Actualizado el lunes, 23 enero, 2023
La red eléctrica estadounidense ha sido una piedra angular de la infraestructura de la nación desde su creación. Se organizó de tal manera que pudiera proporcionar electricidad confiable a empresas y hogares en todo el país. Esta red ahora enfrenta nuevos desafíos a medida que avanzamos hacia el futuro. Con una mayor demanda de energía y una tecnología cambiante, es importante comprender cómo se organizó esta red y qué cambios deben realizarse para garantizar su sostenibilidad. Al examinar la historia de la red eléctrica estadounidense, podemos obtener una idea de cómo debe adaptarse para satisfacer las demandas futuras.
La red eléctrica es un artefacto estadounidense que ha evolucionado considerablemente a lo largo de su historia. Aun así, las exigencias de la vida moderna plantean nuevos desafíos, que nos obligan a repensar la forma en que entregamos energía. Después de todo, la electricidad es un aspecto fundamental de nuestra forma de vida, y la resiliencia energética se está volviendo rápidamente esencial para nuestra seguridad continua.
The Grid (por Gretchen Bakke) trata sobre la enorme infraestructura que mantiene encendido a Estados Unidos. Estas claves de innovación cuentan la historia de cómo surgió la red eléctrica, cómo ha evolucionado a lo largo de los siglos y qué desafíos plantea hoy.
- Gretchen Bakke es antropóloga cultural con un doctorado de la Universidad de Chicago. Actualmente es profesora asistente de antropología en la Universidad McGill en Montreal, Canadá y es autora del libro Anthropology of the Arts.
¿Alguna vez has oído hablar de la rejilla ? Es la enorme infraestructura que alimenta a todo Estados Unidos, así como a partes de México y el oeste de Canadá. Incluye todas las centrales eléctricas, cables, baterías, postes de servicios públicos, transformadores, relés y generadores, y la lista podría continuar, que componen una inmensa red que mantiene al país en funcionamiento.
Como puede imaginar, la red requiere una gran cantidad de energía para funcionar. Esta energía proviene principalmente de la energía nuclear, el gas natural, el carbón y el petróleo. Aunque ha habido varios intentos a lo largo de los años para agregar más fuentes de energía renovables y alternativas a la mezcla, la volatilidad y la imprevisibilidad del clima han hecho que esta transición sea un desafío.
Para comprender completamente el estado actual de la red y la mejor manera de mejorarla, primero debemos examinar su historia.
Aprenderás
- sobre el papel crucial que tuvo un sacerdote en el desarrollo temprano de la red;
- cómo surgió el movimiento de conservación de energía; y
- por qué las redes de energía inteligentes pueden ser una idea innovadora.
La primera red eléctrica, lanzada en la década de 1870, cautivó al mundo
De todos los descubrimientos humanos, la electricidad seguramente ha tenido uno de los impactos más profundos en la forma en que vivimos. Las empresas productoras de electricidad son un ejemplo de empresas que producen bienes esenciales para la vida, pero que desgraciadamente, favorecen los monopolios.
Después de todo, reemplazar las velas y las lámparas que funcionan con gas por luz eléctrica podría, para todos los efectos, hacer que el día fuera más largo, lo que permitiría, por ejemplo, que las empresas hicieran negocios por más tiempo.
Y eso es precisamente lo que sucedió cuando las primeras redes eléctricas entraron en funcionamiento en la década de 1870.
La chispa que encendió esta gran transformación se produjo en 1871, cuando el padre Joseph Neri, profesor de Saint Ignatius College en San Francisco, encontró una manera de usar electricidad a batería para encender una luz en su ventana.
La noticia de su invento se difundió rápidamente y, en 1879, San Francisco tenía su propia red de iluminación compuesta por dos dínamos que funcionaban con una máquina de vapor. Iluminaba solo 20 lámparas, pero no obstante era una cuadrícula. A partir de ahí, se instaló una red eléctrica que funciona con dínamos accionados por agua en las minas de oro de Sierra Nevada de California, y miles de luces eléctricas entraron en funcionamiento.
Pero pronto vendrían más cambios. Estas primeras cuadrículas fueron revolucionadas a principios de la década de 1880 por el circuito paralelo , inventado por Thomas Edison. Antes de la invención de Edison, las redes estaban conectadas en serie, lo que significa que si una bombilla fallaba, todo el sistema fallaba porque la electricidad no podía pasar a través de la bombilla que funcionaba mal.
La contribución de Edison fue descubrir que las corrientes eléctricas pueden tomar todos los caminos disponibles, incluso si uno es mucho más largo que el otro. Como resultado, las personas podrían conectar repentinamente las bombillas en paralelo, evitando un apagón en todo el sistema debido a una bombilla defectuosa.
Para 1892, las farolas conectadas en circuitos paralelos comenzaron a proliferar, y el New York Times colgó docenas de bombillas conectadas en paralelo alrededor de sus oficinas.
La luz eléctrica resultó en una gran cantidad de redes eléctricas locales, pero la invención de la CA también permitió redes más grandes
Entonces, la invención del circuito paralelo fue un cambio de juego, pero todavía no había una red principal a la que conectarse. Varias entidades más pequeñas eran propietarias de sus propias centrales eléctricas privadas y dejaron a las ciudades enredadas en una red interminable de cables.
Por ejemplo, las principales áreas metropolitanas como la ciudad de Nueva York tenían telarañas de cables que colgaban de los techos y postes de las calles. En algunos barrios, la maraña de cables se había vuelto tan mala que apenas se podía ver el cielo.
Estas configuraciones, sin embargo, en realidad no comprendían una cuadrícula adecuada; más bien, eran una serie de sistemas eléctricos independientes que eran propiedad de entidades privadas, corporativas y municipales. Solo tome el centro de Manhattan como ejemplo. En 1893, las empresas de luz y telégrafo de la ciudad eran 20 en total, cada una con sus propios cables.
Una red más extensa no fue posible hasta 1887, con el descubrimiento de la corriente alterna , o AC . A diferencia de la corriente continua , la corriente alterna es una forma de transmitir electricidad con cambios constantes de dirección. El generador electromagnético que crea esta corriente tiene polos giratorios, lo que significa que la energía puede fluir en una dirección en un momento y en dirección contraria en el siguiente.
Uno de los beneficios de la CA fue que permitió a las personas aumentar los voltajes bajos a otros más altos por medio de un transformador.
Esta capacidad era importante porque los voltajes altos pueden viajar largas distancias con pérdidas menores que los voltajes bajos. Como resultado, de repente fue posible construir una central eléctrica que suministrara energía a ciudades a varios kilómetros de distancia.
Un ejemplo es Cataract Construction Company, que comenzó a construir una gran central eléctrica en las Cataratas del Niágara en 1891. Esta instalación, terminada en 1896, ofrecía un suministro constante de electricidad a la ciudad de Buffalo, a unas 20 millas de distancia.
La electricidad estaba lista para ser monopolizada, pero la naturaleza del producto complicaba esta tarea.
Para el año 1902, habían surgido 815 compañías municipales de electricidad en los Estados Unidos; en 1907, ese número había aumentado a más de 1.000.
Históricamente, sin embargo, fue una época de monopolios, como el Standard Oil Trust de John D. Rockefeller, que, habiendo sido fundado en 1882, había llegado a dominar el 90 por ciento de la producción mundial de petróleo solo 25 años después. O considere US Steel, American Tobacco y AT&T, todos los cuales habían establecido monopolios en sus respectivas industrias.
El empresario Samuel Insull quería lograr lo mismo con la electricidad y, en 1892, llegó a Chicago para dirigir una empresa local de electricidad formada por el propio Thomas Edison, Chicago Edison .
Sin embargo, con bastante rapidez, Insull se dio cuenta de que ejecutar su plan no sería tan simple como esperaba. El principal obstáculo era la naturaleza misma de la electricidad.
El problema era que, a diferencia del petróleo y el acero, la electricidad es imposible de almacenar en grandes cantidades. Esta diferencia clave significaba que Insull no podía simplemente generar una tonelada de electricidad y reservar reservas para cuando el consumo alcanzara su punto máximo.
En cambio, su planta necesitaría producir suficiente energía para suministrar el nivel máximo de consumo en todo momento, incluso si este nivel de demanda solo se alcanza en ciertos momentos del día.
Digamos que Chicago Edison tuvo que proporcionar electricidad a casas particulares en una ciudad. La gente de la ciudad iba a trabajar durante el día y no usaba mucha electricidad durante esas horas. Luego, cuando llegaban a casa por la noche, el consumo alcanzaba su punto máximo cuando todos encendían sus casas para preparar la cena y pasar tiempo con sus familias.
Esto dejaría las centrales eléctricas infrautilizadas durante las horas del día. Pero Insull no se dio por vencido; ideó una solución, de la que aprenderemos.
Insull superó los obstáculos y construyó una empresa próspera antes de unir fuerzas con otras.
Entonces, Insull tenía un problema de almacenamiento. Para superarlo, se dio cuenta de que necesitaba construir una base de clientes que colectivamente usaran electricidad las 24 horas del día para que toda la energía que generaran sus plantas se aprovechara.
Para atraer a una variedad de clientes, incluidos fabricantes, propietarios de viviendas y empresas de transporte, Insull recortó sus precios. El resultado fue un aumento dramático en los clientes, y pronto vendió electricidad a varios cientos de miles de personas. En comparación con los 5.000 clientes que tenía en 1892, este fue un gran paso adelante hacia su sueño de monopolización.
A partir de ahí, se diversificó aún más vendiendo electricidad fuera de las horas pico a clientes industriales. Tenía que producir esta electricidad de todos modos, y las ventas industriales le permitieron lograr economías de escala. Después de todo, no costó casi nada agregar más clientes y la electricidad ya se estaba produciendo.
Entonces, mientras que el precio promedio por unidad vendida cayó a medida que llegaron más clientes, Insull aún aumentó sus ingresos generales gracias a la posibilidad de vender su excedente de electricidad. De esta manera, un problema, la incapacidad de almacenar electricidad, inspiró a Insull a construir una base de clientes masiva y diversa.
Pronto muchas empresas comenzaron a emular con éxito la estrategia de Insull en sus respectivos estados o ciudades. Pero estos gigantes no compitieron. En cambio, se unieron dividiendo el país entre ellos. De esta forma, podrían crear un imperio eléctrico de varias redes centralizadas.
Como resultado, cuando la década de 1920 llegó a su fin, solo diez empresas de cartera manejaban un sólido 75 por ciento de toda la industria eléctrica estadounidense, haciendo realidad el sueño de Insull de un monopolio. Pero no iba a durar.
Los problemas con la eficiencia y el suministro de petróleo tuvieron un gran impacto en la industria eléctrica estadounidense.
¿Crees que una planta de energía alimentada con carbón convierte el 100 por ciento de la energía del carbón que quema en electricidad? Ni siquiera cerca.
En 1892, la planta de energía promedio operaba a una mísera tasa de eficiencia del dos por ciento. Esta tasa aumentó gradualmente al 40 por ciento en 1940, y los magnates del carbón de la época asumieron que seguiría subiendo y subiendo.
Pero en la década de 1960, estaba claro que esto no estaba en las cartas; ningún avance tecnológico podría aumentar mucho más la eficiencia de las plantas que funcionan con carbón.
Debido a las leyes de la física, los motores térmicos generadores de electricidad utilizados en este proceso no pueden superar el 50 por ciento de eficiencia. No solo eso, sino que incluso esta eficiencia es meramente teórica. La realidad era, y sigue siendo, que construir una máquina tan eficiente sería prohibitivamente costoso debido al mantenimiento y cuidado requerido. Por lo tanto, debido a los problemas de confiabilidad y costos en juego, la mayoría de las plantas de energía solo funcionan con una eficiencia de alrededor del 30 por ciento.
Para empeorar las cosas, los aumentos repentinos en el precio del combustible y el costo de construcción de las grandes centrales eléctricas obligaron a las empresas a aumentar el precio de la electricidad, incentivando a los consumidores a ahorrar energía. Entonces, en un intento por superar este problema y aumentar la eficiencia, las compañías eléctricas comenzaron a alejarse del carbón y se acercaron al petróleo durante las décadas de 1950 y 1960.
El problema fue que, en 1973, mientras este proceso todavía estaba teniendo lugar, los productores de petróleo árabes dejaron de exportar petróleo a los Estados Unidos en respuesta al apoyo del país a Israel en la guerra árabe-israelí. ¡ Este evento histórico ahora se conoce como el embargo petrolero , y provocó que los precios del petróleo se dispararan en aproximadamente un 70 por ciento!
Mantener la solvencia frente a estos costes exigió a las empresas eléctricas subir sus precios, lo que, por supuesto, se tradujo en clientes insatisfechos. Y las cosas no iban a ser más fáciles en el corto plazo.
En la década de 1970, la creciente conciencia sobre la conservación de la energía llevó a la adopción de medidas legislativas y a la erosión de los monopolios de la electricidad.
El embargo de petróleo puede haber provocado un aumento en los precios de la electricidad, pero también aumentó drásticamente la conciencia pública sobre la conservación de la energía. Esto marcó un cambio importante ya que las compañías eléctricas siempre habían promovido un consumo cada vez mayor para permitir una mayor producción, precios más bajos y plantas más grandes.
Su influencia a este respecto también tuvo un gran impacto en los hogares, que estaban equipados con todo tipo de electrodomésticos, desde refrigeradores hasta acondicionadores de aire. Pero gracias al embargo de petróleo, la gente se estaba dando cuenta de cuánta energía usaban estos artículos domésticos y rápidamente estaban aprendiendo a conservar.
Incluso los escolares están siendo capacitados en conservación de energía; se les dijo que apagaran las luces cuando salieran de las habitaciones, que usaran el calor solo cuando fuera necesario y que usaran suéteres más gruesos cuando hiciera frío.
Esta conciencia finalmente jugó un papel importante en la elección de Jimmy Carter como presidente en 1976, con la reforma energética como un elemento central de su campaña electoral. A partir de ahí, la acción legislativa durante la administración Carter arrebató el control de las manos de los monopolios de la electricidad.
Por ejemplo, en 1977, Carter formó el Departamento de Energía para desarrollar una supervisión energética nacional más sólida y, en 1978, aprobó la Ley Nacional de Energía en respuesta a la crisis energética de la época. Este proyecto de ley incluía disposiciones para programas orientados a la conservación y provisión de energía.
Una de las principales implicaciones de esta legislación fue que las empresas de servicios públicos se hicieron para alentar a los consumidores a usar menos energía. No solo eso, sino que la ley empujó a las personas a aislar los edificios y elegir fuentes de energía alternativas, como la solar, la eólica y la hidráulica.
Incluso los problemas menores en la red pueden causar grandes desastres y las empresas de servicios públicos están bajo presión.
Suficiente sobre el pasado; la actualidad también plantea algunos problemas apremiantes ya que la red, que se expandió exponencialmente en el siglo XX, está envejeciendo.
Su infraestructura envejecida y engorrosa significa que incluso las fallas menores pueden tener consecuencias rápidas y arrolladoras. Los apagones son un buen ejemplo, ya que pueden tener repercusiones potencialmente graves.
Basta con tomar la central nuclear de Davis-Besse en Ohio. En 2003, un mal funcionamiento provocó un apagón que afectó a la mitad del este de los Estados Unidos y partes de Canadá. La crisis provocó que 50 millones de personas se quedaran sin electricidad y, aunque duró solo dos días, provocó la caída del PIB y costó $ 6 mil millones en ingresos comerciales perdidos.
Entonces, ¿cómo ocurren tales catástrofes?
Bueno, una causa importante es la tensión que enfrentan las compañías eléctricas como resultado de la Ley de Política Energética , aprobada en 1992, pero que no se implementó hasta años después. Esta ley exige que la Comisión Federal Reguladora de Energía separe la producción y la distribución de electricidad para evitar que una sola empresa controle ambas, lo que obliga a la competencia entre los vendedores.
Esto resultó ser un desafío para las compañías eléctricas, tanto en términos de organización como de finanzas. FirstEnergy, la empresa de servicios públicos de Ohio que administraba Davis-Besse, es un buen ejemplo. Debido a la nueva legislación, se encontró en una situación financiera desesperada. Después de importantes despidos, FirstEnergy no pudo mantener adecuadamente la planta, y las secciones oxidadas que se descubrieron en 2000 no se trataron durante años.
En 2002, el equipo de enfriamiento de la planta no funcionaba correctamente y el personal de la planta descubrió que solo un revestimiento delgado impedía que el tanque de refrigerante explotara, lo que habría causado un desastre nuclear.
La nueva tecnología podría usarse para actualizar la red, pero los consumidores tienen preocupaciones.
¿Alguna vez has oído hablar de una red inteligente? Esta infraestructura mejorada hace todo lo que podían hacer las redes eléctricas del pasado, pero utiliza tecnología digital para mejorar la eficiencia, por ejemplo, mediante un mejor control del consumo.
Suena genial, pero desafortunadamente, a muchos estadounidenses les preocupa la idea, porque les parece una forma de vigilancia.
Un estudio alemán de 2011 encontró que, al estudiar los patrones de uso de electricidad, un medidor digital o medidor inteligente podría mostrar qué electrodomésticos están actualmente en uso. Además, una investigación realizada en la Universidad de Washington descubrió que tales medidores podían incluso discernir qué canal de televisión se estaba viendo en una casa en un momento dado.
Sin embargo, si bien estos hechos parecen justificar las preocupaciones de los consumidores, para las empresas de servicios públicos, los medidores inteligentes son una forma de recuperar cierto control sobre sus flujos de ingresos.
Por ejemplo, los medidores digitales brindan mucha información útil y precisa. En el caso de, por ejemplo, un apagón, podrían señalar fácilmente quién está afectado y quién no. Como resultado, esta tecnología permite a las empresas actuar con mayor rapidez y precisión, ahorrando tiempo y mano de obra.
Más allá de eso, en muchos lugares, los medidores digitales ayudan a las empresas de servicios públicos a controlar el consumo durante las horas pico cuando muchas personas usan electricidad simultáneamente.
Dado que la demanda máxima tiende a superar la capacidad de las plantas de energía que están en uso regularmente, las empresas de servicios públicos a menudo tienen que arrancar plantas que de otro modo estarían fuera de línea. El problema es que estas plantas suelen ser viejas y decrépitas. Son costosos de poner en marcha y mantener, sin mencionar el hecho de que representan un peligro para la salud pública. Esta es la razón por la que las empresas de servicios públicos prefieren animar a la gente a consumir menos energía durante estas horas punta, por ejemplo, aumentando los precios. Las redes inteligentes les ayudan a identificar exactamente cuándo hacer esto.
El mal tiempo ha despertado el deseo de contar con rejillas más resistentes, y reducirlas podría ser la respuesta.
¿Recuerdas cuando el huracán Sandy diezmó la costa este de los Estados Unidos en 2012? Esta colosal tormenta afectó a cerca de 50 millones de personas, restringiendo o cortando su acceso a agua potable, transporte público y energía.
Para muchos, fue una llamada de atención de que es necesario reconsiderar la forma en que se produce la energía hoy en día. Como resultado, ahora hay muchas más personas, incluidos los políticos, que abogan por la resiliencia .
Estas personas no solo quieren sobrevivir al desastre ocasional, quieren fortalecer la red en sí. Un informe reciente de la Casa Blanca titulado “Beneficios económicos de aumentar la resiliencia de la red eléctrica ante cortes climáticos” define dicha red como aquella cuyos cortes afectan a menos personas, por períodos de tiempo más cortos.
Una buena manera de abordar este problema es la creación de microrredes o “islas”. Estas son redes más pequeñas que esencialmente pueden desconectarse de la red grande, o macrorred, y funcionar de forma independiente para suministrar energía. Sin embargo, para ser efectivas, tales microrredes deben ser adaptables y capaces de funcionar con una variedad de fuentes de energía.
En otras palabras, no debe diseñar una red que funcione únicamente con combustible diésel y energía solar. Una mejor idea es construir uno que pueda utilizar estas dos fuentes además del viento y el gas natural. De esta forma, gestionar microrredes es como gestionar una cartera de inversiones; la diversificación es clave.
Ya puede ver ejemplos de estas cuadrículas más pequeñas en todo Estados Unidos, y son especialmente comunes en áreas que ya experimentan inclemencias del tiempo. De hecho, en el año 2015 había 300 microrredes en el país, con muchas más actualmente en construcción.