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  • L'aggiunta di scelte energetiche riduce i costi e il rischio di elettricità senza emissioni di carbonio, lo studio trova

    Credito:CC0 Dominio pubblico

    Nella grande legislazione approvata alla fine di agosto, La California si è impegnata a creare una rete elettrica al 100% senza emissioni di carbonio, ancora una volta alla guida di altre nazioni, stati, e città nella definizione di politiche aggressive per ridurre le emissioni di gas serra. Ora, uno studio condotto da ricercatori del MIT fornisce linee guida per modi convenienti e affidabili per costruire un tale sistema elettrico a zero emissioni di carbonio.

    Il modo migliore per affrontare le emissioni dell'elettricità, lo studio rileva, consiste nell'utilizzare il mix più inclusivo di fonti di elettricità a basse emissioni di carbonio.

    I costi sono diminuiti rapidamente per l'energia eolica, energia solare, e accumulatori di energia negli ultimi anni, guidando alcuni ricercatori, politici, e sostiene di suggerire che queste fonti da sole possono alimentare una rete senza emissioni di carbonio. Ma il nuovo studio rileva che in un'ampia gamma di scenari e luoghi, associando queste fonti a risorse stabili e prive di carbonio su cui si può fare affidamento per soddisfare la domanda in tutte le stagioni e per lunghi periodi, come nucleare, geotermico, bioenergia, e gas naturale con cattura del carbonio, è un percorso meno costoso e a basso rischio verso una rete priva di carbonio.

    Le nuove scoperte sono descritte in un articolo pubblicato oggi sulla rivista Joule , dal dottorando del MIT Nestor Sepulveda, Jesse Jenkins Ph.D. '18, Fernando de Sisternes Ph.D. '14, e professore di scienza e ingegneria nucleare e rettore associato Richard Lester.

    La necessità di efficienza in termini di costi

    "In questo documento, stiamo cercando strategie solide per portarci a una fornitura di elettricità a zero emissioni di carbonio, che è il fulcro degli sforzi complessivi per mitigare il rischio del cambiamento climatico in tutta l'economia, " dice Jenkins. Per raggiungere questo obiettivo, "bisogna non solo arrivare a zero emissioni nel settore elettrico, ma dobbiamo anche farlo a un costo sufficientemente basso da rendere l'elettricità un allettante sostituto del petrolio, gas naturale, e carbone nel trasporto, calore, e settori industriali, dove la decarbonizzazione è in genere ancora più impegnativa rispetto all'elettricità. "

    Sepulveda sottolinea anche l'importanza di percorsi convenienti per l'elettricità senza emissioni di carbonio, aggiungendo che nel mondo di oggi, "abbiamo tanti problemi, e il cambiamento climatico è molto complesso e importante, Ma non l'unico. Quindi ogni dollaro in più che spendiamo per affrontare il cambiamento climatico è anche un altro dollaro che non possiamo usare per affrontare altri problemi sociali urgenti, come eliminare la povertà o le malattie." Così, è importante che la ricerca non solo identifichi opzioni tecnicamente realizzabili per decarbonizzare l'elettricità, ma anche per trovare modi per ottenere riduzioni di carbonio al costo più ragionevole possibile.

    Per valutare i costi delle diverse strategie per la profonda decarbonizzazione della generazione elettrica, la squadra ha guardato quasi 1, 000 diversi scenari che comportano diverse ipotesi sulla disponibilità e il costo delle tecnologie a basse emissioni di carbonio, variazioni geografiche della disponibilità di risorse rinnovabili, e diverse politiche sul loro utilizzo.

    Per quanto riguarda le politiche, il team ha confrontato due diversi approcci. L'approccio "ristretto" consentiva solo l'uso della generazione solare ed eolica più l'accumulo di batterie, rafforzata da misure per ridurre e spostare i tempi della domanda di energia elettrica, così come le linee di trasmissione a lunga distanza per aiutare ad appianare le variazioni locali e regionali. L'approccio "inclusivo" ha utilizzato tutte queste tecnologie, ma ha anche consentito l'opzione di utilizzare fonti continue prive di carbonio, come il nucleare, bioenergia, e gas naturale con un sistema di cattura e stoccaggio delle emissioni di carbonio. In ogni caso il team ha studiato, il più ampio mix di fonti è risultato essere più conveniente.

    I risparmi sui costi dell'approccio più inclusivo rispetto al caso più ristretto sono stati sostanziali. Compreso il continuo, o "azienda, "Le risorse a basse emissioni di carbonio in un mix di risorse a zero emissioni di carbonio hanno ridotto i costi ovunque dal 10 percento fino al 62 percento, tra i tanti scenari analizzati. è importante sapere, sottolineano gli autori, perché in molti casi le normative e gli incentivi economici esistenti e proposti favoriscono, o addirittura mandato, una gamma più ristretta di risorse energetiche.

    "I risultati di questa ricerca sfidano quella che è diventata la saggezza convenzionale da entrambe le parti del dibattito sul cambiamento climatico, " Dice Lester. "Contrariamente ai timori che gli sforzi efficaci per la mitigazione del clima saranno terribilmente costosi, il nostro lavoro mostra che anche la decarbonizzazione profonda del settore dell'energia elettrica è realizzabile a costi aggiuntivi relativamente modesti. Ma contrariamente alle credenze secondo cui l'elettricità senza emissioni di carbonio può essere generata facilmente ed economicamente con il vento, energia solare, e solo accumulatori, la nostra analisi chiarisce che il costo sociale del raggiungimento di una profonda decarbonizzazione in questo modo sarà probabilmente molto più costoso del necessario".

    Una nuova tassonomia per le fonti elettriche

    Nell'esaminare le opzioni per la nuova generazione di energia in diversi scenari, il team ha scoperto che il modo tradizionale di descrivere i diversi tipi di fonti di alimentazione nell'industria elettrica—"carico di base, " "carica seguente, " e risorse di "picco"—è obsoleto e non più utile, visto il modo in cui vengono utilizzate le nuove risorse.

    Piuttosto, suggeriscono, è più appropriato pensare alle fonti di energia in tre nuove categorie:risorse "risparmio di carburante", che includono solare, vento e corso d'acqua (vale a dire, senza dighe) idroelettrico; risorse "a raffica veloce", fornire risposte rapide ma di breve durata alle fluttuazioni della domanda e dell'offerta di energia elettrica, compreso lo stoccaggio della batteria e le tecnologie e le strategie di prezzo per migliorare la reattività della domanda; e risorse "fermi", come il nucleare, idroelettrico con grandi invasi, biogas, e geotermico.

    "Poiché non possiamo conoscere con certezza il costo futuro e la disponibilità di molte di queste risorse, "Note Sepulveda, "i casi studiati coprivano un'ampia gamma di possibilità, al fine di rendere le conclusioni generali dello studio solide in tutta quella gamma di incertezze".

    Gamma di scenari

    Il gruppo ha utilizzato una serie di proiezioni, realizzati da agenzie come il National Renewable Energy Laboratory, per quanto riguarda i costi previsti delle diverse fonti di energia nei prossimi decenni, inclusi costi simili a quelli odierni e riduzioni dei costi previste man mano che i sistemi nuovi o migliorati vengono sviluppati e messi in linea. Per ogni tecnologia, i ricercatori hanno scelto un costo medio previsto, insieme a una stima dei costi di fascia bassa e di fascia alta, e poi ha studiato molte combinazioni di questi possibili costi futuri.

    Sotto ogni scenario, i casi che si limitavano all'utilizzo di tecnologie di risparmio di carburante e di esplosione rapida avevano un costo complessivo dell'elettricità più elevato rispetto ai casi che utilizzavano anche fonti fisse a basse emissioni di carbonio, "anche con la serie più ottimistica di ipotesi sulle future riduzioni dei costi, "dice Sepulveda.

    È vero, Jenkins aggiunge, "anche quando assumiamo, Per esempio, che il nucleare rimane costoso come lo è oggi, e l'eolico, il solare e le batterie diventano molto più economici."

    Gli autori hanno anche scoperto che in tutti i casi di sole batterie eoliche solari, il costo dell'elettricità aumenta rapidamente man mano che i sistemi si muovono verso le emissioni zero, ma quando sono disponibili anche fonti di energia fisse, i costi dell'elettricità aumentano molto più gradualmente man mano che le emissioni scendono a zero.

    "Se decidiamo di perseguire la decarbonizzazione principalmente con il vento, solare, e batterie, " Jenkins dice, "stiamo effettivamente 'andando tutto dentro' e scommettendo il pianeta sul raggiungimento di costi molto bassi per tutte queste risorse, " così come la capacità di costruire linee di trasmissione ad alta tensione su scala continentale e di indurre una domanda di elettricità molto più flessibile.

    In contrasto, "un sistema elettrico che utilizza risorse stabili a basse emissioni di carbonio insieme al solare, vento, e lo stoccaggio possono raggiungere emissioni zero con solo modesti aumenti dei costi anche in base a ipotesi pessimistiche su quanto siano economiche queste risorse prive di carbonio o sulla nostra capacità di sbloccare la domanda flessibile o espandere la rete, " afferma Jenkins. Questo mostra come l'aggiunta di risorse aziendali a basse emissioni di carbonio "è una strategia di copertura efficace che riduce sia il costo che il rischio" per i sistemi di alimentazione completamente decarbonizzati, lui dice.

    Anche se nella maggior parte delle regioni mancano anni per una fornitura di elettricità completamente priva di emissioni di carbonio, è importante fare questa analisi oggi, Sepulveda dice, perché le decisioni prese ora sulla costruzione di centrali elettriche, investimenti in ricerca, o le politiche climatiche hanno impatti che possono durare decenni.

    "Se non iniziamo ora" nello sviluppo e nell'implementazione della più ampia gamma di alternative prive di carbonio, lui dice, "che potrebbe ridurre sostanzialmente la probabilità di arrivare a zero emissioni".


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