L'energia eolica e solare stanno crescendo rapidamente negli Stati Uniti. Poiché queste fonti energetiche diventano una parte più importante del mix elettrico, la loro crescita solleva nuove domande:in che modo il solare e l'eolico influenzano i prezzi dell'energia? E poiché le centrali elettriche durano decenni, cosa dovrebbero pensare i responsabili delle politiche e gli investitori per garantire che gli investimenti nelle infrastrutture elettriche ripaghino in futuro?

Il nostro team di ricerca presso il Lawrence Berkeley National Laboratory ha deciso di esaminare quale effetto avrà su queste domande una quota maggiore di eolico e solare. Nel nostro ultimo studio, abbiamo scoperto che quote elevate di queste risorse energetiche portano a diversi profondi cambiamenti nei sistemi di alimentazione elettrica.

In particolare, il nostro studio mostra come il solare e l'eolico tendano ad abbassare i prezzi dell'energia, ma aggiungono nuove complessità per il funzionamento della rete, che ha grandi implicazioni per i regolatori. Per i consumatori, questa ricerca ci ricorda che rendere la rete elettrica più pulita con l'eolico e il solare è un processo in evoluzione che richiede cambiamenti significativi nel modo in cui viene attualmente gestita la rete elettrica, ma che offre grandi opportunità, se noi come paese possiamo diventare più flessibili quando usiamo l'elettricità.

Decisioni a lungo termine

Analisi precedenti, compreso il nostro, ha dimostrato che il solare e l'eolico hanno già un impatto sui mercati dell'elettricità all'ingrosso, portando a maggiori fluttuazioni dei prezzi dell'energia.

Produzione di energia solare, Certo, segue il sole, aumentando al mattino, producendo la maggior parte a mezzogiorno, e cade la sera. La produzione di energia eolica dipende dalle condizioni meteorologiche, stagioni e geografia Il solare è abbastanza prevedibile, soprattutto nei climi secchi, e l'energia eolica può essere prevista giorni e ore in anticipo con una certa precisione, ma entrambi possono variare ampiamente. Per questi motivi, solare ed eolico sono anche chiamate fonti di energia rinnovabile variabile (VRE).

Il nostro ultimo studio ha esaminato se determinate decisioni politiche prese sulla base di ipotesi che riflettono bassi livelli di VRE raggiungeranno comunque l'obiettivo previsto se l'eolico e il solare verranno utilizzati a un livello elevato in futuro.

Per esempio, all'amministratore di un programma di un'azienda viene chiesto di scegliere il set di opzioni più conveniente per le misure di efficienza energetica. Con un'alta percentuale di solare, l'utility potrebbe voler ridurre la domanda la sera quando la produzione solare è in calo, piuttosto che a mezzogiorno quando c'è un'abbondante elettricità senza emissioni. Quindi l'attenzione sull'efficienza potrebbe spostarsi dai condizionatori d'aria, in genere necessario di più durante il caldo del giorno, all'illuminazione.

Un'altra domanda è come distribuire i caricabatterie per veicoli elettrici:con molta generazione solare, potrebbe essere meglio mettere i caricabatterie nei negozi o negli uffici, per caricare quando l'uscita di energia solare è alta a mezzogiorno. Ma in una regione con forti venti notturni e molte turbine eoliche, l'energia può essere più economica e pulita quando i veicoli elettrici sono parcheggiati presso la residenza del proprietario.

Nessun costo del carburante equivale a prezzi energetici all'ingrosso più bassi

Il nostro studio ha esaminato come cambiano i prezzi in due diversi scenari:livelli VRE alti e bassi. Abbiamo utilizzato simulazioni di rete dettagliate per concentrarci sull'anno 2030 per quattro mercati elettrici negli Stati Uniti:CAISO in California, ERCOT in Texas, SPP nel Midwest e NYISO a New York. L'analisi mette a confronto i risultati di mercato modellati per quote elevate di eolico e solare del 40-50% con una base di riferimento bassa per le rinnovabili che riflette i livelli del 2016.

Per contesto, il mercato californiano aveva il 14% di energia solare e il 7% di energia eolica nel 2016 (le leggi statali richiederanno un aumento a circa il 40% di energia eolica e solare nel 2030). Mentre il Texas è il leader della nazione quando si tratta della capacità complessiva delle turbine eoliche che generano il 13% di tutta l'energia texana, le regioni della fascia eolica del Midwest hanno la quota maggiore di elettricità eolica - quasi il 20 percento nel 2016, ma vicino a nessun solare. New York, nel frattempo, ha obiettivi ambiziosi per il 2030, ma finora solo pochissimo eolico (3 percento) e solare (1 percento).

I cambiamenti più fondamentali degli alti livelli di eolico e solare riguardano i tempi in cui l'elettricità è economica o costosa e il grado di regolarità in quei modelli.

Nei mercati all'ingrosso competitivi, le imprese competono per fornire energia ai soggetti che gestiscono le reti elettriche regionali. I prezzi sono determinati dall'offerta, e impostare ogni ora in base all'offerta e alla domanda. Tutti gli offerenti vincenti vengono pagati il ​​prezzo di mercato.

Poiché solare ed eolico non hanno costi di carburante, possono fare offerte basse per assicurarsi che il loro potere sia accettato sul mercato. Più eolico e solare in un mercato, più spesso il prezzo di compensazione scende. Nei mercati di oggi, vediamo già che a volte i prezzi vanno a zero o addirittura negativi.

Grandi quantità di solare modificano significativamente i modelli di prezzo giornalieri. Con elevate quote solari in Texas, Per esempio, i prezzi all'ingrosso crollerebbero a metà giornata a una media di $10/MWh per poi salire la sera a una media di 80 $/MWh. Per riferimento, un megawattora (MWh) è poco più della quantità di elettricità che la famiglia americana media consuma in un solo mese.

In uno scenario con un'alta percentuale di energia eolica e solare che contribuisce alla rete, la frequenza dei periodi con prezzi bassi (inferiori a $ 5/MWh) aumenta tra il 3% e il 19% delle ore a seconda della regione e del mix di rinnovabili. Alta solare in Texas, con i suoi limitati collegamenti elettrici con le regioni limitrofe, sperimenta la più alta frequenza di periodi con prezzi prossimi allo zero.

I prezzi orari medi all'ingrosso diminuiscono con una maggiore penetrazione di VRE, di $ 5- $ 16/MWh a seconda della regione e del mix di eolico e solare. Le diminuzioni dei prezzi medi all'ingrosso e il verificarsi comune di periodi con prezzi molto bassi influenzeranno la redditività di VRE e generatori inflessibili come le centrali nucleari e a carbone che operano in queste ore.

Maggiore necessità di alimentazione su richiesta

La volatilità dei prezzi aumenta con azioni VRE più alte, in particolare negli scenari di vento forte. I prezzi mattutini in primavera a CAISO possono variare tra $ 0 e $ 50/MWh con molto vento, ma rientrano in un intervallo molto più ristretto nello scenario di VRE basso.

Infine, abbiamo riscontrato che le ore di punta sono spostate da mezzogiorno alla sera, dopo che la produzione solare diminuisce. Questi nuovi "picchi netti" hanno una durata più breve ma sono distribuiti su più giorni dell'anno. Mentre i picchi vengono generalmente raggiunti aumentando le centrali elettriche convenzionali, la minore durata dei picchi netti crea opportunità di efficienza energetica mirata, riduzione della domanda di energia elettrica (demand response), cambiamenti nelle tariffe al dettaglio per riflettere i nuovi orari di punta, o anche batterie.

Questo studio evidenzia solo il possibile impatto di questi modelli di prezzo alterati sulle decisioni del settore elettrico dal lato della domanda e dell'offerta. Ma fornisce una base per successive valutazioni quantitative pianificate di queste decisioni in futuri VRE bassi e alti.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.