Estados Unidos tiene una combinación de electricidad dinámica, con una variedad de fuentes de energía que generan electricidad en diferentes momentos del día.
En todo momento, la cantidad de electricidad generada debe coincidir con la demanda para mantener la red eléctrica en equilibrio, lo que conduce a patrones cíclicos en la generación de electricidad diaria y semanal.
El gráfico siguiente rastrea los cambios por hora en la generación de electricidad de EE. UU. durante una semana, según los datos de la Administración de Información de Energía de EE. UU. ( EIA ).
Los tres tipos de centrales eléctricas
Antes de sumergirse, es importante distinguir entre los tres tipos principales de centrales eléctricas en la combinación de electricidad de los EE. UU.:
- Las plantas de carga base generalmente funcionan a plena o casi plena capacidad y se utilizan para cumplir con la carga base o la cantidad mínima de electricidad demandada en todo momento. Por lo general, se trata de plantas de energía nuclear o de carbón . Si están disponibles regionalmente, las plantas geotérmicas e hidroeléctricas también se pueden usar como fuentes de carga base.
- Las centrales eléctricas de carga máxima o pico suelen ser despachables y se pueden aumentar rápidamente durante los períodos de alta demanda. Estas plantas generalmente operan a su capacidad máxima solo durante unas pocas horas al día e incluyen plantas hidroeléctricas de almacenamiento por bombeo y que funcionan con gas .
- Las plantas de carga intermedia se utilizan durante las horas transitorias entre la carga base y la demanda de carga punta. Las fuentes renovables intermitentes como la eólica y la solar (sin almacenamiento en baterías) son adecuadas para uso intermedio, junto con otras fuentes.
Acercándonos: la combinación de electricidad por hora de EE. UU.
Con ese contexto, la siguiente tabla proporciona una descripción general de la generación de electricidad promedio por hora por fuente para la semana del 7 al 14 de marzo de 2023, en la zona horaria del Este.
Vale la pena señalar que, si bien esto es representativo de una semana típica de generación de electricidad, estos patrones pueden cambiar con las estaciones. Por ejemplo, en el mes de junio, la demanda de electricidad suele alcanzar su punto máximo alrededor de las 5 p. m., cuando la generación solar aún es alta, a diferencia de marzo.
El gas natural es la fuente de electricidad más grande del país, con plantas a gas que generan un promedio de 176,000 MWh de electricidad por hora durante la semana descrita anteriormente. La naturaleza despachable del gas natural es evidente en el gráfico, con la generación a gas cayendo en las horas de la madrugada y aumentando durante el horario comercial.
Mientras tanto, la generación de electricidad nuclear se mantiene estable durante los días y la semana determinados, oscilando entre 80 000 y 85 000 MWh por hora. Las plantas nucleares están diseñadas para operar durante períodos prolongados (1,5 a 2 años) antes de recargar combustible y requieren menos mantenimiento, lo que les permite proporcionar energía de carga base confiable.
Por otro lado, la generación eólica y solar tiende a experimentar grandes fluctuaciones a lo largo de la semana. Por ejemplo, durante la semana del 7 al 14 de marzo, la generación eólica osciló entre 26 875 MWh y 77 185 MWh por hora, según la velocidad del viento. La generación solar tuvo extremos más fuertes, a menudo alcanzando cero o negativo neto por la noche y aumentando a más de 40 000 MWh por la tarde.
Debido a que la energía eólica y solar a menudo son variables y específicas de la ubicación, integrarlas en la red puede plantear desafíos para los operadores de la red, que confían en los pronósticos para mantener el equilibrio entre el suministro y la demanda de electricidad. Entonces, ¿cuáles son algunas formas de resolver estos problemas?
Resolviendo el desafío de la intermitencia renovable
A medida que se implementa más capacidad renovable, aquí hay tres formas de hacer que la transición sea más fluida.
- Los sistemas de almacenamiento de energía se pueden combinar con energías renovables para mitigar la variabilidad. Las baterías pueden almacenar electricidad durante los momentos de alta generación (por ejemplo, en la tarde para la energía solar) y suministrarla durante los períodos de máxima demanda.
- La gestión del lado de la demanda se puede utilizar para cambiar la demanda flexible a tiempos de alta generación renovable. Por ejemplo, las empresas de servicios públicos pueden colaborar con sus clientes industriales para garantizar que ciertas líneas de fábrica solo funcionen por la tarde, cuando la generación solar alcanza su punto máximo.
- La expansión de las líneas de transmisión puede ayudar a conectar recursos solares y eólicos de alta calidad en regiones remotas a los centros de demanda. De hecho, a fines de 2021, más de 900 gigavatios de capacidad solar y eólica (notablemente más que la capacidad renovable actual del país) estaban en cola para la interconexión a la red.