L’energia solare ed eolica possono essere combustibili rinnovabili e gratuiti, ma dipendono anche da processi naturali che gli esseri umani non possono controllare. Una cosa è riconoscere i rischi che derivano dall’energia rinnovabile: il sole non sempre splende e il vento non sempre soffia, ma cosa succede quando la rete perde entrambe queste fonti di energia contemporaneamente?
Questo fenomeno è noto come siccità energetica composta. In un nuovo articolo, i ricercatori del Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) hanno scoperto che in alcune parti del paese, queste siccità energetiche possono durare quasi una settimana.
“Quando avremo una rete completamente decarbonizzata e dipendiamo fortemente dal solare e dall’eolico, le siccità energetiche potrebbero avere un enorme impatto sulla rete”, ha affermato Cameron Bracken, scienziato della Terra presso PNNL e autore principale dello studio. Gli operatori di rete devono sapere quando si verificheranno periodi di siccità energetica in modo da potersi preparare a estrarre energia da diverse fonti. Oltre a ciò, capire dove, quando e per quanto tempo si verificano i periodi di siccità energetica aiuterà gli esperti a gestire i sistemi di batterie a livello di rete in grado di immagazzinare elettricità sufficiente da distribuire nei periodi in cui l’energia è maggiormente necessaria.
Il team ha pubblicato i risultati il 31 ottobre sulla rivista Energia rinnovabile e presenterà questa settimana all’incontro annuale dell’American Geophysical Union.
A caccia di giornate nuvolose e senza vento
In passato, i ricercatori hanno studiato le siccità energetiche composte su scala statale o regionale. Ma non è stato studiato molto su scala nazionale. Per saperne di più sul rischio di siccità energetica in tutti gli Stati Uniti continentali, i ricercatori hanno analizzato i dati meteorologici e poi hanno utilizzato i dati storici sulla domanda di energia per capire quanto spesso si verifica una siccità energetica quando quell’energia è maggiormente necessaria.
Il team ha esaminato 4 decenni di dati meteorologici orari per gli Stati Uniti continentali e si è concentrato sulle aree geografiche in cui oggi operano impianti di energia solare ed eolica. I dati meteorologici includevano la velocità del vento all’altezza delle turbine eoliche e l’intensità dell’energia solare che cade sui pannelli solari. Tempi in cui i dati meteorologici mostravano aria stagnante e cieli nuvolosi si traducevano in una minore produzione di energia da parte degli impianti eolici e solari – una siccità energetica composta.
“Abbiamo essenzialmente scattato un’istantanea dell’infrastruttura a partire dal 2020 e l’abbiamo analizzata attraverso 40 anni di dati meteorologici, a partire dal 1980”, ha affermato Bracken. “In pratica stiamo dicendo ‘ecco come si sarebbero comportate le attuali infrastrutture in condizioni meteorologiche storiche.'”
I ricercatori hanno scoperto che le siccità energetiche possono verificarsi in qualsiasi stagione negli Stati Uniti continentali, anche se variano ampiamente in frequenza e durata. In California, ad esempio, le condizioni nuvolose e senza vento potrebbero durare diversi giorni, mentre le stesse condizioni potrebbero durare solo poche ore in Texas. Utah, Colorado e Kansas sperimentano frequenti siccità energetiche sia su scale temporali di diverse ore che su scale temporali di diversi giorni. Il Pacifico nordoccidentale e nordorientale, nel frattempo, sembrano sperimentare siccità energetiche che durano diverse ore più frequentemente che diversi giorni. Le diverse scale temporali (oraria o giornaliera) aiuteranno a informare l’impatto della siccità energetica sulla rete: durerà solo poche ore o diversi giorni?
Nel complesso, i ricercatori hanno scoperto che la siccità energetica potenziale più lunga su una scala temporale oraria è stata di 37 ore (in Texas), mentre la siccità energetica più lunga su una scala temporale giornaliera è stata di sei giorni (in California).
Siccità energetica al picco della domanda
Sapere semplicemente dove e come si verifica la siccità energetica è solo un pezzo del puzzle, ha detto Bracken. Ha anche sottolineato che una siccità di energia solare ed eolica non causerà necessariamente una carenza di energia. Gli operatori di rete possono rivolgersi ad altre fonti di energia come l’energia idroelettrica, i combustibili fossili o l’energia trasmessa da altre regioni degli Stati Uniti
Ma mentre la nazione mira ad abbandonare i combustibili fossili e a fare maggiore affidamento sull’energia solare ed eolica, gli operatori di rete devono capire se si verificheranno siccità energetiche nei periodi in cui la domanda di elettricità potrebbe superare l’offerta. Il cambiamento climatico porta estati più calde e tempeste invernali più intense, e questi sono tempi in cui non solo le persone usano più energia per stare al sicuro (per il raffreddamento o il riscaldamento), ma l’accesso all’elettricità potrebbe significare la vita o la morte.
Per comprendere la possibile connessione tra siccità energetiche e domanda di energia, il team ha mappato i dati storici e ipotetici sulla generazione su 40 anni di dati storici sulla domanda di energia che coprivano anche le centrali elettriche reali in tutto il continente.
I dati hanno mostrato che “la siccità eolica e solare si verifica durante gli eventi di picco della domanda più di quanto ci si aspetterebbe a causa del caso”, ha affermato Bracken, il che significa che il più delle volte, periodi senza vento e senza nuvole si sono verificati durante periodi in cui la domanda di energia era elevata. Per ora, Bracken non è sicuro che la correlazione significhi causalità.
“Ciò potrebbe essere dovuto a fenomeni meteorologici ben compresi come le inversioni che sopprimono il vento e l’aumento delle temperature, ma sono necessari ulteriori studi”, ha detto Bracken.
Stoccaggio di energia per siccità energetiche
Lo studio dei modelli nella frequenza e nella durata delle siccità energetiche aiuterà anche a orientare la realizzazione di progetti di stoccaggio energetico di lunga durata, ha affermato Nathalie Voisin, scienziata della Terra presso PNNL e coautrice dell’articolo. Il documento è il primo a fornire uno standard uniforme su cosa sia una siccità energetica composta e quanto tempo possa durare in diverse parti del paese.
“Stiamo fornendo informazioni su come progettare e gestire adeguatamente lo stoccaggio di più giorni. Quindi, quando sai che una siccità energetica durerà cinque ore o cinque giorni, puoi incentivare lo stoccaggio affinché venga gestito di conseguenza”, ha affermato Voisin.
Successivamente, Bracken e il team estrapoleranno i dati meteorologici e richiederanno il futuro per vedere come i cambiamenti climatici influenzeranno la frequenza e la durata delle siccità energetiche. Il team prevede di modellare i periodi di siccità energetica fino alla fine del secolo combinati con l’evoluzione delle infrastrutture.
Questa ricerca è stata finanziata da PNNL attraverso la sua iniziativa interna GODEEEP.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
