Cada segundo de cada día, las empresas de servicios públicos monitorean el flujo de energía a través de la red eléctrica del país, monitoreando si la energía generada coincide con la demandada por hogares, negocios, vehículos y más.Por cada interrupción (un corte en una subestación, un poste de servicios públicos derribado, una falla en un generador), los operadores de la red deben trabajar rápidamente para garantizar que la energía llegue a donde se necesita.

El clima de verano puede provocar este tipo de interrupciones en la red.Las olas de calor reducen la eficiencia de la generación y transmisión de energía, los huracanes destruyen la infraestructura y, en algunos casos raros, las líneas eléctricas caídas pueden provocar incendios forestales.Al mismo tiempo, la demanda en la red aumenta a medida que la gente depende cada vez más del aire acondicionado para mantener sus hogares frescos y habitables.

Es más, los investigadores del cambio climático han descubierto que algunos extremos del verano se están volviendo más frecuentes e intensos.

Esto es lo que significa el clima extremo del verano para la red y cómo los investigadores del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico del Departamento de Energía están tomando medidas para enfrentar el desafío.

Olas de calor: flujo de energía menos eficiente, más demanda de energía

Durante una ola de calor, la red se ve afectada de dos maneras: la demanda de electricidad aumenta a medida que la gente enciende el aire acondicionado, pero esa misma electricidad se mueve a través de la red de manera menos eficiente.Las turbinas de gas natural, por ejemplo, se vuelven aproximadamente un 25% menos eficientes en climas cálidos.Cualquier central eléctrica que dependa del agua para enfriarse también se vuelve menos eficiente, porque a medida quetemperaturas ambienteaumenta, también lo hace la temperatura del agua.

Incluso los paneles solares son menos eficientes en climas cálidos, dijo Vishvas Chalishazar, ingeniero eléctrico del PNNL.Puede parecer contradictorio porquepaneles solaresNecesitan luz solar (que por naturaleza es caliente) para producir energía, pero si la temperatura ambiente es demasiado alta, las moléculas vibrantes del material fotovoltaico reducen su capacidad para transportar electrones.Desde la generación hasta la transmisión y la distribución, el calor puede ralentizar la energía.

"Cuando un material conductor se calienta, sus moléculas vibran más, lo que crea más resistencia, interrumpe el flujo de electrones y conduce a una mayor pérdida de energía", dijo Chalishazar.

"Es como un atasco causado por un carril que termina en la autopista. Es necesario que quepan más coches en un espacio más pequeño, lo que ralentiza a todos".

Los investigadores del PNNL están estudiando diferentes materiales que podrían conducir la electricidad de manera eficiente, incluso a altas temperaturas.Por ejemplo, un equipoencontrado recientementeque agregar una pequeña cantidad de grafeno (una versión diferente del grafito que se encuentra en los lápices) al cableado de cobre puede preservar su capacidad de conducir electricidad, incluso a altas temperaturas.

Los investigadores del PNNL también estudian cómo hacer que los edificios sean más eficientes energéticamente, de modo que no necesiten usar tanta energía para enfriar todo el edificio.Los científicos de la construcción prueban diferentes tipos de ventanas y analizan la eficacia de tecnologías comobombas de calor, estudian la efectividad de diferentes códigos de construcción y ofrecen guías prácticas para constructores y propietarios sobre cómo construir una casa energéticamente eficiente.También están estudiando cómo los edificios y vehículos electrificados pueden devolver electricidad a la red cuando sea necesario.

Además de las altas temperaturas, las olas de calor pueden aumentar el riesgo de incendios forestales.

Seguimiento de incendios forestales para proteger comunidades e infraestructura

"Las sequías y el calor son parte del riesgo de incendios forestales desde el punto de vista ambiental. Pero desde el punto de vista de la red, son bestias completamente diferentes", dijo Chalishazar.

Los paisajes se secan en largos períodos de altas temperaturas y poca precipitación, lo que los hace más propensos a la ignición.En primer lugar, los incendios forestales amenazan a las personas y a las comunidades.

Una forma en que PNNL está ayudando a los tomadores de decisiones a evaluar el riesgo de incendios forestales es con un modelo llamado RADR-Fire, que utiliza imágenes satelitales para mapear incendios activos.RADR-Fire puede ayudar a los servicios de emergencia y a otros tomadores de decisiones en medio de una crisis.Mientras que las embarcaciones tradicionales de observación de incendios se centran en incendios más grandes y urgentes, los funcionarios que utilizan RADR-Fire pueden centrar su atención en incendios forestales más pequeños que podrían volverse más grandes.Otros investigadores están trabajando en modelos que tienen en cuenta factores como la sequedad de la vegetación o los niveles de humedad atmosférica que pueden ayudar a predecir dónde podría comenzar y propagarse un incendio.

Las empresas de servicios públicos también pueden utilizar RADR-Fire y otros modelos para mapear si alguna infraestructura, como subestaciones o postes de servicios públicos, podría estar en un área propensa a incendios.Este mapeo también es vital para combatir la posibilidad de que las propias líneas eléctricas provoquen incendios, dijo Chalishazar.

"Las empresas de servicios públicos son cada vez más conscientes del riesgo de incendio y han comenzado a realizar modelos extremadamente detallados de dónde están los riesgos y cómo asegurarse de que ninguno de sus activos, como líneas de transmisión o líneas de distribución, esté provocando estos incendios forestales", continuó.

Los huracanes traen viento y lluvia.

"Los huracanes son extremadamente desafiantes y sus impactos son múltiples", dijo Karthik Balaguru, científico terrestre del PNNL."Por supuesto, tenemos los vientos extremos asociados con la tormenta, pero también podemos tener tormentas de movimiento lento como Harvey en 2017, que pueden producir enormes cantidades de precipitación".

Y más cerca de la costa, "también habría que lidiar con las marejadas ciclónicas", continuó Balaguru.

Al igual que ocurre con los incendios forestales, los fuertes vientos y las intensas precipitaciones de los huracanes amenazan vidas y comunidades.También pueden dañar la red eléctrica lo suficiente como para dejar sin electricidad a millones de personas, como se vio recientemente después del huracán Beryl en Texas.

Fuertes ráfagas de viento derriban líneas eléctricas y torres de transmisión, mientras que los vientos sostenidos pueden causar daños agravados año tras año, dijo Balaguru.Los vientos también pueden derribar árboles, lo que luego puede dañar líneas eléctricas o bloquear carreteras para las cuadrillas que necesitan inspeccionar los daños.Las lluvias también pueden inundar el suelo y provocar deslizamientos de tierra.

Y una investigación reciente muestra que no sólo se espera que los huracanes se vuelvan más fuertes a lo largo de la costa del Golfo y la costa este inferior, sino que también se están intensificando más rápidamente a lo largo de su vida en todo el mundo.

"El consenso general es que bajocambio climático, probablemente no veremos necesariamente más tormentas en el futuro, pero la proporción de tormentas intensas aumentará", dijo Balaguru.

Para ayudar a proteger a las comunidades, Balaguru y su equipo están trabajando actualmente en el desarrollo de modelos que ayudarán a las empresas de servicios públicos a predecir dónde podrían ocurrir cortes durante una tormenta determinada, dependiendo de factores como qué tan rápido se mueve y dónde podría tocar tierra.

Uno de estos modelos se llama RAFTâMarco de análisis de riesgos para ciclones tropicalesây contiene 40.000 ciclones tropicales simulados creados incorporando registros históricos.Los investigadores pueden utilizar RAFT para simular la velocidad del viento, las precipitaciones y la dirección del viaje para ayudar en la planificación de desastres.

En respuesta al huracán María, que azotó Puerto Rico en 2017 con vientos de 155 millas por hora y provocó el apagón más largo en la historia de los Estados Unidos, los investigadores del PNNL desarrollaron una herramienta para ayudar a las empresas de servicios públicos a planificar para un futuro huracán.Con el Sistema de Evaluación y Resiliencia de la Red Eléctrica (EGRASS), los usuarios pueden simular diferentes categorías de huracanes y diferentes trayectorias de probabilidad y ver qué infraestructura (hasta torres de transmisión individuales) puede dañarse o perderse.

cuando elfuerzaLa red es vulnerable al clima extremo, eso significa que las comunidades también son vulnerables.

"El impacto climático en la red no es algo futuro. Está sucediendo ahora", dijo Kevin Schneider, ingeniero jefe y miembro del laboratorio de PNNL."Elolas de caloren el noroeste del Pacífico y las olas de frío en Texas no son casos aislados.Esto llegó para quedarse.Esto es algo a lo que no podemos simplemente ponerle una curita.Necesitamos mirar el problema de manera integral y encontrar soluciones a largo plazo".