La Niña y los apagones: cómo el océano dicta el destino de la red eléctrica de EE. UU. ✛ ✎

Original: "Spatio-temporal Patterns between ENSO and Weather-related Power Outages in the Continental United States"
arXiv:2406.14474 · 2024-06-20 · arXiv non-exclusive · análisis propio · 4 min
La fase de La Niña aumenta el número de cortes de electricidad por causas meteorológicas en Estados Unidos, y para finales de siglo el calor podría multiplicarlos por 26.

Contexto

Este trabajo se sitúa en un área periférica: casi no hay estudios cercanos, el más próximo está a una distancia de 0.563. Alrededor se encuentran investigaciones sobre la predictibilidad de El Niño, los ciclos solares y la recuperación de antiguos registros meteorológicos, pero nadie había establecido hasta ahora una conexión directa entre El Niño y los fallos de la red eléctrica. Mientras tanto, entre 2000 y 2021, alrededor del 83% de los grandes apagones en EE. UU. fueron causados por el clima, y el número medio anual de estos eventos aumentó un 78% en 2011–2021 en comparación con la década anterior. Comprender cómo una anomalía climática global controla las tormentas locales y el calor es esencial para planificar una energía resiliente.

Métodos

Los autores recopilaron cuatro conjuntos de datos: informes de incidentes en la red eléctrica de EE. UU. (formulario DOE-417), cinco índices de El Niño (MEI, Niño3, Niño4, Niño3.4, SOI), observaciones diarias de temperatura y precipitación con una resolución de 0.5° y proyecciones de 18 modelos CMIP6. Todas las series se limpiaron de tendencia lineal, se convirtieron en anomalías respecto a la media de 2000–2023 y se suavizaron con una ventana móvil de tres meses. Luego se calcularon correlaciones cruzadas con desfases temporales de 0 a 9 meses entre la intensidad de La Niña, la frecuencia de eventos climáticos extremos y el número de cortes en diez regiones climáticas de EE. UU. Para verificar la significancia de las diferencias entre las fases de El Niño, La Niña y la fase neutral, se utilizaron ANOVA y la prueba de Tukey.

Resultados

Durante La Niña, el número de cortes es significativamente mayor que en períodos neutrales, y el efecto es más fuerte en primavera, después del pico del fenómeno. En seis de las diez regiones, la correlación entre la intensidad de La Niña y el número de cortes alcanza -0.68 para todo EE. UU., y en regiones individuales llega a -0.82. La Niña siempre precede a los cortes, y no al revés, lo que confirma una relación causal. El mecanismo opera a través de tres vías: en el oeste de EE. UU., La Niña intensifica las irrupciones de aire frío y las precipitaciones extremas; en el sureste, las olas de calor; y en los estados del centro-este, las precipitaciones extremas. Las proyecciones del CMIP6 muestran que, bajo el escenario SSP 5-8.5, para 2081–2100 los cortes primaverales debidos al calor en el este de EE. UU. aumentarían 25.9 veces en comparación con 2000–2023, y bajo el escenario moderado SSP 2-4.5, 13.2 veces.

Implicaciones

Este trabajo se distingue de los estudios vecinos porque es el primero que vincula un índice climático global con los fallos locales de la red eléctrica a través de mediadores meteorológicos concretos. Las investigaciones cercanas o bien predicen el propio El Niño, o bien estudian los ciclos solares y el clima espacial, pero no llegan a conectar la cadena hasta los apagones. Aquí se demuestra que conocer la fase de El Niño con varios meses de antelación puede servir como alerta temprana para los gestores de la red: si se pronostica un episodio fuerte de La Niña, conviene prepararse para una mayor incidencia de fallos en regiones específicas.

Desarrollo futuro

El tema podría evolucionar hacia la consideración de otros modos climáticos, como la Oscilación Decadal del Pacífico o la Oscilación del Atlántico Norte, que también afectan al viento y la temperatura. Sería posible combinar esto con modelos de predicción de El Niño para crear sistemas operativos de alerta. Ampliar el análisis a otros países requeriría recopilar datos comparables sobre cortes de electricidad, algo que actualmente está limitado por la disponibilidad de información de las compañías eléctricas.

Impacto

Los resultados influirán en la planificación de los sistemas eléctricos, el seguro de riesgos de infraestructura y el desarrollo de servicios climáticos para las empresas de servicios públicos. Los meteorólogos podrán proporcionar a los gestores de la red no solo el pronóstico del tiempo, sino también una evaluación probabilística de la incidencia de fallos con una temporada de antelación.

Próximos pasos

El siguiente paso será comprobar la relación entre El Niño y los cortes de electricidad en otros países y regiones con condiciones climáticas diferentes. También será necesario estudiar el efecto conjunto de varios modos climáticos, por ejemplo, La Niña y la Oscilación del Atlántico Norte, sobre la frecuencia de fallos.

Problemas abiertos clave

Para el sector energético, sigue sin resolverse el problema de cuantificar la contribución de los diferentes factores climáticos a los fallos de los equipos. Este trabajo demuestra que los modos globales pueden explicar una parte significativa de la variabilidad interanual de los apagones, pero separar las contribuciones de fenómenos meteorológicos individuales en un mismo evento sigue siendo difícil.

La mirada de la máquina del conocimiento

Esta sección está dirigida al autor del trabajo y a sus colegas. Los trabajos vecinos los encontró la búsqueda por significado en nuestro archivo, no por coincidencia de palabras. No evaluamos: mostramos el campo alrededor.

Qué hace el trabajo

Los autores compararon 24 años de datos sobre cortes de electricidad en Estados Unidos con los índices de El Niño y encontraron una relación significativa: durante La Niña hay más cortes, especialmente en primavera, debido al aumento de precipitaciones extremas, irrupciones de aire frío y olas de calor. Las proyecciones del CMIP6 mostraron un fuerte aumento de los cortes por calor para finales de siglo bajo los escenarios SSP 2-4.5 y SSP 5-8.5.

Dónde está su fuerza

Por primera vez se ha trazado una cadena que va desde un índice climático global hasta los fallos locales de la red eléctrica, pasando por mediadores meteorológicos concretos, lo que proporciona una base para la predicción estacional de la tasa de averías.

Hacia dónde puede avanzar

Vale la pena probar

  • Comprobar si la predicción de La Niña mediante una red neuronal de grafos mejora la estimación del número de cortes en comparación con el uso del índice observado.
  • Aplicar su metodología a otras regiones donde El Niño tenga una influencia marcada, por ejemplo, Eurasia, utilizando datos de calor.
  • Investigar el efecto conjunto de El Niño y la infraestructura urbana, por ejemplo, cómo interactúan el suministro de agua y la red eléctrica durante las anomalías.

Por qué puede importar

Esta relación brinda a las redes eléctricas una herramienta de alerta temprana: conociendo la fase de El Niño, se puede preparar con antelación una mayor tasa de averías en regiones concretas, algo especialmente importante ante el aumento de fenómenos meteorológicos extremos.

En la primavera de 2018, una tormenta en California trajo fuertes nevadas y frío, dejando sin electricidad a 10 898 consumidores y causando una pérdida de 38 MW de demanda. Y en marzo de 2023, una serie de tornados con precipitaciones extremas dejó sin suministro a cerca de un millón de consumidores en más de diez estados.

x(t) = a + bt + \epsilon(t)
La serie original se descompone en una tendencia y un residuo aleatorio
x'(m,n) = \hat{x}(m,n) - \frac{1}{24}\sum_{n=1}^{24}\hat{x}(m,n)
Desviación de la media para un mes dado durante 24 años
R = \frac{\sum_{t=1}^{T-k}[\tilde{x}(t+k)-\bar{x}][\tilde{y}(t)-\bar{y}]}{\sqrt{\sum_{t=1}^{T}[\tilde{x}(t)-\bar{x}]^2\sum_{t=1}^{T}[\tilde{y}(t)-\bar{y}]^2}}
Mide la relación entre dos series cuando una se desplaza k meses respecto a la otra

Cifras clave

  • aumento de cortes por calor hacia 2081–2100 (SSP 5-8.5): 25.9 veces
  • aumento de cortes por calor hacia 2041–2060 (SSP 5-8.5): 11 veces
  • correlación entre intensidad de La Niña y cortes en todo EE. UU.: -0.68
  • proporción de causas meteorológicas en grandes cortes de EE. UU. 2000–2021: 83%
  • aumento del número medio anual de cortes 2011–2021 frente a 2000–2010: 78%
Conceptos
ENSO La Niña spring predictability barrier El Niño-Southern Oscillation Southern Oscillation recharge oscillator model El Niño Multivariate ENSO Index Jin-Timmermann model NOAA CPC ERSST Westerly wind burst TAO/TRITON moorings equatorial wave propagation seasonal cycle seasonal forcing Indian Ocean capacitor effect interannual variability Warm water volume North Equatorial Countercurrent