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Stiamo facendo un ottimo lavoro nel creare energia rinnovabile, ma non abbiamo l'infrastruttura per utilizzarla effettivamente

2021

La scorsa settimana, alcune rare notizie ambientali positive hanno raggiunto l'opinione pubblica: quasi la metà di tutta la nuova generazione di energia elettrica su larga scala installata lo scorso anno utilizza fonti di energia rinnovabile, secondo l'Energy Information Administration. L'agenzia governativa riferisce che dei 25 gigawatt totali di capacità installati nel 2017, circa 12 gigawatt di tale quantità provenivano da energia pulita, oltre a 3, 5 gigawatt supplementari di energia solare su piccola scala, come i pannelli sul tetto.

Questo rapporto segue in parallelo con un altro buon aggiornamento energetico: quasi tutte le centrali elettriche chiuse lo scorso anno hanno utilizzato i combustibili fossili come fonte di energia. E la maggior parte di quegli impianti utilizzava carbone, ampiamente riconosciuto come il tipo di combustibile ad alta intensità di carbonio. E la buona notizia continua a scorrere. Dovremmo aspettarci che questa tendenza continui, dal momento che l'agenzia riferisce che le società elettriche prevedono di ritirare quasi 10 gigawatt di carbone nel 2018.

Quindi un sacco di buona energia pulita ci sta arrivando. Ma siamo pronti per questo? Senza la giusta infrastruttura, sostengono molti esperti, potremmo non essere in grado di catturare e trasportare tutta l'energia che queste nuove installazioni sono in grado di fornire.

La radice del problema sta nel modo in cui riceviamo energia pulita. A differenza delle centrali a combustibile fossile, l'energia eolica e solare sono fonti intermittenti di energia. Se il vento non soffia abbastanza forte o ci sono troppe nuvole (o un'eclissi solare), la fornitura di elettricità potrebbe non soddisfare la domanda. All'estremità opposta, se ci sono venti forti o luce solare persistente, l'offerta potrebbe superare la capacità di catturarla e utilizzarla.

Un problema che i ricercatori stanno cercando di risolvere è quello che è noto come riduzione. Questo si verifica quando l'approvvigionamento di energia rinnovabile è così grande (forse da una serie di giorni super soleggiati) che l'offerta supera la capacità delle linee di trasmissione che trasportano elettricità da un centrale elettrica ai tuoi punti vendita.

"Possiamo accontentarci dell'infrastruttura di trasmissione che abbiamo per ora, ma l'infrastruttura esistente non è stata costruita considerando il mutevole panorama energetico, afferma Jennie Jorgenson, una delle autrici di uno studio del 2017 sulla riduzione del vento dal National Renewable Energy Laboratory.

Nel rapporto, i ricercatori di NREL hanno modellato uno scenario in cui l'energia eolica ha fornito il 37 percento dell'elettricità necessaria negli Stati Uniti occidentali e hanno analizzato la fattibilità dell'aumento del consumo di energia eolica. (La stima più recente del 2016 pone il consumo nazionale di energia eolica al 5, 5 per cento.) "Non abbiamo identificato alcun problema di affidabilità con questo così tanto vento sul sistema Jorgenson afferma." Ma senza un'espansione della capacità di trasmissione, abbiamo osservato elevate quantità di riduzione del vento "Ciò significa che l'energia eolica prodotta non sta realmente andando da nessuna parte. Può essenzialmente" sprecare energia rinnovabile poiché l'energia deve provenire invece dai combustibili fossili.

Per tentare di affrontare i problemi di riduzione in Texas, che ha installato la più grande capacità di generazione di energia eolica di qualsiasi stato, la Commissione di pubblica utilità ha costruito alcuni anni fa un sistema di linee di trasmissione da $ 7 miliardi. Conosciuta come la Zona competitiva per le energie rinnovabili (CREZ), si estende per 3.600 miglia dal ventoso ovest alle regioni più orientate e centrali dello stato, trasportando energia elettrica sufficiente per servire circa 1.700 case.

"Non avremmo tanta energia eolica in Texas se non sviluppassimo CREZ, afferma Joshua Rhodes, ricercatore post-dottorato di ricerca presso l'Università del Texas presso l'Energy Institute di Austin. Ma allo stesso tempo, osserva Rhodes, il il sistema era tutt'altro che perfetto fin dall'inizio: l'infrastruttura di trasmissione non riusciva a tenere il passo con l'energia prodotta dai nuovi parchi eolici in tutto lo stato. Le linee di trasmissione erano a piena capacità non molto tempo dopo il completamento del progetto (anche se era solo tardi notte, quando il vento soffia più forte e produce più elettricità.)

Ma Rhodes nota una possibile soluzione al problema. "Durante le calde giornate estive in cui il vento non soffia, c'è molto sole che colpisce il terreno", dice. “In estate c'è molto spazio su quelle linee di trasmissione per l'alimentazione del solare. Hanno profili di produzione complementari, quindi lo rendiamo solare di giorno e vento di notte: non producono molto allo stesso tempo molto spesso. "

Questa infrastruttura CREZ a doppio funzionamento potrebbe rivelarsi incredibilmente utile. L'energia solare nello stato sta crescendo rapidamente, si prevede che crescerà di quasi 5.000 megawatt nei prossimi cinque anni, secondo la Solar Energy Industries Association. A livello nazionale, nuove tecnologie come le simulazioni dinamiche della rete elettrica hanno contribuito ad aumentare i tassi di utilizzo di energia rinnovabile adattandosi all'offerta e alla domanda durante il giorno.

Ma manca un altro elemento infrastrutturale: dispositivi di archiviazione economici. "La cosa reale che consentirebbe una generazione molto più rinnovabile sulla stessa quantità di trasmissione sarebbe lo stoccaggio della batteria a basso costo", afferma Rhodes. "Quindi puoi inviare energia lungo le linee ogni volta che il vento e il solare lo stanno producendo, e quando non lo sono, puoi scaricare le batterie."

L'archiviazione su larga scala della batteria è una delle soluzioni di archiviazione più recenti. E, sostengono i ricercatori, è una soluzione molto più plausibile rispetto ad altre soluzioni di accumulo di energia pulita del passato. Ad esempio, lo stoccaggio idroelettrico pompato esiste dai primi del 20 ° secolo, ma non è riuscito a dimostrarsi funzionale o economico. In questo tipo di stoccaggio, utilizzando l'elettricità in eccesso proveniente da una turbina, l'acqua viene pompata da un serbatoio a bassa quota e immagazzinata a una più alta. Quando l'acqua scorre indietro attraverso una turbina, genera elettricità.

"La sfida è che hai bisogno di un certo tipo di sito geografico", afferma David Hart, direttore del Center for Science, Technology and Innovation Policy presso la George Mason University. Aggiungete a ciò le preoccupazioni ambientali e il lungo processo che consente di costruire un impianto idroelettrico, e diventa più difficile costruire nuove strutture.

Le batterie sono anche più flessibili, afferma Hart. Per uno, possono fungere da fonte di backup affidabile. In caso di mancanza di corrente, è possibile accendere rapidamente una batteria per compensare. Il mese scorso, in Australia, una gigantesca batteria agli ioni di litio costruita da Tesla ha contribuito a ripristinare la potenza della rete del Paese in una frazione di secondo dopo un inatteso guasto in una centrale elettrica. Le batterie possono anche immagazzinare energia extra. Se c'è energia in eccesso durante il picco del vento o della produzione solare, una batteria può accumulare tutta quell'energia per un uso futuro. In questo modo, una batteria agisce essenzialmente come utente finale di energia e come centrale elettrica.

Ma in questo momento, questo tipo di doppia funzionalità non si adatta al modo in cui sono installati gli attuali sistemi di reti energetiche, afferma Hart. Sei l'uno o l'altro (un utente finale o una centrale elettrica) e una batteria è entrambi.

In assenza di qualsiasi politica nazionale sul clima e le energie rinnovabili negli Stati Uniti, la buona notizia è che il prezzo della tecnologia di stoccaggio sta calando, rendendola una soluzione economicamente più fattibile. Le batterie su scala di rete utilizzano la stessa tecnologia della batteria che troverai in un veicolo elettrico, beneficiando delle stesse economie di scala. "Più veicoli elettrici hai, più basso è il prezzo delle batterie", afferma Hart.

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