Como ter uma rede elétrica totalmente renovável

Como ter uma rede elétrica totalmente renovável
Uma rede totalmente renovável significará mais eletricidade e mais linhas de transmissão. Russ Allison Loar / flickr, CC BY-NC-ND

A principal solução para mudança climática é bem conhecido - pare de queimar combustíveis fósseis. Como fazer isso é mais complicado, mas como um estudioso que faz modelagem de energia, eu e outros vemos os contornos de um futuro pós-combustível fóssil: fazer eletricidade com fontes renováveis ​​e eletrificar quase tudo.

Isso significa operar veículos e trens com eletricidade, aquecer edifícios com eletricidade bombas de caloreletrizante aplicações industriais como a produção de aço e o uso de eletricidade renovável para hidrogênio (semelhante ao gás natural) para outros requisitos. Portanto, o foco está em alimentar a rede elétrica com fontes renováveis.

Há um debate, porém, sobre se sistemas de eletricidade totalmente renováveis ​​são factível e com que rapidez a transição pode ser feita. Argumento aqui que a viabilidade é clara, portanto apenas a questão da transição é relevante.

Tecnologias conhecidas

Como ter uma grade elétrica totalmente renovávelComo ter uma grade elétrica totalmente renovável
Um parque eólico no Texas. Texas obteve cerca de 15% de sua eletricidade do vento em 2017.
Draxis / flickr, CC BY-ND

Minha pesquisa se concentra no economia de energia renovável. Para demonstrar a viabilidade e estimar o custo dos sistemas de eletricidade renovável, os pesquisadores usam modelos de computador que calculam a produção potencial de diferentes tecnologias a cada momento, com base nas mudanças nas condições climáticas. Um modelo revela qual combinação de fontes de eletricidade e sistemas de armazenamento de energia tem o menor custo, sempre atendendo à demanda.

Muitos estudos demonstram que redes elétricas totalmente renováveis ​​são viáveis ​​no Estados Unidos, Europa, Australia e em outro lugar. Meus colegas e eu recentemente concluímos um estudo em pequena escala sobre a nação insular de Maurício. As ilhas são atraentes locais para transições renováveis ​​iniciais devido à sua pequena escala, relativa simplicidade e dependência de combustíveis importados.

Há um certo número de maneiras de produzir eletricidade renovável: hidrelétrica, eólica, solar fotovoltaica, geotérmica e queima de diversas formas de biomassa (matéria vegetal), além de melhorando a eficiência usar menos energia. Estas são tecnologias maduras com custos conhecidos.

Outras possibilidades incluem onda, maré e concentrando a energia solar, onde os refletores focam os raios solares na produção de energia. Embora elas possam ser usadas no futuro, a necessidade de lidar com as mudanças climáticas é urgente e, na minha opinião, as tecnologias maduras são suficientes.

Opiniões sobre energia nuclear corra forte, o que é outra conversa. Mas modelos mostram que os Estados Unidos não precisam de energia nuclear para aposentar combustíveis fósseis.

A grade do futuro

Os sistemas de energia renovável são específicos do local: o melhor sistema depende dos recursos de um local (está ventando?), Do seu padrão temporal (com que frequência não está ventando?) E da disponibilidade de fontes complementares (existe energia hidrelétrica para backup?). Apesar dessa sensibilidade de localização, estudos em locais diferentes estão encontrando resultados semelhantes.

Ter uma diversidade de fontes renováveis ​​pode reduzir custos. Em particular, a energia solar e eólica são complementar se a estação ensolarada não é a estação ventosa; os modelos acham que uma combinação de ambos é tipicamente menos dispendiosa do que qualquer um sozinho.

Para a maioria das tecnologias, escala maior reduz custos. Por exemplo, nos Estados Unidos, as fazendas solares em larga escala podem ser mais de 1,000 vezes maiores que os sistemas residenciais de cobertura e cerca de metade do custo. Para minimizar os custos, construímos grandes sistemas.

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A construção de projetos de energia renovável em larga escala, como esta usina solar 550-megawatt no deserto de Mojave, na Califórnia, leva a custos mais baixos de energia produzida.
Departamento do Interior dos EUA, CC BY-SA

Como as condições solares e eólicas variam de acordo com a paisagem, o sistema os custos caem à medida que a área de produção cresce, então precisa haver um rede elétrica robusta mover eletricidade de locais onde há suprimento para locais de demanda. Também precisamos de mais eletricidade para aplicações como transporte que atualmente usam combustíveis fósseis. Isso significa que a grade deve crescer.

Estudos mostram que a operação de uma rede elétrica com energia renovável variável incluem não usar, ou despejar, alguma energia às vezes, uma estratégia que reduz os custos em comparação com o armazenamento sempre excedente de energia.

Ainda assim, alguma forma de armazenamento de eletricidade é preciso. As baterias funcionam bem para suavizar flutuações de curto prazo, mas para armazenar energia por muitas horas ou dias, armazenamento hidrelétrico bombeado é menos caro. A usina hidrelétrica bombeada usa qualquer energia extra na rede para bombear a subida da água e, quando é necessária energia, a água volta a correr para gerar energia em uma turbina. Os Estados Unidos têm alguns exemplos existentes e muitos locais viáveis. Com a expansão da grade, o armazenamento pode estar localizado à distância dos usuários.

A hidroeletricidade e a energia de biomassa estão disponíveis sob demanda, portanto, tê-las em uma rede elétrica renovável reduz a necessidade de armazenamento de energia e reduz os custos. Ambos têm efeitos ambientais que devem ser gerenciados.

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Administração de Informação de Energia dos EUA, CC BY

A energia hidrelétrica pode alterar os ecossistemas locais. Queimando biomassa emite dióxido de carbono, mas um estudo em que trabalhei mostra que as emissões de biomassa são reversíveis e são claramente preferíveis ao carbono do que as emissões de combustíveis fósseis. A sustentabilidade também depende criticamente do manejo de campos e florestas de biomassa; o histórico humano neste não foi estelar.

Os sistemas de energia renovável requerem terra. UMA Estudo dos EUA mostra que o fornecimento de toda a eletricidade a partir do vento, da água e da energia solar exigiria 0.42% da área terrestre, mais 1.6% da área terrestre para o espaço entre as turbinas eólicas. A energia da biomassa requer muito mais terra do que a energia eólica ou solar; portanto, a biomassa deve ser uma pequena parte da solução de energia renovável.

Barreiras reais são políticas e culturais

Uma futura rede de eletricidade renovável com eletrificação associada pode ou não reduzir custos de energia. Mas evitar os piores efeitos das mudanças climáticas significa abandonar os combustíveis fósseis, economizando ou não isso. Ainda assim, a transição renovável será mais rápida e politicamente mais fácil se for menos dispendiosa.

In Maurício, nosso estudo considera que os custos de eletricidade renovável são semelhantes aos custos atuais, com base nos custos atuais de capital para energia renovável. Alguns estudos também consideramos que os custos da eletricidade renovável futura serão mais baixos do que os atuais custos com combustíveis fósseis, no provável evento de que os custos caiam à medida que construímos mais sistemas de energia renovável e melhoramos com isso.

E é isso, de uma perspectiva técnica. Uma combinação de fontes renováveis ​​e armazenamento de energia - a combinação específica dependendo das condições e preferências locais - pode fornecer toda a eletricidade necessária a um preço acessível e reduzir a poluição do ar.

Mas são necessárias políticas governamentais para fazer a transição para as energias renováveis. A mudança climática é um custo externo - suportado pela sociedade e não pelos produtores de energia -, portanto, somente as forças do mercado não farão a transição. Além de colocar um preço no carbono (talvez com dividendos devolvidos ao público), o governo poderia facilitar a construção da infraestrutura necessária. E é necessário apoio público: por exemplo, a aceitação pública de linhas de transmissão para mover eletricidade das ventosas Grandes Planícies para os centros das cidades é outro desafio para uma rede totalmente renovável.

Um projeto na escala de transformação do sistema energético criar empregos - muitos empregos - que talvez seja a medida econômica de maior importância para os cidadãos.

Pesquisas feitas por mim e por outros mostram que redes elétricas totalmente renováveis ​​são viáveis ​​com a tecnologia atual a preços atuais; as barreiras ao uso de eletricidade renovável são mais políticas e culturais do que tecnológicas ou econômicas.

Sobre o autor

David Timmons, Professor Associado de Economia, Universidade de Massachusetts Boston

Este artigo foi republicado a partir de A Conversação sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.

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