediatamente después del pico de demanda a las 6:14 p. m. del 2 de febrero, la producción eólica comienza a caer y el gas natural, el mayor productor de electricidad en Texas, aumenta para satisfacer la demanda y luego se estanca. En algún momento alrededor de las 15 a. m. del 6 de febrero, las instalaciones de gas natural y carbón se desconectan, seguidas de algo de producción nuclear alrededor de las 650 a. m.; este fue el comienzo del desastre, ya que el sistema se sobrecargó y comenzó a "perder carga" (un término de la industria para desconectar la carga de la red eléctrica para evitar daños a la red y sus equipos sensibles). La producción eólica continúa cayendo a lo largo del día alcanzando una mísera producción de alrededor de XNUMXMWH.
Es importante revisar la razón precisa por la que las instalaciones de gas natural se desconectan y, según los informes preliminares, parece que muchos de los problemas podrían evitarse si se climatizan los equipos y se implementan otros cambios de diseño para mejorar la operatividad en temperaturas bajas (sin precedentes). Ciertamente, estados como Pensilvania muestran que es posible una generación confiable de gas natural en climas fríos. Una continuación posterior de este artículo revisará la interacción entre el suministro de gas natural disponible, los problemas de suministro relacionados con el clima y los cierres en las plantas eléctricas de gas natural.
Ahora, como dijimos anteriormente, la red de generación de energía de Texas es vasta y compleja. Está mucho más allá del alcance de este artículo sugerir que solo la falla de la energía eólica causó la falla de nuestros sistemas, pero cuando se presenta un gráfico en el que la generación de energía cae de poco más de 9,000 MW a poco menos de 1,000 MW, mientras que la energía de esa fuente de energía (el viento en este caso) es abundante, vale la pena preguntarse por qué? Sin duda, vale la pena tomar nota cuando la curva de falla general de nuestros sistemas coincide tan de cerca con la de una fuente de generación de energía específica para ese sistema. ¿Pero por qué? ¿Por qué cuando se acercaba el frente y los vientos eran más fuertes, la energía eólica disminuyó tan rápidamente? Resulta que la generación eólica es un proceso relativamente sensible. Las turbinas eólicas deben lograr un delicado equilibrio entre producir la mayor cantidad de energía posible y permanecer viables y confiables a largo plazo. Los vientos extremos y el clima extremo significan que los frenos de las turbinas eólicas deben activarse y las aspas deben mantenerse en su lugar para evitar que el viento y el hielo rompan las aspas, los cojinetes y los cimientos. Nos quedamos con un sistema que, justo cuando la demanda de energía comienza a aumentar debido al frío histórico, debe cerrarse. Muchos han querido señalar que los parques eólicos operan en lugares más fríos que Texas y están equipados con calentadores de aspas u otros medios de deshielo o paquetes de preparación para el invierno. Si bien esto es cierto, estas unidades aún deben apagarse para descongelarse para mitigar el riesgo de que el hielo dañe las cuchillas en movimiento o sea arrojado a los alrededores cercanos. Además, mientras están apagados con los calentadores de deshielo activos, dependen de la energía almacenada o de la red para hacer funcionar los calentadores y, finalmente, volver a ponerlos en línea. E incluso aquellos molinos de viento con sistemas preparados para el invierno deben apagarse por encima de ciertas velocidades del viento para evitar que se desborden. La Autoridad de Servicios Públicos del Condado de Atlantic informa que su parque eólico Jersey-Atlantic se cierra cuando la velocidad del viento supera las 45 mph.
Ahora, para decirlo una vez más, sacar conclusiones de gran alcance de cualquiera de los gráficos presentados por sí solo es peligroso. La energía eólica proporciona un gran recurso para Texas y la producción récord de nuestros sistemas de 23 MW el 4 de enero de este año proporcionó el 45 % de la electricidad necesaria para nuestro estado en ese momento. Sin embargo, lo que podemos ver y lo que podemos concluir es que, en este caso, la energía eólica nos falló; Aparte de otras fallas del sistema, es fácil ver que la energía eólica dejó de funcionar justo cuando más la necesitábamos. Tal vez una inversión excesiva en energía eólica y una inversión insuficiente en, por ejemplo, gas natural o incluso capacidad de producción nuclear hayan contribuido a la falla mortal de la red que acabamos de experimentar. Sin duda, algunos respaldos de combustibles fósiles a la antigua pueden ayudar a mantener a Texas fuera de la oscuridad en el futuro, pero solo si aprendemos de las fallas actuales y las reconocemos.
Y tengamos cuidado de no pasar por alto las fuentes de energía renovable inestables diciendo que las equilibraremos con grandes bancos de baterías, que actualmente no existen y son no necesariamente muy amigable con el medio ambiente para fabricar, o incluso puede dependen de prácticas laborales injustas donde se extraen las materias primas.
James Higdon estudió ingeniería mecánica en la Universidad de Texas en San Antonio y dirige una pequeña empresa donde se especializa en la gestión de inversiones y servicios de automóviles antiguos y exóticos. Tanner Powell ha trabajado en la industria energética durante los últimos 13 años, especializándose en proyectos de petróleo y gas, y tiene una licenciatura en ingeniería mecánica de la Universidad Texas A&M en Kingsville.
