Il famoso inventore Edwin Land disse:"Non è che abbiamo bisogno di nuove idee, ma dobbiamo smettere di avere vecchie idee." Sembrava dirci che le soluzioni si trovano appena oltre le nostre vecchie abitudini di pensiero.

Città, stati e paesi di tutto il mondo si stanno impegnando per economie di energia pulita che funzionano a livelli molto alti, anche al 100%, di energia rinnovabile. Solo nello stato di New York, quattro progetti di legge concorrenti mirano al 50% al 100% di energie rinnovabili entro il 2040 o prima.

realisticamente, solo due risorse di energia rinnovabile sono abbastanza grandi da soddisfare questi obiettivi ad altissima penetrazione dal lato dell'offerta negli Stati Uniti:solare (di gran lunga) ed eolico.

Entrambi, però, sono risorse variabili, guidato dal tempo, nonché dai cicli giornalieri e stagionali. Perciò, devono essere "consolidati, cioè in grado di fornire energia su richiesta, al fine di sostituire le risorse fossili che possono essere spedite secondo necessità. Sulla base della nostra ricerca, sosteniamo che questa solida trasformazione del potere non solo è possibile, è anche conveniente, se smettiamo di avere vecchie idee.

uno trincerato, e molto diffuso, L'idea, probabilmente un risultato dei prezzi delle energie rinnovabili storicamente elevati, è che tutta l'energia generata dalle risorse rinnovabili deve essere venduta così come viene generata. L'idea di scartare la produzione eolica o solare disponibile è un anatema, imposto ai produttori di energia quando la produzione da queste fonti supera ciò che la rete può accettare.

Questa vecchia idea ignora una proposta fondamentale:sovradimensionare e ridurre in modo proattivo l'eolico e il solare. Per quanto controintuitivo, uno studio condotto dai nostri colleghi e da noi mostra che questi passaggi sono la chiave per il percorso meno costoso verso una rete elettrica alimentata in gran parte da solare ed eolico.

Pesare contro l'accumulo di energia

Il ragionamento alla base dell'overprovisioning del solare e dell'eolico è semplice:

• L'accumulo di energia è l'unico ingrediente essenziale necessario per colmare la variabilità delle energie rinnovabili quando il sole non splende o il vento non soffia. Questi divari includono periodi infragiornalieri, come le ore di picco della domanda durante il giorno e la notte, e, cosa più importante, maggiori distanze di più giorni e stagionali da condizioni di sole o vento debole. Per magazzino, gli operatori di rete - le organizzazioni che garantiscono che l'alimentazione corrisponda alla domanda mentre aumenta e diminuisce durante il giorno - in genere si affidano a serbatoi d'acqua chiamati idro pompati o, per periodi più brevi, batterie.
• Lo stoccaggio sta diventando più economico, ma anche assumendo le proiezioni dei costi a lungo termine più ottimistiche, il nostro studio ci ha portato a concludere che l'applicazione del solo stoccaggio all'energia eolica o solare continua rimarrà proibitivamente costosa a causa delle dimensioni degli intervalli di più giorni e stagionali. Anche l'eolico e il solare stanno diventando molto meno costosi, soprattutto solare, al punto che la cementificazione è sempre più abbordabile. Questo è vero anche quando la produzione di generatori eolici e solari è sostanzialmente scaricata, o "ridotto, " e non immesso in rete.
• Il sovradimensionamento riduce i divari di produzione perché è disponibile una maggiore produzione di energia durante i periodi di scarsa disponibilità di energia solare ed eolica. La sovracostruzione riduce anche i requisiti di stoccaggio.

"Rassodante" con sovraccapacità

Oggi, l'attuale prassi normativa per l'energia elettrica solare ed eolica favorisce la massimizzazione della produzione in ogni momento. Le società che gestiscono queste strutture cercano di vendere tutta la loro produzione ai prezzi più alti, quindi la riduzione della produzione è vista come una perdita di entrate.

Quella vecchia idea operativa inibisce la transizione all'affidarsi al solare e all'eolico come fermi, fonti su richiesta, poiché tutto il loro output viene utilizzato solo quando è disponibile. Questo approccio mantiene anche l'energia rinnovabile al margine.

Come funzionerebbe in pratica una rete con risorse solari ed eoliche sovradimensionate? Supponiamo che l'operatore di una rete elettrica regionale abbia bisogno di X megawattora/giorno per soddisfare la domanda. Oggi i parchi solari in quella regione possono soddisfare o superare questa domanda solo nei giorni di massima produzione, come le giornate limpide d'estate. Negli altri giorni, i gap produttivi sono colmati dallo stoccaggio.

Al contrario, quando la risorsa solare è sovradimensionata, quel generatore solare può soddisfare la domanda di X MWh/giorno più giorni all'anno e ci sono meno lacune, quindi ci sono meno volte in cui è necessario lo stoccaggio di energia per colmare le lacune.

Una volta consolidato attraverso una combinazione di overprovisioning e storage, le risorse energetiche rinnovabili variabili diventano effettivamente dispacciabili, in grado di fornire energia quando necessario, e funzionalmente equivalenti alle centrali elettriche tradizionali. In questo modo, le rinnovabili possono sostituire questi generatori senza un'importante reingegnerizzazione della rete.

Il nostro team ha modellato una soluzione altamente solare e sovradimensionata per lo stato non particolarmente soleggiato del Minnesota. L'obiettivo era determinare la combinazione meno costosa di solare connesso alla rete, vento e stoccaggio necessari per fornire 24 ore su 24, servizi energetici tutto l'anno.

Lo studio dimostra che il superamento della variabilità naturale del solare e dell'eolico può essere ottenuto a costi inferiori agli attuali costi di rete (la cosiddetta "parità di rete") sovraccaricando le risorse solari ed eoliche e adottando una strategia di funzionamento della rete che consenta circa dal 20% al 40% riduzione della produzione di energia in eccesso. L'accumulo di energia è utilizzato anche nel nostro modello, ma l'economia superiore deriva direttamente dalla sostituzione della generazione limitabile in eccesso per lo stoccaggio più costoso.

Una domanda legittima da porsi è quale sarebbe l'area richiesta per un'implementazione completa del solare fotovoltaico di grandi dimensioni. Per il Minnesota, nello scenario più estremo di generazione fotovoltaica al 100%, ipotizzando un sovradimensionamento di un fattore due, o il raddoppio del solare necessario per soddisfare la domanda attuale, quest'area ammonterebbe a 435 miglia quadrate, ipotizzando pannelli solari con un'efficienza allo stato dell'arte del 20%. Quest'area rappresenta meno dell'1% delle colture coltivate dello stato e la metà dello spazio urbanizzato ad alta e media densità.

Modificare il modo in cui viene gestita la rete elettrica di massa

Oltre al sovradimensionamento, riduzione e ottimizzazione dello stoccaggio, diverse pratiche operative e di pianificazione, alcuni dei quali sono già stati fatti ora, aumenterebbe ulteriormente il valore e le prestazioni di una rete ad alto solare e ne favorirebbe la realizzazione con interruzioni minime. Loro includono:

Sfruttare le prestazioni complementari e i profili operativi variabili del solare e dell'eolico. Nella maggior parte delle località eolica e solare hanno profili di produzione diurni e stagionali complementari:vento più alto di notte e in inverno, PV più alto durante il giorno in estate.

Utilizzo della gestione della domanda, la pratica di ridurre il consumo di energia presso le sedi dei clienti dell'elettricità, come un modo per ridurre al minimo i divari tra domanda e offerta.

Consentire agli operatori di rete di avere autorità sull'ubicazione e sulla gestione della produzione di energia rinnovabile all'interno delle loro regioni in modo che le decisioni su quando si verifica la riduzione o si applica lo stoccaggio siano prese su base regionale per ridurre al minimo i divari tra domanda e offerta.

Un atteggiamento di massimizzare la produzione di energia rinnovabile ed evitare la riduzione aveva senso quando la generazione solare variabile era estremamente costosa e le soluzioni di consolidamento erano ancora più costose. Però, riduzioni recenti e previste del solare chiavi in ​​mano, la gestione della rete e i costi di stoccaggio stanno cambiando il set di soluzioni ottimali, a cominciare dalla cementificazione solare.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.