La Alaska urbana puede aprender de la innovación energética en la Alaska rural

Se ven turbinas eólicas y una cancha de baloncesto en Kongiganak, Alaska. (Foto de Amanda Byrd/Centro de Energía y Potencia de Alaska)

Cuando era niña, cuando visitaba la casa de mi tía en Alemania, me encantaba acurrucarme junto al Kachelofen (una colorida estufa de mampostería con azulejos y un banco incorporado) en las mañanas frías. Siempre podía contar con que estaría calentito y era mi lugar favorito para acurrucarme con un libro. En ese momento nunca se me ocurrió preguntar de dónde venía ese calor, a pesar de nunca ver evidencia de la madera o el carbón que tradicionalmente se quemaba en ellos. Hacía mucho calor y poco a poco liberaba calor en la casa durante todo el día. Nunca lo cuestioné.

Décadas más tarde, al otro lado del mundo, me acordé del Kachelofen cuando me paré frente a un dispositivo de calor radiante similar en Kongiganak, Alaska. Estuve en Kongiganak por invitación de la comunidad para ver de primera mano el novedoso enfoque que la empresa de servicios públicos local de propiedad tribal, Puvurnaq Power Company, en asociación con el desarrollador Intelligent Energy Systems con sede en Alaska, estaba utilizando para gestionar la energía eólica. Específicamente, habían sido pioneros en una estrategia para almacenar el exceso de energía en forma de calor en lugar de baterías químicas, mediante el envío de estufas termoeléctricas instaladas en residencias individuales de la comunidad.

Estas estufas son fabricadas por Steffes, una pequeña empresa con sede en Dakota del Norte. Estos dispositivos, que aparecen como un electrodoméstico blanco rectangular anodino, parecían mucho más utilitarios que el hermoso Kachelofen de mi tía, pero funcionan exactamente de la misma manera. En el interior de la estufa Steffes hay ladrillos refractarios cerámicos con una alta capacidad calorífica y densidad, así como un elemento calefactor eléctrico que calienta cuando hay energía barata disponible. Luego, el propietario puede usar ese calor cuando lo desee encendiendo un ventilador que sopla aire a través de canales en los ladrillos calientes y hacia el interior de la casa.

Mi tía y la comunidad de Kongiganak utilizan estas estufas térmicas eléctricas exactamente por la misma razón, a pesar de estar separadas por décadas y por un continente: reducir la factura de calefacción de su hogar. En ambos casos, la estrategia es aprovechar la energía eléctrica barata cuando esté disponible y utilizarla como alternativa a su fuente primaria de calor más cara. En Kongiganak, esa fuente barata de energía es el exceso de energía eólica, que frecuentemente está disponible durante los meses de invierno.

En la Alemania de la década de 1980, la energía barata provenía de la energía nuclear y, a veces, del carbón. La calefacción y el almacenamiento eléctricos nocturnos fueron una victoria para todos: las empresas de servicios públicos vendieron más energía, la gente tuvo acceso a una fuente de calefacción más barata y sencilla y también ayudó a reducir la contaminación del aire dentro de las ciudades. Por lo tanto, incentivaron el almacenamiento térmico eléctrico proporcionando modernizaciones gratuitas a los residentes, una opción que mi tía claramente aprovechó, dejando la bodega de carbón en el sótano vacía y sin uso. Alemania y otros países europeos luego incentivaron aún más a los residentes a usar la calefacción eléctrica a través de una tarifa de energía eléctrica con grandes descuentos disponible sólo durante las últimas horas de la noche y las primeras horas de la mañana.

La energía eólica y solar son similares a las nucleares en el sentido de que su construcción requiere relativamente mucho capital, pero casi no tienen ningún costo incremental una vez que están en funcionamiento. Eso significa que, idealmente, se desea extraer la mayor cantidad de energía posible de estas fuentes de generación, ya que cada kilovatio hora adicional se produce a un costo marginal prácticamente nulo. Si bien el Kachelofen de mi tía estaba programado para encenderse y apagarse a determinadas horas de la noche para coincidir con el horario de tarifa reducida, un enfoque programado no funciona en Kongiganak, donde no hay forma de predecir cuándo soplará el viento.

Afortunadamente, las estufas Steffes son mucho más inteligentes que las Kachelofen de mi tía: están programadas para monitorear continuamente la frecuencia de la red y responder casi instantáneamente a los cambios en la oferta o la demanda. Cuando sopla viento, las estufas termoeléctricas se ponen en funcionamiento automáticamente. Y como Kogiganak tiene una gran cantidad de viento instalado (más de tres veces la carga promedio), esto sucede con bastante frecuencia. En otras palabras, pueden “ver” automáticamente cuando hay exceso de energía eólica y encenderse para absorberla. También están en comunicación constante entre sí, programados para encenderse y apagarse secuencialmente, de modo que no funcionen todos al mismo tiempo, sino que funcionen de forma escalonada a lo largo del día, lo que garantiza que cada hogar reciba una parte justa.

Las estufas se miden por separado de los servicios normales de energía eléctrica, y a los residentes se les cobra una “tarifa eólica” especial para la calefacción del hogar de 10 centavos por kilovatio. Esto equivale a ahorros sustanciales dada la tarifa normal y no subsidiada de energía eléctrica de 67 centavos por kWh. El seguimiento del uso y la facturación de esta “tarifa de viento” especial también requiere más sofisticación, ya que este evento podría ocurrir en cualquier momento, de día o de noche. Intelligent Energy Systems se encarga de esto midiendo por separado las estufas Steffes a la tarifa más baja de 10 centavos por kWh. Esto es barato y compensa el costoso combustible para calefacción, y los residentes informaron que los calentadores eléctricos redujeron su consumo de combustible en dos tercios.

Reducir el costo de la calefacción es un gran problema en las zonas rurales de Alaska. Si bien el costo de la energía eléctrica está subsidiado a través del programa de igualación de costos de energía para usuarios residenciales, el costo del combustible para calefacción no, con la excepción de algunos programas de asistencia para calefacción para personas de bajos ingresos. Por lo tanto, reducir el costo de la calefacción, ya sea indirectamente mediante mejoras en la climatización del hogar o directamente mediante una fuente suplementaria de calefacción, puede marcar una gran diferencia en los presupuestos de los hogares rurales.

En la lengua vernácula de los principales mercados energéticos, Kongiganak ha implementado una estructura dinámica de tarifas según el tiempo de uso, cobrando menos cuando hay exceso de energía de costo marginal cero disponible. Al mismo tiempo, han aumentado estratégicamente la carga comunitaria para justificar la instalación de turbinas eólicas más grandes que puedan lograr mejores economías de escala.

El coste de instalar seis turbinas eólicas, como las que tiene Kogiganak, no es muy diferente del coste de instalar dos. Dennis Meiners, propietario y fundador de Intelligent Energy Solutions, que diseñó este sistema, ve este enfoque como el futuro de la energía rural. De hecho, quiere redoblar esta estrategia. Él imagina turbinas más grandes y más económicas, tal vez turbinas a escala de megavatios montadas en una estructura flotante, como las gigantescas turbinas eólicas marinas que ganan cada vez más fuerza en otros mercados. Esta estrategia reduciría drásticamente el tiempo y la complejidad de la instalación y eliminaría la necesidad de construir una base, una tarea complicada y costosa, especialmente en áreas con permafrost inestable. La economía de tal empresa requeriría un aumento significativo en las ventas locales de electricidad, ya que la energía no puede transmitirse a usuarios distantes a través de una red de transmisión como sería posible en otros mercados. Por lo tanto, ese aumento de la demanda debe producirse localmente, y electrificar las cargas de calefacción es un enfoque obvio.

Otras empresas de servicios públicos, como Kotzebue Electric Association, también utilizan la conversión de viento a calor, pero han optado por una carga única y grande que es más barata de instalar y más fácil de gestionar. En lugar de calentar unidades en residencias individuales, han instalado una caldera eléctrica en el hospital para aumentar la caldera de fueloil que normalmente proporciona calor a las instalaciones. Cuando la producción de su parque eólico supera cierto umbral en comparación con la carga, la empresa desvía automáticamente el exceso de energía al hospital y desplaza allí el combustible para calefacción. No tiene el mismo componente de almacenamiento que los calentadores Steffes, pero el hospital siempre necesita calor, al igual que muchas otras cargas comerciales. En cualquier caso, es una solución elegante. Las cargas térmicas distribuibles han permitido economías de escala en la instalación de proyectos de energía renovable más grandes y han ampliado los beneficios de estas instalaciones a las demandas de energía más allá de las cargas de energía eléctrica "normales".

Kongiganak y muchas otras comunidades de las zonas rurales de Alaska son indiscutiblemente líderes mundiales en energía y se especializan en integrar proporciones cada vez mayores de energía renovable variable, como la eólica y la solar, en pequeñas redes, también llamadas microrredes. De hecho, se puede decir que es uno de los mercados energéticos más innovadores orgánicamente del mundo, ya que la remota Alaska alberga alrededor del 10% de las microrredes de energía renovable del mundo. Esto se debe en gran medida a la simple cuestión de dólares y centavos, no a políticas energéticas con visión de futuro. La energía eléctrica es cara en las zonas rurales de Alaska y, en comparación con otros mercados similares, los subsidios que ofrecemos son bastante pequeños. Eso significa que existen incentivos reales para tratar de hacer cosas que reduzcan el costo de la energía y la dependencia del combustible diesel. Utilizar más recursos locales es la forma obvia de hacerlo.

El mercado energético desagregado y descentralizado de Alaska permite una gran cantidad de innovación y experimentación sobre el terreno. Las tarifas de los servicios públicos rurales en gran medida no están reguladas, por lo que son libres de asumir riesgos pragmáticos. Por supuesto, informan a sus juntas directivas, pero en general pueden tomar decisiones sobre probar nuevos enfoques de manera orgánica y local. Sin embargo, esta libertad puede tener consecuencias negativas cuando una empresa de servicios públicos local está mal gestionada. La situación actual en Aniak, con tarifas triplicadas en un mes, es un ejemplo de cómo la falta de regulación de tarifas puede crear situaciones insostenibles para los residentes.

No obstante, algunas comunidades en partes remotas del estado han estado superando los límites de lo que la mayoría de las empresas de servicios públicos convencionales se sentirían cómodas. Como resultado, han servido como incubadoras de una amplia gama de tecnologías y estrategias realmente innovadoras que ahora están ganando popularidad en los principales mercados. Los ejemplos incluyen fijación dinámica de precios de energía según el tiempo de uso, gestión de la demanda, tecnología de medición inteligente, bombas de calor, almacenamiento térmico y la adición estratégica de nuevas cargas para maximizar el uso de recursos energéticos renovables locales. Como resultado, las empresas de servicios públicos rurales de Alaska han estado mostrando cómo podría ser la red del futuro y el papel cambiante de la industria de servicios públicos dentro del mercado energético más amplio.

Shungnak, una pequeña comunidad en el noroeste del Ártico, tiene uno de los costos energéticos más altos del estado. En 2020, Shungnak instaló una gran granja solar, lo suficientemente grande como para apagar su planta de energía diésel y operar 100% con energía solar cuando brilla el sol. Dada su ubicación al norte del Círculo Polar Ártico, esto ocurre con bastante frecuencia en los meses de verano. Pero lo que me resulta más interesante es la estructura de propiedad de su proyecto solar. La tribu local es propietaria del parque solar, la batería y el inversor. La central eléctrica diésel convencional y toda la infraestructura de distribución y los equipos de distribución pertinentes son propiedad de la empresa eléctrica local, Alaska Village Electric Cooperative (AVEC). Cuando la energía solar disponible es adecuada para exceder la carga eléctrica local, AVEC corta el diésel, entregando efectivamente la responsabilidad de la generación a la tribu. Luego compran la energía a la tribu, mientras continúan monitoreando la red y distribuyendo energía a sus clientes.

Ceder el 100% de la responsabilidad de la generación a un tercero es un gran problema para las empresas eléctricas. Pero muchos expertos creen que este es el papel evolutivo que desempeñarán las empresas de servicios públicos en los mercados energéticos del futuro: esencialmente sirviendo como policía de tráfico que gestiona la energía proveniente de todo tipo de fuentes diferentes, desde plantas de energía convencionales (que podrían ser de su propiedad) hasta energía solar en tejados y grandes parques eólicos. y granjas solares operadas por productores de energía independientes que alimentan energía a la red. A los clientes también se les cobrarán tarifas de forma dinámica, en función de cuánta energía y a qué precio esté disponible en un momento determinado, algo que ya está sucediendo en muchos mercados energéticos más grandes.

Entonces, si la red del futuro se está incubando en la Alaska rural, ¿puede la Alaska urbana, como el Railbelt, beneficiarse de algunas de estas estrategias y lecciones aprendidas? Indudablemente.

Dedicamos una cantidad desproporcionada de tiempo a discutir la planificación energética centrándonos en la visión del sistema energético desde el lado de la oferta: ¿Cómo reemplazaremos el gas natural de Cook Inlet en declive? ¿Qué reemplazará a las plantas de carbón? ¿Cómo podemos integrar el viento? ¿Qué transmisión necesitamos? ¿Qué tal el almacenamiento? ¿Deberíamos construir Susitna? Todas estas son preguntas importantes, pero pasan por alto la mitad de la ecuación. Nos alejamos del lado de la demanda de nuestro sistema energético en parte porque es difícil entenderlo: el cambio en el lado de la demanda representa un cambio social difuso, y tendemos a caer en la trampa de la “ilusión del fin de la historia”.

Cuando pensamos retrospectivamente en nuestro yo pasado, nos recordamos como muy diferentes. Nuestras personalidades, opiniones y gustos cambian con el tiempo y, mirando hacia atrás, esto suele ser bastante evidente. Pero cuando miramos hacia adelante, de alguna manera esperamos que el “yo” de mañana se parezca mucho al “yo” de hoy. En otras palabras, la ilusión del “fin de la historia” consiste en que la gente subestima –a menudo de manera significativa– cuánto cambiarán en el futuro. Y hacemos lo mismo en lo que respecta a la energía. Es difícil imaginar que nuestras necesidades energéticas futuras serán muy diferentes de las actuales, a pesar de los cambios significativos que hemos presenciado en décadas anteriores. Pero la demanda de los consumidores y los mercados energéticos están evolucionando, con una electrificación cada vez mayor de nuevas cargas como una clara tendencia emergente.

A nivel mundial, la electricidad representa hoy aproximadamente el 20% de la demanda final de energía, frente al 15% hace veinte años, y se espera que esa cifra aumente en las próximas décadas. No hay razón para pensar que Alaska pueda o deba tomar una dirección diferente. En cambio, tenemos muchas buenas razones para adelantarnos a la curva, una de las cuales es la incertidumbre sobre el futuro suministro de gas natural en Cook Inlet.

Las empresas de servicios públicos de Railbelt podrían considerar realizar algunas pruebas limitadas para ver cuál podría ser la adopción de tecnologías que aumenten la demanda. Éstas serían una excelente manera de comprender las implicaciones técnicas, regulatorias y sociales y, al mismo tiempo, mantener a salvo los bolsillos y la seguridad de todos. Por ejemplo, experimentar con tarifas según el tiempo de uso, como tarifas nocturnas económicas para cargar vehículos eléctricos o calentadores electrotérmicos de forma limitada, instalar calderas eléctricas despachables para que unos pocos clientes comerciales experimenten con su despacho, o incentivar la inversión en bombas de calor con algunos una especie de reembolso, por nombrar algunas ideas.

El Railbelt debería mirar a sus homólogos de las zonas rurales de Alaska para comprender qué estrategias y enfoques han funcionado, dónde y por qué.

Hay muchas formas pequeñas en las que podemos probar las aguas del futuro energético en lo que respecta a la red Railbelt. Las transiciones tecnológicas no ocurren de manera uniforme y al mismo tiempo. Hay grupos de primeros usuarios, o nichos de mercado, donde la adopción de la tecnología es mucho más rápida que la norma. Estos nichos de mercado suelen ser los lugares donde se realiza una experimentación significativa y los sistemas se refuerzan de manera que, en última instancia, solucionan los errores y los hacen más atractivos para los mercados principales. En Alaska, esos nichos de mercado han sido nuestras comunidades rurales. El Railbelt debería mirar a sus homólogos de las zonas rurales de Alaska para comprender qué estrategias y enfoques han funcionado, dónde y por qué. Después de todo, han estado allanando el camino, silenciosamente y sin fanfarrias, durante mucho tiempo.

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por Gwen Holdmann, Alaska Beacon 3 de julio de 2023

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Gwen Holdmann es investigadora principal y vicerrectora asociada de investigación, innovación y asociaciones industriales de la Universidad de Alaska Fairbanks. Vive y trabaja en Fairbanks.