Per gentile concessione di Pacific Northwest National Laboratory.
By Kelsey Adkisson

Mentre l'ennesima ondata di caldo ha infranto i record di temperatura nel Pacifico nord-occidentale a metà del 2021, le minacce di continui blackout si sono propagate in tutta la regione.

Queste ricorrenti minacce meteorologiche estreme offrono un promemoria che fa riflettere sul fatto che le vecchie reti energetiche non sono state progettate per gestire lo stress del cambiamento climatico. Né sono stati progettati per resistere all'impatto energetico di eventi estremi come ondate di calore, siccità o incendi, che secondo le previsioni diventeranno più frequenti e intensi. Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) Nathalie Voisin, una scienziata della Terra del PNNL che fa parte di un team che lavora sulla resilienza della rete in relazione ai cambiamenti climatici.

"Anche con proiezioni modeste sui cambiamenti climatici, le minacce di carenze energetiche diventeranno più comuni", ha affermato Voisin.

Nel Pacifico nordoccidentale, che dipende dall'energia idroelettrica per aiutare a generare elettricità, le ondate di calore più frequenti, la scarsità d'acqua e l'aumento del rischio di incendi aumentano la pressione su una rete elettrica sovraccarica. Attualmente, oltre il 90% degli Stati Uniti occidentali sta affrontando condizioni di siccità. Un anno fa era il 40%.

Per alleviare parte di questa pressione, i team di ricerca del PNNL si concentrano sulla prevenzione. Stanno lavorando per prevedere futuri scenari di siccità e creare piani di emergenza idroelettrici e di rete, implementare controlli intelligenti del carico di elettricità, gestire le foreste per ridurre l'impatto degli incendi e posizionare nuove infrastrutture di rete, come lo stoccaggio di energia o le microreti, dove sono maggiormente necessarie.

“Quando si parla di carenze di potenza, anche i piccoli passi si sommano. Spostare l'uso di grandi elettrodomestici, come una quantità elevata di lavastoviglie o lavatrici, dalle ore di punta pomeridiane e serali al mattino o alla notte, o aumentare i termostati di un paio di gradi in estate e utilizzare ventilatori a soffitto o a pavimento può fare la differenza ", ha affermato PNNL Dhruv Bhatnagar, un ingegnere di sistemi energetici.

Cosa significano le alte temperature per l'energia idroelettrica

L'ondata di caldo dell'inizio dell'estate del 2021 ha portato a un picco nella domanda di energia che ha lasciato gli operatori di dighe idroelettriche con una scelta difficile: (1) utilizzare l'acqua per tenere il passo con l'impennata, lasciando meno acqua per la fine dell'estate, o (2) acquistare energia su il libero mercato, spesso a prezzi più elevati e dal gas naturale.

I modellisti del PNNL come Voisin stanno lavorando per prevedere questi tipi di eventi e gli impatti sulla generazione e sul carico, inclusi problemi a breve termine come ondate di calore o problemi a lungo termine come la siccità attraverso sforzi come il iniziativa HydroWIRES del Dipartimento dell'Energia.

I ricercatori del PNNL stanno utilizzando modelli avanzati per prevedere la siccità e fornire agli operatori di rete informazioni per prendere decisioni su come allocare l'energia durante eventi estremi. Ad esempio, per simulare l'impatto del cambiamento climatico sulla futura rete elettrica, i ricercatori hanno utilizzato un modello di computer chiamato GENESYS. I risultati recenti lo hanno dimostrato i sistemi di alimentazione saranno influenzati da più fattori di stress contemporaneamente, e questi impatti si sommano e non sono solo additivi.

PNNL sta sviluppando scenari di siccità per aiutare gli operatori e le agenzie di regolamentazione nella pianificazione futura. Ciò include la previsione delle future condizioni di siccità e degli impatti sulle centrali idroelettriche e termoelettriche, che possono quindi essere utilizzate per comprendere il potenziale impatto sulle operazioni di rete e guidare l'adattamento.

“Queste informazioni vengono utilizzate per aiutare gli operatori a prendere decisioni informate sul rischio e determinare dove possono risiedere le vulnerabilità. In definitiva, aiuterà a rispondere alla domanda: dati i diversi fattori di stress, ci sarà energia sufficiente per soddisfare la domanda e le altre esigenze della rete elettrica? disse Voisin.

"Ci sarà energia sufficiente per soddisfare la domanda?" — Nathalie Voisin, scienziata della Terra del PNNL 

Di recente, Voisin e il suo team hanno valutato come le operazioni idroelettriche variano stagionalmente e ogni anno a seconda della disponibilità di acqua per il distretto di pubblica utilità di Chelan. Ad esempio, hanno dimostrato che anche durante un'estate secca, quando la produzione complessiva di energia idroelettrica è limitata dalla scarsa disponibilità di acqua, l'energia idroelettrica mantiene la sua flessibilità per supportare il carico di picco in caso di eventi estremi. Ciò evidenzia la necessità di considerare meglio la gamma di servizi che l'energia idroelettrica può fornire per affrontare la resilienza della rete in caso di eventi estremi.

Wildfire e energia idroelettrica

Durante una stagione degli incendi superiore al normale, come quello che sta accadendo attualmente in California, ci saranno probabilmente impatti sulla rete, sia attraverso interruzioni intenzionali per ridurre il rischio di incendio o la perdita di infrastrutture a causa dell'incendio stesso.

"L'idea non è quella di fermare tutti gli incendi, ma di lavorare in anticipo per ridurne il rischio e prevedere le aree che ne sono più soggette", ha affermato Mark Wigmosta del PNNL, un ingegnere ambientale del PNNL. Il lavoro di Wigmosta si concentra sul diradamento e sul ripristino delle foreste con l'obiettivo di ridurre il combustibile per gli incendi.

"L'idea non è fermare tutti gli incendi ma lavorare in anticipo per ridurne il rischio" — Mark Wigmosta, ingegnere ambientale PNNL

La riduzione del carico di carburante nelle foreste molto fitte può lasciare più acqua nei corsi d'acqua e può portare a un manto nevoso più alto e più duraturo. Questo può produrre più acqua durante la stagione secca estiva.

"Questo può fornire un modo per ottenere più acqua nel sistema, a seconda della posizione", ha affermato Wigmosta. Un altro vantaggio della rete è che è probabile che gli incendi più deboli brucino meno infrastrutture energetiche. Ad esempio, tra il 2000 e il 2016, gli incendi hanno causato almeno 700 milioni di dollari di danni a 40 linee di trasmissione in California. I costi a livello nazionale degli incendi sono significativamente più alti.

Dopo che gli incendi bruciano, di solito c'è un aumento del deflusso e della sedimentazione. I sedimenti scorrono a valle, si accumulano nei serbatoi e "non sono ideali per le infrastrutture, comprese le turbine", ha affermato Wigmosta. Le ustioni prescritte o il diradamento degli alberi possono effettivamente aumentare i volumi di flusso e migliorare le operazioni idroelettriche. Inoltre, gli incendi più deboli avranno un impatto meno negativo sulle infrastrutture e sulla rete.

Migliore tecnologia dagli edifici alle batterie

Durante i picchi di richiesta di energia, come un'ondata di caldo, la tecnologia emergente offre ai consumatori la possibilità di gestire o integrare i carichi. Strumenti intelligenti, come il controllo intelligente del carico, gestire automaticamente il consumo energetico dell'edificio durante i picchi di richiesta di elettricità. PNNL ha lavorato su modi per rendere gli edifici più efficienti dal punto di vista energetico, inoltre ottimizzare il futuro dell'energia idroelettrica.

Anche le fonti di alimentazione di riserva o autonome offrono promesse, in particolare durante le situazioni di emergenza. microgrids sono reti autonome che possono alimentare aree chiave, come ospedali o stazioni di polizia, durante le interruzioni di corrente che potrebbero verificarsi durante eventi estremi come un incendio o un uragano. Lo strumento Microgrid Component Optimization for Resilience di PNNL aiuta a semplificare il processo di progettazione delle microgrid con l'obiettivo di simulando l'alimentazione in una varietà di condizioni di interruzione.

PNNL sta anche assumendo un ruolo di leadership nello sviluppo di nuove tecnologie per accumulo di energia su scala di rete, che comprende una nuova generazione di materiali e sistemi per batterie e altre forme di accumulo di energia. Ad esempio, gli attuali sistemi di accumulo di energia su scala di rete come l'energia idroelettrica di accumulo con pompaggio utilizzano pompe per spostare l'acqua a monte per immagazzinare energia rinnovabile quando la domanda è bassa e generare energia quando la domanda è elevata mentre l'acqua scorre a valle. PNNL ha lavorato su passaggi incrementali con storage pompato, ad esempio valutare gli impatti ambientali dei sistemi più recenti, per migliorare la futura resilienza della rete o collaborare con le parti interessate internazionali identificare strategie per finanziare e sviluppare nuovi progetti. Anche concetti come accoppiare le batterie con l'energia idroelettrica sono in fase di studio per migliorare le capacità dell'energia idroelettrica e garantire l'affidabilità durante le carenze di energia, riducendo al contempo l'impatto ambientale.

“In definitiva, vogliamo prepararci per eventi estremi. Che sia finito innovazione tecnologica, potenziamento della resilienza della retee, o sostenere la pianificazione a lungo termine. Adottiamo un approccio olistico per affrontare queste grandi sfide a lungo termine per supportare un processo decisionale informato sul rischio", ha affermato Voisin.

Questo lavoro è stato sostenuto dall'Office of Energy Efficiency and Renewable Energy e dall'Office of Electricity del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, tra le altre agenzie.

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Fonte: https://cleantechnica.com/2021/08/25/the-heat-is-on-is-the-grid-ready/