Escola antiga: Grande parte da usina e da rede de transmissão em que dependemos existe há décadas. andrewfhart / flickr, CC BY-SA
A rede elétrica é um incrível sistema integrado de máquinas que abrange todo um continente. A Academia Nacional de Engenharia chamou isso de um dos maiores realizações de engenharia do século 20th. 
Mas também é caro. Pela minha análise, o valor atual (depreciado) da rede elétrica dos EUA, compreendendo usinas de energia, fios, transformadores e postes, é de aproximadamente US $ 1.5 para US $ 2 trilhões. Para substituí-lo custaria quase $ 5 trilhões.
Isso significa que a infra-estrutura elétrica dos Estados Unidos, que já contém trilhões de dólares de capital irrecuperável, logo precisará de investimentos significativos para manter as coisas como estão. Uma usina de energia construída durante a rápida expansão do setor de energia nas décadas que se seguiram à Segunda Guerra Mundial tem agora 40 anos ou mais, há muito paga, e provavelmente precisa ser substituída. Na verdade, a Sociedade Americana de Engenheiros Civis acabou de dar toda a infra-estrutura de energia mal passando nota de D +.
O atual governo prometeu investir pesadamente em infraestrutura, o que levanta várias questões em relação ao sistema elétrico: como deve ser a rede energética do futuro? Como alcançamos um suprimento de energia de baixo carbono? Quanto vai custar?
A infra-estrutura parece ser um problema que pode reunir o apoio de ambos os lados do corredor. Mas, para tomar boas decisões sobre gastos, primeiro precisamos entender o valor da grade existente.
Estado atual da transição
A rede elétrica tem a intenção de durar décadas, mas poucas pessoas percebem que todo o sistema deve equilibrar a oferta e a demanda em prazos tão curtos quanto um segundo. Cada watt de energia elétrica para iluminação de casas, laptops operacionais ou aparelhos de ar-condicionado são gerados ao mesmo tempo em locais diferentes, principalmente pela queima de combustíveis que giram ímãs em geradores. Essencialmente, não há armazenamento de eletricidade na rede; em vez disso, a maior parte da energia é armazenada em combustíveis - carvão, gás natural, produtos nucleares e água atrás de barragens, esperando que o comando seja convertido em eletricidade em tempo real.
Localização e status depreciado de todas as usinas de energia dos EUA. Joshua Rhodes, dados EIA Form 860.
Nos últimos anos, onde temos o nosso poder mudou drasticamente. Os geradores mais antigos são grandes usinas elétricas, com muitos localizados na parte leste dos EUA. Os acréscimos mais recentes têm sido menores e mais dispersos - pense em painéis solares no telhado ou parques eólicos. Alguns especialistas chegaram a dizer que esse modelo de geração mais distribuída mais próximo de onde a energia é consumida - ao longo da borda da rede, em vez de centrais elétricas centrais - é o nova norma.
No futuro, podemos construir a grade da mesma forma que fizemos antes ou podemos investir em novas tecnologias que podem trazer o mesmo serviço, mas menor custo.
E como poderíamos torná-lo mais limpo? Algumas pessoas acham que a grade pode funcionar completamente em fontes de energia renováveis. Outros dizem que a melhor maneira de "descarbonizar", ou reduzir as emissões de carbono, para o sistema de energia como um todo é eletrificação generalizada da setores industriais e de transporte.
Mas, para responder a quanto essas transições custariam, precisamos saber: O que a rede atual custa? Quanto vale todo o concreto, aço, silício, etc. que já instalamos no solo? Para ajudar a informar os formuladores de políticas e planejadores a lidar com sua visão do futuro, comecei a responder a essa pergunta.
O que compõe a grade?
Para este exercício, limitei a grade às seguintes partes:
- Usinas eléctricas
- Linhas de transmissão de alta e baixa tensão, que transportam energia por longas distâncias
- Linhas de distribuição, que trazem energia diretamente aos prédios ou outros terminais
- Subestações para roteamento de energia na rede de transmissão
- Subestações na rede de distribuição
- Transformadores que alteram as tensões na rede de distribuição
Esse cálculo exclui os componentes adicionais e necessários da rede, como o fio elétrico dentro de sua casa, os medidores nos painéis elétricos de casas e edifícios e os dispositivos de uso final que consomem a eletricidade.
Através de uma variedade de relatórios públicos e usando estimativas atualizadas para novas construções e abordagens padrão para estimar a depreciação, quantificamos o valor dos ativos do país para geração, transmissão e distribuição de energia.
A capacidade total dessas usinas é de cerca de 1.15 terawatts. Essa é a capacidade de geração de reatores nucleares 1,000 (os EUA atualmente têm cerca de 100). Como você pode imaginar, isso seria caro para substituir. Somente para usinas de energia, o valor de reposição é de quase $ 2.7 trilhões, e o valor depreciado, ou o valor atual bruto, é de quase $ 1 trilhões. No geral, o desdobramento do valor é de aproximadamente 56 por cento de usina, 9 por cento do sistema de transmissão e 35 por cento do sistema de distribuição.
Desdobramento do valor de reposição e depreciação da infraestrutura elétrica dos EUA. Muitas das fontes de dados subjacentes, inclusive do EIA, são as mesmas utilizadas recentemente no estudo de custo total de eletricidade do Instituto de Energia UT-Austin. Usamos um cronograma simplificado de depreciação linear que termina em um valor de sucata de 15 por cento do custo inicial no final de sua vida útil esperada. Joshua Rhodes
Qual o caminho a seguir?
Se quisermos ter um futuro energético mais limpo, há vários caminhos para chegar lá. No entanto, suponho que a via mais barata e provável será a que melhor aproveita, e não duplica, a infraestrutura que já temos. Um dos caminhos mais “plug and play” (e o que estamos vendo hoje) é uma conversão de carvão para geração a gás em usinas elétricas que podem usar os fios, postes e infraestrutura de água existentes.
No outro extremo do espectro, uma economia de hidrogênio exigiria novos investimentos maciços em novos tipos de tecnologia, de modo que alavancaria menos do que temos atualmente. Por exemplo, precisaríamos construir locais para gerar e armazenar hidrogênio. Por outro lado, tem potencial para ser mais resiliente e sustentável.
Mostrando sua idade: A atualização das linhas de transmissão poderia trazer energia solar e eólica de partes remotas do país para onde as pessoas estão, o que ajudaria a tornar a rede mais limpa e potencialmente a preços mais baixos. indigoskies / flickr, CC BY-NC-ND
Uma área que parece promissora para investimento em infraestrutura é a atualização da rede de transmissão de energia em massa. Essas atualizações poderiam permitir o fluxo de energia entre as regiões dos EUA e seriam semelhantes a como o sistema de rodovias interestaduais reduziu os custos de negócios em todo o país reduzindo drasticamente o tempo necessário para transportar bens e serviços em todo o nosso vasto país.
Existem áreas nos EUA onde a energia é produzida mais barata e com menos impactos ambientais do que em outras áreas. Expandir as linhas de transmissão para áreas do país que possuem bons recursos eólicos e solares pode trazer energia de custo muito baixo para os usuários. O problema é que essas áreas nem sempre estão onde estão as pessoas, então para trazer esse poder para as pessoas, precisamos de uma forte rede de transmissão.
As redes de distribuição - a parte da rede que fornece energia diretamente aos edifícios - também podem integrar mais energia solar sem muito custo adicional para a operação da rede. Mas uma vez que a capacidade solar atinja uma certa porcentagem da demanda de energia na rede local, que varia de acordo com a localização, então mais custos são incorridos.
No final, os consumidores ou contribuintes sempre acabam pagando por esses projetos de atualização, mas os benefícios podem compensar os custos. A expansão do Texas de sua rede elétrica permitiu muito mais energia eólica para alcançar centros de carga que, juntamente com uma queda nos preços do gás natural, reduziu os custos do mercado atacadista de eletricidade. Esses custos mais baixos são então repassado aos contribuintes.
Não há caminho que não exija investimento - mesmo mantendo apenas o que teremos custará centenas de bilhões, senão trilhões, de dólares na próxima década. A grande questão é: à medida que continuamos a substituir e reconstruir essa incrível grade, em que tecnologias devemos nos concentrar?
Sobre o autor
Joshua D. Rhodes, pesquisador de pós-doutorado em energia, Universidade do Texas em Austin
Este artigo foi originalmente publicado em A Conversação. Leia o artigo original.
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