La electrificación ineficiente de los edificios corre el riesgo de prolongar el uso de combustibles fósiles

Un nuevo estudio encuentra que las vías de descarbonización deben incorporar tecnologías de calefacción eléctrica más eficientes y más fuentes de energía renovable para minimizar la tensión en la red eléctrica de EE. UU. durante el aumento del uso de electricidad de la calefacción en diciembre y enero. De lo contrario, los combustibles fósiles nocivos seguirán impulsando estos picos estacionales en la demanda de energía.

El consumo directo de combustibles fósiles de los edificios, quemados en calentadores de agua, hornos y otras fuentes de calefacción, representa casi el 10 por ciento de las emisiones de gases de efecto invernadero en los Estados Unidos. Cambiar a un sistema eléctrico que alimenta la calefacción a través de fuentes de energía renovables, en lugar de carbón, petróleo y gas natural, el proceso conocido como electrificación de edificios o descarbonización de edificios, es un paso crucial hacia el logro de los objetivos climáticos globales netos cero.

Sin embargo, la mayoría de los modelos de descarbonización de edificios no han tenido en cuenta las fluctuaciones estacionales en la demanda de energía para calefacción o refrigeración. Esto hace que sea difícil predecir lo que podría significar para la red eléctrica de la nación un eventual cambio a una calefacción totalmente eléctrica más limpia en los edificios, especialmente durante los picos en el uso de energía.

Un nuevo estudio realizado por investigadores de la Escuela de Salud Pública de la Universidad de Boston (BU.S.PH), la Escuela de Salud Pública TH Chan de Harvard (Escuela Harvard Chan), la Universidad Estatal de Oregón (OSU) y la organización sin fines de lucro Home Energy Efficiency Team (HEET) examinó estos cambios estacionales en la demanda de energía y encontró que el consumo de energía mensual varía sustancialmente y es más alto en los meses de invierno.

Publicado en Informes científicosel estudio presentó un modelo novedoso de múltiples escenarios de electrificación de edificios y descubrió que este aumento estacional en la demanda de energía invernal será difícil de satisfacer a través de las fuentes renovables actuales, si los edificios cambian a calefacción electrificada de baja eficiencia.

Los hallazgos enfatizan la necesidad de que los edificios instalen tecnologías de calefacción doméstica más eficientes, como bombas de calor geotérmicas.

«Nuestra investigación revela el grado de fluctuación en la demanda de energía de los edificios y los beneficios de usar tecnologías de calefacción extremadamente eficientes cuando se electrifican los edificios», dice el líder del estudio y autor correspondiente, el Dr. Jonathan Buonocore, profesor asistente de salud ambiental en BU.S.PH. «Históricamente, esta fluctuación en la demanda de energía de los edificios ha sido manejada en gran medida por el gas, el petróleo y la madera, todos los cuales pueden almacenarse durante todo el año y usarse durante el invierno. Los edificios electrificados y el sistema eléctrico que los respalda tendrán que proporcionar este mismo servicio de proporcionar calefacción confiable en invierno. Las tecnologías de calefacción eléctrica más eficientes reducirán la carga eléctrica puesta en la red y mejorarán la capacidad de satisfacer esta demanda de calefacción con energías renovables sin combustión».

Para el estudio, Buonocore y sus colegas analizaron los datos de energía de los edificios desde marzo de 2010 hasta febrero de 2020, y encontraron que el promedio mensual total de consumo de energía de EE. UU., basado en el uso actual de combustibles fósiles, así como el uso futuro de electricidad en el invierno, varía por un factor de 1,6x, con la demanda más baja en mayo y la demanda más alta en enero.

Los investigadores modelaron estas fluctuaciones estacionales en lo que llaman la «curva del halcón», ya que un gráfico del cambio en el consumo mensual de energía representa la forma de un halcón. Los datos muestran que la demanda de calefacción en invierno lleva el consumo de energía a sus niveles más altos en diciembre y enero, con un pico secundario en julio y agosto debido al enfriamiento, y los niveles más bajos en abril, mayo, septiembre y octubre.

Los investigadores también calcularon la cantidad de energía renovable adicional, específicamente energía eólica y solar, que sería necesario generar para satisfacer esta mayor demanda de electricidad. Sin almacenamiento, respuesta a la demanda u otras tácticas para administrar la carga de la red, los edificios requerirían un aumento de 28 veces en la generación eólica de enero o un aumento de 303 veces en la energía solar de enero para cumplir con los picos de calefacción de invierno.

Pero con energías renovables más eficientes, como las bombas de calor de fuente de aire (ASHP) o las bombas de calor de fuente terrestre (GSHP), los edificios solo requerirían 4,5 veces más generación eólica en invierno o 36 veces más energía solar, por lo que «aplanarían» la curva Falcon como menos se coloca nueva demanda de energía en la red eléctrica.

«Este trabajo realmente muestra que las tecnologías tanto del lado de la demanda como del lado de la oferta tienen un papel importante que desempeñar en la descarbonización», dice el coautor del estudio, el Dr. Parichehr Salimifard, profesor asistente de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Estatal de Oregón. Ejemplos de estas tecnologías en el lado del suministro de energía son la calefacción geotérmica de edificios y las tecnologías de energía renovable que pueden proporcionar energía a todas horas, dice, como las energías renovables junto con el almacenamiento a largo plazo, los recursos de energía distribuida (DER) en todas las escalas y la energía geotérmica. generación de electricidad cuando sea posible. «Estos pueden combinarse con tecnologías en el lado de la demanda, es decir, en edificios, como medidas pasivas y activas de eficiencia energética de edificios, reducción de picos y almacenamiento de energía en edificios. Estas tecnologías a nivel de edificios pueden reducir la demanda total de energía del edificio en reducir tanto la demanda de energía de referencia como la máxima, así como suavizar las fluctuaciones en la demanda de energía del edificio y, en consecuencia, aplanar la curva de Falcon».

«The Falcon Curve llama nuestra atención sobre una relación clave entre la elección de la tecnología de electrificación de edificios y el impacto de la electrificación de edificios en nuestra red eléctrica», dice el coautor del estudio Zeyneb Magavi, codirector ejecutivo de HEET, una incubadora de soluciones climáticas sin fines de lucro. .

Magavi advierte que esta investigación aún no cuantifica esta relación en función de las curvas de eficiencia estacional medidas para tecnologías específicas, o para escalas de tiempo o regiones más granulares, ni evalúa las numerosas estrategias y tecnologías que pueden ayudar a abordar el desafío. Todo esto debe ser considerado en la planificación de la descarbonización.

Sin embargo, dice Magavi, esta investigación indica claramente que «el uso de una combinación estratégica de tecnologías de bomba de calor (fuente de aire, fuente terrestre y en red), así como el almacenamiento de energía a largo plazo, nos ayudará a electrificar los edificios de manera más eficiente, económica y equitativamente. La curva de Falcon nos muestra un camino más rápido hacia un futuro energético limpio y saludable».

«Nuestra investigación deja en claro que cuando se toman en cuenta las fluctuaciones estacionales en el consumo de energía aparente en Falcon Curve, el impulso para electrificar nuestros edificios debe ir acompañado de un compromiso con las tecnologías de eficiencia energética para garantizar que los esfuerzos de descarbonización de los edificios maximicen los beneficios para el clima y la salud», dice. el autor principal del estudio, el Dr. Joseph G. Allen, profesor asociado de ciencia de evaluación de la exposición y director del programa de edificios saludables en la Harvard Chan School.

«Nuestro trabajo aquí muestra un camino para construir la electrificación que evita depender de los combustibles fósiles y evita los combustibles de combustión renovable, que aún pueden producir contaminación del aire y posiblemente perpetuar las disparidades en la exposición a la contaminación del aire, a pesar de ser climáticamente neutral», dice Buonocore. «Evitar problemas como este es la razón por la que es importante que los expertos en salud pública participen en la formulación de políticas energéticas y climáticas».