Poder para la gente

Es media tarde en la soleada California y su equipo se está esforzando por terminar una presentación para cerrar el trato cuando ¡BAM! el poder se apaga. Se ha visto atrapado en un apagón continuo que los reguladores estatales ordenaron cuando una ola de calor atrae a millones de acondicionadores de aire. Las baterías de respaldo le darán tiempo suficiente para apagar su sistema, pero puede olvidarse de terminar esa presentación. Luces apagadas, ¿verdad?



No cuando un par de turbinas del tamaño de un refrigerador en la parte trasera de su oficina cobran vida, transformando el gas natural en un flujo constante de electrones para mantener la oficina funcionando. Los sistemas como estas microturbinas, junto con las pilas de combustible que extraen energía eléctrica del combustible sin quemarlo, están cambiando las reglas del juego del poder. Ya no debe depender de una empresa de servicios monopolísticos que puede darlo por sentado a usted y a sus necesidades energéticas.

5 patentes a seguir

Esta historia fue parte de nuestro número de mayo de 2001





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Estos microgeneradores de energía tampoco se tratan solo de respaldo de emergencia. Pueden proporcionar energía de mayor calidad las 24 horas del día, los 7 días de la semana, de la que puede comprar en su empresa de servicios públicos local. Conéctese a uno de estos sistemas y evitará los picos de voltaje y las caídas de la computadora que estropean la electricidad que sale de un enchufe de pared de variedad de jardín. Y la microenergía significa que puede abandonar la red cuando los precios de la energía aumentan, o incluso ganar dinero extra exportando energía a sus vecinos. Distribuya suficiente microenergía por toda la red, y la red misma comenzará a aprender trucos que podrían hacer que los cortes de energía en toda la región sean un recuerdo desagradable.

Jugo Premium

A medida que aumenta nuestra dependencia de los sistemas eléctricos y electrónicos, muchas empresas, y consumidores, necesitan un rendimiento mejor que el 99,9 por ciento de fiabilidad que ofrece la red eléctrica local. Estos usuarios exigentes necesitan lo que las empresas de servicios públicos llaman energía premium: energía eléctrica pura y de alta calidad que fluye sin fallas. Los fabricantes, bancos, proveedores de telecomunicaciones, casi cualquier empresa que dependa de computadoras o equipos digitales, como servidores web y enrutadores, necesitan una potencia superior. Y la única forma segura de conseguirlo, coinciden los expertos en energía, es generarlo usted mismo.



Las operaciones industriales han hecho precisamente eso durante mucho tiempo, pero los usuarios residenciales o comerciales no podían satisfacer sus necesidades utilizando los pequeños sistemas de energía disponibles: los generadores diésel que mantienen vivos a los hospitales son demasiado ruidosos y sucios para un vecindario suburbano. La energía solar es cada vez más barata, pero no siempre puede ofrecer los kilovatios. No es que estas tecnologías fueran capaces de marcar una gran diferencia, ya que las leyes estatales mantenían a la mayoría de los consumidores de energía encadenados a su servicio público local. La desregulación está cambiando todo eso, liberando a los consumidores y desatando un torrente de inversión e innovación. Los primeros productos de esta ola de desarrollo tecnológico son microturbinas limpias, silenciosas y confiables, desarrolladas en la década de 1960 para proporcionar energía eléctrica para sistemas de aire acondicionado y circulación en aviones. Descendieron hacia el mercado de consumo a principios de la década de 1990 gracias a Rosen Motors, la empresa creada por el cofundador de Compaq Computer, Ben Rosen, para fabricar coches eléctricos híbridos propulsados ​​por turbinas.

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Sin embargo, la compañía de Rosen se adelantó a su tiempo y pagó el precio, cerrándose en 1997, justo antes de que Toyota y Honda lanzaran híbridos de gas y electricidad en Japón. El año pasado, los gigantes automotrices japoneses trajeron híbridos a Estados Unidos, lo que obligó a Detroit a hacer planes apresurados para sus propios autos híbridos.

Aunque la empresa automotriz de la compañía colapsó, su fuente de energía de microturbina sigue viva en otra empresa de Rosen: Capstone Turbine, con sede en Chatsworth, CA. La microturbina de 30 kilovatios de Capstone funciona como las centrales eléctricas de gas natural de varios cientos de megavatios que apuntalan la red eléctrica. Enciende el combustible (gas natural, gasolina, queroseno, casi cualquier cosa que se queme) y los gases de combustión en rápida expansión empujan las palas de la turbina para hacer girar un rotor y generar electricidad. Los gases de escape de las microturbinas contienen sólo alrededor de tres partes por millón de óxidos de nitrógeno que forman esmog, unas cien veces menos que los generadores diésel, y prácticamente no contienen hollín.

Y la microturbina está lista para recorrer la distancia sin quemarse, gracias a los cojinetes de aire que hacen flotar la turbina sobre una película turbulenta de aire de solo dos micrómetros de espesor. Los cojinetes de aire no experimentan fricción ni desgaste, incluso a velocidades extremas (más de 1.500 revoluciones por segundo en la turbina Capstone) que quemarían los cojinetes lubricados.



Las plantas de energía de celda de combustible funcionarán aún más suavemente y más baratas porque son de estado sólido: en lugar de quemar hidrocarburos, las celdas de combustible emplean vapor y catalizadores para liberar los átomos de hidrógeno del combustible y eliminar sus electrones. Evitar la combustión y evitar la mecánica hace que esta tecnología sea limpia y eficiente: las celdas de combustible que funcionan con gas natural prácticamente no liberan óxido de nitrógeno y convierten el 40 por ciento de la energía del combustible en electricidad (un tercio más que la microturbina). La captura de la energía desperdiciada mediante el uso del subproducto de agua caliente de la celda de combustible para calentar el aire y el agua de un edificio aumenta la eficiencia energética general al 80 por ciento o más.

Se están desarrollando al menos media docena de tipos de pilas de combustible para la generación de energía eléctrica. La mejor esperanza para unidades más pequeñas y asequibles radica en una versión liviana y compacta basada en una estructura conocida como membrana de intercambio de protones. Esta es una tecnología por la que podemos agradecer a la industria automotriz; Ford, DaimlerChrysler y Toyota están invirtiendo miles de millones para hacer que esta variedad de pila de combustible sea lo suficientemente potente y barata como para reemplazar el motor de combustión interna ( ver Llenar con hidrógeno , TR noviembre / diciembre de 2000 ).

A medida que la tecnología se extiende desde la industria automotriz, una gran cantidad de nuevas empresas, incluidas Ballard Power Systems de Burnaby, Columbia Británica, y Plug Power de Latham, NY, están impulsando la tecnología de membranas de intercambio de protones para la producción de energía estacionaria. El objetivo son centrales eléctricas de 1 a 15 kilovatios para permitir que una familia se declare independiente de la red eléctrica; las unidades más grandes, de 60 a 250 kilovatios, harían lo mismo para las oficinas. Aunque estas empresas tienen planes de marketing agresivos, la realidad, en forma de obstáculos de ingeniería, ha comenzado a entrometerse. Plug Power y su socio de marketing, General Electric, planearon ser los primeros en comercializar con miles de unidades residenciales este año. Sin embargo, la ingeniería de las unidades para un funcionamiento continuo y sin fallos está resultando inesperadamente compleja, y Plug Power ahora espera introducir sistemas comerciales de pilas de combustible en el primer semestre de 2002.

Una red de seguridad eléctrica

Micropower está encontrando algunas de sus primeras aplicaciones en operaciones remotas que tienen un acceso inadecuado a la electricidad generada de forma centralizada. Las microturbinas han sido un éxito en las plataformas de perforación de petróleo en Alberta, Colorado y Texas, por ejemplo. Estas plataformas se encuentran por encima de las reservas de oro líquido rico en energía, pero se encuentran más allá de la red o en su borde, donde el goteo de electricidad no puede soportar equipos pesados. Los cazadores silvestres de hoy en día también están bajo la presión de los reguladores ambientales para frenar la quema de gases cargados de azufre asociados con muchos pozos. Las microturbinas funcionarán con casi cualquier cosa, incluido este gas ácido, así que lleve una a la boca del pozo y podrá poner en funcionamiento esta molestia ambiental para accionar las bombas.

La economía de generar energía sin incurrir en un costo de combustible es tan convincente que las microturbinas pueden convertir muchos pozos de petróleo en centrales eléctricas remotas que generan energía excedente para su venta a través de la red. La capacidad de expansión es enorme: solo los pozos de petróleo en Texas suelen quemar mil millones de metros cúbicos de gas ácido al año. Eso es suficiente para generar más de 400 megavatios de electricidad, equivalente a una central eléctrica de tamaño mediano. Los vertederos y las plantas de tratamiento de aguas residuales pueden ser los próximos en cobrar. Desde la primavera pasada, una microturbina Capstone ha estado digiriendo el metano que fermenta de la segunda pila de basura más grande del mundo, el vertedero de Puente Hills del condado de Los Ángeles, mientras genera solo 1.3 partes por millón. de óxidos de nitrógeno. Eso es mucho más limpio que las 30 partes por millón que se liberan cuando se quema el gas.

Pero transformar el gas residual es una oportunidad de nicho y empresas como Capstone y Ballard esperan mucho más. Su plan: aprovechar la ola de desregulación y transformar a millones de consumidores de energía en productores de energía. La desregulación está eliminando las protecciones de monopolio que mantenían fuera del mercado a los nuevos productores de energía, en particular a los consumidores residenciales y comerciales. En el entorno de monopolio, no importaba si tenía estas maravillosas tecnologías para autogenerarse porque estaba obligado a comprar su energía a la empresa de servicios públicos, dice Wayne Gardner, gerente de desarrollo comercial y estrategia de Exelon Capital Partners, la empresa con sede en Filadelfia. brazo de capital de riesgo del gigante energético estadounidense Exelon.

Dado que la desregulación ofrece a los consumidores una mayor libertad para generar energía, también les da más razones para hacerlo. La difícil transición hacia un mercado desregulado está generando una neblina de incertidumbre sobre la industria de la energía, lo que desalienta a las empresas de servicios públicos a agregar capacidad de generación y mejorar sus líneas de transmisión. Los expertos en energía culpan a la transición vacilante de California hacia un mercado energético competitivo por su colapso este invierno. Y una solución para una red enferma, se está volviendo claro, es la microenergía. La energía premium es claramente el mercado dominante a corto plazo para la energía distribuida, dice Dan Rastler, un experto en energía distribuida del Instituto de Investigación de Energía Eléctrica en Palo Alto, CA. El sistema de distribución existente no es capaz de satisfacer las necesidades de confiabilidad de ese mercado.

La energía premium ya es un mercado de $ 7 a $ 10 mil millones por año en América del Norte, según la firma de investigación Frost & Sullivan. Hoy en día, la mayor parte proviene de baterías y motores diesel que sirven como fuentes de energía de respaldo. Pero la libertad de generar la propia electricidad podría abrir este mercado. Los buscadores de energía premium que conectan microturbinas y celdas de combustible a la línea de gas natural ya no se limitan a usar sus generadores solo cuando se apagan las luces. Pueden ahorrar dinero si se encienden cuando el precio de la red supera el costo del combustible. Algunos estados incluso permiten a los productores de microenergía vender el excedente de energía a la red para obtener ganancias.

Esta capacidad para jugar en los mercados de energía crecerá a medida que las empresas de servicios públicos se muevan hacia la fijación de precios en tiempo real, donde el precio de la energía de la red refleja el costo de producirla. Durante las épocas de máxima demanda, cuando las empresas de servicios públicos deben poner en marcha sus plantas menos eficientes, los precios se disparan. Las unidades de microenergía monitorearán los precios a través de una conexión a Internet o mediante una señal digital incorporada en la propia electricidad. Con esta información, compararán las cotizaciones de gas y electricidad y se activarán automáticamente cuando el margen sea favorable.

Sin embargo, la generación de energía no es una competencia central para la mayoría de las empresas (y mucho menos para los consumidores residenciales), por lo que será importante encontrar personas que puedan hacer funcionar la microenergía sin problemas. Con el aumento de los precios del gas natural, encender la microenergía en el momento equivocado podría costar mucho dinero. Los desarrolladores de tecnología y muchos de los inversores se han centrado más en desarrollar la tecnología sin pensar en el lado operativo de quién la respaldará, quién la instalará, quién la garantizará, dice Gardner de Exelon.

La mejor respuesta de Capstone es Williams International, un gigante energético con sede en Tulsa, OK, que vendió o arrendó 60 de las primeras 1000 microturbinas que Capstone produjo hasta noviembre pasado. Williams, cuyos gasoductos transportan casi el 20 por ciento del suministro de gas natural de EE. UU., Proporciona un paquete completo de servicios de energía: financia la unidad de microenergía, proporciona energía de la red y ayuda a los consumidores a determinar cuándo tiene sentido reducir los picos (la compañía es un comerciante líder de luz y gas natural). Mory Houshmand, director de la unidad Williams Distributed Power Services, dice que Williams espera que sus mayoristas en Estados Unidos, Sudamérica y el sureste de Asia instalen unas 1.500 microturbinas este año y otras 2.000 a 3.000 en 2002.

Enron, un gigante energético con sede en Houston y rival de Williams, ve la misma oportunidad en las celdas de combustible. El otoño pasado, Enron forjó una alianza con FuelCell Energy, invirtiendo $ 5 millones en el inicio de Danbury, CT, y obteniendo opciones sobre otros 1.3 millones de acciones si la compañía vende más de 55 megavatios de sus celdas de combustible de carbonato fundido (suficiente para iluminar 10.000 hogares). Jeremy Blachman, director de operaciones de Enron Energy Services, es optimista sobre la microenergía. Cuando el precio de mercado de la energía se dispara por todas partes y llega a algunos de los niveles que hemos visto durante la demanda máxima de verano (hasta $ 7,000 por megavatio-hora), la generación distribuida con celdas de combustible se vuelve mucho más económica. (Incluso a los precios altísimos de hoy, el gas natural costaría menos de $ 100 por megavatio-hora para encender una microturbina y menos de $ 75 por megavatio-hora para hacer funcionar una celda de combustible).

Poder de todos

Para las grandes empresas de energía como Williams y Enron, el atractivo de la microenergía va más allá de la venta y arrendamiento de pequeñas plantas generadoras. Estas organizaciones ven una oportunidad en desarrollo que les permitirá vender gas y electricidad en masa. Agregue la producción de miles de celdas de combustible y pequeñas turbinas en una planta de energía virtual, y la reducción de picos se convierte en comercio de energía. Si Williams pudiera activar de forma remota miles de microturbinas en las instalaciones de sus clientes, la empresa podría generar cientos de megavatios para la venta en el mercado mayorista. Houshmand dice que esto podría reducir drásticamente el costo de la microturbina, lo que atraería a empresas como la suya a tener una participación mayor: mire los teléfonos celulares. Hace unos años eran muy caros y ahora los proveedores de servicios los están regalando. ¿Por qué? Porque están vendiendo el servicio.

La noción de centrales eléctricas virtuales también podría encantar a las empresas de servicios públicos tradicionales que, hasta ahora, se han mostrado tibias con las tecnologías que permiten a los consumidores y las empresas generar su propia energía. En el pasado, las empresas de servicios públicos erigieron barreras a la energía distribuida, como tarifas de mantenimiento para el servicio de respaldo de emergencia. Ritchie Priddy, director asociado de energía distribuida en Cambridge Energy Research Associates en Cambridge, MA, dice que las empresas de servicios públicos siguen siendo ambivalentes sobre la microenergía. Por ejemplo, muchas empresas de servicios públicos ahora pagan al por menor por el excedente de energía de paneles solares o turbinas eólicas, un goteo de energía que presenta poca competencia. Pero las mismas empresas de servicios públicos pagan poco o nada por el excedente de energía de las microturbinas y los motores diesel, donde los kilovatios realmente podrían sumar. Algunas empresas de servicios públicos están adoptando la generación distribuida, pero, francamente, lo hacen en sus términos, dice Priddy, ex gerente de una empresa de servicios públicos.

Los defensores de la microenergía como Priddy quieren convencer a las compañías eléctricas de que la proliferación de microgeneradores podría ayudar a sus operaciones al ayudar a estabilizar la red. Hay algunos signos esperanzadores. Las empresas de servicios públicos japoneses, por ejemplo, están subvencionando el desarrollo de pilas de combustible residenciales que calientan el agua y producen un kilovatio de electricidad, ni mucho menos suficiente jugo para alimentar el hogar (una tostadora por sí sola consume más de un kilovatio), pero lo suficiente en conjunto para facilitar el consumo. la tensión en las líneas eléctricas sobrecargadas. Las plantas de energía virtuales podrían tener un efecto más dinámico en la red: en lugar de pedirles a los consumidores que apaguen sus equipos cuando la demanda de energía alcanza su punto máximo, imagine que los asediados controladores de la red de California activan de forma remota miles de microturbinas y celdas de combustible para satisfacer la demanda máxima.

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