Credito:Pixabay/CC0 di dominio pubblico
Un nuovo studio rileva che i percorsi di decarbonizzazione devono incorporare tecnologie di riscaldamento elettrico più efficienti e più fonti di energia rinnovabile per ridurre al minimo lo sforzo sulla rete elettrica degli Stati Uniti durante l'aumento del consumo di elettricità dovuto al riscaldamento a dicembre e gennaio. Altrimenti, i combustibili fossili dannosi continueranno ad alimentare questi picchi stagionali della domanda di energia.
Il consumo diretto di combustibili fossili degli edifici, bruciato in scaldabagni, forni e altre fonti di riscaldamento, rappresenta quasi il 10% delle emissioni di gas serra negli Stati Uniti. Il passaggio a un sistema elettrico che alimenta il riscaldamento attraverso fonti di energia rinnovabile, anziché carbone, petrolio e gas naturale, il processo noto come elettrificazione degli edifici o decarbonizzazione degli edifici, è un passo cruciale verso il raggiungimento degli obiettivi globali di zero emissioni nette.
Tuttavia, la maggior parte dei modelli di decarbonizzazione degli edifici non ha tenuto conto delle fluttuazioni stagionali della domanda di energia per il riscaldamento o il raffreddamento. Ciò rende difficile prevedere cosa potrebbe significare un eventuale passaggio a un riscaldamento più pulito e completamente elettrico negli edifici per la rete elettrica nazionale, specialmente durante i picchi di consumo energetico.
Un nuovo studio condotto da ricercatori della Boston University School of Public Health (BU.S.PH), Harvard T.H. La Chan School of Public Health (Harvard Chan School), la Oregon State University (OSU) e l'Home Energy Efficiency Team (HEET) senza scopo di lucro hanno esaminato questi cambiamenti stagionali nella domanda di energia e hanno scoperto che il consumo mensile di energia varia sostanzialmente ed è più alto in inverno mesi.
Pubblicato in Rapporti scientifici , lo studio ha presentato una nuova modellazione di molteplici scenari di elettrificazione degli edifici e ha scoperto che questo aumento stagionale della domanda di energia invernale sarà difficile da soddisfare attraverso le attuali fonti rinnovabili, se gli edifici passeranno al riscaldamento elettrificato a bassa efficienza.
I risultati sottolineano la necessità per gli edifici di installare tecnologie di riscaldamento domestico più efficienti, come le pompe di calore geotermiche.
"La nostra ricerca rivela il grado di fluttuazione della domanda di energia degli edifici e i vantaggi dell'utilizzo di tecnologie di riscaldamento estremamente efficienti durante l'elettrificazione degli edifici", afferma Jonathan Buonocore, assistente professore di salute ambientale presso BU.S.PH, capo dello studio e autore corrispondente. "Storicamente, questa fluttuazione nella domanda di energia degli edifici è stata gestita in gran parte da gas, petrolio e legno, che possono essere immagazzinati durante tutto l'anno e utilizzati durante l'inverno. Gli edifici elettrificati e il sistema elettrico che li sostiene dovranno fornire lo stesso servizio di fornire un riscaldamento affidabile in inverno. Tecnologie di riscaldamento elettrico più efficienti ridurranno il carico elettrico immesso sulla rete e miglioreranno la capacità di soddisfare questa domanda di riscaldamento con fonti rinnovabili non di combustione."
Per lo studio, Buonocore e colleghi hanno analizzato i dati sull'energia degli edifici da marzo 2010 a febbraio 2020 e hanno scoperto che la media mensile totale degli Stati Uniti per il consumo di energia, basata sull'uso attuale di combustibili fossili, nonché sull'uso futuro dell'elettricità in inverno, varia di un fattore 1,6x, con la domanda più bassa a maggio e la domanda più alta a gennaio.
I ricercatori hanno modellato queste fluttuazioni stagionali in quella che chiamano la "curva del falco", poiché un grafico della variazione del consumo energetico mensile rappresenta la forma di un falco. I dati mostrano che la domanda di riscaldamento invernale porta il consumo di energia ai livelli più alti a dicembre e gennaio, con un picco secondario a luglio e agosto dovuto al raffreddamento, e livelli minimi ad aprile, maggio, settembre e ottobre.
I ricercatori hanno anche calcolato la quantità di energia rinnovabile aggiuntiva, in particolare energia eolica e solare, che dovrebbe essere generata per soddisfare questa maggiore domanda di elettricità. Senza stoccaggio, gestione della domanda o altre tattiche per gestire il carico della rete, gli edifici richiederebbero un aumento di 28 volte la produzione eolica a gennaio o un aumento di 303 volte l'energia solare a gennaio per soddisfare i picchi di riscaldamento invernale.
Ma con energie rinnovabili più efficienti, come le pompe di calore ad aria (ASHP) o le pompe di calore geotermiche (GSHP), gli edifici richiederebbero solo 4,5 volte più di generazione eolica invernale o 36 volte più energia solare, "appiattendo" così la curva Falcon in meno nuova domanda di energia viene immessa sulla rete elettrica.
"Questo lavoro mostra davvero che le tecnologie sia dal lato della domanda che dell'offerta hanno un ruolo importante da svolgere nella decarbonizzazione", afferma il coautore dello studio il dott. Parichehr Salimifard, assistente professore del College of Engineering presso la Oregon State University. Esempi di queste tecnologie dal lato dell'approvvigionamento energetico sono il riscaldamento geotermico degli edifici e le tecnologie di energia rinnovabile che possono fornire energia a tutte le ore, afferma, come le energie rinnovabili accoppiate allo stoccaggio a lungo termine, le risorse energetiche distribuite (DER) a tutte le scale e il geotermico produzione di energia elettrica ove possibile. "Questi possono essere accoppiati con tecnologie sul lato della domanda, ovvero negli edifici, come misure di efficienza energetica degli edifici passiva e attiva, riduzione dei picchi e accumulo di energia negli edifici. Queste tecnologie a livello di edificio possono entrambe ridurre la domanda energetica complessiva dell'edificio di riducendo sia la domanda di energia di base che quella massima, nonché attenuando le fluttuazioni della domanda di energia degli edifici e, di conseguenza, appiattendo la curva Falcon."
"The Falcon Curve attira la nostra attenzione su una relazione chiave tra la scelta della tecnologia di elettrificazione degli edifici e l'impatto dell'elettrificazione degli edifici sulla nostra rete elettrica", afferma il coautore dello studio Zeyneb Magavi, co-direttore esecutivo di HEET, un incubatore di soluzioni climatiche senza scopo di lucro .
Magavi avverte che questa ricerca non quantifica ancora questa relazione sulla base di curve di efficienza stagionale misurate per tecnologie specifiche, o per scale temporali o regioni più granulari, né valuta le numerose strategie e tecnologie che possono aiutare ad affrontare la sfida. Tutto questo deve essere considerato nella pianificazione della decarbonizzazione.
Tuttavia, afferma Magavi, questa ricerca indica chiaramente che "l'utilizzo di una combinazione strategica di tecnologie a pompa di calore (sorgente d'aria, geotermica e in rete), nonché l'accumulo di energia a lungo termine, ci aiuterà a elettrificare gli edifici in modo più efficiente, economicamente ed equamente. La curva Falcon ci mostra un percorso più rapido verso un futuro energetico sano e pulito."
"La nostra ricerca chiarisce che, quando si tiene conto delle fluttuazioni stagionali del consumo di energia evidenti nella curva Falcon, la spinta a elettrificare i nostri edifici deve essere unita all'impegno per tecnologie efficienti dal punto di vista energetico per garantire che gli sforzi di decarbonizzazione degli edifici massimizzino i benefici per il clima e la salute", afferma studia l'autore senior Dr. Joseph G. Allen, Professore Associato di Scienze della valutazione dell'esposizione e Direttore del programma Healthy Buildings presso la Harvard Chan School.
"Il nostro lavoro qui mostra un percorso per l'elettrificazione degli edifici che evita di fare affidamento sui combustibili fossili ed evita i combustibili da combustione rinnovabili, che possono ancora produrre inquinamento atmosferico e forse perpetuare le disparità nell'esposizione all'inquinamento atmosferico, nonostante siano climaticamente neutrali", afferma Buonocore. "Evitare problemi come questo è il motivo per cui è importante che gli esperti di salute pubblica siano coinvolti nel processo decisionale in materia di energia e clima". + Esplora ulteriormente
