Il parco solare da 576 kilowatt della Kotzebue Electric Association è il più grande parco solare remoto dell'Alaska. Credito:Amanda Byrd
I ricercatori hanno ideato un metodo per determinare l'impatto del cambiamento climatico sull'offerta e sulla variabilità dell'energia rinnovabile locale.
Un aumento dei modelli meteorologici insoliti legati ai cambiamenti climatici significa che la domanda di energia e la disponibilità di energia solare, idroelettrica ed eolica possono diventare più variabili.
Il metodo dei ricercatori dell'Università dell'Alaska Fairbanks Geophysical Institute e in Spagna aiuterà i pianificatori energetici locali a determinare il mix ottimale di fonti di energia rinnovabile e fabbisogno di stoccaggio dell'energia.
La ricerca è stata pubblicata ad agosto sulla rivista Land . La professoressa di scienze atmosferiche del Geophysical Institute Uma Bhatt è l'autore principale.
"È importante che la società comprenda l'impatto del cambiamento climatico e della variabilità sulle risorse di energia rinnovabile al fine di progettare un sistema energetico resiliente e prepararsi per il futuro", ha affermato Bhatt.
I ricercatori hanno studiato l'intermittenza, la produzione di energia e l'accumulo di energia nel contesto dei dati storici sul clima in due località:la città di Cordova, in Alaska, nel Prince William Sound, che ha un clima oceanico subpolare, e Palma di Maiorca, una città su un'isola subtropicale spagnola . I ricercatori hanno ottenuto 60 anni di dati climatici per ciascuna località.
Eolico, solare e idroelettrico sono tutti soggetti a un clima che sta diventando meno prevedibile e produce eventi meteorologici più estremi. L'aumento della copertura nuvolosa potrebbe ridurre la disponibilità di energia solare. La diminuzione delle precipitazioni potrebbe ridurre la disponibilità di energia idroelettrica. L'aumento dei venti potrebbe aumentare la disponibilità di energia eolica.
Senza un'adeguata pianificazione, le reti elettriche rischiano di diventare meno affidabili poiché le rinnovabili costituiscono una porzione sempre più ampia della fornitura.
"Se hai una percentuale troppo alta di energia rinnovabile ad alta variabilità senza un'adeguata alimentazione di backup nel tuo sistema, in realtà degrada molto l'affidabilità del sistema", ha affermato David Newman, coautore dello studio e professore di fisica presso l'UAF Geophysical Institute.
A complicare ulteriormente la situazione, la domanda di energia cambia in modi imprevedibili man mano che il tempo diventa sempre più variabile. Anche quando la domanda è normale, un improvviso calo della disponibilità di una fonte rinnovabile, ad esempio l'interruzione dell'attività eolica delle turbine, può causare blackout se una fonte di riserva non è disponibile per l'uso immediato.
"Come lo risolvi? Devi trovare un modo per rimuovere la variabilità o avere un modo per compensarla rapidamente", ha detto Newman.
Il modo più semplice e più ovvio è avere generatori basati su combustibili fossili in standby. Di questi, i generatori alimentati a gas naturale possono essere avviati abbastanza rapidamente quando necessario. Ma è pur sempre un prodotto di combustibili fossili, anche se più pulito rispetto ad altre fonti di combustibili fossili.
Un altro metodo più pulito è immagazzinare l'energia in eccesso prodotta da fonti rinnovabili durante i periodi di normale domanda.
I progressi tecnologici hanno migliorato le batterie a scala di rete, che possono immagazzinare energia in eccesso che può essere distribuita per un uso a breve termine durante un blackout diffuso.
Altri metodi di stoccaggio includono l'energia idroelettrica di accumulo mediante pompaggio, l'accumulo di energia per gravità, l'accumulo di energia del volano e l'accumulo di energia dell'aria compressa. Sono tutti metodi fondamentalmente semplici e spiegati dal Laboratorio Nazionale delle Energie Rinnovabili.
"Questa è una delle aree [di studio] davvero interessanti in questo momento", ha detto Newman.
L'energia idroelettrica di pompaggio rappresenta il 95% di tutta la capacità di accumulo di energia su scala industriale negli Stati Uniti. L'acqua viene pompata da un serbatoio idroelettrico all'altro a un'altitudine maggiore durante i periodi di eccesso di potenza, aumentando il livello del serbatoio più alto. Che l'acqua venga rilasciata ai generatori del serbatoio inferiore quando necessario.
L'accumulo di energia per gravità implica l'utilizzo dell'energia in eccesso per sollevare enormi pesi costituiti da sabbia, ghiaia o roccia e lasciare i pesi sospesi. Quando è necessaria l'alimentazione, i pesi possono cadere, con i cavi collegati che fanno girare un generatore.
L'accumulo di energia a volano viene in genere utilizzato in piccole applicazioni e per esigenze energetiche molto più brevi rispetto ad altri metodi di accumulo. Un motore aziona un volano, una ruota pesante che gira liberamente quando il motore perde potenza. La ruota che gira liberamente fa girare un generatore, che produce elettricità per diversi minuti.
L'accumulo di energia ad aria compressa può fornire energia su scala di rete per diversi giorni. L'elettricità viene utilizzata per comprimere e immagazzinare l'aria nel sottosuolo, spesso nelle caverne di sale. Quando necessario, l'aria viene rilasciata e riscaldata fino all'espansione per alimentare un generatore.
Gli autori dei documenti di ricerca offrono un notevole avvertimento al loro lavoro:il cambiamento climatico è complicato e varia in base alla località, così come le fonti di energia rinnovabili disponibili.
"Sia il clima che l'energia sono sistemi complessi interconnessi ed è importante educare la prossima generazione a pensare in tutte le discipline in modo che sia preparata ad affrontare i complessi problemi che incombono", ha affermato Bhatt. + Esplora ulteriormente
