Prevenindo apagões no Texas com energia renovável

Doze meses depois, a rede elétrica do estado, enquanto melhorava, Ainda vulnerável Quedas de energia devido ao clima.

“Se formos atingidos por outra tempestade este ano, como Urey em 2021, a rede cairá novamente”, disse Andrew Dessler, professor de ciências atmosféricas da Texas A&M University. “Isso ainda é muito arriscado para nós.”

Agora, estudo recente Isso mostra que apagões em todo o país – talvez até mesmo durante eventos climáticos extremos – podem ser evitados mudando para energia 100% limpa e renovável, como solar, eólica e hídrica.

“Tecnicamente e economicamente, temos 95% das tecnologias de que precisamos para transformar tudo hoje”, disse Marc Jacobson, principal autor do artigo e professor de engenharia civil e ambiental da Universidade de Stanford. A energia eólica, hídrica e solar já representam cerca de um quinto da eletricidade do país, embora a transformação total em muitas áreas seja lenta.

O estudo mostrou que a mudança para fontes de energia renovável também reduziria os requisitos de energia, reduziria os custos do consumidor, criaria milhões de novos empregos e melhoraria a saúde das pessoas.

Durante anos, alguns expressaram dúvidas sobre a viabilidade da adoção de energias renováveis ​​em larga escala, devido aos seus custos. Mas Dessler disse que, embora a energia solar fosse uma fonte de energia cara há 10 anos, é Um dos preços mais baratos hoje.

“A compreensão de muitas pessoas sobre energia renovável tornou-se muito desatualizada”, disse Dessler, que não esteve envolvido na pesquisa.

A energia eólica também pode ser muito eficiente e economizar metade da energia do Texas em alguns dias – fato que o podcaster Dessler surpreendeu Joe Rogan Quando ele apareceu como convidado no episódio de quinta-feira de “The Joe Rogan Experience”.

“Solar e eólica são as fontes de energia mais baratas disponíveis”, disse Dessler. “As pessoas parecem não entender isso, e também não entendem que sabemos como fazer uma rede confiável que dependa principalmente de energias renováveis”.

No estudo mais recente, Jacobson e colegas mostram como atender às demandas de energia a cada 30 segundos nos Estados Unidos sem apagões em uma nação mais verde e populosa em 2050 e 2051.

Nas simulações, imagine que todos os veículos fossem elétricos ou movidos a células de combustível de hidrogênio. Bombas de calor elétricas, aquecedores de água, turbinas eólicas e painéis solares substituíram as alternativas aos combustíveis fósseis. A equipe também incluiu novas fontes de energia térmica, mas não novas usinas hidrelétricas.

Eles modelaram a estabilidade da rede nos Estados Unidos contíguos, incluindo dados do Air Pollution, Climate and Weather Model, que inclui fatores climáticos e padrões climáticos estatisticamente típicos que ocorrem em uma determinada área. Usando dados de consumo de energia da Energy Information Administration, a equipe simulou os requisitos de energia para 2050-2051. A fonte de alimentação tinha que igualar a demanda de energia a cada 30 segundos, caso contrário o modelo seria fechado.

A equipe descobriu que a demanda real de energia foi significativamente reduzida simplesmente mudando para recursos renováveis, que são mais eficientes. Para todos os Estados Unidos, a demanda total de energia de uso final caiu cerca de 57%. Os custos anuais de energia per capita para as famílias foram cerca de 63% mais baixos do que o cenário “business as usual”.

“Tudo o que fazemos atualmente com combustíveis fósseis será feito com tecnologia movida a eletricidade”, disse Anna Katharina von Kreland, coautora e doutoranda no laboratório de Jacobson. “A quantidade de energia necessária para realizar atividades, principalmente para alimentar a luz ou abastecer os processos industriais, o que seria realmente reduzido se você usasse uma fonte de energia mais eficiente.”

Durante um evento climático extremo, a menor demanda de energia é importante para ajudar a manter a rede online. No Texas, uma transição verde completa reduziria a demanda média anual de uso final de energia em 56%. Também reduz as cargas de pico, ou a maior quantidade de energia que uma pessoa extrai da rede por vez. Jacobson disse que muitas casas também terão seu próprio armazenamento e não precisarão depender tanto da rede.

A equipe também descobriu que conectar redes elétricas de diferentes geografias pode tornar o sistema de energia mais confiável e reduzir custos. Os ventos são mais propensos a soprar em áreas maiores, ou brilhar o sol ou operar energia hidrelétrica em outros lugares, o que pode ajudar a preencher quaisquer lacunas no fornecimento.

“A interrupção da energia renovável está diminuindo à medida que você olha para áreas cada vez maiores”, disse Dessler. “Se não estiver ventando no Texas, pode ventar em Iowa. Nesse caso, eles podem estar produzindo energia em excesso e podem cobrar parte de sua energia extra de nós.”

O estudo relatou que os custos por unidade de energia no Texas são 27% mais baixos quando conectados à rede do Centro-Oeste do que quando isolados, como são atualmente.

“Em geral, descobrimos que seria menos caro, mais confiável e teria melhor utilização de energia se expandíssemos a interconexão”, disse von Kruland. adicionar embora “Mesmo que cada estado fosse uma ilha por conta própria, ainda seria possível implementar 100% de água eólica e solar em cada estado individual”.

Durante o inverno do Texas, Jacobson disse que turbinas eólicas com manutenção adequada também ajudarão a manter o fornecimento de energia. Durante a onda de frio de fevereiro de 2021, algumas turbinas eólicas congeladas foram desligadas devido à falta de equipamentos de degelo. (Carvão, gás e recursos nucleares perto também do congelamento direto de equipamentos e contribuiu para uma diminuição ainda maior de energia.)

“Nos dias em que está frio, há ventos fortes, o que é realmente uma boa notícia, porque quando está frio, há demanda de aquecimento”, disse Jacobson. “Você realmente ganha mais energia em dias frios.”

Durante o inverno, a baixa luz solar pode tornar os painéis solares inúteis. Neste caso, turbinas eólicas e painéis solares são fontes de energia complementares. Se ambos falharem em algum momento, outra fonte de energia pode começar, como energia geotérmica ou hidrelétrica.

As baterias também são usadas para fornecer energia quando a energia solar ou eólica está baixa, mas a equipe mostrou que baterias de longa duração não são necessárias ou benéficas para a estabilidade da rede. Muitas das baterias de 4 horas atualmente no mercado podem ser conectadas para fornecer armazenamento de longo prazo, como durante uma queda de energia. Essa descoberta é particularmente útil porque a tecnologia de baterias de longa duração ainda pode estar relativamente longe de chegar ao mercado.

“É um erro pensar em energias renováveis ​​como não confiáveis ​​porque você não está pensando em energias renováveis ​​em si”, disse Dessler. “Você pensa neles como parte de um sistema. Uma rede estável que apresenta muitas energias renováveis ​​também terá uma capacidade constante implantável que se recuperará quando as energias renováveis ​​estiverem baixas.”

A simulação da equipe também sugeriu uma queda de energia na Califórnia, como Aqueles em agosto de 2020, a baixo custo. A instalação de mais turbinas eólicas offshore durante o verão pode economizar energia, incluindo o resfriamento de edifícios. A mudança para todos os tipos de energia limpa e renovável poderia reduzir a demanda de energia da Califórnia em 60%.

Além de melhorar a estabilidade da rede, o estudo descobriu que operar uma rede limpa e renovável poderia criar quase 5 milhões de empregos de longo prazo em tempo integral, desde a construção até a fabricação e empregos indiretos nas empresas. Os sistemas também produziriam ar mais limpo, o que poderia reduzir as mortes relacionadas à poluição em 53.000 pessoas anualmente e reduzir as doenças relacionadas à poluição para milhões de pessoas em 2050.

“Este é um estudo muito importante”, disse Robert Howarth, professor da Universidade de Cornell que não esteve envolvido na pesquisa. “As indústrias de combustíveis fósseis continuam argumentando que as energias renováveis ​​são um experimento perigoso e que a estabilidade e a confiabilidade da rede continuarão a depender em parte dos combustíveis fósseis. Aqui, Jacobson e seus colegas mostram claramente que esse não é o caso.”

A pesquisa anterior de Jacobson em 2015 sobre a transformação massiva de energia renovável criticar De alguns na comunidade científica. Mais de 20 pesquisadores publicados estude Citando preocupações sobre técnicas e suposições de modelagem insuficientes. Uma suposição problemática era que as barragens hidrelétricas existentes poderiam aumentar sua produção de energia. Jacobson processou o autor principal Christopher Clack por difamação, mas retirar o terno.

Este novo estudo leva em consideração críticas anteriores, modificando suposições, testando o modelo sob muitas condições diferentes e incluindo dados que estão disponíveis desde o estudo de 2015, disse Jacobson. data”, disse.

Dessler disse Ele não acredita que os resultados deste estudo sejam “totalmente controversos”, Ele afirma que uma rede 100% limpa e renovável é teoricamente possível.

“Obviamente, só funcionará porque há muita energia renovável disponível no planeta. Apenas do ponto de vista da física, não há limitações fundamentais aqui”, disse ele. “A limitação é política. Você tem que reunir as pessoas e decidir fazer isso, e isso é muito difícil.”

Durante a onda de frio em fevereiro de 2021, o ex-governador do Texas Rick Perry disse que os texanos passariam mais tempo no frio e sem eletricidade para “manter o governo federal fora de seus negócios” e democratas frustrados que desejam propor novos regulamentos.

Cerca de 15 estados, territórios e mais de 180 cidades implementaram políticas que aumentam a quantidade de eletricidade renovável, mas Jacobson espera que resultados como esse dêem confiança aos formuladores de políticas para aprovar leis e políticas para uma transição mais rápida. Estudos anteriores de Jacobson e trabalho através de sua organização sem fins lucrativos soluções de projeto Ajude a fazer planos informados como Novo acordo verde e o legislativo estadual.

“Precisamos de uma transição realmente rápida de 80% [of clean energy] até 2030 e 100% o mais rápido possível depois disso, disse Jacobson. “Realmente é preciso um esforço em grande escala entre muitas pessoas para resolver esse problema. Não é um único estudo científico que resolverá o problema.”