Estados Unidos tiene múltiples planes para expandir y modernizar su red eléctrica. Incluyen construir más granjas solares y eólicas, agregar plantas de energía de carbón y gas natural, y suministrar electricidad a centros de datos que procesan cargas de trabajo de inteligencia artificial.

Todos esos esfuerzos dependen de un tipo de equipo cuyo diseño básico se remonta a fines del siglo XIX: el gran transformador de potencia. Comprender por qué esta única categoría de equipo se ha convertido en un punto crítico ayuda a explicar los largos plazos de entrega y los costos crecientes que hoy atraviesan esos planes.

Estas enormes estructuras metálicas pueden ser del tamaño aproximado de una casa de dos pisos y pesar hasta 400 toneladas, cerca del peso de un Boeing 747 completamente cargado. Convierten los altos voltajes utilizados para transmitir electricidad a largas distancias en voltajes más bajos que hogares y empresas pueden usar. Aunque el equipo fue inventado hace unos 150 años, los grandes transformadores de potencia todavía se fabrican en gran parte según el mismo enfoque básico.

Muchos transformadores en funcionamiento en Estados Unidos y en otras partes son más antiguos que su vida útil prevista. Al mismo tiempo, no hay suficientes reemplazos para satisfacer la demanda mundial. Completar y entregar un pedido puede tardar más de tres años.

Los transformadores mueven electricidad de manera eficiente

Los grandes transformadores de potencia son esenciales para transportar electricidad a largas distancias. Las plantas de energía —incluidas las instalaciones de carbón y gas, las represas hidroeléctricas y las granjas solares y eólicas— a menudo están lejos de los clientes que usan la electricidad que producen.

La electricidad que circula por los cables de transmisión genera calor. A lo largo de grandes distancias, ese calor puede reducir significativamente la cantidad de energía que llega a destino. Por eso las empresas eléctricas usan grandes transformadores para elevar el voltaje y reducir las pérdidas de transmisión. El proceso puede compararse con cargar mercancía en camiones grandes que viajan por autopistas interestatales: los camiones mueven más energía de manera más eficiente que vehículos más pequeños en carreteras menores.

Sin embargo, la electricidad de alto voltaje no puede usarse directamente en hogares y empresas, del mismo modo que un tráiler a velocidad de autopista no puede entrar a la entrada de una casa. Cuando la electricidad llega a una zona donde hay clientes, otro gran transformador reduce el voltaje a niveles utilizables. Las líneas de distribución de menor voltaje luego llevan la electricidad el tramo restante hasta hogares y empresas.

De 2019 a 2025, la demanda de transformadores elevadores —los que conectan plantas de energía a la red de transmisión— casi se triplicó. En el mismo período, la demanda de transformadores que funcionan como esas «rampas de salida» de menor voltaje se más que duplicó, mientras sus costos subieron 80%. En términos prácticos, las plantas de energía en el centro de los planes de expansión de la red —nucleares, de combustibles fósiles, solares y eólicas— dependen todas del mismo grupo limitado de equipos fabricados a medida.

Estas unidades no se producen en masa en líneas de ensamblaje totalmente automatizadas. Cada una se diseña a medida según los requisitos de su destino. Si un transformador especializado falla durante una tormenta extrema o una ola de calor, generalmente no hay un reemplazo esperando en algún almacén.

Materiales especializados limitan la producción

Los materiales usados para construir los transformadores son una fuente importante del retraso. Un componente crítico es el acero eléctrico de grano orientado, un producto especializado distinto del acero común.

Los fabricantes usan procesos térmicos y mecánicos precisos para alinear los cristales magnéticos del acero en una sola dirección. Esa alineación permite que los campos magnéticos atraviesen el material con pérdidas de energía relativamente bajas, una propiedad importante al manejar grandes cantidades de electricidad. Solo un número reducido de plantas siderúrgicas especializadas en el mundo puede producir el material, y solo una de ellas está en Estados Unidos. Eso deja la producción de transformadores en EE. UU. dependiente de una única planta nacional para el material central del producto.

El cobre también escasea. Se transforma en cables que se enrollan alrededor del núcleo del transformador, que suele ser de acero, para lograr el ajuste de voltaje requerido.

Una alternativa crea otro cuello de botella

Debido a la escasez de transformadores, las empresas eléctricas y los productores de energía pueden esperar más de dos años por el equipo necesario para conectar una nueva planta a la red. El retraso aplica a plantas nucleares, de combustibles fósiles, solares o eólicas.

Para evitar esperar una conexión a la red, las empresas que operan centros de datos para sistemas de inteligencia artificial han buscado evitar la red por completo instalando plantas de gas natural dedicadas en el propio sitio.

Esa alternativa ha creado un problema separado de cadena de suministro. Las turbinas de gas operan a temperaturas superiores a 2,000 grados Fahrenheit (1,100 C), suficientes para derretir el acero estándar. Las palas de las turbinas se fabrican mediante un proceso complejo con combinaciones de metales altamente especializadas y se recubren con escudos cerámicos de calor.

A medida que las empresas de tecnología han realizado pedidos más grandes y numerosos, el tiempo entre ordenar una turbina de gas y recibirla se ha extendido a entre tres y siete años. Se espera que los precios de las turbinas en 2027 sean casi el triple de los niveles de 2019 debido a la mayor demanda y la continua escasez de materiales especializados. Ese plazo es más largo que la espera de conexión a la red que las plantas en el sitio buscaban evitar.

Posibles respuestas

Una cadena de suministro desarrollada en el siglo XIX lucha por servir de manera confiable a una economía del siglo XXI. Los grandes transformadores de potencia también son necesarios para modernizar la red existente y reducir su vulnerabilidad a tormentas mayores y apagones prolongados.

Las soluciones potenciales son concretas pero complejas. La Agencia de Ciberseguridad y Seguridad de Infraestructura de EE. UU. ha recomendado estandarizar los diseños de transformadores en lugar de construir cada unidad desde cero. La estandarización podría ayudar a los fabricantes a producir más unidades más rápido mediante un proceso tipo línea de ensamblaje. También facilitaría que las empresas eléctricas compartan transformadores de repuesto para emergencias. El informe de la agencia está disponible en CISA.

El Departamento de Energía de EE. UU. ha recomendado desplegar tecnologías conocidas colectivamente como «tecnologías de mejora de la red». Estas incluyen sensores que miden en tiempo real cuánta electricidad puede circular por las líneas de transmisión de larga distancia, así como software avanzado que identifica rutas alternativas para distribuir electricidad desde las plantas y maximizar la potencia disponible para los clientes. Según el departamento, estos sistemas pueden permitir transmitir entre 15% y 20% más electricidad de lo habitual, aliviando los cuellos de botella mientras las empresas esperan nuevos transformadores. La información del departamento está disponible en DOE.

A más largo plazo, Estados Unidos podría producir más acero eléctrico de grano orientado, procesar más cobre y expandir su capacidad nacional para fabricar grandes transformadores de potencia. Si se adoptan diseños estandarizados, se despliegan tecnologías de mejora de la red en las líneas existentes y se construye nueva capacidad nacional determinará cuánto durará la espera por este equipo.

Cada esfuerzo por adaptar, mejorar, expandir y modernizar la red eléctrica depende de este equipo. Sin grandes transformadores de potencia, esos esfuerzos enfrentarán límites significativos. Por ello, los responsables de políticas y los líderes de la industria enfrentan una elección: abordar la escasez de hardware o aceptar la congestión de la red resultante, los proyectos retrasados y los costos más altos.

Resolver el cuello de botella de los transformadores convertiría esas restricciones de un resultado por defecto en un problema que puede abordarse mediante decisiones deliberadas.

Jasmine Garland es Chancellors Postdoctoral Fellow en Ingeniería Civil, Ambiental y Arquitectónica en la Universidad de Colorado Boulder.

Este artículo fue republicado de The Conversation bajo una licencia Creative Commons. El artículo original está disponible en The Conversation.

Esta historia fue publicada originalmente en Fortune.com.