Descripción general de las fuentes de generación de EE. UU., La red eléctrica y las emisiones de vehículos en 2018. Una distribución geográfica de las unidades de generación codificadas de color de acuerdo con los tipos de fuente de energía primaria en las tres interconexiones del sistema de energía estadounidense (incluidas las extensiones hacia el sur de Canadá). B gráficos de dispersión (ejes izquierdo) e histogramas (ejes derecho) de la capacidad de las unidades de generación versus las tasas de emisión, donde el código de color es el mismo que en (A). La línea discontinua marca la tasa de emisión promedio, que es 364, 475 y 547 T por GWH para las interconexiones occidentales, de Texas y orientales, respectivamente. C Grid de alimentación de EE. UU. Contigua, representada como una compleja red multicapa de líneas eléctricas que funcionan a diferentes niveles de voltaje. D Distribución a nivel del condado de las emisiones de CO2 de vehículos automotores, estimada a partir del consumo de combustible estatal informado en las estadísticas de carreteras. Esta estimación se deduce de la distribución de emisiones a nivel estatal en proporción a la población de cada condado. Nature Communications (2025). Doi: 10.1038/s41467-025-61976-8
Incluso si hay suficiente energía renovable disponible, simplemente cambiar de automóviles con gasolina a vehículos eléctricos (EV) no será suficiente para combatir el cambio climático, a menos que Estados Unidos también actualice su red de transmisión, descubre un nuevo estudio de la Universidad del Noroeste.
Si cada vehículo con gasolina en los Estados Unidos fuera reemplazado por un EV, las limitaciones de transmisión evitarían que la electricidad más limpia disponible alcance muchas ubicaciones de carga. Esta “congestión de la cuadrícula” obligaría a una mayor dependencia de las centrales de energía de combustible fósil cercano, que subrayan los beneficios de emisiones de la electrificación.
Después de identificar el problema, el estudio también recomienda un conjunto modesto de actualizaciones de red de transmisión específicas para aliviar la congestión y desbloquear el potencial de reducción de emisiones total de la adopción de EV.
El estudio es publicado En la revista Nature Communications.
“Incluso si Estados Unidos adopta completamente los EV y genera suficiente electricidad renovable para cargarlos, aún no será suficiente”, dijo Adilson Motter de Northwestern, quien dirigió el estudio. “Descubrimos que el factor limitante para que los automóviles funcionen con energía limpia tienen menos que ver con la disponibilidad de energía renovable y más que ver con la capacidad de transmitir esa energía desde los sitios de generación hasta donde se necesita. Las líneas eléctricas están congestionadas y eso conduce a las emisiones de CO2 inducidas por congestión”.
Experto en sistemas complejos, Motter es la profesora de física de Charles E. y Emma H. Morrison en la Facultad de Artes y Ciencias de Weinberg de Northwestern y el Director del Centro de Dinámica de Networks. Motter realizó la investigación con Chao Duan, ex profesor asistente de investigación en Northwestern.
La cuadrícula se interpone en el camino
Al igual que un sistema de carreteras, la red eléctrica es una vasta infraestructura que transmite electricidad a través de los EE. UU. Después de generarse en las plantas, la electricidad viaja largas distancias a través de líneas de transmisión de alto voltaje que abarcan estados y regiones enteras. Luego alcanza las subestaciones, donde se reduce su voltaje. El poder luego fluye a través de líneas de distribución a casas, empresas y estaciones de carga EV.
Actualización óptima de la red de EE. UU. En relación con el escenario de 2018. Una mejora de capacidad mínima de la red de transmisión de EE. UU. Para eliminar las emisiones de CO2 inducidas por la congestión que supone una integración EV del 100%. Las marcas azules actualizan las líneas de transmisión, con el gradiente de color que indica el aumento de la capacidad como porcentaje de la capacidad existente. Las otras líneas de transmisión (rojo) no requieren actualización. La capacidad final de cada línea está codificada por el ancho de la línea. B Las emisiones de CO2 inducidas por la congestión en los EE. UU. En función de la actualización de la capacidad de transmisión medida como un porcentaje de la capacidad existente. En ambos paneles, solo consideramos las líneas de transmisión con niveles de voltaje superiores a 200 kV. Crédito: Nature Communications (2025). Doi: 10.1038/s41467-025-61976-8
Para analizar el viaje de la electricidad a través de líneas eléctricas, los investigadores combinaron datos sobre el uso del vehículo y la infraestructura de la red eléctrica. Utilizando modelos de computadora avanzados, el equipo simuló el flujo de electricidad en los EE. UU. Bajo diferentes niveles de electrificación del vehículo y generación de energía renovable.
En cada escenario con alta adopción EV, la congestión de la red surgió como un cuello de botella crítico.
A medida que aumenta la adopción de EV, también lo hace la demanda de electricidad, especialmente en las zonas urbanas. Pero las fuentes de energía renovables como el viento y la energía solar generalmente se encuentran lejos de las ciudades, como los parques eólicos rurales o las matrices solares en el desierto. Si bien la energía limpia está disponible, la capacidad de transmisión a menudo es demasiado limitada para entregarla donde se necesita, incluidas las estaciones de carga EV. Como resultado, la cuadrícula extrae la electricidad de las plantas más cercanas, pero más contaminantes, que generan electricidad al quemar carbón, petróleo y gas.
En la simulación más ambiciosa del estudio, los científicos convirtieron toda la flota de vehículos estadounidenses en electricidad. Si la red tuviera una capacidad de transmisión adecuada, este cambio podría eliminar casi todas las emisiones de CO2 relacionadas con el vehículo una vez que la energía renovable coincida con la generación de energía no renovable. Pero, con las limitaciones de la cuadrícula actuales, se perdería un tercio de esos ahorros potenciales de emisiones.
“El cronograma de carga de los EV se puede optimizar para alinearse con la generación renovable intermitente”, dijo Motter. “Pero incluso con la carga inteligente, el uso eficiente de la energía limpia aún depende de tener suficiente capacidad de transmisión para entregarla donde sea necesario”.
Actualizaciones inteligentes y específicas
Para abordar este cuello de botella, los investigadores calcularon cuánta capacidad de transmisión adicional se necesitaría. Descubrieron que aumentar la capacidad de transmisión de la red existente en tan solo 3 a 13% reduciría significativamente la congestión. Esto podría implicar construir nuevas líneas de alto voltaje o expandir las existentes, habilitando una potencia más limpia de las granjas eólicas y solares remotas para llegar a las ciudades y suburbios donde la demanda de carga EV es más alta.
Motter enfatiza que toda la cuadrícula no necesita ser reconstruida. En cambio, recomienda actualizaciones específicas en áreas donde es más probable que ocurra la congestión. La red estadounidense se divide en tres regiones en gran medida independientes, oriental, occidental y Texas, con una capacidad limitada para transferir el poder entre ellas. Las conexiones y la coordinación mejoradas entre las regiones ayudarían a la energía limpia a alcanzar las áreas que más lo necesitan.
“Las redes eléctricas comenzaron como redes locales, donde el consumo era cerca de la generación”, dijo Motter. “Con el tiempo, se convirtieron en sistemas nacionales, incluso en todo el continente.
Más información: Chao Duan et al, Grid Congestion Stymies Climies beneficio de la electrificación del vehículo de los Estados Unidos, Nature Communications (2025). Dos: 10.1038/s41467-025-61976-8
Proporcionado por la Universidad Northwestern
Cita: La energía limpia está aquí, pero llevarlo a vehículos eléctricos no está (2025, 6 de agosto) recuperado el 6 de agosto de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-08-energy-electric-wicles.html
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