Al combinar información sobre el funcionamiento de la central eléctrica con predicciones de la calidad del aire en tiempo real, los investigadores han creado una nueva capacidad para minimizar los efectos de la contaminación del aire sobre la salud humana que resultan de las instalaciones de generación de energía eléctrica.
El modelo de optimización de contaminantes del aire, descrito en el diario Actas de la Academia Nacional de Ciencias , proporciona un nuevo enfoque para reducir los efectos del ozono y la contaminación por partículas finas sobre la salud. Al ayudar a minimizar tanto los impactos en la salud como la generación de costos, el modelo híbrido puede proporcionar una nueva herramienta para las empresas de servicios públicos que buscan cumplir con los estándares de calidad del aire, complementando los tradicionalescontroles de emisiones intensivos en capital.
En un caso de prueba basado en datos del estado de Georgia para meses seleccionados de 2004 a 2011, el nuevo modelo sugiere que los impactos en la salud podrían haberse reducido en $ 176 millones, al tiempo que aumentó los costos de generación en $ 84 millones, un ahorro neto deaproximadamente $ 92 millones en costos de salud. Para sistemas de energía en otros lugares, los costos y ahorros variarían según los tipos de combustible utilizados, las ubicaciones de las instalaciones de generación y la cantidad de flexibilidad disponible en los sistemas de energía regionales.
El caso de prueba evaluó las emisiones de sulfato en Georgia antes de la instalación de unidades de desulfuración de gases de combustión, que desde entonces han reducido la emisión de ese contaminante hasta en un 97 por ciento. Los sulfatos son una fuente importante de partículas finas.
"Analizamos cuál sería la forma menos costosa de operar estas plantas de energía si se tienen en cuenta tanto los costos de generación como los costos de impacto en la salud", dijo Valerie Thomas, una de las autoras principales del artículo y profesora en la escuelade Ingeniería Industrial y de Sistemas y Escuela de Políticas Públicas en el Instituto de Tecnología de Georgia. "Usted todavía estaría operando plantas que emiten contaminantes, por supuesto, pero reduciría las operaciones en las que tienen el mayor impacto y aumentaría el uso de instalaciones quetienen menos impacto o están en otras áreas ".
El nuevo enfoque depende del uso de predicciones de calidad del aire de "forma reducida". Los modelos integrales de calidad del aire generalmente requieren días de tiempo de computadora para calcular las concentraciones de contaminación para un escenario de emisiones, pero el nuevo formato utiliza solo las "sensibilidades" derivadas deel modelo completo para producir predicciones con precisión en menos de un segundo. Esta capacidad permite a las empresas de servicios públicos, por primera vez, probar muchos escenarios posibles para evaluar cómo cambiaría la calidad del aire con diferentes combinaciones de operaciones de la planta generadora.
Por ejemplo, cuando las condiciones del viento transportan las emisiones de una instalación generadora hacia un centro de población importante, esa planta podría ser acelerada y la energía proveniente de una instalación que afecta a menos personas utilizadas en su lugar.
"Por primera vez, hemos integrado la capacidad de predecir rápidamente la calidad del aire en el modelo de operación del sistema eléctrico", dijo Athanasios Nenes, profesor de la Facultad de Ciencias de la Tierra y Atmosféricas de Georgia Tech y de la Facultad de Ingeniería Química y Biomolecular ".Ahora podemos ejecutar miles de escenarios muy rápidamente, a medida que los vientos y otras condiciones cambian cada hora, para encontrar la forma más económica de generar electricidad que minimice la exposición de la población a la contaminación ".
Los investigadores ambientales de Georgia Tech han estado desarrollando y refinando modelos de calidad del aire durante décadas, y ahora operan modelos para ayudar a las agencias reguladoras a predecir cuándo la calidad del aire podría alcanzar niveles de preocupación. Al mismo tiempo, otros investigadores de Georgia Tech han estudiado la optimización de la generación de energíapara producir energía al costo más bajo.
"La combinación de estas tecnologías nos ha dado una capacidad que nunca antes habíamos tenido", dijo Armistead Russell, profesor de la Escuela de Ingeniería Civil y Ambiental de Georgia Tech. "Las compensaciones siempre se toman, pero ahora esas decisiones tienen que serhecho sin el conocimiento necesario "
En Georgia, las instalaciones de generación de electricidad utilizan una variedad de combustibles, incluidos el nuclear, el carbón, el gas natural y la biomasa. Las instalaciones de generación varían en tamaño y tienen diferentes capacidades para ser activadas y desactivadas en escalas de tiempo consistentes con los cambios en el clima, Dijo Thomas.
"Estamos acostumbrados a modelar los aspectos de cómo estas plantas trabajan juntas para satisfacer las demandas, que varía en diferentes días de la semana y en diferentes estaciones del año", explicó. "Ninguna de las plantas se puede encender oapaga como una bombilla, pero las empresas de servicios públicos pueden ajustar la cantidad de energía que están produciendo ".
Ciertas instalaciones de generación cuestan más para operar, y cuando se utilizan para sustituir la energía generada por instalaciones menos costosas, eso eleva el costo general. Sin embargo, el modelo muestra que estos costos de generación más altos pueden ser más que compensados por reducciones en humanoscostos de salud.
"Esto realmente se trata de 'generación inteligente'", dijo Nenes. "Si hay una manera de cumplir con los estándares controlando quién emite qué y en qué momento, eso puede cambiar la cantidad de inversión que necesitaría hacer ennuevo equipo de control de emisiones. Hora por hora, podremos determinar qué tiene más sentido en términos de costo para producir electricidad y sus impactos ".
Si bien el modelo híbrido de optimización de contaminantes del aire rastrea muchas formas de contaminantes, los regulados por la Agencia de Protección Ambiental de los EE. UU. Son partículas finas y ozono. Las partículas finas pueden afectar la salud cardiovascular y respiratoria, mientras que el ozono en altas concentraciones puede desencadenar ataques de asma en personas susceptibles.
Las plantas de energía actualmente representan aproximadamente un tercio de la contaminación, pero como siguiente paso, los investigadores esperan incluir emisiones de fuentes móviles como automóviles en su modelo. Los investigadores también están evaluando el uso de su modelo en países como China yIndia que tiene mayores problemas de contaminación.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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