Trei mituri despre energia regenerabilă și rețeaua energetică – destrămate

Scepticii în domeniul energiei regenerabile susțin că, din cauza variabilității lor, energia eoliană și cea solară nu pot fi fundamentul unui sistem energetic fiabil. Dar extinderea surselor regenerabile și a noilor metode de management și stocare a energiei pot asigura o rețea fiabilă și curată de distribuție a energiei electrice.

Pe măsură ce energia eoliană și solară au devenit mult mai ieftine, iar ponderea lor în generarea de electricitate crește, scepticii față de aceste tehnologii propagă mai multe mituri despre energia regenerabilă și rețeaua de electricitate. Miturile se rezumă pe teoria că bazarea pe sursele regenerabile de energie va face ca furnizarea de energie electrică să nu fie fiabilă.

Vara trecută, unii comentatori au susținut că penele de curent din California au fost cauzate de „intermitența” surselor de energie regenerabilă, când, de fapt, principalele cauze au fost o combinație a unui val de căldură extremă, probabil indus de schimbările climatice, de planificarea defectuoasă și de lipsa flexibilității între sursele de generare și de stocare a energiei electrice. În timpul unei crize dure din Texas, iarna trecută, guvernatorul Greg Abbott a învinuit în mod greșit energia eoliană și solară pentru colapsul rețelei de distribuție, care s-a extins mult peste granițele Californiei. De fapt, ponderea surselor regenerabile de energie a depășit prognoza operatorului de rețea în 90 la sută din perioada de întrerupere, iar în rest, a scăzut cu cel mult o cincisprezeme față de ponderea termocentralelor pe gaz. În schimb, alte cauze, cum ar fi centralele termoelectrice neprotejate adecvat pe timp de iarnă și întreruperea furnizării gazelor naturale din cauza înghețării echipamentelor, au determinat căderea rețelei de energie electrică.

În Europa, ținta obișnuită a scepticilor este Germania, în parte din cauza politicilor sale Energiewende (tranziția energiei) care prevăd trecerea de la combustibili fosili și energie nucleară la utilizarea eficientă și la surse regenerabile. Guvernul german nou ales intenționează să accelereze în primul caz și să îl finalizeze pe cel din urmă, dar unii critici avertizează că Germania se confruntă cu „limitele surselor regenerabile”.

În realitate, este pe deplin posibil să se asigure un sistem energetic fiabil bazat pe surse de energie regenerabilă plus o combinație de alte mijloace, inclusiv metode îmbunătățite de management și stocare a energiei. O înțelegere mai clară a modului de a gestiona în mod fiabil aprovizionarea cu energie electrică este vitală, deoarece amenințările climatice necesită o trecere rapidă la surse regenerabile, cum ar fi energia solară și eoliană. Această tranziție a fost grăbită de scăderea vertiginoasă a costurilor – Bloomberg New Energy Finance estimează că energia solară și eoliană sunt cele mai ieftine surse pentru 91% din energia electrică produsă la nivel global – dar dezvoltarea este împiedicată de dezinformare și mituri.

Mitul nr. 1: O rețea care se bazează din ce în ce mai mult pe energie regenerabilă este o rețea nesigură.

Mergând după clișeul „În Dumnezeu avem încredere, toate celelalte necesită cercetare”, merită să analizăm statisticile privind fiabilitatea rețelei în țările cu niveluri ridicate de producție din surse regenerabile. Indicatorul cel mai des folosit pentru a descrie fiabilitatea rețelei este durata medie de întrerupere a curentului cu care se confruntă fiecare client într-un an, o măsură cunoscută sub numele de „Indice de durată medie a întreruperii sistemului” (SAIDI). Pe baza acestei valori, Germania – unde sursele regenerabile asigură aproape jumătate din energia electrică a țării – se mândrește cu o rețea care este una dintre cele mai fiabile din Europa și din lume. În 2020, valoarea SAIDI era de doar 0,25 ore în Germania. Doar Liechtenstein (0,08 ore), Finlanda și Elveția (0,2 ore), s-au descurcat mai bine în Europa, unde ponderea generării de energie electrică din surse regenerabile în 2020 a fost de 38% (depășind valoarea medie la nivel mondial de 29%). Țări precum Franța (0,35 ore) și Suedia (0,61 ore) – ambele mult mai dependente de energia nucleară – au înregistrat valori mai mari, din diverse motive.

Statele Unite ale Americii, unde energia regenerabilă și energia nucleară reprezintă fiecare aproximativ 20% din electricitate, au avut o rată de întrerupere de cinci ori mai mare decât cea a Germaniei – 1,28 ore în 2020. Din 2006, în Germania, ponderea producției de energie electrică din surse regenerabile a crescut de aproape patru ori, în timp ce rata de întrerupere a aprovizionării cu energie a fost aproape înjumătățită. În mod similar, rețeaua din Texas a devenit mai stabilă pe măsură ce capacitatea sa eoliană s-a multiplicat de șase ori din 2007 până în 2020. Astăzi, Texasul generează mai multă energie din surse eoliene – aproximativ o cincime din total – decât orice alt stat din SUA.

Mitul nr. 2: Țări precum Germania trebuie să continue să se bazeze pe combustibilii fosili pentru echilibrarea rețelei energetice și pentru compensarea producției variabile de energie eoliană și solară.

Din nou, datele oficiale contrazic mitul. Între 2010 – cu un an înainte de accidentul nuclear de la Fukushima din Japonia – și 2020, producția de energie electrică din combustibili fosili în Germania a scăzut cu 130,9TWh (terawatt-oră) iar producția nucleară cu 76,3TWh. Aceste valori au fost mai mult decât compensate de creșterea producției din surse regenerabile (149,5TWh) și de măsuri de economisire a energiei care au scăzut consumul cu 38TWh în 2019, înainte ca pandemia să determine reducerea activității economice. Până în 2020, emisiile de gaze cu efect de seră ale Germaniei au scăzut cu 42,3% sub nivelul din 1990, depășind ținta de 40% stabilită în 2007. Emisiile de dioxid de carbon din sectorul energetic au scăzut de la 315 milioane de tone în 2010 la 185 milioane de tone în 2020.

Deci, pe măsură ce procentul producției de energie electrică din surse regenerabile în Germania a crescut constant, fiabilitatea rețelei sale s-a îmbunătățit, iar producția din arderea cărbunelui și emisiile de gaze cu efect de seră au scăzut substanțial.

În Japonia, în urma avarierii reactoarelor de la Fukushima, peste 40 de reactoare nucleare s-au închis permanent sau pe termen nelimitat, fără a fi necesară o sporire a producției din combustibili fosili sau o creștere a emisiilor de gaze cu efect de seră – măsurile de economisire a energiei electrice și energia regenerabilă au compensat practic întreaga pierdere, în ciuda politicilor care au suprimat sursele regenerabile.

Mitul nr. 3: Deoarece energia solară și eoliană pot fi generate doar când soarele strălucește sau când bate vântul, acestea nu pot sta la baza unei rețele care trebuie să furnizeze energie electrică 24/7, pe tot parcursul anului.

Chiar dacă variabilitatea producției este o provocare, nu este nici nouă, nici deosebit de greu de gestionat. Nicio centrală nu funcționează 24/7, 365 de zile pe an, iar operarea unei rețele implică întotdeauna gestionarea variabilității cererii în orice moment. Chiar și fără un aport de energie solară și eoliană (care tind spre o funcționare în mod fiabil în perioade și anotimpuri diferite, ceea ce face ca deficitele să fie mai puțin probabile), cererea de energie electrică variază.

Variațiile sezoniere ale disponibilității apei și, din ce în ce mai mult, perioadele de secetă reduc capacitatea de producție hidroelectrică. Centralele nucleare trebuie să fie închise periodic pentru realimentare sau întreținere, iar marile centrale pe combustibili fosili și nucleare sunt de obicei scoase din funcțiune aproximativ 7 până la 12 la sută din timp, unele mult mai mult. Alimentarea cu combustibil a unei centrale de cărbune poate fi întreruptă de deraierea unui tren sau de defectarea unui pod. O centrală nucleară ar putea fi închisă în mod neașteptat din motive de siguranță, așa cum a fost cea mai mare centrală din Japonia din 2007 până în 2009. În 2019, centralele nucleare franceze au fost închise, în medie, timp de 96,2 zile din cauza indisponibilizărilor „planificate” sau „forțate”. Această perioadă a crescut la 115,5 zile în 2020, când centralele nucleare franceze au generat mai puțin de 65% din energia electrică pe care teoretic ar fi putut-o produce. Comparând performanța așteptată cu cea reală, s-ar putea spune chiar că energia nucleară a fost cea mai intermitentă sursă de energie electrică a Franței în 2020.

Factorii legați de climă și vremea au cauzat întreruperi multiple ale centralelor nucleare, care au devenit de șapte ori mai frecvente în ultimul deceniu. Chiar și producția nucleară constantă în mod normal poate eșua brusc și pe termen lung, ca în Japonia, după dezastrul de la Fukushima, sau ca în nord-estul SUA, după întreruperea regională din 2003, care a declanșat deconectări bruște, nouă reactoare neputând produce energie pentru câteva zile și care a durat aproape două săptămâni până la revenirea la producția normală.

Astfel, indiferent de tip, orice sursă de energie va fi indisponibilă pentru o perioadă. Gestionarea unei rețele trebuie să facă față și acestei realități, nu doar variabilității cererii. Aportul sporit de energie regenerabilă nu schimbă această realitate, chiar dacă modurile în care rețeaua gestionează variabilitatea și incertitudinea se schimbă. Operatorii moderni de rețea pun accentul pe diversitate și flexibilitate mai degrabă decât pe disponibilitatea surselor de producție „clasice”, stabile, dar mai puțin flexibile. Comparativ cu producția de energie din mari centrale termice, un portofoliu diversificat de surse regenerabile evită atât riscul apariției unor pene de curent la fel de ample ca întindere și ca durată, cât și caracteristica de impredictibilitate.

Rolul unei rețele electrice nu este doar de a transporta și distribui energie electrică pe măsură ce cererea fluctuează, ci și de a asigura înlocuirea instalațiilor nefuncționale cu altele funcționale: adică de a gestiona intermitența centralelor pe bază de combustibili fosili și nucleare tradiționale. În același mod, dar mai ușor și adesea la costuri mai mici, rețeaua poate echilibra rapid variațiile previzibile ale energiei solare fotovoltaice și eoliene cu alte surse regenerabile, de alte tipuri, din alte locuri, sau ambele. În prezent, acest lucru a devenit mai ușor de realizat, predicțiile mult mai precise privind prognoza vremii și viteza vântului permițând o mai bună estimare a producției variabile din surse regenerabile. Producția de energie din surse regenerabile locale este și mai eficientă, deoarece acestea ocolesc în mare măsură sau în totalitate rețeaua – sursa tuturor penelor de curent. Sistemele electronice moderne de management al energiei au gestionat în mod fiabil rețeaua de un miliard de wați din Australia de Sud utilizând doar energia solară și eoliană zile în șir, fără a fi necesară producția din termocentrale pe cărbune, hidrocentrale sau centrale nucleare și cu cel mult 4,4% generare din gaze naturale pentru echilibrarea sistemului.

Cele mai multe dezbateri despre sursele regenerabile se concentrează pe baterii și alte tehnologii de stocare a energiei electrice, pentru a se atenua variabilitatea. Acest lucru nu este surprinzător, deoarece bateriile devin rapid mai ieftine și sunt utilizate pe scară largă. În același timp, continuă să apară noi tehnologii de stocare cu caracteristici diverse, baza de date privind stocarea globală a energiei a Departamentului de Energie al SUA enumeră 30 de tipuri deja implementate sau în construcție. Între timp, există multe alte modalități fără emisii de carbon și mai puțin costisitoare de a face față variabilității surselor regenerabile, în afară de utilizarea bateriilor de dimensiuni gigantice.

Prima și cea mai importantă modalitate este eficiența energetică, care reduce cererea, mai ales în perioadele de vârf. Clădirile cu eficiență energetică ridicată consumă mai puțină energie pentru încălzire sau răcire și își schimbă temperatura mai lent, astfel încât pot utiliza mai mult propria capacitate termică pentru a menține confortul cu un consum mai mic de energie, în special în perioadele de vârf.

O a doua opțiune este flexibilizarea cererii sau răspunsul la cerere, caz în care companiile de utilități compensează clienții de energie electrică care își scad consumul atunci când sunt solicitați – adesea automat și imperceptibil – ajutând la echilibrarea cererii și ofertei. Un studiu recent a constatat că SUA au 200GW (gigawatt) de potențial rentabil de flexibilitate a sarcinii, care ar putea fi realizat până în 2030 dacă se urmărește în mod activ un răspuns eficient la cerere. Într-adevăr, cea mai mare lecție după colapsul recent al sistemului energetic din California ar putea fi importanța mai mare a necesității de răspuns la cerere. Ca urmare a provocărilor din ultimele două veri, Comisia de utilități publice din California a instituit Programul privind reducerea sarcinii în caz de urgență, bazat pe eforturile de răspuns la cerere.

Unele dovezi sugerează un potențial și mai mare: o simulare a rețelei din Texas din 2050 a constatat că opt tipuri de răspuns la cerere ar putea elimina rampa abruptă a cererii de energie la începutul serii, pe măsură ce producția solară scade și cererea casnică crește. De exemplu, tehnologia de stocare în gheață disponibilă în prezent îngheață apa folosind electricitate la prețuri mai mici și când aerul este mai rece, de obicei noaptea, și apoi folosește gheața pentru a răci clădirile în zilele toride. Acest lucru reduce cererea de energie electrică pentru aer condiționat și economisește bani, parțial deoarece stocarea în gheață pentru încălzire sau răcire este mult mai ieftină decât stocarea energiei electrice în baterii. De asemenea, fără a schimba tiparele de utilizare a acestora, multe vehicule electrice pot fi încărcate inteligent atunci când energia electrică este mai abundentă, mai ieftină și mai regenerabilă.

O a treia opțiune pentru stabilizarea rețelei pe măsură ce crește ponderea generării de energie regenerabilă este diversitatea, atât geografică, cât și tehnologică – eolian onshore, eolian offshore, panouri solare, energie solară termică, geotermală, hidroenergie, tratare termică a deșeurilor municipale, industriale sau agricole. Ideea este simplă: dacă una dintre aceste surse, într-o locație, nu generează electricitate la un moment dat, sunt șanse ca altele să o facă.

În cele din urmă, unele forme de stocare, cum ar fi bateriile pentru vehicule electrice, sunt deja utilizate în prezent. Simulările arată că sistemele de aer condiționat în clădiri bazate pe stocarea gheții, plus încărcarea inteligentă către și de la rețeaua de mașini electrice, care sunt parcate 96 la sută din timp, ar putea permite Texasului în 2050 să utilizeze electricitate 100% regenerabilă fără a avea nevoie de baterii gigantice.

Pentru a alege un caz mult mai dur, se spune că perioadele „reci și întunecate” ale iernilor europene necesită multe luni de stocare în baterii pentru a se asigura o rețea electrică complet regenerabilă. Cu toate acestea, operatorii de rețea germani și belgieni de top consideră că Europa ar avea nevoie de doar una sau două săptămâni în care să se utilizeze un combustibil de rezervă produs de asemenea din surse regenerabile, care să acopere necesarul de doar 6% din producția pe timp de iarnă – ceea ce nu este o provocare uriașă.

Concluzia este simplă. Rețelele electrice pot funcționa fiabil utilizând din ce în ce mai numeroasele capacități de energie regenerabilă la costuri zero sau modeste, iar acest lucru este cunoscut de ceva vreme. Unele țări europene cu energie hidroelectrică de capacitate mică sau zero asigură deja aproximativ jumătate până la trei sferturi din energia electrică din surse regenerabile, cu o fiabilitate a rețelei mai bună decât în SUA. Este timpul să depășim miturile.

Sursa: https://e360.yale.edu/features/three-myths-about-renewable-energy-and-the-grid-debunked